ES2568487T3 - Dispersiones preparadas a partir de partículas inorgánicas tratadas para fabricar papel decorativo que tiene rendimiento óptico mejorado - Google Patents

Dispersiones preparadas a partir de partículas inorgánicas tratadas para fabricar papel decorativo que tiene rendimiento óptico mejorado Download PDF

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Abstract

Una dispersión para fabricar papel decorativo que tiene un rendimiento óptico mejorado sin afectar negativamente a la resistencia mecánica, que comprende: (a) una suspensión de partículas de TiO2 que comprende una partícula de TiO2 tratada que tiene un área superficial de al menos aproximadamente 30 m2/g, y un polímero catiónico; en donde el tratamiento comprende un óxido de silicio, aluminio, fósforo o mezclas de los mismos; y el tratamiento está presente en la cantidad de al menos 15% basado en el peso total de la partícula de dióxido de titanio tratada; (b) pasta de papel; y (c) un polímero catiónico; en donde el polímero catiónico en la suspensión y el polímero catiónico en la dispersión son compatibles; en donde para un rendimiento óptico equivalente, la cantidad de partículas de TiO2 tratadas en la dispersión se reduce aproximadamente en un 10% cuando se compara con una dispersión que no comprende la partícula de TiO2 tratada de (a).

Description

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DESCRIPCION
Dispersiones preparadas a partir de partfculas inorganicas tratadas para fabricar papel decorativo que tiene rendimiento optico mejorado
Antecedentes de la descripcion
La presente descripcion se refiere a un papel decorativo y laminados de papel fabricados a partir de dicho papel. Mas espedficamente, el papel decorativo comprende una partfcula de nucleo inorganica tratada, en particular una pardcula de dioxido de titanio tratada, que tiene opacidad mejorada en sistemas de papel altamente cargado.
Los laminados de papel, en general, se conocen bien en la tecnica, y son adecuados para una diversidad de usos, incluyendo mesas y escritorios, encimeras, paneles de pared, superficies de suelo y similares. Los laminados de papel tienen una diversidad de usos tan grande porque puede hacerse que estos sean extremadamente duraderos, y puede hacerse tambien que se parezcan (tanto en aspecto como en textura) a una gran diversidad de materiales de construccion, incluyendo madera, piedra, marmol y azulejo, y pueden decorarse para que lleven imagenes y colores.
Tfpicamente, los laminados de papel se fabrican a partir de papel decorativo impregnando el papel con resinas de diversas clases, ensamblando varias capas de uno o mas tipos de papeles laminados, y consolidando el conjunto en una estructura de nucleo unitaria mientras se convierte la resina a un estado curado. El tipo de resina y papel laminado usados, y la composicion del conjunto final, generalmente estan dictados por el uso final del laminado.
Los laminados de papel decorativos pueden fabricarse utilizando una capa de papel decorado como la capa de papel visible en la estructura de nucleo unitaria. El resto de la estructura de nucleo tfpicamente comprende diversas capas de papel de soporte, y puede incluir una o mas capas intermedias altamente opacas entre las capas decorativa y de soporte, de manera que el aspecto de las capas de soporte no afecta negativamente al aspecto de la capa decorativa.
Los laminados de papel pueden producirse por procesos de laminacion tanto a baja como a alta presion.
Los papeles decorativos tfpicamente comprenden cargas tales como dioxido de titanio para aumentar el brillo y la opacidad del papel. Tfpicamente, estas cargas se incorporan en la banda de papel fibroso por adicion en el extremo humedo.
En aplicaciones de papel decorativo de color claro y blanco brillante, son necesarias concentraciones de TiO2 de 30 - 45% en peso de pigmento para proporcionar el color y / u opacidad deseados. Sin embargo, a estos alto niveles de carga, la eficiencia a la que el TO2 funciona como un agente opacificante se deteriora debido al "efecto aglomerante" del pigmento. Es decir, usar dos veces la cantidad de pigmento basandose en un sistema de papel menos concentrado (es decir, uno que comprende 20% TO2 en peso), no doblara la opacidad en un papel altamente cargado. De hecho, no se logra opacidad debido al efecto aglomerante. Por lo tanto, los fabricantes de papel decorativo incurren en un sobrecoste para alcanzar la opacidad deseada en papeles blancos altamente cargados. De esta manera, existe la necesidad de un pigmento de TO2 que puede mantener su eficiencia opacificante incluso en sistemas de papel altamente cargados.
Sumario de la descripcion
En un primer aspecto, la descripcion proporciona una dispersion para fabricar papel decorativo que tiene un rendimiento optico mejorado, sin afectar negativamente a la resistencia mecanica del papel, que comprende:
(a) una suspension de pigmento de TO2 que comprende un pigmento de TO2 tratado que tiene un area superficial de al menos aproximadamente 30 m2/g, y un polfmero cationico; en el que el tratamiento comprende un oxido de silicio, aluminio, fosforo o mezclas de los mismos; y el tratamiento esta presente en la cantidad de al menos 15% basado en el peso total del pigmento de dioxido de titanio tratado;
(b) pasta de papel; y
(c) un polfmero cationico; en el que el polfmero cationico en la suspension y el polfmero cationico en la dispersion son compatibles;
en el que, para un rendimiento optico equivalente, la cantidad de pigmento de TO2 tratado en la dispersion se reduce en aproximadamente un 10% cuando se compara con una dispersion que no comprende el pigmento de TO2 tratado de (a).
En el primer aspecto, el polfmero cationico en la suspension es una resina de urea-formaldelddo, una resina de melamina-formaldetudo, un polfmero de poliacrilamida cationica, un polfmero de polidialquilamonio, un copolfmero de poliacrilamida-polidialquilamonio, o una resina de poliamida-poliamina-epiclorhidrina.
En el primer aspecto, el polfmero cationico en la dispersion (c) es una resina de urea-formaldetudo, una resina de
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melamina-formaldelddo o una resina de poliamida-poliamina-epiclorhidrina.
En un segundo aspecto, la descripcion se refiere a un laminado que comprende un papel decorativo en el que el papel decorativo comprende una dispersion que tiene un rendimiento optico mejorado, sin afectar negativamente a la resistencia mecanica del papel, que comprende:
(a) una suspension de pigmento de TO2 que comprende un pigmento de TO2 tratado que tiene un area superficial de al menos aproximadamente 30 m2/g, y un polfmero cationico; en el que el tratamiento comprende un oxido de silicio, aluminio, fosforo o mezclas de los mismos; y el tratamiento esta presente en la cantidad de al menos 15% basado en el peso total del pigmento de dioxido de titanio tratado;
(b) pasta de papel; y
(c) un polfmero cationico; en el que el polfmero cationico en la suspension y el polfmero cationico en la dispersion son compatibles;
en el que para un rendimiento optico equivalente, la cantidad de pigmento de TO2 tratado en la dispersion se reduce en aproximadamente un 10% cuando se compara con una dispersion que no comprende el pigmento de TiO2 tratado de (a).
En el segundo aspecto, la descripcion proporciona un papel laminado que comprende ademas papel kraft. Descripcion detallada de la descripcion
En esta descripcion, la expresion "que comprende" debe interpretarse como que especifica la presencia de las caractensticas, enteros, etapas o componentes indicados tal y como se menciona, pero no impide la presencia o adicion de una o mas caractensticas, enteros, etapas o componentes, o grupos de los mismos. Ademas, la expresion "que comprende" pretende incluir ejemplos abarcados por la expresion "que consiste esencialmente en" y "que consiste en". Analogamente, la expresion "que consiste esencialmente en" pretende incluir los ejemplos abarcados por la expresion "que consiste en".
En esta descripcion, cuando se da una cantidad, concentracion u otro valor o parametro como un intervalo, un intervalo tfpico o una lista de valores tfpicos superiores y valores tfpicos inferiores, debe entenderse que esto describe espedficamente todos los intervalos formados a partir de cualquier par de cualquier lfmite superior del intervalo o valor tfpico y cualquier lfmite inferior del intervalo o valor tfpico, independientemente de que los intervalos se describan por separado o no. Donde se cita un intervalo de valores numericos en la presente memoria, a menos que se indique otra cosa, el intervalo pretende incluir los puntos finales del mismo, y todos los enteros y fracciones dentro del intervalo. No se pretende que el alcance de la descripcion se limite a los valores espedficos citados cuando se define un intervalo.
En esta descripcion, los terminos en singular y las formas singulares "un", "una" y "el", "la", por ejemplo, incluyen los referentes plurales a menos que el contenido claramente dicte otra cosa. Por lo tanto, por ejemplo, una referencia a "partfcula de TO2", "la partfcula de TO2", o "una partfcula de TO2" tambien incluye una pluralidad de partfculas de TiO2.
Esta descripcion se refiere a una partfcula de nucleo inorganica, tfpicamente partfculas de pigmento de oxido metalico inorganico u oxido metalico mixto, mas tfpicamente una partfcula de dioxido de titanio que puede ser un pigmento o una nanopartfcula, en el que las partfculas de nucleo inorganicas, tfpicamente partfculas de oxido metalico inorganico u oxido metalico mixto, mas tfpicamente partfculas de dioxido de titanio tienen una opacidad mejorada en sistemas de papel altamente cargados.
Partfcula de dioxido de titanio:
Se contempla que la partfcula de dioxido de titanio y, en particular, las partfculas de pigmento de dioxido de titanio se tratan como para esta descripcion. La cantidad total del tratamiento que puede ser un oxido de silicio, aluminio, o mezclas de los mismos, es al menos aproximadamente 15%, basado en el peso total de la partfcula de dioxido de titanio tratada. Tfpicamente, el nivel de tratamiento con sflice es al menos aproximadamente 6%, mas tfpicamente aproximadamente 6 - aproximadamente 14%, y aun mas tfpicamente de aproximadamente 9,5 a aproximadamente 12%. El nivel de tratamiento con alumina es de aproximadamente 4 - aproximadamente 8%, mas tfpicamente aproximadamente 5,8%, basado en el peso total de la partfcula de dioxido de titanio tratada. Por partfcula de dioxido de titanio se entiende un material en forma de partfculas que se dispersa por todo el producto final, tal como una composicion de papel laminado, y confiere color y opacidad al mismo. Mas tfpicamente, la partfcula de dioxido de titanio (TO2) es pigmentaria.
Las partfculas de dioxido de titanio (TO2) utiles en la presente descripcion pueden estar en la forma cristalina rutilo o anatasa. Se preparan comunmente mediante un proceso con cloruro o un proceso con sulfato. En el proceso con cloruro, se oxida TiCU a partfculas de TO2. En el proceso con sulfato se disuelven acido sulfurico y un mineral que contiene titanio, y la solucion resultante hace pasar a traves de una serie de etapas para producir TO2. Los procesos
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tanto con sulfato como con cloruro se describen con mayor detalle en "The Pigment Handbook", Vol. 1, 2a Ed., John Wiley & Sons, NY (1988). La pardcula puede ser un pigmento o una nanopardcula, mas tfpicamente un pigmento.
Por "pigmento" se entiende que las partfculas de dioxido de titanio tienen un tamano medio de menos de 1 micrometro. ^picamente, las pardculas tienen un tamano medio de aproximadamente 0,020 a aproximadamente 0,95 micrometros, mas tipicamente, de aproximadamente 0,050 a aproximadamente 0,75 micrometro y, lo mas tipicamente, de aproximadamente 0,075 a aproximadamente 0,50 micrometros. Por "nanopardcula" se entiende que las partfculas primarias de dioxido de titanio tienen un tamano medio de partfcula primaria mayor que aproximadamente 70 nm, mas tfpicamente de aproximadamente 70 nm a aproximadamente 135 nm y aun mas tfpicamente de aproximadamente 90 nm a aproximadamente 120 nm. La dispersion dinamica de luz, una tecnica optica que mide la distribucion del tamano de partfcula en suspension lfquida, muestra que tfpicamente un 80% de las partfculas producidas tienen diametros menores que 164 nm.
Proceso para preparar partfculas de dioxido de titanio tratadas
En una realizacion, el proceso para preparar una partfcula de dioxido de titanio (TO2) tratada que tiene opacidad mejorada comprende calentar una suspension que comprende partfcula de dioxido de titanio tratada con sflice porosa y agua a una temperatura de al menos aproximadamente 90°C, mas tfpicamente aproximadamente de 93 a aproximadamente 97°C, aun mas tfpicamente de aproximadamente 95 a aproximadamente 97°C. La aplicacion de la sflice puede ser por deposicion de sflice pirogena sobre una partroula de dioxido de titanio pirogena, o por co- oxigenacion de tetracloruro de silicio con tetracloruro de titanio, o por deposicion mediante oxido acuoso en fase condensada.
En una realizacion espedfica, la suspension que comprende partroulas de dioxido de titanio tratadas con sflice y agua se prepara mediante un proceso que comprende las siguientes etapas, que incluyen proporcionar una suspension de partroulas de dioxido de titanio en agua; en la que tfpicamente el TO2 esta presente en la cantidad de 25 a aproximadamente 35% en peso, mas tfpicamente aproximadamente 30% en peso, basado en el peso total de la suspension. Esto va seguido del calentamiento de la suspension de aproximadamente 30 a aproximadamente 40°C, mas tfpicamente 33 - 37°C, y el ajuste del pH de aproximadamente 3,5 a aproximadamente 7,5, mas tfpicamente de aproximadamente 5,0 a aproximadamente 6,5. Se anaden entonces silicatos solubles tales como silicato de sodio o potasio a la suspension mientras se mantiene el pH entre aproximadamente 3,5 y aproximadamente 7,5, mas tfpicamente de aproximadamente 5,0 a aproximadamente 6,5; seguido de agitacion durante al menos aproximadamente 5 minutos y tfpicamente al menos aproximadamente 10 minutos, pero no mas de 15 minutos, para facilitar la precipitacion de la sflice sobre la partroula de dioxido de titanio. Los silicatos de sodio solubles en agua disponibles en el mercado con relaciones en peso SiO2/Na2O de aproximadamente 1,6 a aproximadamente 3,75 y que vanan del 32 al 54% en peso de solidos, con o sin dilucion adicional, son los mas practicos. Para aplicar una sflice porosa a la partroula de dioxido de titanio, la suspension rtpicamente debena ser acida durante la adicion de la parte eficaz del silicato soluble. El acido usado puede ser cualquier acido, tal como HCl, H2SO4, HNO3 o H3PO4 que tiene una constante de disociacion suficientemente alta para precipitar la sflice y que se usa en una cantidad suficiente para mantener una condicion acida en la suspension. Pueden usarse tambien compuestos tales como TOSO4 o TiCU que se hidrolizan para formar acido. Alternativamente a la adicion de todo el acido en primer lugar, el silicato soluble y el acido pueden anadirse simultaneamente siempre y cuando la acidez de la suspension rtpicamente se mantenga a un pH por debajo de aproximadamente 7,5. Despues de la adicion del acido, la suspension debena mantenerse a una temperatura no mayor que 50°C durante al menos 30 minutos antes de proceder con mas adiciones.
El tratamiento corresponde de aproximadamente 6 a aproximadamente 14% en peso de sflice, mas rtpicamente de aproximadamente 9,5 a aproximadamente 12,0%, y aun mas rtpicamente 10,5% basado en el peso total de la partroula de dioxido de titanio, y en particular la partroula de dioxido de titanio de nucleo. Las cantidades de oxidos depositados (metalicos y no metalicos) permiten controlar el punto isoelectrico entre 5,0 y 7,0, lo que puede ser beneficioso para facilitar la dispersion y/o la floculacion de las composiciones en forma de partroulas durante el procesamiento de la planta y la produccion del papel decorativo.
Un metodo alternativo de adicion de un tratamiento de sflice a la partroula de TO2 es por deposicion de sflice pirogena sobre una partroula de dioxido de titanio pirogeno, como se describe en el documento US 5.992.120 o por co-oxigenacion de tetracloruro de silicio con tetracloruro de titanio, como se describe en el documento US 5.562.764, y la patente de Estados Unidos 7.029.648.
La suspension que comprende partroulas de dioxido de titanio tratadas con sflice densa y agua se calientan a una temperatura de al menos aproximadamente 90°C, mas tfpicamente de aproximadamente 93 a aproximadamente 97°C, aun mas tfpicamente de aproximadamente 95 a aproximadamente 97°C. El segundo tratamiento comprende oxido de aluminio o alumina precipitada. Este tratamiento es poroso, y tfpicamente se aplica desde una solucion de una fuente de alumina soluble, tal como un aluminato soluble, usando tecnicas conocidas por un experto en la materia. En una realizacion espedfica, se anade una fuente de alumina soluble, tal como un aluminato soluble, a la suspension que comprende dioxido de titanio tratado con sflice mientras se mantiene el pH de aproximadamente 7,0 a 10,0, mas tfpicamente de 8,5 a aproximadamente 9,5 para formar un tratamiento de alumina sobre la partfcula de dioxido de titanio tratada con sflice porosa. Por "fuente de alumina soluble" se entienden sales de metal alcalino de
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aniones aluminato, por ejemplo, aluminato de sodio o potasio. Alternativamente, la fuente de alumina soluble puede ser acida tal como, por ejemplo, cloruro de aluminio o sulfato de aluminio, en cuyo caso el pH se controla usando una base en lugar de un acido. La partfcula de dioxido de titanio tratada no comprende tratamientos con s^lice o alumina densa.
El tratamiento con alumina porosa esta presente en la cantidad de aproximadamente 4,0% a aproximadamente 8,0%; mas tfpicamente de aproximadamente 5,0% a aproximadamente 7,5%, aun mas tfpicamente de aproximadamente 5,5 a aproximadamente 6%, basado en el peso total de la partfcula de dioxido de titanio. Debido a que sustancialmente toda la alumina que se precipita encuentra su camino hacia un tratamiento sobre las partfculas de dioxido de titanio, tfpicamente solo es necesario proporcionar esa cantidad de fuente de alumina soluble, tal como un aluminato soluble, a la suspension lfquida que se obtendra como resultado, despues de la precipitacion, en el grado de tratamiento apropiado.
Tfpicamente, los tratamientos superficiales partfcula a partfcula son sustancialmente homogeneos. Por esto se entiende que cada partfcula de nucleo tiene fijada a su superficie una cantidad de alumina y sflice tal que la variabilidad en los niveles de alumina y sflice entre partfculas es tan baja que hace que todas las partfculas interactuen con agua, disolvente organico o moleculas dispersantes de la misma manera (es decir, todas las partfculas interactuan con su entorno qrnmico de una manera comun y en una extension comun). Tfpicamente, las partfculas de dioxido de titanio tratadas se dispersan completamente en el agua para formar una suspension en menos de 10 minutos, mas tfpicamente menos de aproximadamente 5 minutos. Por "completamente dispersado" se entiende que la dispersion esta compuesta de partfculas individuales o pequenos grupos de partfculas creados durante la etapa de formacion de partfculas (agregados duros) y que todos los aglomerados blandos se han reducido a partfculas individuales.
Despues del tratamiento de acuerdo con este proceso el pigmento se recupera por procedimientos conocidos incluyendo neutralizacion de la suspension y, si fuera necesario, filtracion, lavado, secado y, frecuentemente, una etapa de molienda en seco tal como un micronizado. El secado no es necesario, sin embargo, puesto que puede usarse una suspension espesa del producto directamente en la preparacion de dispersiones de papel donde el agua es la fase lfquida.
Aplicaciones
Las partfculas de dioxido de titanio tratadas pueden usarse en laminados de papel. Los laminados de papel de esta descripcion son utiles como suelos, muebles, encimeras, superficies de madera artificial y superficies de piedra artificial.
Papel decorativo
El papel decorativo puede contener cargas tales como dioxido de titanio preparado como se ha descrito anteriormente y tambien cargas adicionales. Algunos ejemplos de otras cargas incluyen talco, oxido de zinc, caolm, carbonato de calcio y mezclas de los mismos.
El componente de carga del papel decorativo puede ser de aproximadamente 10 a aproximadamente 65% en peso, en particular de 30 a 45% en peso, basado en el peso total del papel decorativo. El gramaje del papel decorativo base puede estar en el intervalo de 30 a aproximadamente 300 g/m2, y en particular de 90 a 110 g/m2. Los gramajes se seleccionan en funcion de la aplicacion particular.
Las pastas de madera de comfera (pastas de fibra larga) o pastas de madera dura tales como eucalipto (pastas de fibra corta) y mezclas de los mismos son utiles como pastas en la fabricacion de papel decorativo base. Tambien es posible usar fibras de algodon o mezclas de todos estos tipos de pastas. Puede ser util una mezcla de pastas de madera de comfera y madera dura en una relacion de aproximadamente 10:90 a aproximadamente 90:10, y en particular aproximadamente 30:70 a aproximadamente 70:30. La pasta puede tener un grado de batido de 20° a aproximadamente 60° SR de acuerdo con Schopper-Riegler.
El papel decorativo puede contener tambien un polfmero cationico que puede comprender una epiclorhidrina y amina terciaria o un compuesto de amonio cuaternario tal como cloruro de clorohidroxipropil trimetil amonio o cloruro de glicidil trimetil amonio. Lo mas tfpicamente, el polfmero cationico es un compuesto de amonio cuaternario. Son utiles tambien los polfmeros cationicos tales como agentes para potenciar la resistencia en humedo que incluyen resinas de epiclorhidrina poliamida/poliamina, otros derivados de poliamina o derivados de poliamida, poliacrilatos cationicos, resinas de melamina formaldelmdo modificadas o almidones cationizados y pueden anadirse para formar la dispersion. Otras resinas incluyen, por ejemplo, dialil ftalatos, resinas de epoxido, resinas de urea formaldetudo, copoliesteres de urea-ester de acido acnlico, resinas de melamina formaldetudo, resinas de melamina fenol formaldetudo, resinas de fenol formaldetudo, poli(met)acrilatos y/o resinas de poliester insaturado. El polfmero cationico esta presente en la cantidad de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 1,5%, basado en el peso de polfmero seco al peso seco total de las fibras de pasta usadas en el papel.
Pueden ser utiles tambien adyuvantes de retencion, resistencia en humedo, retencion, encolados (internos y en superficie) y agentes de fijacion y otras sustancias tales como pigmentos coloreados organicos e inorganicos,
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colorantes, abrillantadores opticos y dispersantes en la formacion de las dispersiones y pueden anadirse tambien segun se requiera para conseguir las propiedades finales deseadas del papel. Los adyuvantes de retencion se anaden para minimizar las perdidas de dioxido de titanio y otros componentes finos durante el proceso de fabricacion de papel, que se anadinan al coste, como lo hace el uso de otros aditivos tales como agentes de resistencia en humedo.
Pueden encontrarse ejemplos de papeles usados en laminados de papel en el documento US6599592 y las referencias anteriores, incluyendo los documentos US5679219, US6706372 y US6783631.
Como se ha indicado anteriormente, el papel tipicamente comprende un numero de componentes que incluyen, por ejemplo, diversos pigmentos, agentes de retencion y agentes de resistencia en humedo. Los pigmentos, por ejemplo, confieren las propiedades deseadas tales como opacidad y blancura al papel final, y un pigmento usado comunmente es dioxido de titanio, es decir, en un sentido relativo, de naturaleza cara.
La partfcula de dioxido de titanio tratada puede usarse para preparar el papel decorativo de cualquier manera habitual, en la que al menos una porcion del pigmento de dioxido de titanio tfpicamente usado en tal fabricacion de papel se reemplaza con el pigmento de dioxido de titanio tratado.
Como se ha indicado anteriormente, el papel decorativo de acuerdo con la presente descripcion es una hoja basada en pasta de celulosa, opaca, que contiene un componente de pigmento de dioxido de titanio en una cantidad de aproximadamente 45% en peso o menos, mas tfpicamente de aproximadamente 10% en peso a aproximadamente 45% en peso, y aun mas tfpicamente de aproximadamente 25% en peso a aproximadamente 42% en peso, en el que el componente de pigmento de dioxido de titanio comprende la partfcula de dioxido de titanio tratada de esta descripcion. En una realizacion tfpica, el componente de pigmento de dioxido de titanio comprende al menos aproximadamente 25% en peso y, mas tfpicamente, al menos aproximadamente 40% en peso (basado en el peso del componente de pigmento de dioxido de titanio) del pigmento de dioxido de titanio tratado de esta descripcion. En otra realizacion tfpica, el componente de pigmento de dioxido de titanio consiste esencialmente en el pigmento de dioxido de titanio tratado de esta descripcion. En otra realizacion tfpica mas, el componente de pigmento de dioxido de titanio comprende sustancialmente solo el pigmento de dioxido de titanio tratado de esta descripcion.
Laminados de papel
Los laminados de papel de acuerdo con la presente descripcion pueden prepararse por cualquiera de los procesos convencionales bien conocidos por los expertos habituales en la tecnica pertinente, como se describe en muchas de las referencias incorporadas previamente.
Tfpicamente, el proceso de fabricacion de laminados de papel comienza con las materias primas - resinas de impregnacion tales como resinas fenolicas y de melamina, papel marron (tal como papel kraft) y papel de impresion de alta calidad (un papel laminado de acuerdo con la presente descripcion).
El papel marron sirve como un soporte para las resinas de impregnacion, y confiere un refuerzo de resistencia y espesor al laminado acabado. El papel de alta calidad es una hoja decorativa, por ejemplo, un color solido, un patron impreso o un grano de madera impreso.
En un proceso a escala industrial, tipicamente se cargan rollos de papel en un husillo en el "extremo humedo" de un equipo de tratamiento con resina para impregnacion con una resina. Los papeles para superficie (decorativos) de alta calidad se tratan con una resina transparente, tal como una resina de melamina, para no afectar al aspecto de la superficie (decorativa) del papel. Puesto que el aspecto no es cntico para el papel marron, este puede tratarse con una resina coloreada, tal como una resina fenolica.
Comunmente se usan dos metodos para impregnar el papel con resina. La manera habitual (y la mas rapida y eficiente) es lo que se denomina "revestimiento por rodillo en sentido inverso". En este proceso, el papel se conduce entre dos grandes rodillos, uno de los cuales aplica un revestimiento fino de resina a un lado del papel. Se da tiempo a este revestimiento fino para que se empape a traves del papel, segun pasa a traves de un horno de secado. Casi todo el papel marron se trata mediante el proceso con rodillo en sentido inverso, porque es mas eficiente y permite un revestimiento complete con menos resina y residuos.
Otra manera es un proceso de "mojar y escurrir", en el que el papel se conduce a traves de una cuba de resina y, despues, se le hace pasar a traves de rodillos que escurren el exceso de resina. Los papeles de superficie (decorativos) normalmente se impregnan con resina por el proceso de mojar y escurrir porque, aunque es mas lento, permite un revestimiento mas pesado de la resina de impregnacion para mejorar las propiedades superficiales en el laminado final, tal como la durabilidad y la resistencia a las manchas y el calor.
Despues de impregnarlo con resina, el papel (como una hoja continua) se hace pasar a traves de un horno de secado (equipo de tratamiento) hasta el "extremo seco", donde este se corta en hojas.
El papel impregnado con resina debena tener un espesor consistente para evitar irregularidades en el laminado acabado.
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En el montaje de los componentes del laminado, la parte superior generalmente es el papel de superficie, puesto que el aspecto del laminado acabado depende del papel de superficie. Sin embargo, puede colocarse una hoja de "cubierta" mas superior, que es sustancialmente transparente cuando se cura, sobre la hoja decorativa, por ejemplo, para dar profundidad de aspecto y resistencia al desgaste al laminado acabado.
En un laminado donde el papel de superficie tiene colores solidos de tonalidades claras, puede ponerse una hoja extra de papel blanco, fina, por debajo de la hoja de superficie impresa, para evitar que la hoja con carga fenolica de color ambar interfiera con el color mas claro de la superficie.
La textura de la superficie del laminado se determina mediante papel con textura y/o una placa que se inserta con la acumulacion en la prensa. Tfpicamente, se usan placas de acero, produciendo una placa muy pulida un acabado brillante, y produciendo una placa grabada con textura un acabado mate.
Las acumulaciones de acabado se envfan a una prensa, separando cada acumulacion (un par de laminados) de la siguiente por la placa de acero mencionada anteriormente. En la prensa, se aplica presion a las acumulaciones mediante arietes hidraulicos o similares. Se usan metodos de baja y alta presion para fabricar el papel o similares. Se usan metodos de alta y baja presion para fabricar laminados de papel. Tfpicamente, se aplica una presion de al menos 55 bar (800 psi), y en ocasiones tan grande como 104 bar (1.500 psi), mientras la temperatura se eleva a mas de 121°C (250°F) hacienda pasar agua supercalentada o vapor a traves de un encamisado construido en la prensa. La acumulacion se mantiene en estas condiciones de temperatura y presion durante un tiempo (tfpicamente aproximadamente una hora) necesario para que las resinas en el papel impregnado con resinas se vuelvan a licuar, fluyan y se curen, uniendo la pila entre sf en un laminado decorativo acabado de una sola hoja.
Una vez retiradas de la prensa, las hojas del laminado se separan y se recortan al tamano de acabado deseado. Tfpicamente, el lado inverso del laminado tambien es rugoso (tal como por lijado) para proporcionar una buena superficie adhesiva para union a uno o mas sustratos tales como madera contrachapada, aglomerado, tableros de partfculas, materiales compuestos y similares. La necesidad de y la eleccion de un sustrato y un adhesivo dependera del uso final deseado del laminado, como reconocera un experto en la materia.
Los siguientes ejemplos, descripcion de realizaciones ilustrativas y tfpicas de la presente descripcion, no pretenden limitar el alcance de la descripcion. Pueden emplearse diversas modificaciones, construcciones alternativas y equivalentes sin alejarse del espmtu y alcance de las reivindicaciones adjuntas.
Ejemplos
Ejemplo 1:
Proceso de fabricacion de una suspension de dioxido de titanio cationizado.
Se preparo una suspension acuosa al 35% en peso cargando un vaso de precipitados de acero inoxidable de 500 ml con 156,6 g de agua desmineralizada, 5,9 g de una solucion al 38% de policloruro de aluminio, y 4,28 g de Kymene 617, una resina de resistencia en humedo disponible en el mercado (WSR). El pH de esta solucion era de 3,28. Se anadieron 45 g de pigmento de TiO2 (la mitad de la adicion total de pigmento), con agitacion, para preparar una suspension de pigmento. El pH se ajusto a 3,5 con HCl al 10%. Los 45 g restantes de pigmento de TO2 se anadieron con agitacion. El pH se ajusto al alza a 5,0 mediante la adicion de una solucion de NaOH al 10%. Se midio un punto isoelectrico (lEP) de 8,4 para el pigmento contenido en su interior.
Incorporacion de la suspension de TiO2 en una composicion de papel decorativo.
Se preparo una mezcla madre de suspension de pasta de papel combinando 45 g de pasta de eucalipto seca en 1455 g de agua desmineralizada (es decir, con un 3% de solidos). La mezcla se homogeneizo adicionalmente en un disgregador de pasta y la suspension resultante se diluyo al 0,625% de solidos con la adicion de 7,2 l de agua desmineralizada en un recipiente ecualizador. El pH medido de la suspension de pasta fue de 5,7.
Formacion de hojas manuales.
Las hojas manuales se formularon para gramajes de 100 -115 g/m2 correspondientes a una graduacion del contenido de TO2 que variaba de 22 - 41%. El contenido real de TO2 de las hojas manuales se determino a partir del contenido de ceniza del papel. En una preparacion tfpica, se fabricaron hojas manuales que conteman un 40% de TiO2 combinando 339 g de suspension de pasta con 5,7 g de dispersion de TO2 cationizado (del punto anterior) usando agitacion con baja cizalla. El pH de esta mezcla se ajusto al alza a un pH de 7,4 con NaOH al 10% para inducir la floculacion del pigmento. Se anadio una alfcuota adicional de Kymene WSR a la pasta de papel para compensar el mayor contenido de fibra en papeles que contienen menos TiO2 (es decir, gramaje equivalente). De esta manera, la cantidad total de WSR se mantuvo constante al 0,75% en peso de solidos de polfmero seco respecto al peso de fibra seca. Se formaron hojas manuales a partir de una unidad comercial a escala de laboratorio.
Propiedades de las hojas manuales:
Medicion de la resistencia a la traccion en humedo.
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Las tiras cortadas de hojas manuales (contenido de TO2 del 40%) se montaron y humedecieron en una maquina de ensayo de traccion horizontal TT-2703 y la fuerza aplicada para romperlas se midio para cada tira segun la norma ISO 1924-2. La Tabla 1 muestra la resistencia a la traccion media de 5 tiras. Para una carga de pigmento equivalente, los papeles decorativos formados con la dispersion de pigmento de TO2 cationizado teman una resistencia a la traccion en humedo no peor que la del papel formado con una dispersion de pigmento comparativa.
Tabla 1
Hoja manual Gramaje seco (gsm) Cenizas (% TiO2) Resistencia a la traccion en humedo media de 5 tiras (Newton) (SD)
Control
A 102 40,3 2,58 0,54
Ejemplo 1
A 111,2 40,5 2,92 0,46
B
112,7 41 3,11 0,22
Proceso de laminado y propiedades:
Creacion de un panel laminado de papel decorativo que tiene aspecto mejorado.
Etapa 1: Usando un impregnador de laboratorio, se impregnaron hojas de papel decorativo del punto anterior con una solucion acuosa al 50% de resina termoestable de melamina-formaldefndo. Las hojas de papel se secaron y se caracterizaron por un contenido de volatilidad del 6,5% en peso. El contenido de volatilidad se determino calentando la hoja impregnada con resina a 160°C durante cinco minutos.
Etapa 2: Se preparo una placa de hojas laminadas a presion en el laboratorio apilando cinco hojas de papel kraft ya impregnado con una resina fenolica termoestable, junto con la hoja saturada de resina de la Etapa 1, que se pone encima de la pila. El conjunto se puso en una prensa calentada y se sometio a una temperatura de 150°C durante 40 minutos a una presion de 10 MPa.
Aspecto mejorado de acuerdo con el Analizador de Aspecto DuPont (DAA).
El aspecto de los paneles laminados resultantes se midio usando la unidad DAA disponible en el mercado. La unidad de medida, el valor de aspecto DuPont (DAV2), cuantifica la amplitud de la capa superficial (rugosidad) y, de esta manera, un valor mas bajo corresponde a una superficie mas suave. Los resultados de la tabla muestran que a niveles de carga mas altos (es decir > 36 g/m2 TO2) hay una tendencia hacia un aspecto mejorado en los paneles laminados fabricado a partir de papel decorativo que contiene una dispersion de TO2 cationizado. Sin embargo, a niveles de carga mas bajos, el aspecto se deteriora cuando se compara con el laminado de control.
Ejemplo Comparativo:
Proceso de preparacion de una suspension de dioxido de titanio.
Se preparo una suspension acuosa al 36,5% en peso cargando un vaso de precipitados de acero inoxidable de 500 ml con 148 g de agua desmineralizada y el pH se ajusto a 9,2 - 9,4 con la adicion de NaOH al 10%. Se anadieron 85 g de TiO2 mezclando con una paleta Cowles a 1000 rpm. La suspension se disperso despues a 5000 rpm durante 5 minutos usando una mezcladora Dispermat. La agitacion se detuvo mientras se realizaba la medicion del pH. De nuevo, el pH se ajusto a 9,2 - 9,4 con la adicion de NaOH al 10% con agitacion moderada y el pH se mantuvo durante al menos 1 minuto. La agitacion se continuo durante 10 minutos mas a 5000 rpm. Se midio un punto isoelectrico de 6,5 para el contenido de pigmento en su interior.
Se prepararon hojas manuales combinando pasta que contiene papel reciclado (mezcla que contiene un 0,625% de solidos en la pasta), un 0,75% de Kymene 617 (cantidad total determinada en una basa de solidos secos / fibra seca), y ajustando el pH a 6,0 con H2SO4 al 10%. Para producir una hoja con un gramaje de 100 g/m2 que contiene 40% de TiO2, se anadieron 312 g de suspension de pasta a 4,3 g de suspension de TiO2. Se anadio una alfcuota adicional de Kymene WSR en este punto para compensar el mayor contenido de fibra en papeles que contienen menos TiO2 (es decir, un gramaje equivalente). Despues de mezclar durante 1 minuto en condiciones de baja cizalla, se fabricaron hojas manuales usando un formador de hojas automatico.
Se produjo un panel laminado a partir de una hoja manual de acuerdo con la Etapa 1 y la Etapa 2 anteriores. Cuando el control se comparo con la invencion, la opacidad de un panel laminado fabricado con una dispersion de TiO2 comparativa que contiene 39,7 g /m2 de TiO2 en peso demostro una opacidad equivalente cuando se comparo con un panel laminado fabricado con una dispersion de TiO2 cationizado. En este caso, 36 g/m2 proporcionaron la misma opacidad (93 para ocultacion en blanco y negro) y un contenido de pigmento del 10% en peso o menor (vease la Tabla 2).
Tabla 2.
TiO2 Rutilo con contenido anadido de oxido de metal
gramaje seco de base (gsm) cantidad de TiO2 (gsm) Aspecto DAV2 / negro Opacidad del laminado Ynegro/Yblanco (%)
Control Comparativo 8%
101,6 39,7 77 92,61
8%
101,6 39,6 80 92,18
8%
102,4 36,6 87 92,83
8%
102,7 37,0 79 91,89
8%
102,9 33,3 88 90,73
8%
100,5 30,7 100 89,57
8%
103,2 29,3 88 89,05
8%
102,7 28,3 90 88,89
8%
103,2 25,0 108 87,46
8%
100,9 22,6 108 85,53
Ejemplo 1 16%
109,8 40,4 73 95,23
16%
110,3 36,7 81 93,19
16%
110,8 37,7 82 93,72
16%
110,6 32,8 104 92,47
16%
112,4 34,1 101 92,24
16%
104,6 23,5 164 85,68
16%
105,5 23,4 139 86,98

Claims (15)

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    REIVINDICACIONES
    1. Una dispersion para fabricar papel decorativo que tiene un rendimiento optico mejorado sin afectar negativamente a la resistencia mecanica, que comprende:
    (a) una suspension de partfculas de TiO2 que comprende una partfcula de TiO2 tratada que tiene un area superficial de al menos aproximadamente 30 m2/g, y un poUmero cationico; en donde el tratamiento comprende un oxido de silicio, aluminio, fosforo o mezclas de los mismos; y el tratamiento esta presente en la cantidad de al menos 15% basado en el peso total de la partfcula de dioxido de titanio tratada;
    (b) pasta de papel; y
    (c) un polfmero cationico; en donde el polfmero cationico en la suspension y el polfmero cationico en la dispersion son compatibles; en donde para un rendimiento optico equivalente, la cantidad de partfculas de TiO2 tratadas en la dispersion se reduce aproximadamente en un 10% cuando se compara con una dispersion que no comprende la partfcula de TO2 tratada de (a).
  2. 2. La dispersion de la reivindicacion 1, en donde la partfcula de TO2 es un pigmento.
  3. 3. La dispersion de la reivindicacion 1, en donde el polfmero cationico en la suspension es una resina de urea- formaldehndo, una resina de melamina-formaldel'ndo, un polfmero de poliacrilamida cationica, un polfmero de polidialquilamonio, un copolfmero de poliacrilamida-polidialquilamonio, o una resina de poliamida-poliamina- epiclorhidrina.
  4. 4. La dispersion de la reivindicacion 1, en donde el polfmero cationico (c) en la dispersion es una resina de urea- formaldehfdo, una resina de melamina-formaldel'ndo o una resina de poliamida-poliamina-epiclorhidrina.
  5. 5. La dispersion de la reivindicacion 1, en donde el nivel de tratamiento con sflice es al menos aproximadamente 6% en peso, basado en el peso total del pigmento de TiO2 tratado.
  6. 6. La dispersion de la reivindicacion 5, en donde el nivel de tratamiento con sflice es al menos de aproximadamente 6% a aproximadamente 14%, en peso, basado en el peso total del pigmento de TO2 tratado.
  7. 7. La dispersion de la reivindicacion 1, en donde el nivel de tratamiento con alumina es de aproximadamente 4 a aproximadamente 8%, basado en el peso total del pigmento de TO2 tratado.
  8. 8. La dispersion de la reivindicacion 7, en donde el nivel de tratamiento con alumina es de aproximadamente 5,5 a aproximadamente 6%, basado en el peso total del pigmento de TO2 tratado.
  9. 9. La dispersion de la reivindicacion 1, en donde la partfcula de TO2 tiene un tamano de partfcula de aproximadamente 0,02 a aproximadamente 0,95 micrometros.
  10. 10. La dispersion de la reivindicacion 1, en donde la partfcula de TO2 tiene un tamano de partfcula de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 0,75 micrometros.
  11. 11. La dispersion de la reivindicacion 1, en donde la partfcula de TO2 es una partfcula pirogena de TO2.
  12. 12. La dispersion de la reivindicacion 11, en donde la sflice se aplica por deposicion de sflice pirogena sobre una partfcula pirogena de TO2, co-oxigenacion de tetracloruro de silicio con tetracloruro de titanio o por deposicion mediante oxido acuoso en fase condensada.
  13. 13. La dispersion de la reivindicacion 1, en donde la sflice se aplica por deposicion mediante oxido acuoso en fase condensada.
  14. 14. La dispersion de la reivindicacion 12, en donde la sflice se aplica por deposicion mediante oxido acuoso en fase condensada.
  15. 15. La dispersion de la reivindicacion 12, en donde la sflice, la alumina, o ambas, son sustancialmente homogeneas sobre la superficie de la partfcula de TO2.
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