ES2339921T3 - Uso de dispersiones de almidon como aglutinante en composiciones de revestimiento y proceso para preparar las dispersiones de almidon. - Google Patents
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Abstract
Composición para estucado comprendiendo (i) un pigmento y (ii) una dispersión de almidón de partículas de almidón natural reticuladas específicas en un líquido acuoso, donde el tamaño de partícula de las partículas de almidón en la dispersión de almidón varía de 200 nm a 100 μm.
Description
Uso de dispersiones de almidón como aglutinante
en composiciones de revestimiento y proceso para preparar las
dispersiones de almidón.
La presente invención se refiere a composiciones
para estucado pigmentadas comprendiendo dispersiones de almidón como
ligantes, para un proceso nuevo para su preparación y a las
dispersiones obtenibles por este proceso.
El papel está compuesto por fibras individuales
y tiene por tanto una superficie áspera y poros cuyo tamaño se
corresponde aproximadamente con las dimensiones de la fibra. Puesto
que la aspereza tiene un efecto negativo en la impresión, la mayor
parte del papel y del cartón se estuca para conferir una superficie
homogénea para la impresión. El estucado del papel es un proceso por
el cual se aplica una mezcla de agua, pigmentos blancos, ligante y
opcionalmente diferentes aditivos en uno o ambos lados de una hoja
de papel. Estas composiciones de estucado de papel pigmentadas
también se conocen como estucos. El estucado y la homogeneización
resultantes de la superficie del papel mejora su lustre, brillo,
luminosidad, y sobre todo, su imprimabilidad en todos los procesos
de impresión convencionales.
Las propiedades de los estucos deben adaptarse
al proceso del estucado y el uso destinado del papel estucado. El
contenido de sólidos influye inmensamente en la ejecutabilidad de
los estucos en la estucadora. Básicamente influye en la viscosidad
del estuco y su comportamiento en la fluidez en esfuerzos cortantes
variables en la estucadora. Los distintos componentes del estuco
determinan el contenido de sólidos alcanzable a una viscosidad dada.
El máximo contenido de sólidos posible se destina a ahorrar en
energía de secado. Para la mayoría de los procesos de estucado la
capacidad de retención de agua del estuco también es importante; es
decir la capacidad del estuco para retener agua a pesar de la acción
absorbente del papel base para estucado. Si la capacidad de
retención de agua de un estuco es demasiado baja, éste puede
deshidratarse demasiado entre la aplicación y el nivelado.
Además del agua, los componentes principales de
un estuco son pigmentos y ligantes. La función del ligante es
enlazar las partículas de pigmentos entre sí y fijar el estuco al
papel base. Los ligantes tienen una gran influencia en las
propiedades de tratamiento y estucado del estuco. Los ligantes se
derivan de materias primas naturales o se preparan de forma
completamente sintética. En general, se usan ligantes naturales como
aditivos para ligantes de polímero sintéticos. Las soluciones de
derivados de almidón son un ligante común de origen natural. Además,
la sal sódica de carboximetilcelulosa (CMC) es el principal éter de
celulosa usado como un coligante semi-sintético de
derivación natural en el estucado del papel.
Mientras que en los días iniciales del estucado
del papel se usaron exclusivamente ligantes naturales, en el año
1940 la demanda de ligantes sintéticos en forma de dispersiones de
polímero (látices) comenzó a aumentar. Estos productos hicieron
posible por primera vez lograr un alto contenido de sólidos a
viscosidades bajas, un prerrequisito para estucadoras modernas de
alta velocidad. Las dispersiones de
estireno-butadieno son los látices más extensamente
usados a nivel mundial. Las dispersiones acriladas son de
importancia comparable en Europa. Estos látices se mezclan
normalmente con coligantes, como el almidón o CMC. Una desventaja
más importante de los ligantes sintéticos y
semi-sintéticos es su precio más alto en comparación
con los ligantes naturales como el almidón.
GB 1412422 expone un proceso para la producción
de tejidos o láminas de fibras electroconductoras que comprenden
revestir un tejido o lámina de fibra en al menos un lado con un
revestimiento comprendiendo un éter o éster de poliol polimérico
hidrosoluble, catiónico e hidrofílico conteniendo grupos amino
terciarios, grupos de amonio cuaternarios, grupos de sulfonio
terciario o de fosfonio cuaternario en una cantidad correspondiente
a un grado medio de sustitución de al menos 0,25 y, si se desea, una
resina electroconductora, por la cual la resistividad eléctrica
específica de superficie de la capa de estuco aplicada a una humedad
relativa del 10% es inferior a 10^{12} ohmios/cuadrado y a una
humedad relativa del 65% es mayor que 10^{6} ohmios/cuadrado.
US5512617 describe materiales basados en un
almidón que se ha digerido termomecánicamente a elevadas
temperaturas y presiones y tras la adición de agua y/o
plastificantes de peso molecular inferior y que contiene resinas
alquídicas oxidativamente reticulables habiéndose incorporado en un
aditivo propio. Preferiblemente, estas resinas alquídicas se han
compuesto al menos predominantemente por sustancias clave basadas en
materias primas renovables. Las mezclas de almidón modificadas de
esta manera son adecuadas para la producción de artículos formados
que en presencia de aire se polimerizarán reactivamente y por lo
tanto se les confiere una resistencia aumentada, y especialmente una
resistencia al agua aumentada.
WO8808757 describe un método para tratar un
sustrato celulósico fibroso no tejido, comprendiendo dicho método
las etapas de: a) aplicar una solución acuosa a dicho sustrato,
comprendiendo dicha solución, en una base de peso de la solución
total, de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 35 de porcentaje en
peso de un producto de acrilamida de almidón que comprende una
cadena de almidón y unos grupos de acrilamida específicos añadidos
unidos de forma contigua a dicha cadena de almidón; b) deshidratar
el sustrato celulósico tratado resultante; y c) someter el sustrato
celulósico tratado resultante a una operación de polimerización en
la cual el producto de acrilamida de almidón se retícula por
polimerización de los grupos de acrilamida añadidos. WO8808757
describe otro método para estucar un sustrato celulósico fibroso no
tejido con una composición de estucado pigmentada, comprendiendo
dicho método las etapas de a) aplicar una composición de estucado
pigmentada en al menos un lado de dicho sustrato celulósico, siendo
dicha composición de estucado una dispersión acuosa comprendiendo,
en una base de peso de la composición de estucado total: i. de
aproximadamente el 30 a aproximadamente el 80 por ciento de peso en
agua, ii. de aproximadamente el 10 a aproximadamente el 60 por
ciento en peso de un material de pigmento insoluble en agua, y iii.
de aproximadamente el 0,5 a aproximadamente el 15 por ciento en peso
de un producto acrilamido de almidón que comprende una cadena de
almidón y los grupos de acrilamida añadidos específicos unidos de
forma contigua a dicha cadena de almidón; b) deshidratar el sustrato
celulósico revestido resultante; y c) someter el sustrato celulósico
estucado resultante a una operación de polimerización en la cual el
producto de acrilamida de almidón se retícula por la polimerización
de los grupos de acrilamida añadidos.
US3876629 se refiere a un almidón de cereal de
gránulo grande reticulado de tamaño clasificado, particularmente
almidón de trigo de tamaño clasificado teniendo tamaños de gránulos
en un promedio de 12 a 40 micras en tamaño, con aproximadamente el
22% de los gránulos de al menos 22 micras en tamaño. La reticulación
se obtiene usando oxicloruro de fósforo en una suspensión acuosa del
almidón granular grande bajo condiciones altamente alcalinas a un pH
en el rango de al menos 11.5, sin sales tamponadoras o inhibidoras
de la gelatinización añadidas. La temperatura de reacción puede ser
de aproximadamente 70ºF (21,1ºC) a aproximadamente 105ºF (40,6ºC),
preferiblemente inferior a 90ºF (32,2ºC), y la concentración de la
suspensión de almidón acuosa está preferiblemente en el rango de 20º
- 23º Baume, aunque puede variar sobre un rango relativamente más
amplio. La temperatura de gelatinización (método de fase caliente)
del almidón del gránulo grande anterior a la reacción de
reticulación es de aproximadamente 138ºF (58,9ºC), y después de la
reacción la temperatura de gelatinización aumenta a aproximadamente
162ºF (72,2ºC).
JP8143601 se destina a obtener almidón
modificado, específicamente modificado en la transformación de la
superficie específica de partículas de almidón, por una acción de
una energía mecánica que no se ha probado en una técnica de
modificación de almidón usual. Describe un método para la producción
de almidón modificado para hacer partículas de almidón planas por
una o más energías mecánicas seleccionadas a partir de una fuerza
comprimible, una fuerza de impacto, una fuerza de trituración y una
fuerza de corte, sin romper las partículas o deformarlas en
partículas finas triturando partículas de almidón plano deformado
por una o más energías mecánicas para obtener el almidón modificado.
La superficie específica del almidón modificado es más de 2,5 veces
igual de grande que la del almidón no modificado.
Se descubrió por los inventores presentes que se
pueden usar dispersiones de almidón como el ligante en una
composición de estucado pigmentada. La composición de estucado de la
presente invención comprende un pigmento y una dispersión de almidón
de partículas de almidón reticulado diferenciadas en un líquido
acuoso, donde el tamaño de partícula de las partículas de almidón en
la dispersión de almidón varía de 200 nm a 100 \mum.
Usando las dispersiones de almidón como un
ligante, pueden prepararse composiciones de estucado estables de
almacenamiento con contenido de sólidos relativamente alto sin
Viscosidades significativamente altas. Las composiciones de estucado
pigmentadas se usan preferiblemente como estucos (revestimiento de
papel pigmentado) para estucar papel y cartón. Pero estos también
pueden aplicarse a otros sustratos tales como por ejemplo películas
plásticas. Los estucos pigmentados se usan preferiblemente para
mejorar las propiedades del papel como un preestucado o como un
estucado de superficie.
Preferiblemente, las dispersiones de almidón se
usan en las composiciones de estucado del papel pigmentadas como
coligantes en combinaciones con ligantes sintéticos, es decir
látices de polímero tales como dispersiones de
estireno-butadieno y dispersiones acriladas. No
obstante, debido a la viscosidad baja de las composiciones de
estucado comprendiendo las dispersiones de almidón éstas también
pueden usarse como el ligante único. Cuando la composición de
estucado comprende la dispersión de almidón como el ligante único es
frecuentemente deseable usar el almidón en cantidades más altas que
un látex sintético para obtener la misma resistencia de unión.
Las composiciones de estucado pigmentadas
comprenden los almidones preferiblemente en niveles de 1 a 300
partes en peso de almidón seco basado en 100 partes en peso de
pigmentos dependiendo de la dispersión de almidón específica
empleada, las propiedades deseadas y si el almidón se usa como
coligante o como el ligante único. Si el almidón funciona como un
coligante se usa preferiblemente en cantidades de 1 a 10 partes en
peso en combinación con un ligante, p. ej. un látex, que se usa en
cantidades de 1 a 20 partes en peso: si el almidón es el ligante
único se usa preferiblemente en cantidades de 8 a 300 partes en
peso, todas las partes basadas en 100 partes de pigmento.
Son pigmentos preferidos pigmentos de arcilla,
carbonato cálcico, sulfoaluminato cálcico (blanco satén), talco,
dióxido de titanio, sulfato de bario, sílice o plástico basados en
partículas de polímero con una alta temperatura de transición vítrea
como el poliestireno.
La composición de estucado pigmentada puede
contener ingredientes adicionales normalmente comprendidos en
estucos. Ejemplos para tales aditivos son agentes de control de
espuma, blanqueadores ópticos, aditivos de reología, agentes de
humidificación, agentes de reticulación, agentes tensioactivos,
lubricantes, agentes de dispersión y tintes.
Las ventajas de usar las dispersiones de almidón
según la presente invención como ligantes en composiciones de
estucado pigmentadas son que pueden usarse cantidades más grandes de
almidón en comparación con las soluciones convencionales de
derivados de almidón y que pueden prepararse formulaciones con un
alto contenido en sólidos sin excesivas viscosidades y sin
inestabilidades de viscosidad como se observa cuando se usan
soluciones de almidón convencionales en cantidades altas. El
contenido de sólidos de las composiciones de estucado pigmentadas
preferiblemente varía entre el 50% y el 74% en peso, más
preferiblemente entre el 55% y el 74% en peso y de la forma más
preferible entre el 60% y el 74% en peso. Las composiciones de
estucado pigmentadas muestran de forma simultánea capacidades de
retención de agua superiores evitando deficiencias en la
ejecutabilidad durante el estucado. Propiedades del papel estucado
con las composiciones para estucado pigmentadas tales como p. ej.
brillo del papel, brillo de la tinta, resistencia a la adherencia en
seco, aumento de tinta, repintado, moteado y luminosidad son al
menos tan buenas como si fuera con estucados estándar si no mejor.
El uso de almidón como coligante o ligante único también significa
una ventaja sobre el coste con respecto al uso de ligantes
sintéticos y coligantes.
El almidón puede formarse en una dispersión
mediante un tratamiento del almidón usando fuerzas de corte y una
reticulación simultánea. Una mezcla de almidón y un líquido acuoso,
preferiblemente seleccionado a partir de agua y una combinación de
agua y alcohol se procesa usando esfuerzos cortantes,
preferiblemente en un extrusor, en presencia de un reticulador. Un
líquido hidroxílico, preferiblemente seleccionado a partir de agua,
alcohol y una mezcla de agua y alcohol se añade después a la mezcla
y la mezcla se dispersa para obtener una dispersión de partículas de
almidón.
El almidón es preferiblemente almidón natural,
pero también se pueden utilizar derivados de almidón previamente
modificados. Fuentes preferidas de almidón natural son maíz, trigo,
arroz, patata, tapioca, y cebada. El almidón puede ser almidón
ceroso. Los derivados de almidón que pueden usarse son p. ej.
almidones catiónicos y aniónicos, almidones carboxilados, almidones
metilados de carboxi, almidones sulfatados, almidones fosfatados,
éteres de almidón del tipo de almidones alkilados de hidroxi, p. ej.
almidones etilados de hidroxi y propilados de hidroxi, almidones
oxidados conteniendo grupos carboxi o dialdehídos o almidones
hidrofobizados como ésteres de acetato, éster de succinato,
semiésteres o ésteres de fosfato y similares. En el proceso de
preparar la dispersión de almidón pueden usarse gránulos de almidón
o almidón pregelatinizado como materia prima preferida. Mezclas de
almidón con otros biopolímeros conteniendo al menos un 50% en peso
de almidón también pueden usarse como materia prima. Se ejemplifican
biopolímeros adecuados por otros polisacáridos tales como celulosa y
gomas, así como proteínas (p. ej. gelatina, proteína de
lactosuero).
La materia prima se mezcla con un líquido acuoso
seleccionado a partir de agua o una combinación de agua y un alcohol
tal como etanol. Una mezcla de almidón y líquido acuoso también
comprende almidón pregelatinizado como la materia prima que puede
suministrarse al extrusor sin líquido adicional. La mezcla
preferiblemente tiene un contenido de sólidos de al menos un 50% en
peso, especialmente al menos un 60% en peso en el momento en que
comienza el tratamiento.
El tratamiento usando esfuerzos cortantes se
realiza preferiblemente a temperaturas elevadas sobre la temperatura
ambiente y por debajo del punto de degradación del almidón y del
biopolímero adicional, en caso de usarse. La temperatura varía de
preferiblemente 30ºC, más preferiblemente 40ºC, y de la forma más
preferible 60ºC, hasta preferiblemente 200ºC, más preferiblemente
140ºC. El corte puede efectuarse aplicando al menos 100 J de energía
mecánica específica (EME) por g de almidón. Dependiendo del aparato
del tratamiento usado la energía necesaria puede ser mayor: también
cuando se usa material no pregelatinizado, la EME necesaria puede
ser mayor, preferiblemente de al menos 250 J/g, más preferiblemente
de al menos 500 J/g. Se puede aplicar presión alta (p. ej. entre 5 y
150 bares) para facilitar el tratamiento a concentraciones
altas.
Un plastificante puede estar presente además del
agua o mezcla de agua/alcohol, tal como un poliol (p. ej.
etílenglicol, propilenoglicol, poliglicoles, glicerol, sacarosa,
maltosa, maltodextrinas, y polialcoholes tales como sorbitol), urea,
lactato sódico, aminoácidos, o ésteres de ácido cítrico a un nivel
de entre el 5% y el 40% en peso basado en el peso en seco del
almidón o mezcla de almidón y otro biopolímero, en caso de usarse.
No obstante, el agua puede hacer ya de plastificante. La cantidad
total de plastificantes (es decir el agua y el plastificante
adicional) preferiblemente varía de entre un 5% y un 50% en peso en
base al peso en seco del almidón o mezcla de almidón y otro
biopolímero, en caso de usarse. Un lubricante, tal como lecitina.
otros fosfolípidos o monoglicéridos, también pueden estar presentes,
preferiblemente en un nivel del 0,5% al 2,5% en peso en base al peso
en seco del almidón o mezcla de almidón y otro biopolímero, en caso
de usarse. Un modificador ácido, preferiblemente un sólido o ácido
orgánico semi-sólido, tal como ácido maleico,
anhídrido maleico, ácido cítrico, ácido oxálico, ácido láctico,
ácido glucónico, o una enzima de degradación de carbohidrato, tal
como amilasa, puede estar presente en un nivel del 0,01% al 5% en
peso en base al peso del almidón o mezcla de almidón y otro
biopolímero: el modificador ácido o enzimático ayuda en la
despolimerización ligera que se asume es ventajosa en el proceso de
producción de dispersiones de almidón comprendiendo partículas de un
tamaño específico.
Una fase esencial en el proceso de formación de
la dispersión de almidón es la reticulación. Normalmente el calor y
el tratamiento de corte de almidones nativos sin reticular de forma
simultánea dan como resultado pastas de almidón las cuales son mucho
más viscosas en un contenido de sólidos superior al 5% y a
temperatura ambiente. Para alcanzar contenidos de sólidos en el
rango del 20% a viscosidades factibles a temperatura ambiente se
necesitan almidones altamente modificados del tipo de almidones
modificados de ácido, almidones oxidados y derivados del tipo de
ésteres de hidroxietilo o ésteres de acetato y por ejemplo se
someten a inyección de vapor. Estas lechadas con altos contenidos de
sólidos no son sin embargo estables en el almacenamiento a
temperatura ambiente y necesitan almacenarse a temperaturas altas en
el rango de 70 a 90ºC.
Agentes reticulantes adecuados para preparar las
dispersiones de almidón son dialdehidos y polialdehidos, que
reversiblemente forman semiacetales, anhídridos ácidos y anhídridos
mezclados (p. ej. anhídrido succínico y acético) y similares.
Dialdehidos adecuados y polialdehidos son glutaraldehido, glioxal,
carbohidratos oxidados con periodato, y similares. Otros agentes
reticulantes son por ejemplo epiclorohidrina y otros epóxidos,
trifosfatos, divinilsulfona. El agente de reticulación puede ser un
reticulador reversible o no reversible. El nivel de reticulador
varía dependiendo de la fuerza de las reticulaciones que éste forma
con almidón. Tales agentes reticulantes pueden utilizarse solos o
como una mezcla. La reacción de reticulación puede ser catalizado
ácido o de base. El nivel de agente reticulante preferiblemente
varía del 0,01% al 7% en peso, en base al peso en seco del almidón o
mezcla de almidón y otro biopolímero, en caso de usarse. El agente
reticulante o bien está presente ya al principio del proceso de
corte o se añade durante el proceso de corte. La adición del agente
reticulante durante el tratamiento se prefiere cuando la materia
prima es almidón granular.
Después de la reticulación, sigue la dispersión
de la mezcla en un líquido adecuado, normalmente agua y/o otro
líquido hidroxílico tal como un alcohol, preferiblemente en una
concentración de entre el 20% y el 50% en peso, más preferiblemente
entre el 25% y el 50% en peso, y de la forma más preferible entre el
30% y el 50% en peso. La fase de dispersión final se lleva a cabo
preferiblemente a temperatura ambiente.
Las dispersiones de almidón resultantes son
bajas en viscosidad, estables en viscosidad a temperatura ambiente y
coloidalmente estables. Se prefiere que las viscosidades de
dispersiones de almidón teniendo un contenido de sólidos de al menos
un 25% en peso sea inferior a 4.000 mPa\cdots, más preferiblemente
menor de 3.000 mPa\cdots y de la forma más preferible menor de
2.500 mPa\cdots. medidas a 23ºC usando un viscosímetro Brookfield
RVT a una velocidad de husillo de 20 r.p.m. Las dispersiones de
almidón son preferiblemente estables en viscosidad durante al menos
dos meses.
Las dispersiones de almidón estables pueden
obtenerse incluso a partir de almidones nativos mediante tratamiento
del almidón usando esfuerzos cortantes y reticulación simultánea
como se ha descrito anteriormente. Por supuesto, también pueden
usarse almidones modificados, si se desea.
Si se desea, el almidón disperso puede ser
además reticulado, usando el mismo u otros agentes reticulantes como
se describe arriba.
Una fase de trituración criogénica puede
realizarse antes de la fase de dispersión. No obstante, la
dispersión de almidón para el uso en composiciones para estucado
pigmentadas también puede prepararse por un proceso donde el líquido
para dispersar las partículas de almidón se inyecta directamente en
el extrusor sin una fase de trituración criogénica. Este método
nuevo para preparar una dispersión de partículas de almidón en un
líquido acuoso comprende:
- (a)
- obtener una mezcla de almidón y un líquido acuoso;
- (b)
- tratar la mezcla usando esfuerzos cortantes en presencia de un reticulador en un extrusor:
- (c)
- añadir un líquido hidroxílico al extrusor y dispersar la mezcla dentro del extrusor o fuera del extrusor o tanto dentro como fuera del extrusor para obtener la dispersión.
El proceso nuevo que es una forma de realización
preferida del proceso general anteriormente descrito se realiza de
manera que una premezcla de almidón (p. ej. mezcla de almidón/agua o
mezcla de almidón/agua/alcohol) que contiene opcionalmente un
plastificante se procesa en un extrusor. El reticulador está
presente en la premezcla o se inyecta en el extrusor. La extrusión
se realiza bajo las mismas condiciones que se han descrito
anteriormente para el proceso general, es decir se necesita una
entrada de energía mínima de 100 J/g durante el tratamiento. El
líquido hidroxílico, preferiblemente agua, se inyecta en la mezcla
de almidón en una de las últimas secciones del extrusor a un nivel
para alcanzar el contenido de sólidos final. Pueden estar
disponibles elementos de husillo y elementos de amasamiento
invertidos en las últimas secciones del extrusor para homogenizar la
dispersión. También es posible obtener la dispersión final fuera del
extrusor. Preferiblemente, la dispersión externa sigue a una fase de
homogenización dentro del extrusor. Los métodos preferidos para
obtener la dispersión final son:
- -
- la mezcla extruida se agita en un vaso de dispersión (proceso discontinuo); o
- -
- la mezcla extruida se fuerza a través de un tubo conteniendo algunos elementos de mezclado estáticos que homogenizan la dispersión (proceso continuo): o
- -
- la mezcla extruida se suministra a un dispositivo de bombeo continuo que introduce cortes en el flujo heterogéneo y de este modo provoca que la mezcla extruida se homogenize.
Puede colocarse una criba justo delante de la
boquilla para reducir el tamaño de los pedazos del almidón antes de
que estos entren en la unidad de dispersión externa.
También es posible usar almidón ya reticulado en
la fase de dispersión. La presente invención también está por tanto
dirigida a un método de preparación de una dispersión de partículas
de almidón en un líquido acuoso comprendiendo el método la extrusión
de una mezcla de un almidón reticulado y un líquido acuoso en
presencia de un líquido hidroxílico para formar la dispersión.
Las dispersiones de almidón nuevas hechas por el
proceso nuevo se caracterizan por una distribución del tamaño de las
partículas ancha. Según los datos de dispersión de luz láser el
tamaño de partícula varía típicamente de 200 nm a 100 \mum. Se
teoriza que la distribución del tamaño de partículas ancha puede ser
una razón para la viscosidad excepcionalmente baja de las
dispersiones de almidón.
La presente invención se ilustrará ahora por los
ejemplos siguientes. Todas las partes y porcentajes se basan en el
peso a menos que se indique lo contrario.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo de referencia
1
Se preparó una premezcla de 100 partes, en base
al peso en seco, de almidón de maíz ceroso nativo (Meritena 300 con
un contenido de humedad del 11,5%, disponible a través de Amilum,
Koog Andezaan, Países Bajos), 21 partes de agua (incluyendo el agua
contenida en el almidón nativo). 0,1 partes de ácido maleico y 17,9
partes de glicerol a temperatura ambiente en un mezclador de alta
tasa de corte. La premezcla se suministró en un extrusor (extrusor
de husillo doble corrotativo de limpieza automática Berstorff ZE40,
L/D = 38) a una velocidad de 8,81 kg/h. El extrusor tiene 9 zonas
con un perfil de temperatura ajustado a
40-80-100-110-130-100-100-100-90ºC.
Se usó la configuración del husillo 3 y la velocidad del husillo se
estableció a 200 r.p.m. Una solución de 1,9 partes de glioxal en
16,8 partes de agua se inyectó en el barril en la 5ª zona (22D) a
una velocidad de flujo de 1,2 kg/h con una bomba de dosificación de
pistón Prominent Meta HK20-12,5 S. Una entrada de
energía de 3,5 kJ/g se aplicó en la mezcla de almidón. La mezcla
extruida salió del extrusor a través de una boquilla de cinco
agujeros (diámetro de los agujeros de 3 mM). La mezcla extruida se
secó y plantó criogénicamente y después se dispersó en agua. Se
obtuvo una dispersión de almidón de baja viscosidad estable con un
35% de sólidos.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo de referencia
2
El ejemplo de referencia 2 se preparó de la
misma manera que el ejemplo de referencia 1 con las excepciones
siguientes:
- \bullet
- No se usó ácido maleico en la premezcla.
- \bullet
- Tras el secado, la trituración y la dispersión en agua se obtuvo una dispersión de baja viscosidad con un 30% de sólidos.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo de referencia
3
El ejemplo de referencia 3 se preparó de la
misma manera que el ejemplo de referencia 2 con las excepciones
siguientes:
- \bullet
- Se usó un almidón de maíz ceroso acetilado reticulado (Resistamil 342 disponible a través de Amilum) en vez de almidón de maíz ceroso nativo.
- \bullet
- Tras el secado, la trituración y la dispersión en agua se obtuvo una dispersión de baja viscosidad con un 40% de sólidos.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
4
El ejemplo 4 se preparó de la misma manera que
el ejemplo de referencia 2 con las excepciones siguientes:
- \bullet
- Una premezcla de 100 partes, en base al peso en seco, de almidón de maíz ceroso nativo (Meritena 300 con un contenido de humedad del 11,5%, disponible a través de Amilum) y 20 partes de agua (incluyendo el agua contenida en el almidón natural) se suministró al extrusor a una velocidad de 7 kg/h.
- \bullet
- No se usó plastificante de glicerol.
- \bullet
- El perfil de temperatura del extrusor fue de 30-70-90-100-100-100-100 100-90ºC.
- \bullet
- 1 parte de glioxal en 24 partes de agua se inyectaron en el barril en la 2ª zona (7D) a una velocidad de 1,4 kg/h.
- \bullet
- Una entrada de energía de 2,5 kJ/g se aplicó a la mezcla de almidón.
- \bullet
- 285 partes de agua extra se inyectaron en el barril en la 7ª zona (32D) a una velocidad de 17 1/H.
- \bullet
- la mezcla extruida se recogió en un vaso y se agitó durante 1H dando como resultado una dispersión homogénea estable con un contenido de sólidos del 26%.
\newpage
Los siguientes ingredientes se usan en las
formulaciones de estucado:
- \bullet
- CaCO_{3} 60: dispersión de carbonato cálcico con tamaño de partícula del 60% < 2 \mum en agua (Hydrocarb 60 ME disponible a través de Pluess-Stauffer, Oftringen, Suiza), el 77% de sólidos
- \bullet
- CaCO_{3} 90: dispersión de carbonato cálcico con tamaño de partícula del 90% < 2 \mum en agua (Hydrocarb 90 ME disponible a través de Pluess-Stauffer). El 77% de sólidos
- \bullet
- Arcilla: dispersión de arcilla de caolín nº. 2 de gran luminosidad con tamaño de partícula del 80% < 2 \muM en agua (SPS disponible a través de Imerys, St. Austell, Inglaterra). El 66,5% de sólidos
- \bullet
- Látex A: látex de estireno-butadieno carboxilado (DL 945 disponible a través de The Dow Chemical Company, Midland, EEUU), con un 50% de sólidos en agua
- \bullet
- Látex B: látex de estireno-butadieno carboxilado (DL 930 disponible a través de The Dow Chemical Company), con un 50% de sólidos en agua Almidón RE1, Almidón RE2, Almidón RE3:
- dispersiones de almidón preparadas según los ejemplos de referencia 1, 2, y 3, respectivamente (los contenidos de sólidos respectivos dados entre paréntesis se ajustan añadiendo agua)
- \bullet
- Almidón A: solución de almidón de maíz térmicamente modificado de peso molecular bajo (C*Film 7311 disponible a través de Cerestar Deutschland Gmbh. Krefeld. Alemania) en agua, con un 30% de sólidos, preparada y conservada a una temperatura > 70ºC
- \bullet
- Almidón B: solución de almidón de maíz oxidizado de peso molecular alto (Arnisol 5591 disponible a través de Amylum) en agua, con un 30% de sólidos, preparada y conservada a una temperatura > 70ºC
- \bullet
- CMC coligante (coligante semi-sintético): solución del 5% de una sal sódica de carboximetil celulosa de peso molecular bajo (Finnfix® 10 disponible a través de Metsa Serla, Skoghal, Suecia) en agua
- \bullet
- Blanqueador: agente blanqueante fluorescente derivado de ácido disulfónico de stilbeno (Tinopal® ABP disponible a través de Ciba-Geigy, Basilea, Suiza)
El valor de pH de las formulaciones se ajusta
añadiendo solución de NaOH (10%). El contenido de sólidos de las
formulaciones se ajusta añadiendo agua.
Los ingredientes de arriba se mezclaron en las
cantidades dadas en las Tablas 1 y 3. respectivamente, para obtener
composiciones de preestucado (Formulaciones 1 a 5) y composiciones
de estucado para superficies (Formulaciones 6 a 15).
respectivamente.
Las viscosidades y los valores de deshidratación
de las Formulaciones 1 a 15 se determinaron de la siguiente
manera:
La viscosidad Brookfield se midió usando un
viscosímetro Brookfield RVT (disponible a través de Brookfield
Engineering Laboratories, Inc. Stoughton, Massachusetts, EEUU) a
23ºC. Para medir, 600 ml de la dispersión se vierten en un vaso de
precipitación de 1.000 ml y la viscosidad se mide a velocidades de
husillo de 20 y 100 r.p.m.
La viscosidad Haake se midió con un Haake
Rotovisco RV20 con un Rheocontroller RC20 y la cabeza de medición
SVSP (disponible a través de Haake Gmbh, Karlsruhe) a 23ºC en el
rango de velocidad de corte de 200 s^{-1} y 4500 s^{-1}.
El valor de deshidratación se mide con un
dispositivo de deshidratación ABO Akademi AAGWR. Se llena un
cilindro con 10 ml de la composición para estucado y se presuriza
durante 1,5 min con una presión de 1 bar. El filtrado acuoso pasa a
través de una membrana Nucleopore 1113 de 5 \mum de espesor y se
absorbe por un papel cromatográfico Whatman nº. 17. La cantidad de
agua absorbida por el papel cromatográfico se especifica en g de
agua absorbida por m^{2} de papel. El valor de deshidratación es
una medida de la capacidad de retención de agua del estucado bajo
presión. Valores altos son indicativos de una baja capacidad de
retención de agua bajo las condiciones de estucado y podrían suponer
deficiencias de ejecutabilidad.
Los resultados se dan en las Tablas 2 y 4.
Las formulaciones de estucado para superficies 6
a 15 sirvieron entonces como estuco sobre un papel con un peso de 39
g/m^{2} a un peso de estucado de alrededor de 13 g/m^{2}. Las
propiedades del papel estucado se evaluaron según los procedimientos
de la prueba siguiente:
El brillo del papel se mide usando un
instrumento Zehntner ZLR-1050 en un ángulo incidente
de 75º.
La prueba se realiza en una unidad de prueba de
impresión Pruefbau Test Printing con tinta roja Lorrilleux Red Ink
No. 8588. Una cantidad de 0,8 g/m^{2} (ó 1.6 g/m^{2}
respectivamente) de tinta se aplica en tiras reactivas de papel
estucado colocadas sobre una platina invertida larga de caucho con
un disco de impresión de acero. La presión de la aplicación de tinta
es de 1.000 N y la velocidad es de 1 m/S. Las bandas impresas se
secan durante 12H a 20ºC a un 55% de humedad ambiental mínima. El
brillo se mide después en un instrumento Zehntner
ZLR-1050 en un ángulo incidente de 75º.
La prueba mide la capacidad de la superficie del
papel para aceptar la transferencia de tinta sin manchar. La prueba
se efectuó en un probador de imprimabilidad de tipo A2,
comercialmente disponible a través de IGT Reprotestar BV. Se
imprimen bandas de papel estucado (4 mm X 22 mm) con discos de
aluminio entintado a una presión de impresión de 36 N con el sistema
de accionamiento del péndulo y el aceite de prueba de alta
viscosidad (rojo) de Reprotestan BV. Después de completar la
impresión, la distancia donde el estucado empieza a mostrar daños se
marca bajo un estéreo microscopio. La distancia marcada se
transfiere después a la curva de velocidad de IGT y las velocidades
en cm/s se leen en la curva de funcionamiento usada. Altas
velocidades significan alta resistencia a la adherencia en seco.
El aumento de tinta se analiza en un probador de
imprimabilidad Pruefbau. Se imprimen bandas de papel con una tinta
comercialmente disponible bajo el nombre comercial Huber
Wegschlagfarbe No. 520068. Una cantidad inicial de 500 mm^{3} se
aplica en un rollo de distribución de tinta. Un disco de impresión
de acero se entinta para conseguir un volumen de tinta de 60
mm^{3}. Una banda de papel estucado se instala en una platina
invertida de caucho y se imprime con el disco de acero entintado a
una velocidad de 1,5 m/s y una presión de impresión de 800 N.
Después de un tiempo de retraso de 10 segundos, la banda de papel se
reimprime usando un disco de impresión de caucho vulcanizado
conteniendo también 60 mm^{3} de tinta y a una presión de
impresión de 800 N. Este procedimiento se repite hasta que se
penetra la superficie de la banda de papel estucado. El número de
impresiones requeridas para penetrar la superficie del papel
estucado es una medida de la resistencia de la superficie del
papel.
El repintado se analiza en un probador de
imprimabilidad Pruefbau. Se imprimen bandas de papel con tinta
comercialmente disponible bajo el nombre comercial Huber
Wegschlagfarbe nº. 520068. Una cantidad inicial de 250 mm^{3} se
aplica en un rollo de distribución de tinta. Un disco de impresión
de acero se entinta para conseguir un volumen de tinta de 30
mm^{3} y se imprime una banda de papel estucado con el disco de
acero entintado. La velocidad de impresión es de 1,5 m/seg y la
presión de impresión es de 1000 N. Se hace una tirada aparte para
una banda estándar comercialmente disponible a través de Scheuffelen
bajo la designación Kunstdruckpapier APCO II/II de 150 g/m^{2} con
un disco de impresión de acero y una presión de 400 N. Se hace una
tirada aparte después de 15 s, 30 s, 60 s y 120 s. La densidad de la
tinta de la tirada aparte se mide usando un densitómetro de tinta
Gretag. Es una medida de la velocidad de secado de la tinta.
Esta prueba se hace para valorar la
irregularidad de impresión. Se imprimen bandas de papel en la unidad
de prueba de impresión Pruefbau Test Printing con una tinta de
prueba comercialmente disponible bajo la denominación comercial
Huber Mottling Test Farbe No. 40 8010. En primer lugar se aplica un
volumen de 250 mm^{3} de tinta con un rollo de acero. Después
siguen tres pasadas usando un rollo de caucho vulcanizado y en cada
una de estas tres pasadas se aplica un volumen adicional de 30
mm^{3} de tinta. Para evaluar el moteado la banda se analiza
digitalmente usando el software Mottling Viewer Software de Only
Solutions GmbH. En primer lugar se escanea la banda y el escaneo se
convierte a escala de grises. Después se mide la desviación en
intensidad de escala de grises con siete resoluciones diferentes con
una anchura de 0,17 mm, 0,34 mm. 0,67 mm, 1,34 mm. 2,54 mm, 5,1 mm y
10,2 mm. De estas mediciones se calcula un valor de moteado (MV). El
resultado muestra la irregularidad de impresión. Un número más alto
en el resultado significa una irregularidad más alta.
La luminosidad ISO se mide con un
espectrofotómetro Zeis Elrepho. Se mide la luz reflejada de una
longitud de onda de 457 nm.
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En la Formulación 2 el almidón funciona como un
coligante mientras que en la Formulación 4 el almidón es el ligante
único. La viscosidad inicial de la Formulación 2 al igual que la
viscosidad tras 4 días es mucho menor que la de la Formulación
Comparativa 1. La capacidad de retención de agua de la Formulación 2
es también mucho mejor que la de la Formulación 1. Aunque las
viscosidades de la Formulación 2 y la Formulación Comparativa 3
están en aproximadamente los mismos límites la capacidad de
retención de agua de la Formulación 2 es superior a la de la
Formulación 3. En la Formulación 4 y la Formulación Comparativa 5 el
almidón funciona como el ligante único. Es claramente visible que
las viscosidades de la Formulación 4 son mucho menores.
Sólo las formulaciones según la invención tienen
tanto viscosidades bajas como valores de deshidratación bajos
aceptables, es decir alta capacidad de retención de agua.
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Conforme a los resultados mostrados en la Tabla
2 sólo las Formulaciones 8, 9, 10, 12, 13, y 14 según la presente
invención tiene bajas viscosidades, incluso después de 5 días, en
combinación con valores de deshidratación bajos. La Formulación
Comparativa 11 (almidón estándar A como coligante) muestra un
comportamiento post engrosamiento muy fuerte mientras que no fue
posible preparar una formulación con un contenido de sólidos
superior al 61,5% con almidón estándar B (Formulación Comparativa
15). Esto significa que las formulaciones comprendiendo las
dispersiones de almidón según la presente invención pueden
formularse en un contenido de sólidos aproximadamente un 4% mayor y
permanecen estables en viscosidad con el tiempo.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
El brillo del papel de los papeles estucados con
las composiciones para estucado según la presente invención es mayor
al resultante de composiciones para estucado comprendiendo solución
de almidón estándar como ligante (Formulación Comparativa 11).
Solamente los estucados con un sistema ligante "enteramente
sintético", es decir comprendiendo látex en combinación con un
coligante CMC (Formulaciones Comparativas 6 y 7) siendo mucho más
caros que el almidón muestran un mayor brillo del papel.
El brillo de la tinta de los estucados según la
presente invención es mayor al del estucado con almidón estándar y
corresponde a los valores de los estucados comprendiendo el CMC
coligante.
La resistencia a la adherencia en seco de los
estucados según la presente invención es mayor a la del estucado
conteniendo el almidón estándar (Formulación 11) y también al menos
tan bueno o aún mejor que el de los estucados con CMC coligante
(Formulaciones 6 y 7). La acumulación de tinta de los presentes
estucados de superficie es mucho mejor que la de los estucados
preparados a partir de las Formulaciones Comparativas 6 y 7 y al
menos tan buena como la del estucado preparado a partir de la
Formulación Comparativa 11.
Los valores de repintado de los estucados según
la presente invención son intermedios entre los de los estucados con
el sistema ligante "completamente sintético" (Formulaciones 6 y
7) y el estucado conteniendo el almidón estándar (Formulación 11).
Las composiciones para estucado de la presente invención conducen en
consecuencia a propiedades de secado de la tinta más deseables en
comparación con las composiciones comprendiendo ligantes
"completamente sintéticos" (secado para rápido) o las
soluciones de almidón convencional (secado para lento).
Los valores de moteado están dentro de los
límites conseguidos con las formulaciones comparativas mientras que
la luminosidad ISO del presente estucado de superficie es mayor a la
luminosidad de los estucados comprendiendo CMC coligantes. De forma
similar a las soluciones de almidón convencional los presentes
almidones parecen aumentar el efecto de agentes avivadores ópticos
(blanqueantes).
\vskip1.000000\baselineskip
\bullet GB 1412422 A [0006]
\bullet US 5512617 A [0007]
\bullet WO 8808757 A [0008]
\bullet US 3876629 A [0009]
\bullet JP 8143601 B [0010]
Claims (15)
1. Composición para estucado comprendiendo
- (i)
- un pigmento y
- (ii)
- una dispersión de almidón de partículas de almidón natural reticuladas específicas en un líquido acuoso, donde el tamaño de partícula de las partículas de almidón en la dispersión de almidón varía de 200 nm a 100 \mum.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Composición para estucado según la
reivindicación 1 donde el contenido de sólidos de la dispersión de
almidón es del 25% al 50% por peso.
\vskip1.000000\baselineskip
3. Composición para estucado según las
reivindicaciones 1 ó 2 donde la dispersión de almidón es obtenible
por un proceso comprendiendo:
- (a)
- obtener una mezcla de almidón y un líquido acuoso;
- (b)
- tratar la mezcla usando esfuerzos cortantes en presencia de un reticulador; y
- (c)
- añadir y mezclar en un líquido hidroxílico para obtener la dispersión de almidón.
\vskip1.000000\baselineskip
4. Composición para estucado según cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 3 comprendiendo
- (i)
- 100 partes en peso de pigmento, y
- (ii)
- de 1 a 300 partes en peso de almidón,
todas en base al peso en seco.
\vskip1.000000\baselineskip
5. Composición para estucado según cualquiera de
las reivindicaciones 1 ó 4 comprendiendo además (iii) un látex
sintético.
\vskip1.000000\baselineskip
6. Composición para estucado según la
reivindicación 5 comprendiendo
- (i)
- 100 partes en peso de pigmento,
- (ii)
- de 1 a 300 partes en peso de almidón, y
- (iii)
- de 1 a 20 partes en peso de látex sintético,
todas en base al peso en seco.
\vskip1.000000\baselineskip
7. Composición para estucado según cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 6 con un contenido de sólidos del
50-74% en peso, preferiblemente del 50% al 64% en
peso.
8. Uso de una dispersión de almidón tal y como
se define en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 como un
ligante en composiciones para estucado pigmentadas.
\vskip1.000000\baselineskip
9. Método para preparar una dispersión de
partículas de almidón en un líquido acuoso comprendiendo
- (a)
- obtener una mezcla de almidón y un líquido acuoso;
- (b)
- tratar la mezcla usando esfuerzos cortantes en presencia de un reticulador en un extrusor; y
- (c)
- añadir un líquido hidroxílico al extrusor y dispersar la mezcla dentro del extrusor o fuera del extrusor o tanto dentro como fuera del extrusor para obtener la dispersión.
\newpage
10. Método según la reivindicación 9 donde en la
fase (c), después de la inyección del líquido hidroxílico, la mezcla
se predispersa antes dentro del extrusor y después se completa la
dispersión fuera del extrusor.
11. Método según las reivindicaciones 9 ó 10
donde el líquido acuoso en la fase (a) es agua o una combinación de
agua y alcohol y el líquido hidroxílico en la fase (c) es agua y/o
alcohol.
12. Método según cualquiera de las
reivindicaciones 9 a 11 donde se añade un plastificante en la fase
(a).
13. Método según cualquiera de las
reivindicaciones 9 a 12 donde el contenido de sólidos de la
dispersión de almidón es del 25% al 50% en peso.
14. Método según cualquiera de las
reivindicaciones 9 a 13, donde el almidón es almidón natural.
15. Dispersión de almidón obtenible por el
método según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 14.
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| EP00115871A EP1176255A1 (en) | 2000-07-24 | 2000-07-24 | Use of starch dispersions as binder in coating compositions and process for preparing the starch dispersions |
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