Untersuchung der Eignung bedruckbarer modifizierter Papiere für den Einsatz im Thermosublimationstransferdruck von Polyestergewebe

May 02, 2023

Scientific Reports Band 13, Artikelnummer: 6536 (2023) Diesen Artikel zitieren

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In dieser Arbeit wurden Wärmeübertragungspapiere mit einem neuen Kern-Hülle-Pigment beladen, das auf der Ausfällung einer dünnen Hülle aus Titandioxid auf einem Kern aus Reisschalen-Kieselsäureasche TiO2/RHSA basiert, um beim Farbsublimationsdruck von Textilgeweben angewendet zu werden. Darüber hinaus wurden nacheinander auch 0,1 % (Gew./Gew.) kationisches Polyacrylamid (CPAM) und 1 % (Gew./Gew.) Bentonit (Bt) zugegeben, um die Entwässerung und die Füllstoffretention der aus gebleichtem Kraft-Bagasse-Zellstoff hergestellten Handpapierbögen zu verbessern. Die Wirkung des neuen Kern-Schale-Pigments auf die mechanischen Eigenschaften und Barriereeigenschaften, die thermische Stabilität und die Oberflächenmorphologie modifizierter Papierblätter wurde untersucht. Darüber hinaus wurden die Transferbedruckbarkeit und die Leichtigkeit der Farbstoffabgabe vom Papier auf den Stoff bei diesem Wärmeübertragungsdruck von Polyestergeweben mittels Siebdruck unter verschiedenen Übertragungsparametern untersucht. Außerdem wurden Echtheitsmessungen einschließlich Waschen, Licht und Schweiß von bedrucktem Polyestergewebe geschätzt.

Papier ist ein flexibles Material aus Zellulosezellstoff, der aus vielen natürlichen Quellen stammt und in zahlreichen Anwendungen verwendet wird1. Eine der wichtigsten Verwendungszwecke von Papier ist das Drucken. Hierbei handelt es sich um eine Methode zur Reproduktion von Bildern oder Texten mithilfe einer Vorlage oder Urform auf einer festen Oberfläche, z. B. Papier, Textilien und Wänden. Der Sublimations-Wärmeübertragungsdruck gilt als einer der wichtigsten, saubersten und neuesten Druckstile2. Dieses einfache Druckverfahren weist eine Reihe wünschenswerter Merkmale auf, wie z. B. einen geringeren Energie- und Wasserbedarf, keine Notwendigkeit einer Nachbehandlung, eine kostengünstige Drucktechnik, geringere Wartungs- und Ausrüstungsinvestitionen sowie ein abwasserfreies Verfahren und sorgt außerdem für ein klares und umweltfreundliches Ergebnis sauberes Bild3,4. Trotz der vielen Vorteile des Wärmeübertragungsdrucks besteht der größte Nachteil darin, dass das Papier zwar einmal oder in seltenen Fällen zweimal verwendet werden kann und dieser Prozess je nach Papierpreis sehr teuer sein kann. Papiereigenschaften wie Rauheit, Porosität und Porengröße, Glanz, Durchlässigkeit, Farbeigenschaften und Weißgrad sind die wichtigsten Faktoren, die sich auf die Bedruckbarkeit (die Folge der Wechselwirkungen zwischen Druckpapier, Tinte und Gerät) und den Prozess auswirken Abschluss der Übertragung und das Erscheinungsbild des Bildes sowie der Farbgrad der Drucker5,6. Darüber hinaus spielen sowohl die Fasergröße als auch die Porosität des Papiers eine wesentliche Rolle für die Akzeptanz der Tinte. Auch das Vorhandensein einiger Füllstoffe, Leimungsmittel oder Zusatzstoffe kann dem Papier besondere Eigenschaften verleihen.

Ton, Calciumcarbonat, Kaolin, Talk und Titandioxid sind Beispiele für die am häufigsten verwendeten Füllstoffe7,8. Ihr Nutzen ist nicht nur wirtschaftlich, sondern sie können dem Papier auch wichtige Eigenschaften wie Opazität, Volumen, Glätte, Zellstoffentwässerung und Retention verleihen, die für die Papierqualität entscheidend sind.

Reishülsen (RH) enthalten Zellulose (50 %), Lignin (30 %) und organische Verbindungen (20 %) mit reduziertem Nährwert und hohem Kieselsäuregehalt9,10. Reisschalenasche (RHSA) ist ein leichtes, voluminöses und hochporöses Material, das in einer Vielzahl von Industrien verwendet wird, darunter Keramik, Ziegel und Beton. Eine dieser Anwendungen ist die Verwendung als Füllstoff bei der Papierherstellung. Um das Papier jedoch beim Wärmeübertragungsdruck hohen Temperaturen und hohem Druck auszusetzen, ist starkes Papier erforderlich, das den rauen Druckbedingungen standhält, ohne zu zerreißen oder zu verbrennen. Thermische Stabilität, Festigkeit und mechanische Beständigkeit sind die wichtigsten Eigenschaften, die bei der Verwendung eines bestimmten Papiers im Sublimations-Wärmetransferdruck berücksichtigt werden müssen. Im Gegensatz zu herkömmlichem Druckpapier sollte Thermotransferdruckpapier so konzipiert sein, dass auf seiner Oberfläche möglichst viel Tinte oder Farbstoff abgegeben wird11.

Kern-Schale-Pigmente sind ein neuer Trend bei strukturierten Pigmenten, die eine dünne Schale von nicht mehr als (15–20 %) enthalten, die auf einem Hauptkern abgeschieden ist, der etwa (85–90 %) der Pigmentzusammensetzung ausmacht. Diese neuen Strukturpigmente können mit ihren unterschiedlichen Komponenten die Defizite ihrer einzelnen Pigmente überwinden und dem Anwendungsbereich neue und verbesserte Eigenschaften verleihen. Eine gute Wahl beider Komponenten (Kern und Schale) kann zu einem überdurchschnittlichen Verhalten führen. Der vorteilhafte Einsatz von Pigmenten mit Kern-Schale-Struktur beruht darauf, dass die Schale sehr dünn ist und die Komponente direkt dem umgebenden Medium ausgesetzt ist, d. h. die Hauptreaktion mit dem Medium eingehen kann, und da sie den Kern nur teilweise bedeckt, Dann kann der Kern dennoch an der Reaktion beteiligt sein, da er nicht vollständig abgeschirmt ist. Die in dieser Arbeit verwendeten strukturierten Kern-Schale-Pigmente bestehen aus einer Titandioxid-Schale, die auf einem Kern aus Reisschalen-Kieselsäureasche ausgefällt ist7,12,13.

Bentonit besteht hauptsächlich aus Montmorilloniten (bis zu 90 %) mit Spuren von Siliziumdioxid und Quarz und seine allgemeine chemische Formel ist Al2Si4O10(OH)2. Bei der Papierherstellung wird Bentonit für zwei Zwecke verwendet;

Adsorbieren von Schadstoffen wie Holzkolloiden, die mit Prozessadditiven interagieren, um die Entwässerung und Retention zu verbessern.

Darüber hinaus können Wechselwirkungen zwischen Bentoniten und kationischen Polymeren oder Kolloiden auftreten. Diese Wechselwirkungen resultieren aus den elektrostatischen Kräften aufgrund der hohen Oberflächenladungsdichte des Bentonits und werden höchstwahrscheinlich durch das Quellungsausmaß des Bentonits und die resultierende Oberfläche beeinflusst14,15.

Der Einsatz von Retentionsmitteln ist aufgrund ihrer geringen Größe insbesondere bei der Zugabe mineralischer Füllstoffe zur Zellstoffsuspension erforderlich. Im Allgemeinen kann die Zugabe von Polymeren (z. B. kationisches Polyacrylamid), die als Retentionsmittel verwendet werden, zur Fasersuspension dazu führen, dass eine positive Ladung entsteht, so dass sie an die anionischen Partikel (Zellulosefasern und -feinstoffe, Füllstoffe) adsorbiert werden können Somit kann durch Überbrückungsmechanismen eine Ausflockung induziert werden, die die Retention erheblich erhöht16.

Ziel dieser Forschungsarbeit ist es, die Wirkung neuer Kern-Schale-Pigmente zu untersuchen, die auf der Ausfällung von Titandioxid als Schale auf der Oberfläche der Reisschalenasche basieren, die den Kern darstellt. Diese neue Rolle des Pigments bei der Bedruckbarkeit von gebleichten Bagassepapierbögen und seine Auswirkung auf deren thermische Stabilität wurden untersucht. Außerdem wurde die Forschung ausgeweitet, um die Möglichkeit der Verwendung bedruckter modifizierter Papiere als Wärmeübertragungspapiere und die Untersuchung ihrer Transferbedruckbarkeit (einfache Farbabgabe vom Papier an Stoffe) beim Wärmesublimationstransferdruck von Polyesterstoffen unter verschiedenen Übertragungsbedingungen (Zeiten) zu untersuchen und Temperaturen). Darüber hinaus wurden die Echtheitsmessungen bedruckter Polyesterstoffe (Waschen, Licht und Schweiß) nach den Standardmethoden geschätzt.

Reisschalen (RH) wurden von den Norddeltaregierungen Ägyptens gesammelt, gewaschen, über Nacht bei 105 °C ofengetrocknet und in einer Muffel bei 650 °C 3 Stunden lang entzündet, um Reisschalen-Kieselsäureasche (RHSA) zu bilden, die verwendet wird ohne weitere Behandlung. Gebleichter Kraft-Bagasse-Zellstoff wurde von der Quena Company for Pulp and Paper, Quena, Ägypten, geliefert. Bentonit (Bt) wurde von der Egypt Bentonite & Derivatives Company geliefert. Es zeichnet sich durch einen geringen Gehalt an Montmorillonit (59 %) und einen hohen Kieselsäuregehalt (18 %) aus. Eine 1 %ige (Gew./Gew.) Bentonitsuspension wurde unter Verwendung eines Rührers bei 4000 U/min für 4 Stunden hergestellt. Kommerzielles kationisches Polyacrylamid (CPAM) mit hohem Molekulargewicht (ca. 1,106) von BASF (Percol®55) wurde durch Auflösen in entionisiertem Wasser unter Rühren auf 0,1 % (Gew./Gew.) verdünnt. Gemahlenes Calciumcarbonat (GCC) wurde von der OMYA Company unter dem Handelsnamen Hydrocarb® geliefert. Polyestergewebe mit 150 g/m2 (geliefert von einem Unternehmen im ägyptischen Privatsektor) wurden 1 Stunde lang mit 0,5 g/l anionischem Reinigungsmittel und 1 g/l Natriumcarbonat bei 70 °C behandelt und dann gewaschen und an der Luft gelüftet -bei Raumtemperatur getrocknet. Bercolin CPK wurde von Berssa-Turkey als Verdickungsmittel geliefert; der Dispersionsfarbstoff Dianix Classic Türkisblau S-GL (Disperse Blue 60) wurde von Dye Star Company geliefert; und 60 g Transferpapier wurden von Protucal Soporcel Company geliefert.

Reishülsen wurden bei 650 °C kalziniert und dann durch Mahlen in der Kugelmühle auf die feinste Form gemahlen, um Reishülsen-Kieselsäureasche RHSA zu bilden. Nach der Gründung von RHSA; 2 mg Titantetrachlorid wurden zu 100 ml Salzsäure gegeben, dann wurde das gemahlene RHSA unter Rühren mit sehr hoher Drehzahl in diese Lösung eingetaucht. Nachdem die Dämpfe verschwunden waren, ließ man die Lösung absetzen und gab dann 30 % Ammoniaklösung tropfenweise zu der gebildeten Paste hinzu, um die Ausfällung von Titandioxid auf der Oberfläche von RHSA zu unterstützen und den pH-Wert der Lösung anzupassen, um dies sicherzustellen die vollständige Ausfällung von Titandioxid auf der Oberfläche von RHSA. Danach wurde die gebildete Paste durch ein Büchner-System filtriert und gründlich gewaschen. Der letzte Schritt bestand darin, die Paste bei 750 °C zu kalzinieren und sie anschließend einer Kugelmahlung zu unterziehen, um eine geeignete Partikelgröße zu erreichen.

Rasterelektronenmikroskopische (REM) Fotos der verschiedenen Proben wurden mit einem Quanta FEG-250-Mikroskop bei einer Spannung von 10 kV aufgenommen. Um eine Aufladung zu vermeiden, wurden die Proben vor dem Scannen mit Gold aufgesputtert.

Das hergestellte Pigment wurde unter Verwendung der Technik (JEOL JX 1230) mit einer Mikroanalysator-Elektronensonde (Japan) untersucht. Diese Technik zeigt einen Querschnitt der Partikel und bestimmt die Partikelgrößen der vorbereiteten Pigmente.

Elementaranalyse und chemische Zusammensetzung für RH und RHSA wurden mittels energiedispersiver Röntgenfluoreszenzspektroskopie durchgeführt (Axios 2005, PANalytical, Niederlande).

Die TGA und DTG von modifizierten Papieren wurden mit einem Differentialscanning-Kalorimeter untersucht. Auf dem Thermowaagengerät SDTQ-600 (TA-USA) wurden 10 mg Probe mit einer Heizrate von 10 °C min−1 in einem Stickstoffstrom mit einer Geschwindigkeit von 100 ml min−1 auf 800 °C erhitzt.

Die Papierbögen wurden nach der schwedischen Standardmethode (SCAN-CM 64:00) hergestellt und gebleichter Kraft-Bagasse-Zellstoff wurde in einem Talschläger bis 30 °C gemahlen. Es wurden Handblätter mit einem Flächengewicht von 68 g/m2 gebildet und die Mengen an gemahlenem Calciumcarbonat, GCC, TiO2, RHSA und TiO2/Reisschalen-Kieselsäureasche (TiO2/RHSA) wurden in (5, 10, 15, 20 und 25 %). Diese Füllstoffe wurden der Zellstoffsuspension zugesetzt und 15 Minuten lang gerührt. Das CPAM wurde hinzugefügt, gefolgt von Bentonit mit seiner optimalen Konzentration (0,1 % CPAM und 1 % Bt), die auf einer früheren Studie17 basiert. Nach jeder Zugabe wurde die Zellstoffsuspension eine Minute lang gerührt. Schließlich wurde die Suspension in die gebildete Folie gegossen, indem man sie auf etwa 6–7 l verdünnte und abtropfen ließ. Die Handblätter wurden dann vor dem Testen bei 25 °C und 50 % relativer Luftfeuchtigkeit konditioniert. Die Liste der Abkürzungen und Namen der Proben ist in Tabelle 1 enthalten.

Die Festigkeitseigenschaften (Zug-, Berst- und Reißindizes) der Papierblätter wurden gemäß Tappi-Standards bestimmt. Der Durchschnitt und die Standardabweichung der Messungen wurden auf der Grundlage von fünf Wiederholungen für jede Probe berechnet. Die Prüfung der Zugfestigkeit wurde gemäß der TAPPI-Standardmethode (T494-06) unter Verwendung einer Universalprüfmaschine (LR10K; Lloyd Instruments, Fareham, UK) mit einer 100-N-Lastzelle bei einer konstanten Traversengeschwindigkeit von 2,5 cm/min gemessen.

Papierblätter mit der in jedem Blatt enthaltenen Zielfüllstoffmenge (0,24 g) wurden in einem Muffelofen bei 525 °C gemäß TAPPI T211om-93 verbrannt und die Aschegewichtswerte berechnet. Die Füllstoffretention (R) wurde anhand der folgenden Gleichung bewertet und geschätzt:

Dabei ist A1 das Gesamtgewicht der Asche in der mit Füllstoff beladenen Folie, A2 das Gewicht der Asche in der unbeladenen Folie, die aus Zellstofffasern stammt, und A das Gewicht des in jeder Folie enthaltenen Füllstoffs.

Die Luftdurchlässigkeitswerte der Papierbögen wurden mit einem Glätte- und Porositätstester von Bendtsen, hergestellt in Dänemark, Andersson Sorensen, Kopenhagen (Luftdurchlässigkeitstester), basierend auf ISO 5636:3 gemessen. Die Luftdurchlässigkeit wurde bestimmt, indem die Luftströmungsrate unter Standarddruck zwischen der Papieroberfläche und zwei konzentrischen, ringförmigen Metallringen gemessen wurde, die auf dem Papier angebracht waren. Die Luftdurchlässigkeit einer Papierbahn ist ein physikalischer Parameter, der den Grad des Bahnwiderstands gegenüber dem Luftstrom charakterisiert.

Die Wasserabsorption von modifizierten Papierblättern, die mit (TiO2/RHSA) Kern-Hülle beladen waren, wurde gemessen. Zur Messung der Wasserabsorption wird üblicherweise die Cobb-Testmethode durchgeführt. Die Proben wurden in Rechtecke der Größe 10 × 10 cm geschnitten und die gewogenen Papierblätter wurden in ein Cobb-Gerät gegeben; 100 ml Wasser wurden über das Papier gegeben, 60 Sekunden stehen gelassen und dann gegossen. Der Papierbogen wurde zwischen zwei Filterpapieren gut getrocknet und gewogen.

Das Druckpastenrezept ist wie folgt eingestellt; 3:3:94 (Dispersionsfarbstoff:synthetischer Verdicker:Wasser). Die vorbereiteten und handelsüblichen Transferpapierbögen werden manuell mit der vorherigen Rezeptur im Siebdruckverfahren bedruckt und an der Luft trocknen gelassen.

Der Polyesterstoff wurde mittels Sublimationstransfertechnik auf dem ehemaligen Siebdruckpapier bedruckt. Als Wärmequelle dient eine 40 × 25 cm große Flachbettpresse. Übertragungszeiten und Temperaturen betragen (30, 60 s) bzw. (170, 190 und 210 °C). Die bedruckten Muster werden bei Raumtemperatur abgekühlt, bevor das Papier entfernt wird.

Die Farbstärke (K/S), die CIELAB-Farbparameter L*, a*, b* und ∆E der Drucke werden von Hunter Lab (Ultra scan-PRO D65, USA, bei max. λmax680 (nm)) bewertet Die Farbstärken (K/S) gedruckter Proben wurden mithilfe der Kubelka-Munk-Beziehung gemessen.

Dabei bezieht sich S auf den Streukoeffizienten, K auf den Absorptionskoeffizienten und R auf den Reflexionsgrad. L* gibt die Probenhelligkeit an, a* gibt die Rot- oder Grünverschiebung der Probe an, b* gibt die Gelb- oder Blaubereichsverschiebung der Probe an und ∆E ist ein einzelner Wert, der die Gesamtdifferenzen zwischen den Probenparametern a*, b* bestimmt. und L* und die Standardfarbe18. Echtheitsmessungen von Wasch-, Schweiß- und Lichtechtheit wurden gemäß den Standardmethoden AATCC Technical Manual, Methode 8 (1989) 68, 23 (1993) beurteilt; 15 (1989) 68, (1993) 30 bzw. 16(2004)19. Die Reibechtheit wurde nach AATCC 1993b10 beurteilt.

Die Hauptbestandteile von RH, RHSA und TiO2/RHSA sind in Tabelle 2 dargestellt. Aus der Tabelle geht hervor, dass Titandioxid in Reisschalen nicht vorkam und in RHSA mit einem Prozentsatz von 0,02 geringfügig vorhanden war, während es im Fall von TiO2 leicht vorhanden war /RHSA Kern-Schale-Pigment, sein Anteil betrug etwa 13,25 und das bedeutet, dass es mehr als 10 % der gesamten Verbindung ausmacht. Dies wurde durch den Siliciumdioxidanteil ausgeglichen, der im Fall von Kern-Schale-Pigmenten auf 79,36 gesenkt wurde, d. h. es besteht ein indirekter Zusammenhang zwischen der Konzentration von TiO2 und SiO2. Aus dieser Analyse lässt sich auch schließen, dass die berechnete Ascheausbeute aus RH-Rohmaterial 14,23 % betrug und diese erhaltene Asche eine schwache graue Farbe aufweist, 82,93 % Siliciumdioxidpartikel enthält und einen Gewichtsverlust von 11,36 % beim Glühen (LOI) aufweist.

SEM-Fotos und EDX-Analyse der in Abb. 1a gezeigten TiO2/RSHA-Kern-Schale-Pigmente machten deutlich, dass sich die Plättchenpartikel aus Titandioxid auf den kugelähnlichen Formen von Siliciumdioxid überlappen, zusätzlich zum Auftreten einiger stäbchenförmiger Strukturen, die kann auf eine nicht vollständig kanzerierte RH verwiesen werden. Diese Überlappung zwischen der plättchenförmigen Struktur aus Titandioxid und den Kugeln aus RH-Siliciumdioxid kann eine gute Möglichkeit zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des Papiers durch Stärkung seiner Zwischengitterbereiche darstellen. Darüber hinaus zeigte die EDX-Analyse, die die Elemente auf der Oberfläche bis zu einer Tiefe von 1 µ schätzt, das Vorkommen von Titandioxid in einem Prozentsatz, der nahezu dem bei der RFA-Analyse ermittelten Anteil (ca. 13,25 %) ähnelt, was darauf hindeutet, dass fast das gesamte Titandioxid vorhanden ist Sie befinden sich auf der Oberfläche des Siliciumdioxids und sind nur in Spuren in der Masse vorhanden, was gut mit den RFA-Ergebnissen übereinstimmt.

(a) SEM/EDX von TiO2/RHSA und (b) TEM-Foto von TiO2/RHSA.

Die TEM-Fotos in Abb. 1b bestätigten das Auftreten von Titandioxidpartikeln als präzise, ​​scharfe Dimensionsplatten, die die durch die Kalzinierung der Reisschalen entstandenen Kieselsäurekügelchen umgaben, und bestätigten die Struktur des neuen Kern-Schale-Pigments.

Die physikalischen, mechanischen und Barriereeigenschaften von (unbeladenen, beladenen Handblechen mit CaCO3, TiO2, RHSA und TiO2/RHSA) Verbundfüllstoffen wurden wie folgt zusammengefasst.

Die Rückhaltung von Füllstoffen war schon immer ein heißes Thema im Forschungsbereich der Papierherstellung, da die Rückhalteeffizienz einen starken Einfluss auf die Produktkosten, die Sauberkeit des Papierherstellungssystems und die Schadstoffbelastung des Entsorgungssystems hat. Daher war es notwendig, die Retentionsleistungen von CaCO3, TiO2, RHSA und TiO2/RHSA zu untersuchen, um ihre Wirkung auf die aus gebleichter Kraft-Bagasse hergestellten Papierbögen zu bewerten. Die Ergebnisse in Abb. 2a und b zeigten einen Anstieg der Retentionswerte mit zunehmender Füllstoffkonzentration. Die Verwendung von CaCO3- und TiO2-Füllstoffen mit Konzentrationen (5–25 %) führte lediglich zu einer Füllstoffretention von (17,20 ± 2,81–32,79 ± 3,21 %) bzw. (19,81 ± 4,29–45,87 ± 4,33 %). Beim Vergleich der Verwendung von CaCO3- und TiO2-Füllstoffen mit RHSA und TiO2/RHSA zeigten alle Pigmente eine hohe Füllstoffretention13. Dennoch bot RHSA mit einem erhöhten Prozentsatz von 33,83 % den höchsten Selbstbehalt. Außerdem variierten die Retentionswerte zwischen (45,51 ± 2,81 %) und (62,47 ± 3,52 %) für Papiere, die mit TiO2/RHSA-Kern-Hülle-Pigmenten beschichtet waren, und die optimale Füllstoffkonzentration, die die höchste Füllstoffretention ohne Zugabe von Retentionsmittel ergab, betrug 20 %. für CaCO3, TiO2, RHSA und TiO2/RHSA.

Einfluss der Füllstoffkonzentration und der Zugabe von Retentionsmittel auf den Retentionsprozentsatz (a,b), das Flächengewicht (c,d) und die Schüttdichte (e,f) von Papierblättern.

Der höhere Retentionswert für RHSA und TiO2/RHSA betrug (57,95 ± 2,35 %) bzw. (62,47 ± 3,52 %), was auf die Hydrophobie von Siliciumdioxid und seinen hohen Gehalt zurückzuführen ist. Den Ergebnissen dieser Versuche zufolge wurden 0,1 % kationisches Polyacrylamid (CPAM) zu 1 % Bentonit hinzugefügt. Das Vorhandensein von CPAM verstärkte die Aggregation von CaCO3, TiO2, RHSA und TiO2/RHSA. Agglomerierte Füllstoffe sind ausreichend groß, um im Blatt zu bleiben und die Lücken in den Fasern zu füllen. Die langkettige CPAM-Adsorption auf den Oberflächen erfolgte entweder durch Brückenbildung oder durch Ladungsneutralisierung. Die Ergebnisse zeigten Folgendes: (1) Die Retention war ohne Zusatzstoffe extrem gering, (2) die Zugabe von CPAM verbesserte die CaCO3-, TiO2-, RHSA- und TiO2/RHSA-Retentionsergebnisse und (3) die Retentionsverbesserung wurde durch die Zugabe von Bentonit stark beeinflusst. Die Erhöhung der Füllstoffretention durch die Zugabe von Bentonit mit den verschiedenen Flockungsmitteln kann auf die Tatsache zurückgeführt werden, dass es eine Brücke zwischen flockigen umhüllten Fasern und Füllstoffen bilden kann16,20. Die Retentionen betrugen (53,75 ± 0,65), (76,87 ± 3,13 %), (77,47 ± 1,53 %) und (87,68 ± 1,32 %) für S9, S10, S11 und S12. Tatsächlich ist das Vorhandensein ionisierter funktioneller Gruppen in ausreichenden Mengen notwendig, um dem Polymer die richtige Konformation zu verleihen und ein gutes Maß an Flockung/Retention (Verbrückungsfähigkeit) sicherzustellen. Durch die Adsorption von TiO2/RHSA-Kern-Schale-Partikeln wurden abstoßende elektrostatische Wechselwirkungen zwischen den Polymeren und den Oberflächen verhindert. Die besten Retentionsergebnisse (87,68 ± 1,32 %) lieferte S12.

Dementsprechend erhöhte sich das Flächengewicht mit dem Gehalt an CaCO3, TiO2, RHSA und TiO2/RHSA aufgrund der Zugabe von Flockungsmitteln/Bentonit. Die Papierschüttdichte ist definiert als das Verhältnis zwischen Papierdicke und Grammatur. Es wurde festgestellt, dass das Vorhandensein von Füllstoffpartikeln dazu neigt, mehr Zwischenräume zwischen den Fasern anzuzeigen, die andernfalls im Blatt fest miteinander verbunden wären. Die Änderung der Schüttdichtewerte der geladenen Handblätter stimmte mit der Variation der Füllstoffretentionsergebnisse überein, wie in Abb. 2 zu sehen ist, was zeigt, dass die Papierhandblätter, die TiO2, RHSA und TiO2/RHSA enthielten, eine geringere Schüttdichte aufwiesen als entweder unbeladene Papiere (gebleichte Kraft-Bagasse) oder mit CaCO3 beladene Papiere. Die Ergebnisse zeigten auch, dass RHSA-Partikel und TiO2/RHSA-Kern-Schale-Pigmente bei höherer Konzentration (15, 20 und 25 % Zugabe) geringere Schüttdichten aufwiesen als unbeladene und beladene Proben, die mit CaCO3 und TiO2 beladene Handblätter enthielten. Bei Papieren mit TiO2/RHSA-Kern-Schale-Pigmenten wurde der Schüttdichteprozentsatz hingegen auf 17,96 % gesenkt. Die Zugabe von 0,1 % CPAM und 1 % Bentonit mit den zugesetzten Füllstoffen verringerte die Schüttdichte der modifizierten Papierblätter mit den zugesetzten Füllstoffen, was im Widerspruch zu den Ergebnissen der Retentionshilfe steht.

Abbildung 3a–c bestätigte, dass die Zugabe von CaCO3, TiO2, RHSA und TiO2/RHSA in den Beschichtungen zu einer deutlichen Erhöhung der maximalen Belastung, der Bruchlänge und des Reißindex führte. Außerdem führte die Zugabe von 0,1 % CPAM und 1 % Bt zu den verschiedenen Pigmenten zu einer Verbesserung der Bruchlänge, die für S12 bei (53,82 %) auftrat. Diese Partikelprobe bot die höchste Retention (87,68 % ± 1,32) und die kleinste Partikelgröße. Darüber hinaus wurde der gleiche Trend bei den Tränenindexmessungen erzielt, während die Verbesserung für S12 (26,34 ± 1,35 N m2/g) erreichte. Handblätter, die mit TiO2-, RHSA- und TiO2/RHSA-Kern-Schale-Pigmenten beladen waren, zeigten niedrigere Berstindizes als leere und mit CaCO3 beladene Handblätter, wie in Abb. 3d zu erkennen ist. Die geringe Partikelgröße der Füllstoffe legt eine größere relative Menge an Faseroberfläche frei, die von einer gegebenen Partikelmasse bedeckt werden kann, wodurch der Kontakt zwischen den Fasern über einen größeren Teil der verfügbaren Oberfläche verhindert wird. Darüber hinaus wiesen TiO2/RHSA-Pigmente den niedrigsten Handblatt-Berstindex auf, was auch auf den höchsten Retentionswert in Verbindung mit der kleinsten Größe der Siliciumdioxidpartikel zurückzuführen ist1,16.

Festigkeitseigenschaften für verschiedene Füllstoffadditive in Bezug auf die Papierzusammensetzung, (a) maximale Belastung, (b) Reißlänge, (c) Reißindex und (d) Berstindex.

In unserer Studie wurden verschiedene Barriereeigenschaften (Luft, Wasserdampf und Cobb-Wert) für die mit CaCO3, TiO2, RHSA und RHSA/TiO2 beladenen Papierblätter bewertet, um ihre Wirkung zu vergleichen.

Die poröse Struktur von Papier spielt eine wichtige Rolle für die Papierkompetenz hinsichtlich weiterer zahlreicher Anwendungen; Diese Porosität hängt normalerweise mit dem Luftwiderstand zusammen, der die Luftdurchlässigkeit umkehrt. Da der Grad der Zellstoffaggregation die poröse Struktur des Papiers beeinflusst, können Luftdurchlässigkeitsmessungen ein Hinweis auf die möglichen Aggregationsmechanismen sein, die durch die verschiedenen Additivsysteme entwickelt werden, und auf deren Auswirkungen auf die Papierqualität. Die Luftdurchlässigkeit wird durch die Anwendung der verschiedenen Additive deutlich erhöht. Die höchste Luftdurchlässigkeit wurde für mit den verschiedenen Pigmenten gefülltes Papier in Gegenwart von CPAM und Bentonit erreicht. Die Ergebnisse der Luftdurchlässigkeit in Abb. 4a zeigten einen Anstieg durch die Zugabe von Zusatzstoffen zum Zellstoff, und der stärkste Anstieg war bei Papierblättern zu verzeichnen, die mit S12 beladen waren, um Luftdurchlässigkeit zu bieten (12,72 ± 2,78 ml/S m2 Pa). Dies weist darauf hin, dass die gebildeten Partikel zur Regulierung der Porosität der Verbundmaterialien beitragen können. Darüber hinaus wird davon ausgegangen, dass Füllstoffpartikel größere Abstände (Perkolationspfad) zwischen den Fasern ermöglichten, was deren Kompaktheit verringerte und dadurch zu einer erhöhten Sperrigkeit des Materials führte7,20,21,22.

Barriereeigenschaften für mit Füllstoffen beladene Papierbögen, (a) Luftdurchlässigkeit, (b) Wasserdampfdurchlässigkeit und (c) Cobb-Wert.

Die WVTR des Papierblatts ist das Wasserdampfvolumen, das unter bestimmten Bedingungen durch die Papiereinheitsfläche und -zeit strömt. Die WVTR wird im stationären Zustand gemessen und es kann vorhergesagt werden, dass die Modifikation der Zellulosefasern die Wasserdampfdurchlässigkeit verringert. Die WVTR für unbeladene und geladene Handblätter mit 50 % relativer Luftfeuchtigkeit ist in Abb. 4b dargestellt, wo ein Rückgang der WVTR für die beladenen Handblätter im Vergleich zu den unbeladenen Handblättern festgestellt wurde.

Um diesen Befund zu erklären, ist es notwendig, den Mechanismus der Wasserdampfübertragung durch Zellulosefasern zu verstehen. Zuerst kondensieren Wassermoleküle an der Oberfläche, dann lösen sie sich in den beladenen Zellulosefasern auf und können anschließend durch diese diffundieren. Danach verlassen diese Moleküle die Oberfläche des Papiers auf der anderen Seite. Generell kann festgestellt werden, dass die Zugabe von CaCO3-, TiO2-, RHSA- und TiO2/RHSA-Partikeln als Füllstoffe zur Papiermatrix deren WVTR verringert, da die Partikelanzahl zunimmt, was den Weg des Wasserdampfs wesentlich erweitert. Die Ergebnisse bestätigten auch, dass S12 die WVTR von Papierbögen erheblich beeinflusst. Allerdings betrugen die erhaltenen Werte im Fall der unbeladenen Probe (39,60 × 10−3 ± 4,40) und wurden dann im Fall von S12 für mit beladene Papierbögen auf (20,47 × 10−3 ± 0,53) (g/m2 Tag) reduziert (TiO2/RHSA + 0,1 % CPAM + 1 % Bt.), was eine Verbesserung von 48,23 % im Vergleich zu unbeladenen Papierblättern zeigt. Dies ist auf das Vorhandensein von RHSA-Partikeln zurückzuführen, die einen zickzackförmigen Weg für das Eindringen von Wasserdampf durch die Papiermatrix schaffen können, was zu einer Verbesserung der Hydrophobie der Papierblätter führt23,24. Dadurch wird verhindert, dass Druckpaste, Farbstoff oder Tinte in die innere Papierstruktur eindringen und sich auf der Papieroberfläche absetzen.

Der Cobb-Test ist wichtig, um die Widerstandsfähigkeit des Papiers gegen das Eindringen von Wasser und die Wassermenge abzuschätzen, die von der Oberfläche von Papierblättern absorbiert werden kann. Es bewertet auch die Qualität des Papiers über einen bestimmten Zeitraum. Die Cobb-Werte für verschiedene Additivsysteme in Bezug auf die Papierzusammensetzung sind in Abb. 4c dargestellt; Die Ergebnisse dieses Tests bestätigten einen signifikanten Rückgang der Cobb-Werte nach dem Einbringen der Füllstoffe in den Zellstoff, von (57,03 ± 1,03 g/m2) für unbeladenes Papierblatt auf (37,77 ± 5,93 g/m2) für mit S4 beschichtetes Papier. Die Zugabe von kationischem Polyacrylamid und Bentonit zum Zellstoff führte zu einer Verringerung der Cobb-Werte, sodass ein verbesserter Leimungsgrad der Papierblätter deutlich festgestellt werden kann. Es wird angenommen, dass CPAM, das für die Retention verwendet wird, dabei helfen kann, CaCO3-, TiO2-, RHSA-, TiO2/RHSA-Partikel mit einer negativen Ladung an Zellulosefasern zu binden und so die Retentionsmenge auf Papierblättern zu erhöhen25.

Aus den vorherigen Ergebnissen geht hervor, dass die mit RHSA-Partikeln beladenen Papierblätter bei der Druckpapierherstellung verwendet werden können, indem der durchschnittliche Durchmesser der Papierporen verringert wird. Dies wird im Detail im REM ausgedrückt.

Die Oberflächenmorphologie von mit CaCO3, RHSA und TiO2 beladenen Papierblättern unterschied sich von der von unmodifiziertem gebleichtem Kraft-Bagasse-Zellstoff, wie in Abb. 5 zu sehen ist. Fast alle Poren wurden durch die Pigmentpartikel verschlossen, eine faserige Oberfläche kann jedoch sein immer noch sichtbar. Die Einarbeitung von Füllstoffen in Papierbögen führte zur Agglomeration der abgelagerten Partikel auf den Faseroberflächen in faserbasierten Matrizen. Die Kern-Hülle-Pigmentpartikel (TiO2/RHSA) zeigten deutlich eine höhere Retention, was in den REM-Bildern aufgrund ihrer kleineren Partikelgröße und ihrer hohen Verteilung im Vergleich zu CaCO3- und RHSA-Partikeln deutlich zu erkennen war (Abb. 5d). Die Zugabe von 0,1 % CPAM und 1 % Bentonit zum Pigment führte zu einer homogenen, gleichmäßigen Fasermorphologie in den Papierblättern. Darüber hinaus wurde in Abb. 5 deutlich, dass die Oberflächenverkapselung aufgrund der Füllstoffmodifikation deutlich erkennbar war, was zur Verbesserung der Kompatibilität mit Zellulosefasern beitrug und die Oberfläche glatter und fester machte7,26. Dementsprechend führten engere Zellulosefaserkombinationen zu einer höheren mechanischen Festigkeit, was die Verbesserungen der mechanischen Festigkeit des Handblatts erklärt.

REM-Bilder für Papierblätter, (a) S0 (leere Bagasse), (b) S9 (20 % CaCO3 + 0,1 % CPAM + 1 % Bt), (c) S11 (20 % RHSA + 0,1 % CPAM + 1 % Bt) und (d) S12 (20 % TiO2/RHSA + 0,1 % CPMA + 1 % Bt).

Die (K/S)-Werte von Siebdruckpapieren mit dem Farbstoff Türkisblau S-GL, Abb. 6a (Disperse Blue 60), sind in Tabelle 3 dargestellt. Und wie bekannt ist, geben K/S-Werte die Farbintensität an und Tiefe, und in der Studie wurde deutlich, dass die K/S-Werte in den meisten Fällen höher waren als die kommerziellen. Dies deutete darauf hin, dass die Papiere mehr Farbstoffe auf ihren Oberflächen zurückhielten und die Proben S9, S11 und S12 die höchsten K/S-Werte aufwiesen. Solche K/S-Werte zeigten, dass die zugesetzten Füllstoffe die Fähigkeit des Bagassepapiers verbesserten, den beschichteten Farbstoff auf den oberen Papierschichten zu halten, während sie gleichzeitig die Absorption des Farbstoffs in tiefere Schichten verringerten (wie durch REM-Aufnahmen gezeigt) (Abb. 5). Die Farbparameter werden anhand der L*-, a*- und b*-Skalen des CIELAB-Systems bewertet und die Ergebnisse sind in Tabelle 3 aufgeführt. Ein dreidimensionales Modell des CIELAB-Farbraums wird gemäß der Gegenfarbentheorie in Abb. 6b27 entworfen Die Werte zeigten, dass die K/S-Werte in einem indirekten Zusammenhang mit den L*-Werten stehen, was bestätigt, dass die Farbe dunkler wurde und umgekehrt. Darüber hinaus zeigte der ∆E der gedruckten Proben bemerkenswerte Veränderungen, die das Vorhandensein eines Farbunterschieds zwischen den gedruckten Proben stark bestätigten. Maximale Farbdifferenzwerte wurden für die bedruckten Papierblattproben S12, S11 gefolgt von S9 beobachtet. Darüber hinaus ist es wichtig zu beachten, dass alle Proben bei den a*- und b*-Werten eine Blauverschiebung zeigten.

(a) Chemische Struktur von Türkisblau S-GL (Disperse Blue 60) und (b) Die Farbparameter L*, a* und b* Modell aus dem CIELAB-Farbraum27.

Die thermogravimetrische (TGA) Analyse ist eine sehr wertvolle Technik zur Untersuchung des thermischen Verhaltens bestimmter Materialien28. Es ist wichtig, die Wirkung zugesetzter Füllstoffe auf die thermische Stabilität von bedrucktem Papier zu bewerten, wenn es der Hochtemperaturpresse im Transferprozess ausgesetzt wird.

Es wurden TGA- und DTG-Profile von unbeladenen und einigen ausgewählten modifizierten Papierblättern unter einer inerten Atmosphäre erstellt, die Auswahl hing von den K/S-Druckergebnissen ab. Die Ergebnisse der TGA- und DTG-Daten sind in Tabelle 4 zusammengefasst und in Abb. 7 dargestellt. Es ist klar, dass alle Papierproben neben dem primären Gewichtsverlust im Bereich von 30–80 °C ein Hauptstadium des Gewichtsverlusts zeigten. Dies wurde auf die Verdunstung von absorbiertem Wasser zurückgeführt. Darüber hinaus wurde beobachtet, dass alle modifizierten Proben eine höhere thermische Stabilität und prozentuale Verkohlungsbildung aufwiesen als unbelastete Papierblätter. Beim Vergleich dieser modifizierten Proben mit unbeladenen Bagassepapierblättern bot die modifizierte Papierprobe S12 mit (20 % RHSA/TiO2 + 0,1 % CPAM + 1 % Bt) eine Verbesserung ihrer thermischen Stabilität, gefolgt von S11 (20 % RHSA + 0,1 % CPAM + 1). % Bt), dann schließlich S9 enthaltend (20 % CaCO3 + 0,1 % CPAM + 1 % Bt).

TGA (a) und DTG (b) Profile von bedruckten Papieren, S0 (leere Bagasse), S9 (20 % CaCO3 + 0,1 % CPAM + 1 % Bt), S11 (20 % RHSA + 0,1 % CPAM + 1 % Bt) und S12 (20 % TiO2/RHSA + 0,1 % CPMA + 1 % Bt).

Unbeladenes Bagassepapier zeigte eine geringere thermische Stabilität und eine geringere Fähigkeit zur Verkohlungsbildung als alle anderen getesteten Papierproben, wie in Tabelle 4 gezeigt, was auf die Zellulosezersetzung zurückzuführen ist, die über einen Depolymerisationsmechanismus von Glykosyleinheiten erfolgte, was zur Bildung hochsiedender Produkte (HBP) führte ) (Levoglucosan). Diese HBPs könnten bei höheren Temperaturen in leichtere brennbare Gase zerfallen. Darüber hinaus ist bekannt, dass die Anwesenheit von Zusatzstoffen, Pigmenten, Füllstoffen oder Metallen die thermische Stabilität, den Zersetzungsweg und die Zersetzungsprodukte deutlich beeinflussen kann7,13,29.

Der Verkohlungsrückstand bei 500 °C (CR500 °C) stieg von 12,22 % für unbeladene Papiere auf 41,28 % für S12 und 23,19 % für S11, dann 16,36 % für S9. Der höhere Verkohlungswert war mit S12 verbunden, was mit der Anwesenheit von sowohl Silica-Asche als auch TiO2 zusammenhängt und einen doppelten Effekt auf die Strukturstabilisierung zeigt. Das Vorhandensein von Asche in S11 stabilisierte auch dessen Struktur, während das Vorhandensein von Calciumcarbonat die thermische Stabilität von Bagassepapier verbesserte, jedoch nicht so stark wie im Fall von TiO2 und RHSA. Diese verstärkten Effekte werden auf die Fähigkeit der zugesetzten Füllstoffe zurückgeführt, die Struktur der Bagasse zu stabilisieren und die thermische Zersetzung auf weniger flüchtige und nicht brennbare Zersetzungswege zu lenken. Darüber hinaus katalysierten die zugesetzten Füllstoffe den Dehydrierungszersetzungsmechanismus von Bagassepapier, was die Bildung von kohlenstoffhaltiger Kohle (Bildung von CO2, CO, H2O und fester Kohle) begünstigte und die Depolymerisation von Cellulose zu Levoglucosan minimierte30. Darüber hinaus zeigte S12 flammhemmende Eigenschaften durch die Verringerung der Zersetzungstemperatur (319 °C im Vergleich zu 325 °C für Blindbagasse) und die Erhöhung der Kohleausbeute (41,28 % im Vergleich zu 12,22 % für Blindbagasse). Dies wurde erreicht, indem die Bildung von Levoglucosan reduziert und sowohl die Zersetzungs- als auch die Dehydratisierungsreaktion katalysiert wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass die hinzugefügten Füllstoffe die Stabilisierung und thermische Stabilität der Bagassestruktur unterstützten. Die Druck- und thermogravimetrischen Ergebnisse der modifizierten Papiere zeigten, dass sie das Potenzial haben, als Thermotransferdruckpapiere für den Polyestersublimationsdruck verwendet zu werden.

Im Sublimationstransferdruck gilt Zellulosepapier als erster Farbstoffträgerkandidat für Dispersionsfarbstoffe. Da es keine Affinität zu diesen Farbstoffen aufweist, war hochwertiges Papier mit gleichmäßiger Struktur und gutem mechanischem und thermischem Verhalten erforderlich. Daher wurden die strukturellen Eigenschaften von Zellulosepapierbögen verändert, um sie in Transferdruckanwendungen nutzen zu können. Anorganische Füllstoffe werden häufig verwendet, um Papiereigenschaften wie Opazität, Volumen und Glätte zu verleihen, die für die Papierqualität erforderlich sind31,32.

Silizium zeichnet sich durch seine große Oberfläche, Hydrophilie, chemische Stabilität und Inertheit sowie Haltbarkeit und Kompatibilität aus. Aus diesem Grund gilt Kieselsäure als hervorragendes Papierfüllmaterial. Aufgrund ihrer porösen Beschaffenheit kann die Tinte jedoch entlang der Beschichtungsschicht diffundieren; Daher muss seine Struktur so angepasst werden, dass das Eindringen der Druckpaste in die Papierstruktur reguliert wird, um den Anforderungen der Wärmeübertragungsanwendung gerecht zu werden. Größere Partikel und eine relativ große Oberfläche werden durch das TiO2 erzeugt, das sich als Hülle auf der Oberfläche des porösen Silica-Kerns befindet33.

Darüber hinaus kann Titan die Rissbildung der Beschichtung minimieren und die thermische Stabilität bei höheren Temperaturen verbessern. Die Behandlung von Papierblättern mit einer solchen Kern-Schale-Struktur kann das Eindringen der Paste in die innere Papierstruktur verringern und die Wasseraufnahme begrenzen, indem sie das erforderliche Maß an Hydrophobie verleiht und den Farbstofffilm auf der Papieroberfläche haften lässt. Darüber hinaus kann TiO2 die Wärmeleitfähigkeit von Papieroberflächen erheblich verbessern, indem es den durch die unterschiedliche Wärmeisolierung des Papiers beim Kontakt mit dem Heizelement verursachten Fleckeneffekt verhindert und eine homogene und gleichmäßige Bildübertragung erzeugt. TiO2/RHSA-Kern-Schale-Behandlungen können die Affinität von Farbstoffdampf zu Papierfasern, Beschichtungen und Verdickungsmitteln, die in Druckpasten verwendet werden, verringern. Dies kann die Affinität des Farbstoffs zu den Fasern verbessern und dazu führen, dass eine erhebliche Menge Tinte oder Farbstoff von der Papieroberfläche auf die Stoffe abgegeben wird31,32,33,34,35.

Beim Sublimations-Wärmeübertragungsdruck geht der auf Papier gedruckte dispergierte Farbstoff unter bestimmten Bedingungen vom festen Zustand in den gasförmigen Zustand über, ohne überhaupt den flüssigen Zustand zu durchlaufen (Sublimation). Bei höheren Temperaturen werden die Moleküle des synthetischen Stoffs geöffnet, damit der Farbstoffdampf ins Innere gelangen kann. Nach dem Abkühlen setzen sich die Polyestermoleküle ab und werden über den gesamten Farbstoff absorbiert. Dies ist interessant, da der Farbstoff im Gegensatz zu anderen Druckverfahren, bei denen die Farbe nur auf der Oberfläche aufgetragen wird, im Inneren des Stoffes absorbiert wird.

Um die Homogenität und Farbgleichmäßigkeit des aus modifizierten und getesteten Papierbögen erzeugten Druckbildes zu bewerten, wurden drei Druckläufe mit unterschiedlichen Farbstoffkonzentrationen durchgeführt. Abbildung 8a–c zeigt die fotografischen Bilder von Polyestergewebe, das über ausgewählte modifizierte Papierbögen mit einer Farbstoffkonzentration von 1, 2 bzw. 3 % gedruckt wurde.

Fotografisches Bild von durch Wärmeübertragung bedruckten Polyestergeweben mit (a) 3 %, (b) 2 % und (c) 1 % Farbton.

Die Bilder zeigten, dass alle untersuchten bedruckten Proben mit behandeltem Papier scharfe, regelmäßige Kanten aufwiesen und ein hohes Maß an Homogenität und Regelmäßigkeit in den auf die Stoffe übertragenen Farben aufwiesen, was auf die Homogenität und Regelmäßigkeit der auf die Oberfläche geladenen Materialien hinweisen könnte des Papiers.

Farbunterschiede werden durch ∆E bewertet; Wenn der numerische Wert höher als 5 ist, ist eine Farbveränderung mit bloßem Auge sichtbar. Wenn der Wert auf einen Wert über 12 erhöht wird, wird ein absoluter Farbunterschied beobachtet. Tabelle 5 vergleicht den ∆E-Wert jeder Probe mit sich selbst, um den Grad des Farbunterschieds zu veranschaulichen. Die Ergebnisse zeigten, dass alle Proben einen akzeptablen Farbausgleich und eine homogene Farbverteilung aufwiesen, insbesondere bei niedrigen Farbtönen36.

Die modifizierten Siebdruckpapiere wurden als Thermotransferdruckpapiere beim Transferdruck von Polyestergeweben eingesetzt. Die Fähigkeit der bedruckten Papiere zur gleichmäßigen Farbstofffreisetzung unter verschiedenen Übertragungsbedingungen (Temperatur und Zeit) wurde bewertet. In Tabelle 6 sind die K/S-Ergebnisse von durch Wärmeübertragung bedruckten Polyestergeweben unter Verwendung handelsüblicher und modifizierter Siebdruckpapiere zu unterschiedlichen Zeiten und Temperaturen aufgeführt. Den Ergebnissen zufolge stieg der K/S-Wert des Polyesters mit zunehmender Zeit und Temperatur des Übertragungsprozesses, was darauf hindeutet, dass die Farbstofffreisetzung in direktem Zusammenhang mit Zeit und Temperatur steht. Die höchsten K/S-Werte wurden mit bedruckten Polyestergeweben bei 210 °C für 60 s erzielt, und die maximale Farbabgabe war vergleichbar mit der von handelsüblichem Transportpapier S9, S11 und S12. Dies kann darauf zurückzuführen sein, dass die Modifikationen in diesen Proben die Farbstofffreisetzung auf sanfte und gleichmäßige Weise von ihren Oberflächen verbessert haben, was zu einer homogenen Farbstoffaufnahme durch Polyestergewebe führt.

Tabelle 7 zeigt die Farbparameter sowie die Licht-, Wasch- und Schweißechtheiten bei 210 °C und 60 s. Den Ergebnissen zufolge zeigten alle bedruckten Polyesterstoffe eine Blauverschiebung. Darüber hinaus lag der ∆E für alle Druckproben zwischen 34 und 45, was darauf hindeutet, dass es zu erfolgreichen Farbübertragungen zwischen den Papieren und Stoffen kam. Je größer der Farbdifferenzwert (∆E), desto mehr Farbe wird gewonnen und desto intensiver kann die Farbe beobachtet werden37.

In Bezug auf die Echtheit der bedruckten Stoffe boten alle bedruckten Muster eine hervorragende Beständigkeit gegen Waschen, Schweiß, Nass- und Trockenreiben und Licht. Aufgrund dieser Erkenntnis lässt sich nun der Schluss ziehen, dass die modifizierten Bagassepapiere eine kürzere Transferzeit, geringere Kosten und eine maschinelle Verwendung ohne Faltenbildung, Rissbildung oder Brennen bieten können, sodass sie als Transferdruckpapiere mit hoher Trennkraft bei der Übertragung verwendet werden können Bedrucken von Polyestergeweben. Grafische Darstellung der in Abb. 9 dargestellten Thermotransferdruckpapiere.

Grafische Darstellung von Thermotransferdruckpapieren.

In dieser Arbeit wurde ein neues Kern-Hülle-Pigment (TiO2/RHSA) auf der Basis von Silica-Asche-Abfällen, die mit einer dünnen Schicht Titandioxid bedeckt waren, in Gegenwart von CPAM und Bentonit auf Papierbögen geladen. Diese Zusätze wurden vorgenommen, um die Entwässerung und die Füllstoffretention in Papierbögen zu verbessern.

Das Kern-Schale-TiO2/RHSA-Pigment wurde bei 750 °C hergestellt und enthält einen geringen Gehalt an TiO2 als Hülle, die das RHSA bedeckt, aber trotz seiner geringen Konzentration bewirkt es eine Verbesserung der verschiedenen mechanischen Eigenschaften und Barriereeigenschaften.

Die Oberflächenmorphologie der modifizierten Papierbögen zeigte, dass die Einarbeitung von Pigmenten in die Papierbögen zur Agglomeration der abgelagerten Partikel auf den Faseroberflächen in den faserbasierten Matrizen führte. Darüber hinaus waren mit TiO2/RHSA beschichtete Papierblätter homogener als solche, die mit CaCO3 und RHSA behandelt wurden. Die für mit TiO2/RHSA beladenen Handblätter erzielten Ergebnisse zeigten eine Verbesserung der Bruchlänge und des Reißindex bei (53,82 %) bzw. (26,34 ± 1,35 N m2/g) bei gleichzeitiger Verringerung des Berstindex. Das durch CPAM, Bentonit (Bt) gemischt mit (TiO2/RHSA)-Pigmenten auf dem Papierblattsubstrat erzeugte Netzwerk ist sehr dicht und organisiert. Dies führte zur Schaffung einer gleichmäßigen Partikelverteilung und einer starken Oberfläche, die die Poren in den Papiermatrizen füllt und die Luft erhöhte, die Wasserdampfdurchlässigkeit verringerte und den Cobb-Wert der mit (TiO2/RHSA)-Pigment modifizierten Proben im Vergleich zum Blindwert erhöhte ( entladenes Papier). Die Ergebnisse zeigten, dass modifizierte Siebdruckpapiere erfolgreich als Sublimations-Wärmeübertragungsdruckpapiere in Polyestergeweben eingesetzt werden konnten.

Alle während dieser Studie generierten oder analysierten Daten sind in diesem veröffentlichten Artikel enthalten.

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Alle Autoren danken dem National Research Centre (NRC)-Egypt für seine finanzielle Unterstützung.

Open-Access-Finanzierung durch die Science, Technology & Innovation Funding Authority (STDF) in Zusammenarbeit mit der Egyptian Knowledge Bank (EKB). Für die Durchführung dieser Studie wurden keine Mittel bereitgestellt.

Abteilung für Zellulose und Papier, Nationales Forschungszentrum, 33El-Bohouth St. (ehemals El-Tahrir St.), PO 12622, Dokki, Gizeh, Ägypten

Abeer M. Adel, Mohamed A. Diab und Nabila El-Shinnawy

Abteilung für Polymere und Pigmente, Nationales Forschungszentrum, 33 El-Bohouth St. (ehemals El-Tahrir St.), PO 12622, Dokki, Gizeh, Ägypten

Nivin M. Ahmed

Abteilung für Färberei, Druck und Textilhilfsmittel, Nationales Forschungszentrum, 33 El-Bohouth St. (ehemals El-Tahrir St.), PO 12622, Dokki, Gizeh, Ägypten

Fatma N. El-Shall

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AMA, NMA, MAD und FNE-S. trugen zur Studienkonzeption, Materialvorbereitung, Datenerfassung, formalen Analyse, Untersuchung, Methodik, Validierung, Visualisierung, Schreiben – Originalentwurf, Schreiben – Überprüfung und Bearbeitung bei. NE-S. beteiligte sich an Konzeptualisierung, Ressourcen und Supervision. Alle Autoren haben das Manuskript überprüft.

Korrespondenz mit Abeer M. Adel.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Adel, AM, Ahmed, NM, Diab, MA et al. Untersuchung der Eignung bedruckbarer modifizierter Papiere für den Einsatz im Thermosublimationstransferdruck von Polyestergewebe. Sci Rep 13, 6536 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-33546-9

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Eingegangen: 4. Februar 2023

Angenommen: 14. April 2023

Veröffentlicht: 21. April 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-33546-9

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