BRPI0309275B1

BRPI0309275B1 - Pigmento de caulim hidratado e processo de produção de pigmento de caulim hidratado

Info

Publication number: BRPI0309275B1
Application number: BRPI0309275-5A
Authority: BR
Inventors: Graham M Pring; Christopher R L Golley
Original assignee: Imerys Pigments Inc
Priority date: 2002-04-16
Filing date: 2003-01-29
Publication date: 2015-06-23
Also published as: EP2161308A1; DE60330657D1; AU2003209233A1; US20050178514A1; EP1497379B1; WO2003089524A1; EP1497379A1; EP2161308B1; CA2482471A1; US7306668B2; BR0309275A; ATE452943T1

Description

“PIGMENTO DE CAULIM HIDRATADO E PROCESSO DE PRODUÇÃO DE PIGMENTO DE CAULIM HIDRATADO” PEDIDO RELACIONADO

Este pedido PCT reivindica o benefício de prioridade sob 35 U.S.C. § 119(e) para o Pedido Provisório U.S. na 60/372.439, depositado em 16 de abril de 2002, intitulado “KAOLIN PIGMENT HAVING BRIGHTNESS AND NARROW PARTICLE SIZE DISTRIBUTION AND METHODS OF PREPARATION THEREFOR”, cuja descrição fica incorporada neste relatório descritivo como referência, em sua totalidade.

CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção diz respeito a composições de pigmento de caulim de brilho muito elevado, à sua produção e uso. Os pigmentos da invenção podem ser usados onde quer que os pigmentos de caulim sejam usados, tal como nas aplicações de revestimento de papel de alto brilho.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

As aplicações de revestimento de papel de alto brilho exigem pigmentos de alto brilho. Os pigmentos à base de caulim são amplamente usados em aplicações de revestimento de papel, por causa das suas qualidades desejáveis, tais como a cobertura de fibras, o brilho do papel e o brilho da impressão. Os caulins de alto brilho são conhecidos na técnica. Por exemplo, os caulins americanos, ingleses e brasileiros de alto brilho, tais como o Capim DG, têm sido usados em aplicações de revestimento de papel. A despeito dos avanços que têm levado a melhoramentos nas propriedades do pigmento de caulim, entretanto, os pigmentos de caulim da técnica anterior carecem da combinação de brilho e distribuição do tamanho de partículas e de outras propriedades necessárias para ainda intensificar as aplicações de revestimento de papéis de alto brilho. Consequentemente, alguns fabricantes de papel usam misturas de caulim e pigmentos de carbonato de cálcio para revestir ou preencher o papel de alto brilho para se obter os níveis de alto brilho pretendidos.

Infelizmente, tais misturas aumentam os custos do papel de alto brilho. Elas também dão origem a certas exigências operacionais. Por exemplo, o pH em que as máquinas de revestimento de papéis operam deve ser mantido de neutro a alcalino, para evitar a degradação do carbonato de cálcio. Os caulins, entretanto, necessitam de um ambiente de operação ácido pela mesma razão. A mudança do pH das condições de operação da máquina de revestimento de papel constitui uma etapa principal com custos substanciais, tempo ocioso da máquina e riscos na eficiência operacional inicial. Portanto, os fabricantes de papel de alto brilho procuram caulins crescentemente mais brilhosos que não necessitem de aditivos de carbonato de cálcio (ou outro pigmento) para se obter os níveis alvo de brilho. Tais pigmentos devem não apenas apresentar alto brilho, mas também de preferência baixos níveis de titânia ou impurezas de titânia, elevado fator forma, e outras qualidades desejáveis do caulim que os tomem úteis nas aplicações de revestimento de papel de alta velocidade. A presente invenção atende a estas e outras necessidades.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO A presente invenção provê caulins de alto brilho que apresentam um Brilho (GE) de pelo menos cerca de 90,0. Os pigmentos de caulim hidratados da presente invenção podem também ter, inter alia, um índice de saturação (d.30/d.70 X 100) de pelo menos cerca de 39. Os pigmentos de caulim da presente invenção também podem ter uma concentração de titânia menor ou igual a cerca de 0,40% em peso do pigmento, em uma base seca.

Os pigmentos de caulim hidratados da presente invenção permitem que os papéis revestidos sejam produzidos em níveis de alto brilho, enquanto mantêm as condições ácidas em uma máquina de fabricar papel. Os níveis de brilho das folhas de papel revestidas com os pigmentos da invenção são inesperadamente mais elevados, por exemplo de cerca de 2 a cerca de 2,5 ou mais unidades (GE) mais brilhantes do que os níveis de brilho apresentados pelos substratos revestidos com os pigmentos de caulim hidratados de alto brilho anteriores, sem sacrificar outras propriedades importantes do papel, tais como brilho e maciez. O papel revestido com os pigmentos da invenção também podem apresentar níveis de brancura mais elevados e de fluorescência mais elevados do que se pensava anteriormente fossem obteníveis usando-se os caulins hidratados de alto brilho disponíveis anteriormente. A presente invenção inclui estes pigmentos, composições compreendendo-os, e qualquer aplicação em que eles venham a ser usados. Tais composições incluem, sem que fiquem limitadas, o enchedor de papel e as composições de revestimento de papel. Tais aplicações incluem, sem que a estas fiquem limitadas, as formulações de revestimento de papel que compreendam os pigmentos da invenção. Essas formulações podem ser usadas para ajudar, por exemplo, nas máquinas de revestimento de papel de alta velocidade. O pigmento de caulim hidratado da presente invenção pode ser produzido por um processo que compreende as seguintes etapas: (a) formar uma suspensão aquosa de uma argila de caulim hidratado; (b) formar um produto primário submetendo-se a suspensão à classificação ou a uma combinação de classificação e moagem; (c) separar o caulim das impurezas mediante floculação seletiva; e (d) definir o produto separado, em que o produto do processo é um pigmento de caulim hidratado tendo as características estabelecidas.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A Figura 1 descreve uma comparação dos valores do Brilho (GE) do pigmento para um pigmento de caulim brasileiro (Capim GP) da técnica anterior e um pigmento (caulim A) da presente invenção de distribuição do tamanho de partículas comparável. A Figura 1 também apresenta um melhoramento no Brilho de um pigmento da presente invenção (caulim A) realizado por floculação seletiva (caulim B). A Figura 2 descreve uma comparação dos valores do Brilho (GE) do papel para papéis revestidos com um pigmento de caulim brasileiro (Capim GP) da técnica anterior e um pigmento da presente invenção de distribuição de tamanho de partículas comparável. A Figura 2 também descreve um melhoramento no Brilho do papel para um papel revestido com um pigmento da presente invenção (caulim A) realizado por floculação seletiva (caulim B).

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Os objetos e vantagens adicionais da invenção serão demonstradas em parte na descrição que segue, e em parte serão óbvias do relatório descritivo, ou podem ser conhecidas pela prática da invenção. Os objetos e vantagens da invenção serão compreendidos e alcançados por meio dos elementos e combinações particularmente indicadas nas reivindicações anexas.

Os pigmentos de caulim da presente invenção compreendem caulins hidratados e têm pelo menos as seguintes características: Brilho (GE): de pelo menos cerca de 90,0, com modalidades adicionais apresentando brilho de pelo menos cerca de 91,0, de pelo menos cerca de 92,0, de pelo menos cerca de 93,0, de pelo menos cerca de 93,5, de pelo menos cerca de 94,0.

Adicionalmente, os pigmentos de caulim hidratado da presente invenção podem também ter uma ou mais das seguintes características: índice de saturação (d3o/d7o X 100) de pelo menos cerca de 39, com uma modalidade entre cerca de 39 e cerca de 45, e outra modalidade sendo entre cerca de 41 a cerca de 45;

Uma concentração de titânia menor ou igual a cerca de 0,40% em peso do pigmento em uma base seca, com modalidades adicionais sendo menores ou iguais a cerca de 0,35%, menor ou igual a cerca de 0,30%, menor ou igual a cerca de 0,20%, e menor ou igual a cerca de 0,15%;

Uma distribuição do tamanho de partículas (p.s.d.), tal que cerca de 80% a cerca de 94%, com modalidades adicionais situando-se de cerca de 85% a cerca de 92%, e de cerca de 85% a cerca de 90%, em peso em uma base seca, sejam menores do que 2 pm;

Uma p.s.d. tal que cerca de 2% a cerca de 15%, com modalidades adicionais situando-se de cerca de 2% a cerca de 10%, e de cerca de 2% a cerca de 8%, em peso em uma base seca, sejam menores do que 0,25 pm;

Uma viscosidade Brookfield, medida em 20 rpm e em menos ou igual a cerca de 68% de sólidos, cerca de 200 a cerca de 800 centipoise, vantajosamente cerca de 250 a cerca de 500 centipoise; e/ou Um parâmetro de viscosidade Hercules, medido em 18 dinas e pelo menos em menos ou igual a cerca de 68% de sólidos; cerca de 150 rpm a cerca de 800 rpm, vantajosamente cerca de 400 rpm a cerca de 800 rpm. A menos que de outra forma expressamente indicado, os parâmetros numéricos usados no presente relatório descritivo e nas reivindicações anexas, são aproximações, entendidas como sendo modificados pelo termo “cerca de”. Todos os percentuais listados são em peso em uma base seca, a menos que de outra forma indicado.

Brilho GE, como indicado neste relatório para medir o brilho do pigmento, é definido no Padrão T457 de TAPPI e refere-se ao percentual de refletância à luz de um comprimento de onda de 457 nm de acordo com métodos bem conhecidos daqueles de experiência normal na técnica. A concentração de titânia, como aqui usada, pode ser titânia em todas as suas formas, incluindo, sem limitação, rutilo e anatásio. O anatásio tem uma estrutura cristalina de titânia em que alguns átomos de ferro substituem o titânio na treliça de cristal. O ferro comunica uma cor marrom, bronzeada ou creme ao mineral, o que pode reduzir o brilho em pigmentos brancos.

Tamanho de partículas, como aqui usado, por exemplo, no contexto da distribuição do tamanho de partículas, é expresso em termos de diâmetro esférico equivalente. As propriedades do tamanho de partículas referido no presente pedido são medidas de uma maneira bem conhecida mediante sedimentação do material particulado em uma condição completamente dispersa em um meio aquoso, usando-se uma máquina SEDIGRAPH 5100, fornecida pela Micromeretics Corporation. Uma tal máquina fornece medições e um gráfico do percentual cumulativo em peso das partículas tendo um tamanho, referido na técnica como “diâmetro esférico equivalente” (e.s.d.) menor do que os valores de e.s.d. dados. O tamanho de partícula médio d50, por exemplo, é o valor determinado desta maneira, do e.s.d. da partícula, em que existam 50% em peso das partículas que tenham um e.s.d. menor do que o valor de d50 dado.

As variações da distribuição do tamanho de partículas estabelecidas acima para os pigmentos da presente invenção representam um equilíbrio das várias propriedades do papel. Uma pessoa de experiência normal na técnica deve ser capaz de selecionar de dentro das faixas estabelecidas, ou selecionar distribuições do tamanho de partículas de fora das faixas estabelecidas, em conformidade com as necessidades do produto particular de aplicação e outras considerações relevantes. índice de saturação (d30/d7o X100), como aqui usado, refere-se a índice de saturação (ou insuficiência) de uma curva de p.s.d. da amostra.

Isto, por sua vez, refere-se à inclinação da acurva de p.s.d. do caulim particulado de acordo com a presente invenção. O índice de saturação, como aqui usado, é medido como 100 vezes a relação de d30 para d7o, em que d3o é o valor do e.s.d. da partícula em que haja 30% em peso das partículas que tenham um e.s.d. menor do que o dado valor de d30, e d7o é o valor do e.s.d. da partícula em que existam 70% em peso das partículas que tenham um e.s.d. menor do que o dado valor de d70, ambos obtidos da medição do SEDIGRAPH 5100 acima descrito.

Viscosidade, como aqui usado, é uma medida das propriedades reológicas da argila de caulim. Mais particularmente, a viscosidade é uma medida de uma resistência da argila a mudanças no fluxo. Aqueles que tenham experiência normal na técnica são familiares com os meios de medir a viscosidade, que incluem as viscosidades de Brookfield e Hercules.

Os viscosímetros de Brookfield fornecem uma medida de uma viscosidade de baixo cisalhamento de lamas de argila. A viscosidade de baixo cisalhamento é expressa em unidades de centipoise. Um centipoise é igual a uma unidade de centímetro-grama-segundo [Um centipoise é um centésimo (10') de um poise]. Assim, todas as ouras coisas sendo iguais, uma amostra de 100 centipoise tem uma viscosidade de baixo cisalhamento menor do que uma amostra de 500 centipoise.

Ao contrário, os viscosímetros Hercules fornecem uma medida de uma viscosidade de alto cisalhamento de lama de argila. A viscosidade Hercules é tipicamente medida pela colocação de um cilindro (bob) de diâmetro apropriado e comprimento (tipicamente o bob-A) em uma lama de argila de amostra. As viscosidades Hercules de várias amostras pode ser comparada mantendo-se constante o percentual da concentração de sólidos da amostra, o tamanho do Bob e a força aplicada. O viscosímetro Hercules aplica uma força ao bob, o que faz com ele gire em uma velocidade de aceleração controlada. À medida em que o viscosímetro aumenta a velocidade de rotação do bob, a resistência viscosa sobre a cuba, a resistência viscosa sobre a cuba aumenta. As lamas de argila com fraca reologia de elevado cisalhamento exercerá a força máxima mensurável sobre a cuba em uma rpm do bob menor do que as lamas de argila com “boa” reologia de elevado cisalhamento. A viscosidade Hercules, portanto, pode ser expressa em termos de velocidades de rotação do bob, ou revoluções por minuto (rpm). Este parâmetro (velocidade de rotação do bob, em rpm) é usado para expressar aqui a viscosidade Hercules. Um “ponto final de dinas” é uma indicação de viscosidade Hercules muito baixa. Um ponto final de dinas é alcançado quando o bob alcança seu rpm máximo antes que a força mensurável máxima seja exercida sobre a cuba. O brilho de uma superfície de papel revestida, como aqui usado, pode ser medido por meio de um teste de deposição no Padrão TAPPI n° 480 ts-65. A intensidade da luz refletida em um ângulo da superfície do papel é medida e comparada com um padrão de valor de brilho conhecido. Os feixes de luz incidentes e refletidos acham-se ambos em um ângulo de 75° ao normal à superfície do papel. Os resultados são expressos como unidades de brilho TAPPI. O revestimento de sólidos de cor, como aqui usado, é uma medida do nível total de material sólido em uma formulação de pigmento aplicada a um papel de base durante o processo de revestimento. O brilho do papel, como aqui usado, é definido como a relação da refletância de uma base opaca de folhas de teste, usando-se luz com um comprimento de onda de 457 nm, em comparação com a refletância do difusor perfeito. As medições aqui feitas usaram um espectrofotômetro Elrepho Datacolor 3300 de acordo com a ISO 2470.

Fluorescência, como aqui usado, ocorre apenas quando a formulação de cor do revestimento contenha um agente de abrilhantamento óptico (oba). A fluorescência ocorre quando a molécula do oba absorve a radiação ultravioleta presente à luz do dia e reemite a radiação na região visível do espectro como fluorescência. A fluorescência ajuda a fazer com que o papel pareça mais branco, mais brilhante e mais azul à sombra. A quantidade de radiação visível emitida como fluorescência pelo oba pode ser afetada pelo pigmento no revestimento. As impurezas nos pigmentos, especialmente nos pigmentos de caulim, podem interferir com a fluorescência mediante absorção da radiação de outra forma emitida como fluorescência. A fluorescência pode ser medida como a diferença entre o brilho do papel com e sem luz ultravioleta na fonte de luz. As medições da fluorescência aqui expressas foram feitas usando-se um espectrofotômetro Elrepho Datacolor 3300 para medir o brilho do papel tanto com quanto sem luz ultravioleta presente na fonte de luz.

Opacidade, como aqui usado, é uma medida do percentual de refletância da luz incidente fora de um substrato revestido. A opacidade de uma amostra de papel pode ser medida por meio de um espectrofotômetro Elrepho Datacolor 3300 usando-se um comprimento de onda apropriado à medição da opacidade. Primeiro, uma medição do percentual da luz incidente refletida é feita com uma pilha de pelo menos dez folhas de papel sobre uma cavidade negra (Rinfmidade)· A pilha de folhas é então substituída por uma única folha de papel, e uma segunda medição do percentual de refletância da folha única sobre a cobertura negra é feita (R). O percentual de opacidade é então calculado a partir da fórmula: Percentual de opacidade = 100 x R/Rmfinidade· O método de teste padrão é o ISO 2471. A Brancura CIE, como aqui usada, é um método para medir a brancura do papel como definido pela Commission for Internationale de 1’Eclarage, a comissão internacional sobre iluminação, no método de teste padrão ISO 11475 (Papel e papelão: Determinação da Brancura CIE D65/100). O pigmento de caulim hidratado da presente invenção pode ser produzido por um processo que compreenda as seguintes etapas: (a) formar uma suspensão aquosa de uma argila de caulim hidratado; (b) formar um produto primário submetendo-se a suspensão à classificação ou a uma combinação de classificação e moagem; (c) separar o caulim das impurezas mediante floculação seletiva; e (d) definir o produto separado, em que o produto do processo é um pigmento de caulim hidratado tendo as características estabelecidas. A suspensão aquosa pode ser formada de argila bruta de caulim hidratado. Qualquer argila de alimentação de caulim hidratado adequada, capaz de fornecer um produto tendo pelo menos as propriedades estabelecidas mínimas, pode servir como a alimentação bruta. Vantajosamente, a alimentação bruta pode originar-se de caulins brasileiros, mais particularmente da região de Rio Capim, do Brasil.

Tipicamente, a suspensão aquosa é formada por empastamento da alimentação bruta. O empastamento mistura a alimentação bruta com água em um misturador de alta energia, conhecido daqueles versados na técnica como um misturador de argila. Uma quantidade suficiente de água é adicionada durante o empastamento para formar uma suspensão aquosa da alimentação bruta. Tipicamente, a suspensão empastada conterá cerca de 60% a cerca de 70% de sólidos. Entretanto, o empastamento pode ser realizado na quantidade de sólidos tão baixa quanto de 20%.

Inicialmente e durante o empastamento, o pH da pasta situar-se-á tipicamente na faixa de cerca de 4,0 a cerca de 9,5, e de cerca de 6,5 a cerca de 8,0. Em certas forma de realização, o pH da suspensão será ajustado durante o empastamento tipicamente dentro de cerca de 0,5 unidades de pH neutro para auxiliar na dispersão da suspensão. O pH pode ser ajustado pela adição de um ou mais agentes de ajuste do pH. Agentes de ajuste do pH aceitáveis incluem quaisquer produtos químicos, gases ou outros agentes conhecidos ou que venham a ser verificados posteriormente, capazes de levar o pH a níveis adequados. Os produtos químicos de ajuste do pH incluem, sem limitação os hidróxidos ou carbonatas de sódio, de potássio ou de amônio, com certas formas de realização usando o hidróxido de sódio ou o carbonato de sódio. Quantidades apropriadas do agente de ajuste de pH podem ser acrescentadas quanto necessário para se obter o pH alvo, tipicamente na faixa de cerca de 0,5 a cerca de 5,0 libras (cerca de 226,8 g a cerca de 2,268 kg) por tonelada.

Agentes de dispersão também podem ser adicionados durante o empastamento para auxiliar na formação da suspensão aquosa. Agentes de dispersão adequados incluem qualquer agente de dispersão conhecido ou a serem verificados a posteriori, capazes de auxiliar na desfloculação. Exemplos de tais agentes de dispersão incluem o hexametafosfato de sódio, o fosfato tetrassódico, os silicatos de sódio, o poliacrilato de sódio, os sais sódicos de copolímeros de poliacrilamida/acrilato, ou os seus sais de amônio ou potássio. Os agentes de dispersão são tipicamente adicionados em uma faixa de dose de cerca de 2 a cerca de 10 libras (cerca de 907 g a cerca de 4,536 kg) por tonelada de caulim em uma base seca. Em certas formas de realização, a faixa de dose é de cerca de 3 a cerca de 6 libras (cerca de 1,361 kg a cerca de 2,722 kg) por tonelada O produto (ou produtos) primário pode ser formado submetendo-se a suspensão a classificação, ou a uma combinação de classificação e moagem. O(s) produto(s) primário(s), classificado(s) como atendendo ao percentual de p.s.d. menor do que 2 pm descrito acima, pode(m), então, ser submetido(s) a floculação seletiva. A floculação seletiva reduz a concentração de titânia, ferro e outras impurezas, e melhora o brilho do produto. A floculação seletiva pode ser obtida pela formação de uma suspensão aquosa dispersa de uma alimentação de caulim bruto empastado, um produto de caulim intermediário, ou o produto de caulim primário acima mencionado. A suspensão pode então ser diluída, preferivelmente a uma gravidade específica de cerca de 1,020 a cerca de 1,100. O pH da suspensão diluída pode então ser ajustado em cerca de 9,5 a cerca de 11,5, usando-se um agente de ajuste do pH. Agentes de ajuste do pH adequados incluem quaisquer produtos químicos produtos químicos, gases ou outros agentes conhecidos ou que venham a ser verificados posteriormente, capazes de levar o pH para dentro da faixa estabelecida. Exemplos de tais agentes de ajuste de pH incluem a amônia ou hidróxidos ou carbonatos de sódio, potássio ou amônio com hidróxido de amônia ou de sódio usado nas formas de realização particulares.

Um polímero de floculação pode ser adicionado à suspensão para auxiliar na floculação. Polímeros de floculação adequados incluem o polímero de floculação seletiva Nalco 9877 (um copolímero de poliacrilato/ poliacrilamida disponível da Ondeo Nalco Company). O caulim floculado é então deixado separar-se das impurezas dispersas. A separação pode ter lugar em um espessante, separador ou outro recipiente adequado. O caulim floculado pode então ser redisperso para formar uma lama dispersa. A redispersão vantajosamente envolve expor o polímero de floculação à reação química com um oxidante, submetendo-se o polímero floculante a cisalhamento mecânico, ou uma combinação destes, para ajudar a dispersar o polímero. Oxidantes adequados incluem, porém sem limitar, o peróxido de hidrogênio e a ozônio.

O caulim seletivamente floculado pode então ser definido. A definição tipicamente envolve diluir a lama redispersa em cerca de 30% de sólidos, depois passar a lama através de um equipamento de separação do tamanho de partículas adequado, para se obter um produto definido. O equipamento de separação do tamanho de partículas adequado é bem conhecido daqueles de experiência normal na técnica e incluem, sem limitação, as centrífugas de bocal em disco e/ou decantadores de cuba de sólidos capazes de separar partículas mais finas do que cerca de 0,5 prn do produto. O produto definido há pouco descrito pode opcional e vantajosamente ser submetido a um ou mais outros procedimentos de beneficiamento, ou antes ou após a floculação seletiva e definição. O produto definido é submetido a outros procedimentos de beneficiamento antes da floculação seletiva para ainda melhorar o brilho e remover as impurezas quando necessário. Esses procedimentos de beneficiamento adicional podem incluir a desgranulação, a separação magnética, a flotação, a classificação, a moagem ou uma combinação de duas ou mais destas, para remover as impurezas contendo ferro e/ou titânio (e/ou outras), e/ou branqueamento redutivo, para remover ou clarear impurezas à base de ferro (e/ou outros).

Os separadores magnéticos adequados são bem conhecidos daqueles que têm experiência normal na técnica e incluem qualquer separador magnético patenteado de “alta intensidade”, preferivelmente com uma intensidade de campo aplicada mínima de 0,5 tesla. O equipamento típico inclui magneto de reciprocação Carpco ou um PEM HIMS (Separador Magnético de Alta Intensidade). Magneto permanente, eletromagneto de serpentina de cobre, ou sistemas de magneto supercondutor podem ser beneficamente empregados. A flotação e a classificação podem ser obtidas por meios bem conhecidos daqueles de experiência normal na técnica. A desgranulação pode ser obtida por meios bem conhecidos daqueles de experiência normal na técnica. A moagem pode ser obtida com o uso de qualquer equipamento de moagem, equipamento esse que é bem conhecido daqueles de experiência normal na técnica. Moedores adequados incluem, sem que a estes fiquem limitados, esfregadores de atrito Denver, moinho Drias, moinho Netsch, moinho Matter e moedores de vibo-energia.

Agentes de branqueamento redutivo incluem o hidrossulfito de sódio (hydros) em uma faixa de dose de cerca de 0,5 a cerca de 5 libras (cerca de 226,8 g a cerca de 2,268 kg) por tonelada de caulim, com certas modalidades contendo menos do que cerca de 4 libras (1,8 kg) por tonelada, em uma base seca. Entretanto, qualquer outro agente de branqueamento redutivo adequado, tal como o ácido sulfmico de formamidina, pode ser empregado. O branqueamento redutivo usando hydros é preferivelmente realizado em pH ácido. O pH situa-se tipicamente na faixa de cerca de 2,0 a cerca de 4,5. Qualquer ácido mineral ou orgânico ou solução de alúmen pode ser usado para ajustar o pH ao valor requerido. Tais modifícadores do pH incluem ácido sulfmico, com pH de cerca de 2,5 a cerca de 3,5, e solução de alúmen, com pH de cerca de 3,5 a cerca de 4,5. Em ambos os casos, o hidrossulfito de sódio é um agente de branqueamento redutivo adequado. A lama de caulim é misturada com o agente acidifícante escolhido para levar o pH ao valor escolhido, como preceituado pelas considerações cinéticas e outras. O produto de caulim beneficiado pode então vantajosamente ser filtrado e redisperso para formar uma lama aquosa. Agentes de dispersão adequados incluem qualquer agente de dispersão conhecido ou verificado posteriormente, tais como o poliacrilato de sódio, o hexametafosfato de sódio, o polifosfato tetrassódico, ou coisa parecida. O pH da lama dispersa pode ser retomado a neutro, tipicamente a dentro de cerca de 0,5 unidade de pH de neutro, usando-se um dos agentes de ajuste de pH acima mencionados. O produto neutro refinado é então submetido à evaporação ou secagem por pulverização quando necessário, e seu nível de sólidos ajustado de acordo com as necessidades do mercado ou outras especificações.

Os produtos do processo acima descrito podem ser um pigmento de caulim hidratado tendo as características estabelecidas.

Os pigmentos de caulim da invenção podem, como anteriormente indicado, ser usados como revestimentos e/ou enchedores de papel. Não obstante as vantagens de se obter brilho elevado sem o uso de carbonatos de cálcio, a presente invenção inclui composições de revestimento e enchedor de papel compreendendo os pigmentos de caulim da presente invenção sozinhos, ou juntos com outros pigmentos. Outros pigmentos incluem, sem que a estes fiquem limitados, o dióxido de titânio, o talco, os caulins calcinados e outros, e o carbonato de cálcio. Ingredientes ancilares para composições de revestimento e de enchedor, podem compreender uma base de revestimento e são selecionados de acordo com o uso. Ingredientes adequados para uma base de revestimento são bem conhecidos daqueles de experiência normal na técnica, e incluem, sem limitação, talco, pigmentos plásticos sintéticos, silicato alumina de sódio, e caulins calcinados e outros caulins hidratados. Ingredientes ancilares úteis em bases de revestimento podem incluir materiais poliméricos adequados, os quais podem ser adicionados para ajudar a reter os pigmentos na formação de rede de celulose, fibras de celulose, agentes de colagem, e fibras quebradas recicladas revestidas ou não revestidas e outros.

Uma formulação de revestimento típica pode incluir, por exemplo, além de cerca de 100 partes de pigmento, uma base de revestimento compreendendo cerca de 5 a cerca de 20 partes de aglutinante, tal como látex, amido, álcool polivinílico, ou uma combinação destes. As composições de revestimento de papel também podem incluir outros ingredientes conhecidos daqueles de experiência normal na técnica, incluindo, mas não limitando, os co-aglutinantes, os agentes de reticulação, os auxiliares de retenção de água, os modificadores da reologia, os agentes de abrilhantamento óptico, e/ou portadores de agentes de abrilhantamento óptico, ou misturas de dois ou mais destes ingredientes.

As composições de revestimento e enchedores da presente invenção podem ser usadas para revestir ou encher qualquer substrato adequado à base de celulose. Esses substratos incluem, sem limitar, as folhas contendo madeira ou isentas de madeira, tipicamente graduações revestidas, graduações estas que são familiares daqueles de experiência normal na técnica. Enchedores que compreendam os pigmentos da invenção podem ser usados, por exemplo, em papel supercalandrado, papel para impressão de jornais, graduações de catálogos, folhetos não revestidos e estoque básico de revestimento. A composição de revestimento pode ser aplicada ao substrato usando-se um dentre os muitos métodos disponíveis para revestir papel. Tipicamente, um excesso da composição de revestimento é aplicado ou ao próprio substrato ou a um rolo de aplicação ou outro aparelho. O revestimento aplicado pode ser medido, tipicamente usando-se uma haste ou lâmina, para se obter o peso de revestimento desejado sobre o papel.

Substratos adequados à base de celulose que podem ser aplicados ou enchidos com os pigmentos da presente invenção incluem, sem limitação, o papel revestido de peso leve (LWC), e o papel revestido de peso ultraleve (ULWC). O papel revestido de peso leve, ou LWC, é em geral usado para imprimir revistas, catálogos e anúncios ou material promocional. O papel LWC revestido com um peso de cerca de 5 g/m2 a cerca de 13 g/m2 sobre cada lado, e a gramatura total, ou peso por área unitária do papel revestido, Λ n situa-se geralmente na faixa de cerca de 49 g/m a cerca de 65 g/m. O revestimento pode convenientemente ser aplicado por meio de uma máquina de revestir que inclua uma cabeça de revestimento de tempo de permanência curto. Este é um dispositivo em que um reservatório cativo da composição de revestimento sob uma pressão levemente elevada é mantido em contato com uma tela de papel em movimento por um tempo na faixa de 0,0004 segundo a 0,01 segundo, antes que a composição de revestimento excedente seja removida por meio de uma lâmina de arrasto. Entretanto, outros tipos de aparelhos de revestir também podem ser usados para preparar papel revestido de peso leve. E necessário que o papel revestido atenda a certos padrões de brilho e maciez superficiais. Por exemplo, é necessário geralmente que o papel tenha um valor de brilho de pelo menos cerca de 32, e até cerca de 60, unidades de TAPPI, e um valor de Parker Print Surf na faixa de cerca de 0,5 a cerca de 1,6 pm. O papel revestido de peso ultraleve, ou ULWC, algumas vezes conhecido diferentemente como papel revestido de peso leve (LLWC), é geralmente usado para catálogos e para propaganda e material promocional enviado através do correio para reduzir os custos de remessa. O peso do Λ Λ revestimento situa-se geralmente na faixa de 5 g/m a 7 g/m por lado. A Λ gramatura situa-se geralmente na faixa de cerca de 35 g/m a cerca de 48 g/m2.

Substratos tais como o papel, enchidos ou revestidos com vários pesos, tais como aqueles descritos acima, com as composições compreendendo os pigmentos da invenção, apresentam brilho excepcional e podem apresentar fluorescência melhorada, boa opacidade, brilho, e outras características desejáveis. Os pigmentos da invenção inesperadamente apresentam um aumento de até cerca de 2 a cerca de 3 unidades de Brilho GE. Conseqüentemente, o papel revestido ou enchido com os pigmentos da invenção inesperadamente apresentam um aumento correspondente no brilho. Os pigmentos da invenção também podem apresentar opacidade melhorada de até cerca de 0,5 unidades, valores melhorados da brancura CIE e/ou valores melhorados da fluorescência do que aqueles que podem ser obtidos usando-se os caulins brasileiro de alto brilho comerciais anteriormente disponíveis (tais como aqueles listados na Tabela 1, abaixo) de formulação de outra forma idêntica. Os pigmentos da invenção podem apresentar estes melhoramentos ao mesmo tempo em que mantêm níveis satisfatórios de maciez, brilho, propriedades de impressão, e outras propriedades desejáveis. Eles também reduzem ou eliminam a necessidade de acrescentar pigmentos adicionais acentuadores do brilho que requerem condições de operação de pH diferentes.

As Figuras 1 e 2 ilustram uma comparação do pigmento e dos níveis de brilho do papel, respectivamente, entre os pigmentos da invenção e um pigmento brasileiro da técnica anterior comercialmente disponível, o Capim GP, disponível da Imerys. As Figuras 1 e 2 também mostram o melhoramento inesperadamente grande da floculação seletiva sobre o pigmento e o brilho do papel, respectivamente, quando os pigmentos da invenção são submetidos a este procedimento de beneficiamento acima descrito. TABELA 1 'Disponível da Imerys, Inc., produzido do bruto do Rio Capim 'Disponível da Para Pigmentos, S.A. produzido do bruto do Rio Capim EXEMPLO 1 Uma argila de caulim bruta do Rio Capim foi empastada com água, um produto químico de ajuste do pH, e um produto químico dispersante. O pH foi ajustado acima de 6,5 e um dispersante foi adicionado à argila de alimentação para formar uma suspensão aquosa dispersa do material particulado de caulim. A suspensão aquosa dispersa foi desgranulada para remover as impurezas do tamanho de areia contidas dentro da suspensão. A suspensão desgranulada dispersa foi então submetida a moagem de esffegação e subseqüentemente à separação magnética úmida de alta intensidade para remover minerais conduzindo ferro e titânio. A argila líquida do produto magnético foi então misturada com 6% das frações grosseiras da centrífuga. O produto misturado foi então moído para separar em lâminas as pilhas de caulinita em placas de caulinita. O produto foi então ffacionado usando-se uma centrífuga de cuba de decantação de sólidos para remover as partículas de tamanho mais grosseiro do caulim maior do que cerca de 2,0 mícrons. Este produto foi desprezado para misturar novamente com o produto magnético. O produto foi então condicionado mediante maturação e diluição, e seu nível de pH foi ajustado para floculação seletiva. Um polímero de floculação seletiva Nalco 9877 foi adicionado, seguido por separação em um espessante em uma camada do produto floculado inferior e uma camada de impureza dispersa superior. O produto floculado foi então submetido a ozonização e foi adicionada água para fracionar e romper os flocos, produzindo um produto de pós-ozonização disperso. O produto foi então submetido a retirada de finos usando-se uma centrífuga de bocal em disco para remover as partículas menores do que 0,3 pm, depois a lixiviação ácido-reduzida para remover as impurezas de óxido de ferro, filtração, e a pasta foi desidratada usando-se um evaporador. Embora não usado neste exemplo, uma mistura inversa seca por pulverização pode ser usada para desidratar a lama. O produto do bolo de filtragem foi então disperso novamente em uma argila fluida de partículas de caulim. No misturador de argila, barrilha (carbonato de sódio) e um dispersante (poliacrilato de sódio C-211 fornecido pela Vinnings Industries Inc.) foram adicionados. A água foi então removida da lama mineral, fornecendo um produto que pôde ser transportado em uma forma de pasta com alto teor de sólidos (70%) ou na forma de sólido seco. As propriedades do pigmento do produto são conforme listado na Tabela 2, abaixo. EXEMPLO 2 Duas composições de revestimento diferentes, uma compreendendo o pigmento da invenção, produzidas da argila do Rio Capim, e uma compreendendo o pigmento Capim GP (pigmento tendo Brilho GE de 90,6 e um valor de índice de saturação de 34), de formulação de outra forma idêntica, foram produzidas da maneira descrita no Exemplo 1. Cada uma das duas composições de revestimento foram aplicadas sobre duas peças de papel base de off-set (revista) de revestimento de peso leve (LWC) típico. A mesma bobina de papel base foi usada em ambos os casos. O papel base foi produzido em uma máquina de fabricação de papel comercial sob condições ácidas e uma formulação de revestimento típica foi usada para a produção deste tipo de papel aplicado, usando-se uma Helicoater® de laboratório. O papel aplicado foi então calandrado usando-se uma supercalandra de laboratório. As propriedades do pigmento selecionado e do papel revestido são conforme relatado na Tabela 2. TABELA 2 EXEMPLO 3 Um caulim produzido de acordo com o processo geral descrito acima foi formulado para comparação com um caulim brasileiro comercial de alto brilho (Capim GP, Imerys). Os pigmentos foram aplicados a um papel base de offset (revista) LWC típico, usando-se uma Helicoater® de laboratório e uma formulação de revestimento compreendendo ingredientes ancilares tipicamente usados para produzir este tipo de papel. O papel revestido foi então calandrado usando-se uma supercalandra de laboratório. As propriedades do pigmento selecionado e do papel revestido são como relatado na Tabela 3. TABELA 3 EXEMPLO 4 Um caulim foi produzido usando-se o processo acima descrito e comparado com um caulim comercial de alto brilho (Capim GP). O pigmento foi aplicado sobre um papel base de offset (revista) LWC típico, usando-se uma Helicoater® de laboratório e uma formulação de revestimento compreendendo ingredientes ancilares tipicamente usados para a produção deste tipo de papel. O papel revestido foi então calandrado usando-se uma supercalandra de laboratório. Os resultados são conforme listados na Tabela 4. TABELA 4 Outras formas de realização da invenção serão evidentes àqueles versados na técnica, a partir da consideração do relatório descritivo e da prática da invenção nele apresentada. Pretende-se que o relatório descritivo e os exemplos sejam considerados apenas exemplares, com um escopo e espírito verdadeiros da invenção sendo indicados pelas seguintes reivindicações.

Claims

1. Pigmento de caulim hidratado, caracterizado pelo fato de que tem um Brilho de pelo menos 90,0 e um índice de saturação (d3o/d7o X 100) de pelo menos 39.

2. Pigmento de caulim hidratado de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que referido Brilho é de pelo menos 91,0.

3. Pigmento de caulim hidratado de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que referido Brilho é de pelo menos 92,0.

4. Pigmento de caulim hidratado de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que referido Brilho é de pelo menos 93,5.

5. Pigmento de caulim hidratado de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que referido Brilho é de pelo menos 94,0.

6. Pigmento de caulim hidratado de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o referido índice de saturação varia de 39 a 45.

7. Pigmento de caulim hidratado de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o referido índice de saturação varia de 41 a 45.

8. Pigmento de caulim hidratado de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que tem uma distribuição do tamanho de partículas tal que 80% a 94% em peso são menores do que 2 pm.

9. Pigmento de caulim hidratado de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a referida distribuição do tamanho de partículas é tal que 85% a 92% em peso são menores do que 2 pm.

10. Pigmento de caulim hidratado de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que referida distribuição do tamanho de partículas é tal que 85% a 90% em peso são menores do que 2 pm.

11. Pigmento de caulim hidratado, caracterizado pelo fato de que tem um Brilho de pelo menos 91,5 e uma concentração de titânia menor ou igual a 0,40% em peso do pigmento em uma base seca.

12. Pigmento de caulim hidratado de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o referido Brilho é de pelo menos 92,0, e a referida concentração de titânia é menor ou igual a 0,35%.

13. Pigmento de caulim hidratado de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a referida concentração de titânia é menor ou igual a 0,30%.

14. Pigmento de caulim hidratado de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a referida concentração de titânia é menor ou igual a 0,20%.

15. Pigmento de caulim hidratado de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o referido Brilho é de pelo menos 93,0, e a referida concentração de titânia é menor ou igual a 0,15%.

16. Pigmento de caulim hidratado de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que tem uma distribuição do tamanho de partícula tal que 80% a 94% em peso são menores do que 2 pm.

17. Pigmento de caulim hidratado de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que tem uma distribuição do tamanho de partícula tal que 2% a 15% em peso são menores do que 0,25 pm.

18. Pigmento de caulim hidratado de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a referida distribuição do tamanho de partícula é tal que 85% a 92% em peso são menores do que 2 pm.

19. Pigmento de caulim hidratado de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a referida distribuição do tamanho de partícula é tal que 2% a 10% em peso são menores do que 0,25 pm.

20. Pigmento de caulim hidratado de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a referida distribuição do tamanho de partícula é tal que 85% a 90% em peso são menores do que 2 pm.

21. Pigmento de caulim hidratado de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a referida distribuição do tamanho de partícula é tal que 2% a 8% são menores do que 0,25 pm.

22. Pigmento de caulim hidratado, caracterizado pelo fato de que tem um Brilho de pelo menos 92,0.

23. Pigmento de caulim hidratado de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que tem um Brilho de pelo menos 93,0.

24. Processo de produção de um pigmento de caulim hidratado conforme definido na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende: (a) formar uma suspensão aquosa de uma argila de caulim hidratado; (b) formar um produto primário submetendo-se a suspensão à classificação ou a uma combinação de classificação e moagem; (c) separar o caulim das impurezas mediante floculação seletiva; e (d) definir o caulim separado, em que o produto do processo é um pigmento de caulim hidratado tendo um Brilho de pelo menos 90,0 e um índice de saturação (d3o/d7o X 100) de pelo menos 39.

25. Processo de produção de um pigmento de caulim hidratado, caracterizado pelo fato de que compreende: (a) formar uma suspensão aquosa de uma argila de caulim hidratado; (b) formar um produto primário submetendo-se a suspensão à classificação ou a uma combinação de classificação e moagem; (c) separar o caulim das impurezas mediante floculação seletiva; e (d) definir o caulim separado, em que o produto do processo é um pigmento de caulim hidratado tendo um Brilho de pelo menos 91,5 e uma concentração de titânia menor ou igual a 0,40% em peso do pigmento em uma base seca.

26. Processo de produção de um pigmento de caulim hidratado, caracterizado pelo fato de que compreende: (a) formar uma suspensão aquosa de uma argila de caulim hidratado; (b) formar um produto primário submetendo-se a suspensão à classificação ou a uma combinação de classificação e moagem; (c) separar o caulim das impurezas mediante floculação seletiva; e (d) definir o caulim separado, em que o produto do processo é um pigmento de caulim hidratado tendo um Brilho de pelo menos 93,5.

27. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 24, 25 ou 26, caracterizado pelo fato de que a referida etapa de separação inclui as etapas de flocular o caulim distante das impurezas dispersas e de redispersar o caulim floculado.

28. Processo de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de que referida redispersão envolve a reação com um oxidante, cisalhamento mecânico, ou ambos.

29. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 24, 25 ou 26, caracterizado pelo fato de que referido produto primário é submetido a pelo menos um procedimento de beneficiamento adicional antes da floculação seletiva.

30. Processo de acordo com a reivindicação 29, caracterizado pelo fato de que o referido pelo menos um procedimento de beneficiamento adicional é a desgranulação, a separação magnética, a flotação, a classificação, a moagem, o branqueamento redutivo, ou uma combinação destes.

31. Processo de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de que o dito oxidante referido em (e) é selecionado dentre peróxido de hidrogênio ou ozônio.

32. Processo de acordo com a reivindicação 31, caracterizado pelo fato de que o referido oxidante é ozônio.