SE454469B - Magnetiskt helpigment samt forfarande for dess framstellning - Google Patents

Description

20 25 30 35 454 469 2 plastiska hartser och elektriska laddningsreglerande färgämnen som huvudkomponent. US patentskriften 4 345 013 beskriver vidare ett magnetiskt helpigment som tjänar dubbla syften, vilket har en specifik typ av bindemedel som gör att det lämpar sig för elektrostatiska repro- duktionsmetoder. Dessutom àterfinnes bakgrundsinformation beträffande elektrostatiska och magnetiska helpigment i US patentskriften 4 105 572, som har angivits ovan, och i US patentskriften 3 830 750. Även om industrin har spenderat väsentlig tid och ansträngning för att framställa helpigment med mångfal- dig användning åstadkommas enligt samtliga ovannämnda publikationer helpigment, i vilka färgen på det magnetiska materialet är dominerande och i ingen av publikationerna har beskrivits ett sätt, med vilket detta problem kan undvikas.

Följaktligen är ett ändamål med föreliggande upp- finning att åstadkomma magnetiska helpigment, i vilka färgen på det magnetiska materialet är fördunklad.

Ett annat ändamål med föreliggande uppfinning är att åstadkomma färgade magnetiska helpigment utan skad- liga störningar från närvaron av det magnetiska materia- let.

Ytterligare ett annat ändamål med föreliggande uppfinning är att åstadkomma förfaranden för framställ- ning av helpigment som har de ovan angivna känneteck- nen.

Dessa och andra fördelar med föreliggande uppfin- ning kommer att framgå av nedanstående detaljerade be- skrivning av föredragna utföríngsformer.

Sammanfattning av uppfinningen Föreliggande uppfinning avser magnetiska helpigment och förfaranden för framställning därav. Helpigment- materialen som framställes har färgen hos det magnetiska materialet väsentligt fördunklad medan de fortfarande bibehåller den höga närvaron av magnetiska material som är nödvändig för många typer av magnetiska tryck- 10 15 20 25 30 35 454 469 3 förfaranden. Vidare kan helpigmenten förses med en önskad ton eller färg med färgämnen eller pigment. Förfaran- det för framställning inbegriper företrädesvis beläggning av de individuella magnetiska partiklarna med huvudsakli- gen opakt polymert partikelformigt material med låg densitet som har en affinitet för de magnetiska partik- larna, varigenom färgen pà de magnetiska partiklarna fördunklas. De resulterande belagda partiklarna kan blandas ihop med färgämnen, pigment, bindemedel och annat material allt efter vad som önskas för framställ- ning av helpigment, som är användbara för ett antal olika ändamål, inklusive flerfärgsreproduktionsmetoder.

Detaljerad beskrivning av föredragna utföringsformer I en utföringsform avser föreliggande uppfinning magnetiskt helpigment, i vilket de magnetiska kärnpartik- larna är försedda med ett skikt som täcker kärnpartiklar- nas egenfärg och kännetecknas av att det skikt som täcker varje magnetisk kärnpartikel innehåller huvudsakligen opaka polymera partiklar, vilka uppvisar en affinitet för de magnetiska kärnpartiklarna.

I en andra utföringsform avser föreliggande uppfinning ett förfarande för framställning av ett magnetiskt hel- pigment enligt ovan, i vilket färgen på det magnetiska materialet är väsentligen fördunklad, vilket förfarande omfattar att man blandar de magnetiska kärnpartiklarna med en beläggningskomposition, som omfattar en flyktig vätska och huvudsakligen opaka polymera partiklar, in- dunstar vätskan och pulvriserar det torkade materialet.

Ytterligare kännetecken hos uppfinningen framgår av patentkraven.

Huvudsakligen vilket magnetiskt partikleformigt material som helst kan vara användbart för utövandet av föreliggande uppfinning, förutsatt att det resulte- rande helpigmentet kan användas för bildning av en latent magnetisk bild. Exempel pà sådana magnetiska material 454 469 10 15 20 25 30 35 4 är mjuka magnetiska partiklar, såsom karbonyljärn, och hårda magnetiska partiklar, sàsom Fe304 och andra järn- oxider, kromdioxid och liknande. Ändamålet med föreliggande uppfinning är att belägga varje magnetisk partikel med ett materialskikt som före- trädesvis har lag densitet och som är väsentligen opakt, varigenom färgen pà de magnetiska partiklarna fördunklas.

Densiteter i storleksordningen fràn ca 0,4 till ca 1,5 g/cm3 föredrages för partiklarna i beläggningsmaterialet.

Materialet kommer även att ha en dragningskraft på de magnetiska partiklarna, så att när ytorna pà de magne- tiska partiklarna belägges med det opaka materialet förblir de individuella partiklarna av opakt material vidhäftat vid ytan pà varje magnetisk partikel, varigenom deras färg fördunklas. Vidare kommer beläggningsmaterialet att bibehålla sin döljande kapacitet även i ett torrt tillstånd. Magnetiska partiklar som är lämpliga att användas i helpigment har vanligen en kornstorlek av ca 2 - ca 5 Pm; därför föredrages en mindre kornstorlek i storleksordningen ca 0,1 - ca 3Jpm för beläggningsma- terialet för att på ett riktigt sätt belägga de magnetiska partiklarna och fördunkla deras färg. Även om ett antal olika material kan återfinnas, vilka kommer att uppnå detta ändamål, är ett beläggnings- material, som har visat sig vara särskilt användbart för att uppnå denna önskade döljande effekt, "Ropaque OP-42" (nedan kallat "Ropaque"), en produkt som säljs av Rohm and Haas. "Ropaque" såsom det säljs kommersiellt är en vattenemulsion med 40% fastämneshalt av ihåliga sfärer av ett polymert system omfattande styren, metyl- metakrylat och butylmetakrylat. Detta material rapporte- ras bibehàlla sin opacitet i torrt tillstànd beroende på den ihåliga kärnan som tjänar som ett spridande säte.

För att framställa ett helpigment enligt förelig- gande uppfinning framställes en dispersion av belägg- ningsmaterialet i en flyktig vätska. Företrädevis be- 10 20 25 30 35 454 469 S står vätskan av vatten och eventuellt organiska lösnings- medel som är kompatibla med vatten. Exempel på sådana lösningsmedel är lägre alkylalkoholer och ketoner, tetra- hydrofuran och liknande. Vattenhaltiga system föredrages på grund av att säkerhets- och toxicitetsproblem som ofta är förbundna med vattenoblandbara organiska lös- ningsmedel undvikas.

När en gäng dispersionen har framställts tillsättes det partikelformiga magnetiska materialet och omröres tills en huvudsakligen homogen dispersion av belagda magnetiska partiklar erhålles. Mängden magnetiskt ma- terial som kan tillsättas beror på den döljande förmå- gan hos beläggningsmaterialen. För ett beläggningsmaterial med låg densitet som har en god döljande förmåga kan emellertid helpigment omfattande 50% eller mer (torr vikt) magnetiskt material framställas. Sådana helpigment är önskvärda pà grund av att en relativt hög procenthalt magnetiskt material ofta är nödvändig för att säker- ställa att helpigmentet kommer att avsättas pà ett antal olika allmänt använda magnetiska bildbärare.

Det dispergerade helpigmentet kan behandlas på ett antal olika sätt. Sålunda kan suspensionen torkas omedelbart genom spraytorkning, genom att sprida ut det suspenderade materialet pä en bricka och lufttorka, genom användning av värme och/eller vakuum eller med andra metoder som är välkända inom tekniken. Man måste emellertid vara försiktig för att säkerställa att en homogen produkt erhålles. Sålunda är det ofta önskvärt att öka helpigmentdispersionens viskositet sä att de belagda magnetiska partiklarna inte kan skiljas ut. ökningen i viskositet kan uppnås genom flockulering eller med andra metoder som är kända inom tekniken.

Mer information avseende ökningen av viskositet kommer att ges nedan.

Helpigmentet kan även förses med ett färgande medel, som kommer att ge helpigmentet en önskad färg. Lämpliga 10 15 20 25 30 35 454 469 - 6 färgande medel kan omfatta pigment och färgämnen, varvid exempel pà de senare inbegriper basiska färgämnen, sura färgämnen och liknande. Man mäste emellertid komma ihåg att inte alla färgämnen och pigment är kompatibla med ett givet helpigmentssystem. T ex kan "Ropaque" inte effektivt färgas av sura färgämnen. Därför måste man vara försiktig vid valet av färgämne eller pigment som skall användas. Vidare beror den använda mängden färgämne på den färgnivå som önskas av hantverkaren. ~ Vissa färgämnen som har gett överraskande och o- väntade resultat när de användes i kombination med "Ropaque“ är de basiska färgämnena. Dessa färgämnen har inte endast visat en anmärkningsvärd förmåga att färga "Ropaque", utan har dessutom visat förmåga att samtidigt öka helpigmentdispgrsionens viskositet, varige- nom man hindrar de magnetiska helpigmentpartiklarna från att falla ut. En specifik illustration av använd- barheten av detta fenomen ges i exempel 3. Medan vi inte önskar vara bundna av någon särskild teori beträf~ fande sättet att arbeta, framgår det att ökningen av viskositeten kan bero pà naturen och storleken pà färg- ämneskatjonen och/eller på en pH-effekt. ett pH-värde av 9-10 och tillsatsen av det basiska färg- "Ropaque“ har ämnet tenderar att reducera pH-värdet medan det samti- digt ökar viskositeten. Stöd för denna hypotes återfinns i det faktum att tillsatsen av några få droppar organisk eller oorganisk syra till en vattendispersion av “Ropaque“ och magnetiska partiklar kommer att ge en liknande ökning av viskositeten.

Andra material kan även inbegripas i ett helpigment enligt föreliggande uppfinning för àstadkommande av fördelaktiga resultat. Om t ex helpigmentet skulle avsät- tas på ett underlag och täckas med en ytfilm skulle användningen av ett bindemedel inte vara nödvändig, eftersom filmen skulle hindra den avsatta bilden från att bli suddig eller avlägsnas. A andra sidan skulle 10 l5 20 25 30 35 454 469 7 närvaron av ett bindemedel önskas och eventuellt vara nödvändig om helpigmentet skulle användas för att fram- ställa bilder som skulle utsättas för nötning. Huvudsak- ligen vilket bindemedel som helst som är kompatibelt med helpigmentsystemet är lämpligt. Emellertid skall även bindemedlets smältande egenskaper betraktas.

På grund av det sätt, på vilket ett helpigment vanligen kommer att användas, föredrages vanligen ett termoplastiskt harts. Smältomràdet för ett sådant harts kommer att bero pà de betingelser, för vilka det expo- neras och pà karaktären av det opaka materialet som användes för att belägga de magnetiska partiklarna.

Om man sålunda önskar att ett helpigment är klibbfritt vid rumstemperatur visar sig vanligen ett bindemedel, som har ett termoplastiskt område av från ca 30°C upp till den temperatur, vid vilket det opaka materialet förlorar sin opacitet, vara tillfredsställande. Exempel på material som har använts på ett effektivt sätt till- sammans med "Ropaque" är latexbindemedel, som säljs av Rohm & Haas under namnet “Rhoplex". Samtidigt som de är effektiva som bindemedel, kan vissa av dessa ma- terial, sàsom "Rhoplex MV-l" eller "MV-23", även tjäna som skyddande eller bibehållande bärare. Som en specifik illustration tenderar karbonyljärn, som är elementärt järn, att rosta i närvaro av vatten. Ända kan denna skadliga bieffekt elimineras eller förhindras genom användningen av skyddande bindemedel innehållande anti-rost- tillsatser.

Föreliggande uppfinning kommer att framgå klarare med referens till följande exempel, som är avsedda att illustrera men inte begränsa omfånget för föreliggande uppfinning.

Exempel l För att mera tillförlitligt utvärdera fördelarna med föreliggande uppfinning mättes jämförande "Hunter Color values" på olika prov, väsentligen sàsom beskrivs 1 ASTM D-2244, "Instrumental Evaluation of Color Differen- 10 15 20 25 30 35 454 469 8 ces of Opaque Materials". Mätningar av “Hunter Color values" qjordes med användning av en "MEECO Model V Colormaster" färgmätare. Det följande är "Hunter Color Values" som uppmättes för olika komponenter och refe- rensfärger. Karbonyljärn-titandioxid* och Fe304-titan- dioxidblandningarna framställdes genom kulmalning av blandningar l:l av de båda komponenterna före mätning I nedanstående tabell är "L" ljushet, "a" röd-grönhet och "b" gul-blàhet.

"Hunter Color Values" av deras "Hunter Color Values". 5222 .E. _š_ _2_ Anatas Ti02 (duPont; "Ti-Pure LW“) 93 + l - 1 Vit kartong 91 + 1 + 4 Primärt tryckfärgspigment Gul 88 -17 +80 Cyan se -isi -38 Magenta 51 +58 +17 Karbonyljärn (GAF; kvalitet G-S-6) 55 + 9 0 Fe3O4 (Indiana General) 39 +13 0 Karbonyljärn-Ti02 (lzl) 70 + 8 +10 Fe3O4-TiO2 (lzl) 49 + 7 + 1 Torra "Ropaque"-sfärer 96 O 0 Fe O -“Ropaque" (lzl) 54 +10 - 2 3 4 Dessa data visar bland annat att en l:l-blandning av ”Ropaque" och Fe304 2 och Fe3O4.

Exemgel 2 Detta exempel kommer att illustrera framställningen är ljusare och vitare än en l:l-bland- ning av TiO av pigmentinnehâllande kompositioner såsom anges i före- liggande uppfinning. Förfarandet som användes är följan- de. Till en omrörd blandning av ¶§ggaque“ sattes karbo- nyljärnet och omröringen fortsattes tills det magne- tiska materialet var noga dispergerat. Till den omrörda ' dispersionen sattes därefter en vattenhaltig dispersion av pigment med mycket liten diameter, följt av anatastitan- dioxid (om sådan användes). Slutligen tillsattes en 10 15 20 25 30 35 454 469 9 liten mängd bindemedel, om det var lämpligt. Den resul- terande blandningen formades till en film och torkades vid 88OC för att ge ett torrt, tämligen homogent ämne.

Föga eller ingen utfällning av dessa pigment inträffade under torkningsförfarandet. Det torra materialet maldes därefter till ett pulver och siktades genom en 200 mesh sikt.

Följande prov framställdes enligt ovanstående för- farande och innehöll de angivna mängderna av bestånds- delarna. Viktprocenthalten av magnetiskt material, beräk- nat på torr basis, anges i slutet av tabellen.

Bestàndsdelar Komgonenter g Lëlšlššlsílâllâ "Ropaque“ 10,0 12,5 9,8 10,3 10,0 Karbonyljärn 2,0 3,0 3,1 3,0 3,0 "Flavanthrone Yellow" (Daniel Products Co.) - - - - 5,0 "Green Gold" (Harshaw Aura- sperse wl06l) - - - - 3,0 "Naphthol Red" (Harshaw Aura- sperse w3022) - - 3,0 - - "PCN Blue" (Harshaw Aura- W sperse W4l23) - - - 1,1 - "Ti-Pure LW" (duPont) - 3,8 0,3 0,5 0,5 Bindemedel (Rohm & Haas “Rhoplex MVl“) ~ - - - - 0,3 Vikt% magnetiskt material (torr basis) 33,3 25,4 37,0 37,0 34,1 "Hunter Color Values" mättes för vart och ett av proven, vilket gav följande resultat.

"Hunter Color values" Eíâl' _I:...š__.*2_ IIa 57 +10 + 4 Ilb 84 - 2 - 2 IIc 59 +42 +19 Ild 58 + 8 -27 IIe 74 + 4 +44 lO 15 20 25 30 35 454 469 10 Dessa resultat visar att färgen på de inneslutna pig- menten reglerar färgen på den färdiga torra helpigment- kompositionen och att inneslutningen av titandioxid- pigment höjer "Hunter L"-värdet, vilket visar en direkt effekt på ljusheten.

Exempel 3 Detta exempel kommer att illustrera framställningen av helpigment omfattande katjoniska färgämnen. Helpig- menten framställdes enligt följande. Till en omrörd mängd “Ropaque"-dispersion sattes det magnetiska materia- let och om så var tillämpligt ett bindemedel. Kraftig omröring upprätthölls i ca 15 min efter det att tillsat- sen var avslutad för att säkerställa fullständig disper- sion av det magnetiska materialet. Eventuella vithete- medel, om sådana användes, tillsattes även vid denna tidpunkt.

Efter det att dispersionen var fullständig tillsat- tes det katjoniska färgämnet i en l:l lösning av iso- propylalkohol och vatten. Ca 25 ml färgämneslösning tillsattes för var l00-l50 ml “Ropaque". Tillräckligt med katjoniskt färgämne tillsattes i samtliga fall för att få den belagda helpigmentsblandningen att bli ytterst tjock och eventuellt orörbar. Samma effekt iakttogs inte när pigment tillsattes som beskrivs i exempel 2.

Det pastaliknande materialet spreds på ett ark och torka- des under vakuum vid 80-95°C. Det resulterande torra partikelformiga materialet uppsamlades och maldes med användning av en "Mikropul ACM-l" malningsanordning och siktades genom en 200 mesh sikt.

Följande exempel framställdes och visade god färg med huvudsakligen ingen störning från de magnetiska materialen. Vidare hade dessa helpigment högre nivåer av magnetiska material i vikt än de som framställdes i exempel 2. Detta är direkt förbundet med förmågan hos små mängder basiska färgämnen att färga "Ropaque".

Pigment à andra sidan mäste användas i större mängder, eftersom de inte är lika effektiva som färgämnen vid döljande av färgerna från de andra komponenterna. 454 469 ll w_m« >.w« w.>« ~.w« «.w« m.w@ m_m« m_m« ~.Om @.«m mwfi w.w~ m~ @.wH @.wH w.@~ @.wH w.w~ 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 m.~ w« I | I | I 11 .l 11 .H | I OH I I | 1 1 I 1 I 1 m.w ~.~ ß.m 1 1 1 1 1 1 »N 1 ~_Q 1 >.m 1 1 1 1 1 1 ~.o 1 ~_° 1 v « m.H ~_° 1 1 1 m.o 1 1 1 1 1 1 N com mm mm om om om m~ m.- 1 1 1 1 1 1 1 1 m~ m.ßm m.w ana ooøfi mflfl wcfi wofi vad «o~ vofl QOH ~.QH OHN wHHH AHHH sHHH mHHH MHHH wHHH øHHH UHHH QHHH mHH~ fimv »w>o~m A »ämm ^mHwmn uuøuv Hmfluwumš uxwfluwcmwä wuxH> ~=->z Q enemy fiwwwewøcflm .cwcawuwmw ww« “=~>z xm~mo;m= mmm: w anomv Awwwewwcflm fiflmuwmmmv umHU>zfluuEsflc@E:~< ficøcšmuwmw www xwflm0:m= mmm. ^.0U muosuønm Hwflcmov =soH~w> øcou;»cm>m«m= ^.0o amuflëmzu o«ß:m~u ma =30A~ww uflmmm A>uumu<= ^.ou Høufleoflo ufi»cm~p<.=u«mwm ozfim m@Ho»ofi>= ^~o®cmmV =@wm ofiwmm qmm ~>~uow=øm= ..ou Hmuflemno ofipcmfluæv ==ww»w @»fi;umHmz= ^HGHÜGQO MGGMUEHV vOMwh ^w1m1w Mm=on»mm =wsUmmOm= wuHfim>M .HÜHUÜWUEWU www 454 469 10 15 20 25 12 “Hunter Color Values" mättes för fyra av dessa prover, vilket gav följande resultat, som visar att prover omfat- tande Fe 0 istället för karbonyljärn var nàgot mörkare, ca tre lšuêhetsenheter. ä _L_3__b.

IIIb 48 + 28 0 IIIC 50 + 31 + 2 IIId 48 + 31 + 2 IIIe 45 + 27 0 Exempel 4 Detta exempel kommer att illustrera ökningen i viskositet som kan uppnås genom att surgöra en disper- sion av magnetiska partiklar och "Ropaque“. En disper- sion framställdes med användning av "Ropaque" och Fe3O4, varvid torrviktsförhàllandet mellan "Ropaque"-sfärerna och Fe O 3 4 få hundradelar av ett gram av "Sandocryl BBL Basic red" var l:l. Till 20 9 dispersion sattes några färgämne och blandningen omrördes för att ge en skär färg utan någon pàvisbar förändring av viskositeten.

Tillräckligt med 4M klorvätesyra tillsattes droppvis under omröring tills blandningen blev orörbar. Efter torkning och malning erhölls det tjocka material som beskrivs i exempel 3, ett homogent helpigment med en skär anstrykning.

Föreliggande uppfinning är inte begränsad enbart till de ovan givna beskrivningarna och illustrationerna, utan omfattar alla modifieringar som omfattas av följande patentkrav.

Claims (12)

10 15 20 25 30 454 469 13 PATENTKRAV

1. l. Magnetiskt helpigment, i vilket de magnetiska kärnpartiklarna är försedda med ett skikt som täcker kärnpartiklarnas egenfärg, k ä n n e t e c k n a t av att det skikt som täcker varje magnetisk kärnpar- tikel innehåller huvudsakligen opaka polymera partik- lar, vilka uppvisar en affinitet för de magnetiska kärnpartiklarna.

2. Magnetiskt helpigment enligt krav l, k ä n - n e t e c k n a t av att de opaka polymera partiklarna är ihàliga och huvudsakligen sfäriska.

3. Magnetiskt helpigment enligt krav 2, k ä n - n e t e c k n a t av att de opaka polymera partiklarna omfattar ett polymersystem omfattande styren, metylmet- akrylat och butylmetakrylat.

4. Magnetiskt helpigment enligt krav 3, k ä n - n e t e c k n a t av att de opaka partiklarna har en diameter av ca 0,1 - ca 3 um och en densitet av ca 0,4 - ca 1,5 g/cm3.

5. Magnetiskt helpigment enligt ett av kraven 1-4, k ä n n e t e c k n a t av att det omfattar ett färgande medel.

6. Magnetiskt helpigment enligt krav 5, k ä n - n e t e c k n a t av att det färgande ämnet är ett basiskt färgämne.

7. Magnetiskt helpigment enligt ett av kraven 1-6, dessutom innehåller ett bindemedel. k ä n n e t e c k n a t av att helpigmentet

8. Förfarande för framställning av ett magnetiskt helpigment enligt ett av kraven 1-7, k ä n n e t e c k - n a t av att man blandar de magnetiska kärnpartiklarna med en beläggningskomposition, som omfattar en flyktig vätska och huvudsakligen opaka polymera partiklar, indunstar vätskan och pulveriserar det torkade materia- let. 10 454 469 14

9. Förfarande enligt krav 8, k ä n n e t e c k - n a t av att som flyktig vätska användes vatten.

10. Förfarande enligt krav 8 eller 9, k ä n n e - t e c k n a t av att man genomför en viskositetsför- höjning av beläggningskompositionen genom utflockning.

11. Förfarande enligt krav 10, k ä n n e t e c k - n a t av att man använder en organisk eller Oorganisk syra för utflockningen.

12. Förfarande enligt krav 10,_ k ä n n e t e C k - n a t av att man tillsätter ett basiskt färgämne till beläggningskompositionen.