ES2585882T3 - Arcillas hiperlamelares y su uso en el recubrimiento y rellenado de papel, métodos para su elaboración, y productos de papel que tienen brillo mejorado - Google Patents

Abstract

Una composición de relleno que comprende caolín que tiene un factor de conformación mayor a 80:1.

Description

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DESCRIPCION

Arcillas hiperlamelares y su uso en el recubrimiento y rellenado de papel, metodos para su elaboration, y productos de papel que tienen brillo mejorado

Solicitud relacionada

Esta solicitud no provisional reivindica el beneficio de prioridad en virtud de 35 USC § 119 (e) para la solicitud provisional de los Estados Unidos No. 60/318.207, presentada el 7 de septiembre de 2001, titulada "Arcillas hiperlamelares y su uso en el recubrimiento y rellenado de papel, metodos para su elaboracion, y productos de papel que tienen brillo mejorado".

Campo de la invencion

La presente invention se refiere a un caolln hidratado, que proporciona propiedades opticas mejoradas cuando se usa como un material de relleno. Tambien, la presente invencion se refiere a un metodo para la elaboracion de papel rellenado que contiene caolln. Ademas, la presente invencion describe metodos para preparar productos de caolln hidratado.

Antecedentes de la invencion

Los productos de caolln formados por partlculas encuentran una variedad de usos, incluyendo como pigmentos, rellenos, y diluyentes para uso en pinturas, plasticos, pollmeros, fabrication de papel y recubrimiento de papel. La arcilla de caolln, tambien conocida como arcilla de China, o caolln hidratado, se compone predominantemente de la caolinita mineral, un silicato de aluminio hidratado, junto con pequenas cantidades de una variedad de impurezas.

Los caolines formados por partlculas generalmente existen en tres formas: caolln hidratado, caolln calcinado y caolln qulmicamente agregado. El caolln hidratado es principalmente la caolinita mineral, que ha sido extralda y beneficiada de fuentes naturales. Los caolines calcinados se obtienen mediante el procesamiento de caolln hidratado a temperaturas elevadas, por ejemplo, mayores que 500^2. Los caoli nes qulmicamente agregados son agregados de partlculas que tienen una microestructura parecida a la de los caolines calcinados producidos por el tratamiento de caolln hidratado con productos qulmicos. Los caolines calcinados y qulmicamente agregados pueden mostrar beneficios en ciertas composiciones de aplicacion cuando se comparan con caolines hidratados. Sin embargo, los beneficios asociados con los caolines calcinados y qulmicamente agregados no estan exentos de desventajas. Los costes de fabricacion de caolines calcinados y qulmicamente agregados son significativamente mas altos que los de los caolines hidratados. Los caolines calcinados y qulmicamente agregados tambien tienen el efecto de mejorar ciertas propiedades del papel al mismo tiempo que afectan adversamente otras propiedades, por ejemplo, la resistencia.

El caolln se ha utilizado como material diluyente o pigmento en pinturas, plasticos y composiciones de recubrimiento de papel. Los pigmentos de caolln confieren propiedades flsicas y opticas deseables a dichas composiciones. Como agentes de aplanamiento (o aglutinante), que ayudan a alisar las superficies de los sustratos a los que se aplican. Como agentes opacificantes, imparten brillo, blancura, lustre y otras propiedades opticas deseables. Como diluyentes, permiten el reemplazo parcial del dioxido de titanio y otros pigmentos mas costosos con una minima perdida de la blancura o el brillo.

Los recubrimientos de papel se aplican a materiales en hojas para un sinnumero de propositos incluyendo, pero no limitado a, aumento del lustre, alisado, opacidad y/o brillo del material. Tambien se pueden aplicar recubrimientos para ocultar irregularidades de la superficie o mejorar de otras formas la superficie para aceptacion de la impresion. Los recubrimientos para papel se preparan generalmente mediante la formation de una suspension acuosa fluida de material de pigmentation junto con un adhesivo hidrofilico y otros ingredientes opcionales.

Los recubrimientos se han aplicado convencionalmente por medio de una maquina de recubrimiento que incluye un cabezal de recubrimiento de corto tiempo de permanencia, que es un dispositivo en el que se mantiene un estanque propio de composition de recubrimiento bajo una presion ligeramente elevada en contacto con una banda de papel en movimiento durante un tiempo suficiente para recubrir el papel antes de eliminar el exceso de composicion de recubrimiento por medio de una cuchilla de arrastre. El documento EP 0524635 A se refiere a una hoja de grabacion para el grabado con tinta que comprende al menos una capa de respaldo que contiene un pigmento inorganico laminar que tiene una relation de aspecto de 5 - 90 y un tamano medio de particula de 0,1-25 pm. La patente de los Estados Unidos No. 4889886 A se refiere a una composicion de resina termoplastica que comprende un relleno tipo placa o polvo en hojas. La patente de los Estados Unidos No. 5925454 A se refiere a peliculas que comprenden una mezcla de material inorganico en partlculas sustancialmente esfericas y material inorganico en partlculas sustancialmente laminar, en donde el material en partlculas laminares puede tener una relacion media de aspecto de al menos aproximadamente 5:1.

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Las ventajas adicionales de la invencion se expondran en parte en la description que sigue y en parte seran obvias a partir de la descripcion, o pueden aprenderse por la practica de la invencion. Los objetos y ventajas de la invencion se realizaran y lograran por medio de los elementos y combinaciones particularmente indicadas en las reivindicaciones adjuntas.

Debe entenderse que tanto la descripcion general anterior como la siguiente descripcion detallada son explicativas y sirven de ejemplo unicamente y no son restrictivas de la invencion, como se reivindica.

Los dibujos adjuntos, que se incorporan aqul y constituyen una parte de esta memoria descriptiva, ilustran varias realizaciones de la invencion y junto con la descripcion, sirven para explicar los principios de la invencion.

Breve descripcion de los dibujos

La Figura 1 es un diagrama de flujo que ilustra un proceso para refinar un caolln de fraction gruesa de acuerdo con el Ejemplo 1;

La Figura 2 es un diagrama de flujo que ilustra un proceso para refinar un caolln de fraccion gruesa de acuerdo con el Ejemplo 2;

La Figura 3 es un diagrama de flujo que ilustra un proceso para refinar un caolln de fraccion gruesa de acuerdo con el Ejemplo 3;

La Figura 4 es un diagrama de flujo que ilustra el proceso para la fabrication de un pigmento de recubrimiento de barrera a partir de un caolln de fraccion gruesa;

La Figura 5 es un grafico que ilustra el brillo (eje y) como una funcion del contenido de TiO2 (eje x) para dos recubrimientos de papel;

La Figura 6 es un grafico que ilustra el brillo (eje y) versus la opacidad (eje x) de diversas arcillas molidas estadounidenses;

La Figura 7 ilustra un grafico de la d50 (eje y) versus el factor de conformation (eje x) para el Caolln 3 de la invencion y el Caolln 4 de la invencion en comparacion con dos caolines del estado de la tecnica;

La Figura 8 es un diagrama de flujo que ilustra un proceso para refinar un caolln de fraccion gruesa de acuerdo con el Ejemplo 10.

Resumen de la invencion

La presente invencion se define en y mediante cualquiera de las reivindicaciones anexas. En general, los caolines usados en recubrimientos y materiales de relleno se seleccionan para que tengan una distribution estrecha de tamano de partlcula y alta cristalinidad que se cree que proporciona el conjunto favorable de propiedades flsicas y opticas, por ejemplo, maxima dispersion de luz. En general, se ha reconocido que las arcillas de caolln grueso exhiben una pobre dispersion de la luz. La presente invencion se diferencia de la tecnica anterior en proveer una composition de recubrimiento o relleno que incluye un caolln que puede ser bastante grueso, pero que sin embargo presenta una alta dispersion de la luz. Como relleno, por ejemplo, en papel Kraft sin blanquear, los caolines de acuerdo con la presente invencion mostraron una dispersion de la luz similar a la de las arcillas calcinadas sin los efectos perjudiciales sobre la resistencia asociados con arcillas calcinadas. Las composiciones de acuerdo con la presente invencion son aun mejores con respecto a las composiciones anteriores haciendo posible mantener el brillo de la hoja mientras se reduce aun mas la costosa cantidad de TiO2 presente en la composicion de recubrimiento de papel.

Se divulga un metodo de fabricacion de un papel con relleno que comprende la adicion a dicho papel de caolln que tiene un factor de conformacion de mas de 80:1

Un aspecto de la presente invencion proporciona una composicion de relleno que comprende caolln que tiene un factor de conformacion de mas de 80:1, por ejemplo, al menos aproximadamente 90:1, o al menos aproximadamente 100:1.

Otro aspecto de la presente invencion proporciona un metodo para la fabricacion de un papel de relleno que comprende proporcionar un sustrato fibroso, anadir al caolln del sustrato que tiene un factor de conformacion de mas de 80:1.

La presente invencion describe un metodo de refinacion de caolln, que comprende la provision de una suspension de caolln, la molienda por abrasion de la suspension de caolln, la remocion de la fraccion gruesa de tamano de partlcula de la suspension por centrifugation, y la molienda por abrasion de la fraccion de tamano de partlcula gruesa para

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proporcionar un producto de caoiln que tiene un factor de conformacion de al menos aproximadamente 70:1, por ejemplo de mas de 80:1.

La presente invencion describe una suspension que comprende caoiln que tiene un factor de conformacion de mas de 70:1, por ejemplo de mas de 80:1, y un agente estabiiizador.

Descripcion detaiiada

La presente invencion proporciona una composicion que se utiiiza en ia produccion de sustratos reiienos. La presente invencion proporciona productos reiienos fabricados de acuerdo con ia presente invencion y permite productos recubiertos. Las composiciones y ios productos de acuerdo con ia presente invencion utiiizan caoiln que tiene un aito factor de conformacion para preparar un papei reiieno que presenta un briiio mejorado. "Factor de conformacion" tai como se usa en ei presente documento es una medida de un vaior promedio (sobre una base promedio en peso) de ia reiacion dei diametro promedio de partlcuia con respecto ai espesor de partlcuia para una pobiacion de partlcuias de diferente tamano y forma como se mide utiiizando ei metodo de conductividad eiectrica y ei aparato descrito en ia patente de ios Estados Unidos No. 5.128.606. En ei metodo de medicion descrito en ia patente de ios Estados Unidos No. 5.128.606, ia conductividad eiectrica de una suspension acuosa totaimente dispersa de ias partlcuias bajo prueba hace que fiuyan a traves de un tubo aiargado. Las mediciones de ia conductividad eiectrica se toman entre (a) un par de eiectrodos separados entre si a io iargo dei eje iongitudinai dei tubo, y (b) un par de eiectrodos separados entre si a traves dei ancho transversai dei tubo, y usando ia diferencia entre ias dos mediciones de conductividad, se determina ei factor de conformacion dei materiai en partlcuias bajo prueba. "Hiperiameiar" se refiere a arciiias caoiln hidratado con factores de conformacion de mas de aproximadamente 40:1. De acuerdo con ia presente invencion, ias arciiias de caoiln tienen factores de conformacion de mas de aproximadamente 80:1, o quizas de mas de aproximadamente 90:1. Ei factor de conformacion puede ser de mas de aproximadamente 100:1, por ejempio 110:1 y superiores. En otra reaiizacion, ia arciiia de caoiln tiene un factor de conformacion de y por encima de aproximadamente 120:1 y de y por encima de aproximadamente 140:1. Se ha encontrado que ias arciiias de acuerdo con estas reaiizaciones de ia invencion muestran sorprendentemente aita dispersion de ia iuz en recubrimientos de papei y reiienos.

Ei aito factor de conformacion puede iograrse moiiendo arciiias caoiinlticas extraldas de minas hasta que se iogra ei factor de conformacion deseado. Se puede utiiizar cuaiquier metodo de moiienda reconocido en ia tecnica con ia presente invencion, inciuyendo pero no iimitado a, por ejempio, moiienda en humedo usando arena o un medio ceramico. De acuerdo con una reaiizacion de ia presente invencion, se puede preparar ei caoiln por trituracion fina, por ejempio, trituracion o moiienda, de un caoiln grueso para producir ia desiaminacion adecuada dei mismo. La trituracion puede iievarse a cabo mediante ei uso de perias o granuios de un auxiiiar de trituracion o moiienda, por ejempio, naiion. Las energlas de moiienda apropiadas seran faciimente evidentes y faciimente caicuiadas por ei experto en ia materia. Pueden ser necesarias energlas de moiienda significativas para iograr aitos factores de conformacion deseabies, sin embargo ei caoiln bruto seieccionado por su capacidad naturai de formar hojas sera moiido hasta aitos factores de conformacion en un rango de energla normaimente utiiizado para ia fabricacion de pigmentos estandar de caoiln desiaminado que tienen menores factores de conformacion.

Ei caoiln crudo o un producto de aito factor de conformacion obtenidos a partir de ia trituracion o moiienda pueden ser refinados para eiiminar ias impurezas y mejorar ias propiedades flsicas usando procedimientos bien conocidos generaimente denominados como procesos de beneficio. Ei caoiln puede ser tratado mediante un procedimiento conocido de ciasificacion de tamano de partlcuia, tamizaje y/o centrifugacion, para obtener partlcuias que tienen una distribution de tamano de partlcuia deseada y un vaior de d50 (como se discute a continuation). De acuerdo con una reaiizacion de acuerdo con ia presente invencion, ias arciiias extraldas por minerla se desarenan primero adecuadamente antes de someterias a moiienda para conseguir ei factor de conformacion deseado.

"Diametro medio de partlcuia" se define como ei diametro de un clrcuio que tiene ia misma area que ia cara mas grande de ia partlcuia. Ei tamano medio de partlcuia, ei vaior d50, y otras propiedades de tamano de partlcuia a que se hace referencia en ia presente soiicitud se miden en una forma bien conocida mediante ia sedimentation dei materiai en forma de partlcuias en un estado totaimente dispersado en un medio acuoso utiiizando una maquina SEDIGRAPH 5100 suministrada por Micromeritics Corporation. Dicha maquina proporciona mediciones y un grafico dei porcentaje acumuiado en peso de partlcuias que tienen un tamano, denominado en ia tecnica como ei "diametro esferico equivaiente" (esd), menos ios vaiores dados de esd. Ei tamano medio de partlcuia d50 es ei vaior determinado de este modo dei esd de ias partlcuias ai cuai hay 50% en peso de ias partlcuias, que tienen un esd menor que ei vaior de d50.

Ei vaior de d50 para ei caoiln en forma de partlcuias de acuerdo con ia presente invencion puede estar, por ejempio, en ei intervaio de aproximadamente 0,2 pm hasta aproximadamente 10 pm.

Anteriormente, se crela que ias partlcuias de caoiln gruesas produclan productos de pigmentos que tienen una pobre dispersion de ia iuz. Ei uso en ia presente invencion de ia arciiia hiperiameiar permite utiiizar productos significativamente mas gruesos con una dispersion de iuz comparabie o mejor. De acuerdo con una reaiizacion de ia presente invencion, ia distribucion dei tamano de partlcuia dei caoiin puede ser tai que aproximadamente ei 20% o mas

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de las partlcuias tienen un esd de 2 pm o menos. Un producto adecuado de acuerdo con la invencion puede tener una distribucion de tamano de partlcula donde aproximadamente 50% hasta aproximadamente 85% de las partlcuias tienen un esd de 2 pm o menos.

La pendiente de la distribucion de tamano de partlcula (psd) del caolln en partlculas de acuerdo con la presente invencion, a menudo denominada como estrechez de la psd, se refiere a la pendiente de la curva de psd. Por lo tanto, en algunos casos la psd del caolln de acuerdo con la presente invencion puede ser empinada y en otros casos puede ser amplia. La pendiente o amplitud de la psd es un indicador del rendimiento esperado del producto y se puede ser seleccionada por el experto en la materia con base en las propiedades finales deseadas. La pendiente, como se usa en el presente documento, se mide como 100 veces la relacion de d30 a d70, donde d30 es el valor del esd de partlcula por debajo del cual hay 30% de las partlculas y d70 es el valor del esd de partlcula por debajo del cual hay 70% de las partlculas tal como se obtienen a partir de la medida anterior de la psd.

La presente invencion proporciona un producto de caolln que tiene un valor de factor de conformacion de mas de 80:1 que se puede formar mediante molienda por desgaste de una fraccion de caolln de tamano de partlcula grueso. El caolln consiste predominantemente de cristales de caolinita, que tienen forma de placas hexagonales delgadas o de cuadernillos de plaquetas llamados "pilas". Las pilas de caolinita pueden ser sometidas a una accion de molienda para separar con facilidad o deslaminar las pilas o cuadernillos que constan de mas de una de las plaquetas en cuadernillos mas pequenos o plaquetas individuales. El acto de deslaminacion, partes o escinde los cristales de caolinita naturales a lo largo del plano (001) cristalografico que es perpendicular a su "eje c". Muchos productos estandar de caolln se elaboran por molienda por abrasion de una suspension dispersa de una mezcla con agua-desarenada-brillante beneficiada enriquecida de una fraccion totalmente cruda y de tamano de partlcula gruesa de una centrlfuga. Estos productos deslaminados estandar, sin embargo, pueden no mostrar suficiente deslaminacion, ya que pueden contener cuadernillos que comprenden desde varias hasta muchas plaquetas de caolinita.

Por consiguiente, la presente invencion describe un metodo para obtener un caolln que tiene un factor de conformacion de aproximadamente 70:1 o superior, por ejemplo de mas de 80:1. El metodo comprende: (a) proporcionar una suspension de caolln, en donde en una realizacion, la suspension comprende un caolln completamente crudo o una mezcla de caolln completamente crudo y de partlculas gruesas de una centrlfuga; (b) molienda por abrasion de la suspension de caolln; (c) la remocion de una fraccion de partlculas de tamano grueso de la suspension por centrifugacion; y (d) molienda por abrasion de la fraccion de tamano de partlculas gruesas. Opcionalmente, se puede insertar una etapa de centrifugacion antes de (b) para remover las partlculas ultrafinas con el fin de mejorar la eficiencia de la molienda por abrasion.

En una realizacion, se produce el producto de caolln mediante la molienda por abrasion de una suspension de arcilla cruda. El producto en bruto puede comprender, en una realizacion, ya sea una fraccion completamente cruda o una mezcla de fracciones completamente cruda y de tamano de partlculas gruesas de una centrlfuga. La suspension de arcilla puede ser una suspension de arcilla dispersa-desarenada-brillante beneficiada.

En una realizacion, la suspension de caolln se puede obtener a partir de mineral de caolln crudo, que es generalmente caolln sedimentario viscoso que contiene micas, minerales de arcilla mezclados en capas, esmectitas, y vermiculitas o micas hidratadas. Un ejemplo de arcilla de caolln cruda comprende ademas oxido de potasio en una cantidad que varla de 0,10% a 3,0% en peso, y oxido de magnesio en una cantidad que varla de 0,03% a 0,5% en peso. Tal crudo puede tener un factor de conformacion igual o mayor a 15, o igual o mayor a 25. El caolln crudo puede tener una distribucion de tamano de partlcula de 75% en peso inferior a 2 pm.

Para formar la suspension de caolln, se puede anadir agua a un caolln seco crudo para formar una suspension acuosa, tal como una suspension que contiene de 30% a 70% de caolln en base de peso en seco. Se pueden anadir productos qulmicos para dispersar las partlculas de arcilla. La suspension de caolln puede entonces ser desarenada para eliminar las partlculas del tamano de la arena antes de continuar el procesamiento o el transporte por tuberlas hasta una planta.

Cuando la suspension de caolln crudo comprende una mezcla de fracciones completamente crudas y de tamano de partlculas gruesas de una centrifuga, la fraccion de tamano de partlcula gruesa puede tener un factor de conformacion de mas de 20, tal como un factor de conformacion de mas de 25. En otra realizacion, la fraccion de tamano de partlcula gruesa puede tener un factor de conformacion de mas de 35.

Las etapas de molienda por abrasion se pueden realizar con un medio de molienda en partlculas durante un tiempo suficiente para disiparse en la suspension o energla suficiente de suspension para impartirle a las partlculas de caolln un valor de factor de conformacion que varla desde aproximadamente 35 hasta aproximadamente 60 o mayor. En otra realizacion, la molienda por abrasion de la suspension de caolln cruda resulta en un caolln que tiene un valor de factor de conformacion de al menos aproximadamente 60.

La cantidad de energla disipada en la suspension de arcilla de caolln puede variar desde aproximadamente 20 kWh hasta aproximadamente 100 kWh, tal como dese aproximadamente 25 hasta aproximadamente 75 kWh de energla por

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tonelada de caoiln presente con base en el peso seco. El molino de molienda por abrasion esta equipado con un agitador, que puede ser girado a una velocidad tal que se forma un vortice en la suspension en el molino durante la molienda.

El medio de molienda en partlculas puede tener un peso especlfico de 2 o mas. En una realizacion, el medio de molienda comprende granos de arena de cuarzo, o medios similares. Los granos pueden tener un diametro de menos de 2 mm. En otra realizacion, los granos tienen un diametro de mas de 0,25 mm y menos de 2 mm. En aun otra realizacion, el medio de molienda comprende un medio de Carbolita fina (# 20-40).

Antes de la molienda por abrasion de la suspension de caolln crudo, se puede someter la suspension a procesos de beneficio y/o desarenado. En una realizacion, la suspension de caolln crudo comprende una suspension de arcilla dispersa-desarenada-brillante beneficiada. El desarenado es el proceso de hacer pasar una suspension de arcilla de caolln a traves de cajas de arrastre y un tamiz para remover partlculas gruesas (arena) de un tamano determinado. Por ejemplo, el tamiz puede ser un tamiz de malla + 325 (US estandar) adecuado para remover las partlculas mayores a 45 pm.

Despues de la molienda por abrasion de la suspension cruda, se puede pasar la suspension a traves de una centrlfuga, tal como una centrlfuga decantadora de tazon solido, para una etapa de clasificacion, cuando se clasifica la arcilla hasta una distribucion de tamano de partlcula tal que el 80% a 95% en peso de las partlculas tienen un esd menor a 2 pm. En una realizacion, 85% a 92% en peso de las partlculas tienen un esd menor a 2 pm. En otra realizacion mas, 20% a 40% de las partlculas tienen un esd menor a 0,25 pm. En aun otra realizacion, 25% a 35% de las partlculas tienen un esd de menos de 0,25 pm. En aun otra realizacion, el peso de las partlculas en la fraccion mas fina varla de 5% a 30% de la alimentacion a la centrifuga.

Despues de retirar la fraccion de tamano de partlculas gruesas del producto de molienda por abrasion, es decir, la "fraccion b" a traves de una centrlfuga, se puede diluir la fraccion gruesa con agua para formar una suspension que puede ser sometida a una etapa adicional de molienda por abrasion para producir el producto final de caolln que tiene un valor de factor de conformacion de al menos 80:1. Este producto puede, alternativamente, ser sometido a un beneficio adicional para obtener el brillo o reologla deseados a traves de tecnicas de procesamiento convencionales, tales como flotation, floculacion selectiva, y blanqueo. Anteriormente, en algunos casos, se descartaron fracciones gruesas, ya que esta fraccion de caolln era considerada a veces como demasiado gruesa para aplicaciones de recubrimiento. Por lo tanto, una ventaja de esta forma de realizacion se deriva del uso de la fraccion gruesa, que era en algunos casos un subproducto de fabrication anteriormente no deseado, para producir un producto util de caolln.

En una realizacion, la fraccion de tamano de partlcula gruesa comprende caolln que tiene un factor de conformacion de al menos aproximadamente 20, tal como al menos aproximadamente 25 o al menos aproximadamente 30, y en algunos casos tan alto como aproximadamente 50 hasta aproximadamente 60.

Las partlculas finales de caolln pueden tener un tamano medio de partlcula (d50 mediante sedlgrafo) que varla de aproximadamente 0,1 pm hasta aproximadamente 2,0 pm, tal como un d50 que varla desde aproximadamente 0,25 pm hasta aproximadamente 1 pm.

En otra realizacion, se somete la fraccion de partlculas gruesas de caolln a una etapa de beneficio y/o una etapa de desarenado, antes del proceso de molienda por abrasion. En otra realizacion, la fraccion de partlculas gruesas de la suspension de caolln es sometida tanto a procesos de desarenado como de beneficio.

En una realizacion, la invention puede reducir ventajosamente la poblacion de cristales de caolln que existe como pilas. El producto de caolln adecuado para uso en la invencion puede tener una cobertura superior en relation con caolln estandar en aplicaciones de papel recubierto de peso ligero y de peso ultraligero, ya que la poblacion mas alta de cristales de placa individuales presentes en caolln hlperlamelar proporciona un espesor de placa relativamente delgada y uniforme.

La presente invencion permite el uso de la arcilla hlperlamelar para el relleno, por ejemplo, un producto de papel o carton, tal como un producto relleno de papel de revista supercalandrado. En una realizacion, el producto de papel o carton se rellena con un caolln que tiene un valor de factor de conformacion de mas de 80:1.

La invencion describe un metodo para producir un producto de pigmento que comprende:

(a) la mezcla de una arcilla de caolln en bruto o parcialmente procesada con agua para formar una suspension acuosa;

(b) molienda por abrasion de la suspension producida por la etapa (a) mediante el uso de un medio de molienda en partlculas por un proceso en el que el factor de conformacion promedio de la arcilla de caolln aumenta en al menos 10, preferiblemente al menos 20;

(c) separar la suspension de arcilla de caolln molida del medio de molienda en partlculas; y

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(d) deshidratacion de la suspension de la arcilla de caoiln molida separada en la etapa (c) para recuperar un pigmento caoiln de la misma.

En la etapa (a) del metodo, la arcilla de caolln se puede formar a partir de 20% a 70%, por lo general de 20% a 45% de la suspension tratada. La arcilla de caolln puede comprender una arcilla de caolln sedimentaria, tal como una arcilla de caolln sedimentaria de Georgia, EE.UU.. La arcilla de caolln en bruto puede tener una psd tal que no mas de aproximadamente 40% en peso comprende partlculas que tienen un esd mayor a 10 pm y no mas de 50% en peso, por ejemplo, desde aproximadamente 20% hasta aproximadamente 40% en peso, que comprende partlculas que tienen un esd menor a 2 pm. El factor de conformacion de la arcilla de caolln tratada en la etapa (a) puede ser menor a 15, tal como en el intervalo de aproximadamente 5 hasta aproximadamente 10. Por lo tanto, el factor de conformacion se puede aumentar por un diferencial de al menos 30, en algunos casos al menos 40, por ejemplo, a partir de un valor del factor de conformacion de menos de 15 hasta un valor de factor de conformacion mayor a 55.

Cuando se prepara una suspension acuosa de la arcilla de caolln que va a ser tratada en la etapa (a) se puede anadir o no un agente dispersante para la arcilla de caolln a la arcilla de caolln.

La arcilla de caolln empleada en la etapa (a) puede ser un componente grueso obtenido a partir de la clasificacion, por ejemplo, utilizando una centrlfuga, una arcilla sedimentaria de caolln estandar en bloques, tal como una arcilla de caolln que tiene un factor de conformacion de 5 a 10. El componente grueso puede tener no mas de 50% en peso de partlculas que tienen un esd menor a 2 pm y no mas de 10% en peso que tiene un esd menor a 0,25 pm.

La psd de la arcilla de caolln se puede ajustar mediante la mezcla de 99 a 50 partes en peso de la arcilla de caolln con de 1 a 50 partes en peso, por ejemplo de 10 a 30 partes en peso, de un componente de caolln fino en hojas, por ejemplo, que tiene un factor de conformacion de al menos 15, tal como de 15 a 40 y cuyo porcentajes en peso de partlculas menores a 2 pm y 0,25 pm son, respectivamente, al menos 85% en peso y al menos 20% en peso. El componente de caolln en forma de placas bien puede ser un derivado de caolln, ya sea un deposito primario o sedimentario. El componente de caolln en forma de placas puede ser anadido al caolln u obtenido del componente grueso antes de o despues de la etapa de molienda (b). La adicion puede llevarse a cabo con los caolines que van a ser mezclados ya sea en forma de polvo, en forma seca o en forma de una suspension acuosa.

Un producto de caolln resultante preparado mezclando en la forma descrita puede mejorar las caracterlsticas del caolln, tales como las caracterlsticas de reologla y deshidratacion de una suspension acuosa resultante, y puede proporcionar una mejor alineacion de maquinabilidad y alineacion de las partlculas cuando se utiliza el caolln en una composicion de recubrimiento.

La arcilla de caolln puede ser sometida a una o mas etapas de purificacion conocidas para eliminar las impurezas indeseables, por ejemplo, entre las etapas (a) y (b) o entre las etapas (c) y (d). Por ejemplo, la suspension acuosa de arcilla de caolln puede ser sometida a una operacion de tratamiento de flotacion con espuma para eliminar las impurezas que contienen titanio en la espuma. Alternativamente, o ademas, puede hacerse pasar la suspension a traves de un separador magnetico de alta intensidad para eliminar impurezas que contienen hierro.

La etapa (b) puede comprender un procedimiento en el que la suspension de arcilla de caolln es tratada mediante molienda por abrasion en donde se disipa una energla de aproximadamente 40 kWh hasta aproximadamente 250 kWh por tonelada de arcilla (con base en peso seco) en la suspension.

El proceso de la etapa (b) puede comprender un procedimiento que comprende al menos dos etapas, a saber, una primera etapa (b1) en la que se produce la deslaminacion de la arcilla de caolln y una segunda etapa (b2) en el que se produce la trituracion de las plaquetas de la arcilla de caolln.

Se puede realizar una etapa de trituracion suave (b1), tal como la molienda a traves de un medio de molienda en partlculas con el fin de romper las partlculas de material compuesto, que estan presentes en la arcilla de caolln en bruto. Tales partlculas de material compuesto comprenden generalmente pilas o bloques coherentes de partlculas en forma de placas hexagonales individuales, especialmente cuando la arcilla de caolln es de un deposito sedimentario. Cuando se somete la arcilla de caolln a una trituracion relativamente suave, por ejemplo, mediante molienda en la etapa (b1), se puede romper muchas de las partlculas compuestas para producir placas individuales delgadas, sustancialmente hexagonales, es decir, deslaminacion, dando como resultado un aumento del factor de conformacion promedio de la arcilla de caolln. Por ejemplo, este proceso puede aumentar el factor de conformacion de la arcilla de caolln desde un factor de conformacion de partida de aproximadamente 5 a 10 hasta un aumento del factor de conformacion de al menos aproximadamente 50 a 55. Por "molienda relativamente suave" se entiende una molienda en un molino de molienda por abrasion con un medio de molienda en partlculas, siendo agitado el contenido del molino de molienda por abrasion por medio de un impulsor que gira a una velocidad que es insuficiente para establecer un vortice en la suspension, tal como a una velocidad periferica inferior a aproximadamente 10 m.s'1 y en el que la cantidad de energla disipada en la suspension durante la molienda es menor a aproximadamente 75 kWh, tal como menos de aproximadamente 55 kWh por tonelada de arcilla de caolln en una base en peso seco. El medio de molienda en

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partlcuias puede ser de un peso especlfico relativamente grande, por ejemplo 2 o mas, y puede, por ejemplo, comprender granos de arena de sllice, teniendo los granos generalmente diametros no mayores a aproximadamente 2 mm y no menores de aproximadamente 0,25 mm.

La segunda etapa (b2) de la forma de dos etapas de la etapa (b) puede comprender la molienda en un molino de abrasion, que esta equipado con un agitador que puede ser girado a una velocidad tal que se forma un vortice en la suspension en el molino durante la molienda. El medio de molienda en partlculas puede tener un peso especlfico de 2 o mas, y puede comprender, por ejemplo, granos de arena de sllice donde los granos pueden tener diametros no mayores de aproximadamente 2 mm y no menores a aproximadamente 0,25 mm. Si la etapa (b2) es precedida por una trituracion relativamente suave en la etapa (b1), la cantidad de energla disipada en la suspension de arcilla de caolln en la etapa (b2) puede estar en el intervalo de aproximadamente 40 kWh hasta aproximadamente 120 kWh por tonelada seca de arcilla de caolln. Si se omite la etapa de trituracion relativamente suave (b1), la cantidad de energla disipada en la suspension de arcilla de caolln en la etapa (b) puede estar en el intervalo de aproximadamente 100 kWh hasta aproximadamente 250 kWh por tonelada seca de arcilla de caolln.

En la etapa (c), la suspension de arcilla de caolln molida se puede separar del medio de molienda en partlculas en cualquier forma conocida en la tecnica, tal como haciendo pasar la suspension a traves de un tamiz con un tamano de abertura apropiada, por ejemplo un tamiz que tiene tamanos de abertura nominales en el intervalo de aproximadamente 0,1 mm hasta aproximadamente 0,25 mm.

Despues de la etapa (c) o la etapa (d) la arcilla de caolln puede ser tratada adicionalmente para mejorar una o mas de sus propiedades. Por ejemplo, se puede aplicar un laboreo llquido de alta energla, tal como mediante el uso de un mezclador de alta velocidad, al producto en forma de suspension, por ejemplo, antes de la etapa (d) o despues de la etapa (d) y dispersar nuevamente posteriormente en un medio acuoso, por ejemplo, durante production descendente de una composition de recubrimiento.

En la etapa (d), la suspension de caolln molida puede ser deshidratada en una de las formas bien conocidas en la tecnica, por ejemplo, filtration, centrifugation, evaporation y similares. En una realization, la deshidratacion puede realizarse a traves de un filtro prensa. Por ejemplo, puede usarse una prensa de filtro para formar una torta que tiene un contenido de agua en el intervalo de aproximadamente 15% hasta aproximadamente 35% en peso. Esta torta puede ser mezclada con un agente dispersante para la arcilla de caolln y se puede convertir en una suspension fluida, que puede ser transportada y vendida en esta forma. Alternativamente, la arcilla de caolln se puede secar termicamente, por ejemplo mediante la introduction de la suspension fluida de la arcilla de caolln en un secador por aspersion y se transporta en una forma sustancialmente seca.

Un componente caolln en forma de placas finas puede ser mezclado con el producto de la etapa (d) en la forma antes descrita antes, si tal componente no ha sido aun anadido antes de la etapa (d).

En una realizacion, el producto de pigmento puede tener un area superficial especlfica, como la medida por el BET, metodo N2 de al menos 12 m2.g-1, preferiblemente de 15 m2.g-1 a 20 m2.g-1.

Otro aspecto de la presente invention proporciona un metodo de fabrication de un papel relleno que comprende proporcionar un sustrato fibroso y la adicion al caolln del sustrato que tiene un factor de conformation de mas de 80:1, o cualquiera de los factores de configuration descritos en este documento.

El calandrado es un proceso bien conocido en el que se mejora el alisado y el brillo del papel y se reduce el volumen haciendo pasar una hoja de papel recubierta entre puntos de sujecion de la calandria o rodillos, una o mas veces. Por lo general, se emplean rodillos recubiertos de elastomero para producir un prensado de composiciones de alto contenido de solidos. Se puede aplicar una temperatura elevada. Se pueden aplicar cinco o mas pasadas a traves de los puntos de sujecion.

El papel despues del recubrimiento y calandrado en el metodo de acuerdo con este aspecto puede tener un peso total por unidad de superficie de entre 30 g.m-2 a 70 g.m-2, tal como de 49 g.m-2 a 65 g.m-2, o ademas de 35 g.m-2 a 48 g.mr2. El recubrimiento final puede tener un peso por unidad de area de 3 g.m'2 a 20 g.m'2, tal como de 5 g.m'2 a 13 g.m'2. Tal recubrimiento se puede aplicar a ambos lados del papel. El papel recubierto puede ser o papel LWC o ULWC. El brillo de papel puede ser mayor a 45 unidades TAPPI y el valor Parker Print Surf a una presion de 1 MPa de cada recubrimiento de papel puede ser inferior a 1 pm.

El brillo de una superficie de papel recubierto se puede medir por medio de un ensayo establecido en TAPPI Standard No 480 ts-65. Se mide la intensidad de la luz reflejada en un angulo de la superficie del papel y se compara con un estandar de valor de brillo conocido. Los haces de luz incidente y reflejada son ambos en un angulo de 75° respecto a la normal a la superficie del papel. Los resultados se expresan en unidades de brillo TAPPI. En una realizacion, el brillo del producto de pigmento puede ser mayor a 50, en algunos casos mayores a 55, unidades TAPPI.

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La prueba Parker Print Surf proporciona una medida del alisado de una superficie de papel, y comprende la medicion de la velocidad a la que el aire bajo presion se escapa de una muestra del papel recubierto que se sujeta, bajo una fuerza estandar conocida, entre una placa superior que incorpora una salida para el aire comprimido y una placa inferior, donde la superficie superior esta cubierta con una hoja ya sea de un material de soporte de referencia blando o duro de acuerdo con la naturaleza del papel bajo prueba. A partir de la tasa de escape del aire, se calcula una ralz cubica media del intervalo en micras entre la superficie del papel y el material de referencia. Un valor mas pequeno de este intervalo representa un mayor grado de suavidad de la superficie del papel bajo prueba.

Se puede lograr una mejora cuando el aglutinante presente en la composicion de recubrimiento comprende almidon. Sin embargo, tambien se obtiene una mejora cuando se emplean otros aglutinantes conocidos exentos de almidon (con o sin almidon presente). En cada caso, el adhesivo o aglutinante pueden formar de 4% a 30%, por ejemplo, 8% a 20%, por ejemplo del 8% al 15% en peso del contenido de solidos de la composicion. La cantidad empleada dependera de la composicion y el tipo de adhesivo, que puede por si mismo incorporar uno o mas ingredientes.

El caolln en partlculas de acuerdo con la presente invencion puede mezclarse con otros pigmentos, rellenos y diluyentes para obtener una mezcla de las propiedades proporcionadas por los constituyentes de la mezcla. El pigmento anadido, relleno o material diluyente pueden comprender uno o mas de caolln hidratado, caolln calcinado, caolln agregado, carbonato de calcio (molido o precipitado), talco, yeso u otro material mineral o pigmento en partlculas blanco conocido.

Los rellenos de papel de acuerdo con la presente invencion incluyen, ademas del caolln como se describio anteriormente, los materiales utilizados generalmente en la produccion de rellenos de papel. Especlficamente, las composiciones incluiran un aglutinante y un pigmento, tlpicamente TiO2. Los rellenos de acuerdo con la presente invencion y recubrimientos pueden incluir opcionalmente otros aditivos, incluyendo, pero no limitado a, dispersantes, agentes de entrecruzamiento, auxiliares de retencion de agua, modificadores de la viscosidad o espesantes, auxiliares de lubricidad o calandrado, antiespumantes, aditivos para resistir el brillo de la tinta, aditivos para resistencia a la abrasion o mejoramiento de la friccion en seco o en humedo, aditivos para mejorar la recogida en seco o en humedo, agentes abrillantadores opticos o agentes blanqueadores fluorescentes, tintes, biocidas, auxiliares de nivelacion, aditivos de resistencia a los aceites y la grasa, aditivos de resistencia al agua y/o insolubilisadores.

Se puede usar cualquier aglutinante reconocido en la tecnica en la presente invencion. Los ejemplos de aglutinantes incluyen, pero no se limitan a, adhesivos derivados del almidon natural obtenidos de una fuente vegetal conocida, por ejemplo, trigo, malz, patata o tapioca; aglutinantes sinteticos, incluyendo estireno-butadieno, latex acrllico, latex de acetato de vinilo, o estireno acrllico; caselna; alcohol polivinllico; acetato de polivinilo; o mezclas de los mismos.

Los recubrimientos de papel tienen niveles muy diferentes de aglutinantes, dependiendo del tipo de impresion que se va a usar con el producto de papel recubierto. Los niveles de aglutinante apropiados con base en el producto final deseado seran facilmente evidentes para el tecnico experto. Los niveles apropiados de aglutinante se controlan para permitir que las superficies reciban la tinta sin roturas. Los niveles de aglutinante de latex para recubrimientos de papel generalmente varlan desde aproximadamente 3% hasta aproximadamente 30%. En una forma de realization de acuerdo con la presente invencion, el aglutinante esta presente en el recubrimiento en una cantidad de aproximadamente 3% hasta aproximadamente 10%. En otra realizacion de acuerdo con la presente invencion, el aglutinante esta presente en el recubrimiento en una cantidad que varla desde aproximadamente 10% hasta aproximadamente 30% en peso.

La presente invencion proporciona una composicion de relleno que comprende un caolln que tiene un factor de conformation de mas de 80:1, o cualquiera de los factores de configuration descritos en este documento.

La presente invencion describe una suspension que comprende un caolln que tiene un factor de conformacion de mas de 70:1, por ejemplo de mas de 80:1, y un agente estabilizador. El caolln puede tener un factor de conformacion de al menos aproximadamente 80:1, o cualquiera de los factores de configuracion descritos en este documento.

Se conocen muchos agentes estabilizantes en la tecnica para tales suspensiones. En una realizacion, el agente estabilizante comprende carboximetilcelulosa. En otra realizacion, el agente de estabilizacion puede comprender una arcilla de esmectita. En aun otra realizacion, el agente estabilizante puede comprender bentonita. En aun otra realizacion, el agente estabilizante puede comprender hectorita.

En una realizacion, el agente estabilizante esta presente en la suspension en una cantidad que varla desde aproximadamente 1,8 kg por tonelada de caolln seco (4 libras por tonelada de caolln seco) hasta aproximadamente 4,5 kg por tonelada de caolln seco (10 libras por tonelada de caolln seco).

En una realizacion, la suspension tiene un contenido de solidos de mas de aproximadamente 45%, tal como un contenido de solidos que varla desde aproximadamente 50% hasta aproximadamente 60%.

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Los dispersantes se pueden elegir de cualquiera de los dispersantes reconocidos para uso en las composiciones de recubrimiento de papel o relleno de papel. Los dispersantes adecuados seran facilmente evidentes para el experto en la materia. El dispersante puede ser elegido a partir de polielectrolitos tales como poliacrilatos y copolimeros que contienen especies de poliacrilato, especialmente sales de poliacrilato (tales como sodio y aluminio, opcionalmente, con una sal metalica del grupo II), hexametafosfatos de sodio, poliol no ionico, acido polifosforico, fosfato de sodio condensado, surfactantes no ionicos, alcanolamina y otros reactivos usados comunmente para esta funcion.

El caolin para uso de acuerdo con la presente invencion se puede usar como el unico pigmento en los rellenos de papel de la presente invencion y en los recubrimientos de papel. Alternativamente, el caolin hiperlamelar descrito anteriormente se puede combinar con otro pigmento. Los pigmentos adicionales para uso en la composicion de acuerdo con la presente invencion pueden seleccionarse a partir de cualquier pigmento reconocido en la tecnica. Los pigmentos se pueden seleccionar de otro caolin, caolin calcinado, carbonato de calcio natural o precipitado, dioxido de titanio, sulfato de calcio, blanco satin, talco u otros pigmentos plasticos. De acuerdo con una realizacion de la presente invencion, un pigmento puede ser TiO2. En las composiciones de ejemplo de acuerdo con la presente invencion, TiO2 esta presente en una cantidad que varia de 0 a 30 partes, por ejemplo de 5-20 partes o de 10-20 partes.

Si se utilizan agentes de entrecruzamiento en la composicion de relleno para su uso con la presente invencion o en recubrimiento, los agentes de entrecruzamiento estan presentes generalmente en niveles de hasta 5% en peso. Cualquier agente de entrecruzamiento reconocido en la tecnica puede ser utilizado. Los agentes de entrecruzamiento adecuados incluyen, pero no se limitan a, glioxales, resinas de melamina-formaldehido, carbonatos de amonio y zirconio y sus mezclas.

Si se usa un agente auxiliar de retencion de agua en la composicion de relleno para su uso con la presente invencion o en recubrimiento, generalmente estan presentes agentes de retencion de agua hasta en un 2% en peso. Se puede usar cualquiera agente reconocido de retencion de agua. Los agentes auxiliares de retencion de agua apropiados incluyen, pero no se limitan a, carboximetilcelulosa de sodio, hidroxietilcelulosa, PVA (acetato de polivinilo), almidones, proteinas, poliacrilatos, gomas, alginatos, bentonita de poliacrilamida y otros productos disponibles comercialmente vendidos para tales aplicaciones.

Si se usa un modificador de la viscosidad o espesante en la composicion de relleno de la presente invencion o de recubrimiento, por lo general esta presente en niveles de hasta 2% en peso. Se puede usar cualquier espesante o modificador de la viscosidad reconocido en la tecnica. Los modificadores de la viscosidad o espesantes adecuados incluyen, pero no se limitan a, poliacrilatos, copolimeros en emulsion, dicianamida, trioles, eter de polioxietileno, urea, aceite de ricino sulfatado, polivinilpirrolidona, montmorillonita, CMC (carboximetil celulosas), alginato de sodio, goma de xantano, silicato de sodio, copolimeros de acido acrilico, HMC (hidroximetil celulosas), HEC (hidroxietil celulosas) y mezclas de los mismos.

Si se usa un auxiliar de lubricidad/calandria en la composicion de relleno de la presente invencion o de recubrimiento, por lo general esta presente en niveles de hasta 2% en peso. Se puede usar cualquier auxiliar de lubricidad o calandrado reconocido en la tecnica. Los auxiliares apropiados de lubricidad o calandrado incluyen, pero no se limitan a, estearato de calcio, estearato de amonio, estearato de zinc, emulsiones de cera, ceras, dimeros de alquil ceteno, glicoles y mezclas de los mismos.

Si se usa un antiespumante en la composicion de relleno o recubrimiento de la presente invencion, generalmente esta presente en niveles de hasta 1% en peso. Se puede usar cualquier antiespumante reconocido en la tecnica. Los auxiliares antiespumantes apropiados incluyen, pero no se limitan a, mezclas de surfactantes, fosfato de tributilo, esteres de polioxietileno graso, mas alcoholes grasos, jabones de acidos grasos, emulsiones de silicona y otras composiciones que contienen silicona, ceras y particulas inorganicas en aceite mineral, mezclas de hidrocarburos emulsionados y otros compuestos vendidos comercialmente para llevar a cabo esta funcion.

Si se utilizan aditivos para mejorar la recogida en seco o en humedo en las composiciones de relleno o recubrimiento de la presente invencion, generalmente estan presentes en niveles de hasta 2% en peso. Se puede usar cualquier aditivo de mejora de recogida en seco o en humedo reconocido en la tecnica. Los aditivos apropiados de mejora de recogida en seco o en humedo incluyen, pero no se limitan a, resina de melamina, emulsiones de polietileno, formaldehido de urea, formaldehido de melamina, poliamida, estearato de calcio, anhidrido maleico de estireno y mezclas de los mismos.

Si se utilizan aditivos mejoradores de friccion y de resistencia a la abrasion en seco o en humedo en la composicion de relleno o recubrimiento de la presente invencion, generalmente estan presentes en niveles de hasta 2% en peso. Se puede usar cualquier aditivo de mejora a la friccion en seco o en humedo y de resistencia a la abrasion reconocido en la tecnica. Los aditivos apropiados de mejora a la friccion y de resistencia a la abrasion en seco o en humedo incluyen, pero no se limitan a, resinas a base de glioxal, polietilenos oxidados, resinas de melamina, formaldehido de urea, formaldehido de melamina, cera de polietileno, estearato de calcio y mezclas de los mismos.

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Si se usa un aditivo de retencion de tinta de brillo en la composicion de recubrimiento o relleno de la presente invencion, esta presente generalmente en niveles de hasta 2% en peso. Se puede usar cualquier aditivo de retencion de tinta de brillo reconocido en la tecnica. Los aditivos de retencion de tinta de brillo apropiados incluyen, pero no se limitan a, polietilenos oxidados, emulsiones de polietileno, ceras, caselna, goma guar, CMC, HMC, estearato de calcio, estearato de amonio, alginato de sodio y mezclas de los mismos.

Si se utilizan agentes abrillantadores opticos (OBA) y agentes de blanqueamiento fluorescentes (FWA) en la composicion de recubrimiento o relleno de la presente invencion, estan presentes generalmente en niveles de hasta 1% en peso. Se puede usar cualquier agente abrillantador optico (OBA) y agentes de blanqueamiento fluorescentes (FWA) reconocidos en la tecnica. Los agentes abrillantadores opticos (OBA) y los agentes de blanqueamiento fluorescentes (FWA) apropiados incluyen, pero no se limitan a, derivados de estilbeno.

Si se usa un colorante en la composicion de recubrimiento o de relleno de la presente invencion, por lo general esta presente en niveles de hasta 0,5% en peso. Se puede usar cualquier colorante reconocido en la tecnica.

Si se usa un agente biocida/de control del deterioro en la composicion de relleno o recubrimiento de la presente

invencion, por lo general esta presente en niveles de hasta 1% en peso. Se puede usar cualquier agente biocida/de

deterioro reconocido en la tecnica. Los agentes biocidas/de deterioro apropiados incluyen, pero no se limitan a, metaborato, dodecil benceno sulfonato de sodio, tiocianato, compuestos organosulfurados, benzoato de sodio y otros compuestos vendidos comercialmente para esta funcion, tal como la gama de pollmeros biocidas vendidos por Calgon Corporation.

Si se utiliza un auxiliar de nivelacion en la composicion de relleno o recubrimiento de la presente invencion, generalmente esta presente en niveles de hasta 2% en peso. Se puede usar cualquier auxiliar de nivelacion reconocido en la tecnica. Los auxiliares de nivelacion apropiados incluyen, pero no se limitan a, poliol no ionico, emulsiones de polietileno, acidos grasos, esteres y derivados de alcohol, estearato de calcio y otros compuestos vendidos comercialmente para esta funcion.

Si se usa un aditivo de resistencia a aceite y grasa en la composicion de relleno o recubrimiento de la presente

invencion, por lo general esta presente en niveles de hasta 2% en peso. Cualquiera reconocido grasa y resistencia al

aceite aditivo puede ser utilizado. Apropiados de grasa y resistencia a los aceites aditivos incluyen, pero no se limitan a, polietilenos oxidados, latex, SMA (estireno anhldrido maleico), de poliamida, ceras, alginato, protelnas, CMC, HMC y mezclas de los mismos.

Si un aditivo de resistencia al agua se utiliza en el recubrimiento o la composicion de relleno de la presente invencion, por lo general esta presente en niveles de hasta 2% en peso. Se puede usar cualquier aditivo de resistencia al agua reconocido. Los aditivos apropiados de resistencia al agua incluyen, pero no se limitan a, polietilenos oxidados, latex anionico de resina de cetona, poliuretano, SMA, glioxal, resina de melamina, formaldehldo de urea, formaldehldo de melamina, poliamida, glioxales, estearatos y otros materiales disponibles en el mercado para esta funcion.

Si se usa un insolubilizante en la composicion de recubrimiento o de relleno de la presente invencion, por lo general esta presente en niveles de hasta 2% en peso. Se puede usar cualquier insolubilizante reconocido en la tecnica.

El sustrato que va a ser rellenado o recubierto se puede seleccionar de cualquier sustrato fibroso reconocido en la tecnica. Los sustratos para uso en la presente invencion incluyen tanto sustratos a base de madera como libres de madera. Los ejemplos de sustratos de acuerdo con la presente invencion son de papel.

La presente invencion se puede utilizar en la produccion de todos los grados de papel, desde papel recubierto ultra ligero hasta carton recubierto o relleno.

Un papel ligero recubierto, o LWC, esta generalmente recubierto hasta un peso desde aproximadamente 5 g.m-2 hasta aproximadamente 13 g.m-2 a cada lado, y el peso total por unidad de area del papel recubierto esta generalmente en el intervalo de aproximadamente 49 g.m-2 a aproximadamente 65 g.m-2.

Se usa generalmente un papel LWC para la imprimir revistas, catalogos y material promocional. Se requiere que el papel recubierto reuna ciertos estandares de brillo y suavidad superficiales. Por ejemplo, se requiere generalmente que el papel tenga un valor de brillo de al menos aproximadamente 32, y hasta aproximadamente 60, unidades TAPPI y un valor Parker Print Surf en el intervalo desde aproximadamente 0,5 hasta aproximadamente 1,6 pm.

El papel recubierto ultra ligero, o ULWC, es algunas veces conocido como un papel recubierto liviano ligero, o LLWC, y se utiliza para catalogos y material publicitario y promocional enviado a traves del correo para reducir los costos de envlo. El peso del recubrimiento esta generalmente en el intervalo desde aproximadamente 2 g.m-2 hasta aproximadamente 7 g.m-2 a cada lado, y el peso total por unidad de area del papel recubierto esta generalmente en el intervalo desde aproximadamente 25 g.m-2 hasta aproximadamente 48 g.m-2.

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Los metodos de recubrimiento de papel y otros materiales laminados estan ampliamente publicados y son bien conocidos. Vease, por ejemplo, Pulp and Paper International, mayo de 1994, pagina 18, y siguientes. Se pueden recubrir las hojas en la maquina formadora de hojas, es decir, "en la maquina" o se pueden recubrir en una maquina de recubrimiento, es decir, "fuera de la maquina. Se puede utilizar cualquier metodo de recubrimiento reconocido en la tecnica para producir la hoja recubierta descrita en conexion con la presente invencion. Se puede aplicar el recubrimiento al material en hojas mediante un aplicador, y un dispositivo medidor garantiza que se aplique el nivel adecuado de composicion de recubrimiento. Cuando se aplica un exceso de composition de recubrimiento por parte del aplicador, el dispositivo de dosificacion se encuentra mas adelante del aplicador. Alternativamente, se puede aplicar la cantidad correcta de composicion de recubrimiento al aplicador por medio del dispositivo de medicion, tal como una prensa de pellcula. Mientras se recubre la hoja esta puede ser soportada por rodillos de respaldo o puede ser sometida unicamente a tension.

Los ejemplos de recubridores conocidos que se pueden usar con la presente invencion, incluyen, pero no se limitan a, recubridores de cuchilla de aire, recubridores de hoja, recubridores de biela, recubridores de barra, recubridores de cabezales multiples, recubridores de rodillo, recubridores de rodillo / cuchilla, recubridores de caja, sistemas de aplicacion de llquidos, recubridores de rodillo inverso, recubridores de extrusion, y recubridores de cortina.

La presente invencion se puede utilizar en la production de papel recubierto para impresion. Se puede utilizar cualquier metodo de impresion reconocido en la tecnica con el papel recubierto de acuerdo con la presente invencion. Las tecnicas de impresion apropiadas seran facilmente evidentes para el experto en la materia. Las tecnicas de impresion para uso de acuerdo con la presente invencion incluyen, pero no se limitan a, huecograbado, impresion offset, o impresion flexografica. El huecograbado implica el uso de un cilindro grabado o estampado como portador de la imagen. Las areas de la imagen estan grabadas o estampadas por debajo de las areas sin imagen en la forma de celdas diminutas hundidas. Se sumerge el cilindro en la tinta, y el exceso de tinta se raspa con una cuchilla. Cuando el sustrato hace contacto con el cilindro de impresion, se transfiere la tinta formando la imagen. La impresion offset es un metodo de impresion indirecta en la cual se transfiere primero la imagen entintada sobre una placa de prensado a una capa de caucho que, a su vez, "compensa" la impresion entintada con una hoja de presion.

La invencion sera aclarada adicionalmente mediante los siguientes ejemplos, que se pretende que sean solamente ejemplos de la invencion.

Ejemplos

En los siguientes ejemplos "cps" corresponde a "mPa ■ s". 1 "poise" corresponde a 0,1 Pa ■ s. 1 "dina/cm" corresponde a

0. 001.N / m.

Ejemplo 1

Este ejemplo ilustra un metodo de refinacion de caolln para producir un caolln con factor de alta configuration, es decir, mayor que o igual a 70, por ejemplo, mayor a 80:1, ya sea como un caolln seco o una suspension de caolln que se estabiliza mediante la adicion de agua adicional y carboximetil celulosa (un espesante). Una "suspension estabilizada" se refiere a una suspension donde el caolln no se precipita de la solution apreciablemente con el tiempo. Se esperarla que la adicion de agua adicional proporcionara una suspension menos estabilizada. Mediante la inclusion de un espesante de CMC (carboximetilcelulosa), se forma una suspension estabilizada mientras disminuye los solidos de la suspension. El proceso de estabilizacion se realiza de la siguiente forma:

1. El producto se sumerge nuevamente con una pequena cantidad de dispersante, tal como 35/65 Mill Chem, que es una mezcla de carbonato de sodio y poliacrilato.

2. Se anaden aproximadamente 3,6 kg/ton (8 lb/ton de CMC) para espesar y estabilizar.

3. Se anade biocida para evitar la interaction bacteriana con el CMC.

La Figura 1 es un diagrama de flujo que describe el proceso de proporcionar un caolln con alto factor de conformation. Se sumerge un caolln crudo grueso de Georgia se desarena, y se somete a separation magnetica. Despues de una primera etapa de molienda por abrasion con arena, se clasifica el producto para separar la fraction gruesa de los finos. Se somete la fraccion gruesa a una segunda etapa de molienda por abrasion, seguido por una lixiviacion y filtration. Se puede preparar un caolln seco mediante secado en una secadora por atomization, mientras se puede preparar una suspension de caolln, como una suspension que comprende ademas CMC, biocida y un dispersante.

Producto del proceso

Fraccion gruesa de la 1ra molienda por abrasion Fraccion gruesa de la 2da molienda por abrasion Despues de lixiviacion** Despues de secado por atomizacion

% de solidos

33.6% 33.1% 51.6% 1.0%

sg.

1.262

Toneladas

8.9 4.56

pH

7.3

Brillo

86

L

94.27

a

-0.2

b

2.6

TiO2

0.612

Fe2O3

0.44

Brookfield*

180

Hercules*

450

Panacea

74.7 99.8 99.9 93

PSD <2 m

39.3 56.9 56.5 56.0

<1 m

23.1 36.1 36.6

<0,5 m

12.9 20.5 20.0

<0,25 m

6.8 10.0 11.0

Recuperacion

100.0% 99.0% 98.0% 99.0%

*(60% de solidos) **0,9 kg/ton (2 lb/ton) hidrosulfito de sodio

Ejemplo 2

La Figura 2 es un diagrama de flujo que esboza un procedimiento para la preparacion de un caoiln de alto factor de conformacion. Se somete un caoiln crudo de Georgia a etapas de inmersion y desarenado, seguido por separacion 5 magnetica y una primera etapa de molienda por abrasion. Luego se clasifica el producto cuando la fraccion gruesa se somete a una segunda etapa de molienda por abrasion, seguido por otra clasificacion para obtener un producto donde 70% de las partlculas tienen un esd menor a 2 pm. Este producto es luego lixiviado y se filtrado, seguido por la formacion ya sea de un producto de caolln seco o una suspension.

Producto del proceso

Fraccion gruesa de la 1ra molienda por abrasion Fraccion gruesa de la 2da molienda por abrasion y clasificacion Despues de lixiviacion** Despues de secado por atomizacion

% de solidos

33.6% 25.5% 52.1% 1.2%

sg.

1.262 1.184

Toneladas

8.9 3.58

Brillo

87.2 87.44

L

95.17

a

-0.18

b

2.77

TiO2

0.613

Fe2O3

0.419

Brookfield*

160

Hercules*

480

Panacea

74.7 97.4 87.4

PSD <2 m

39.3 69.7 69.1

<1 m

23.1 48.0

<0,5 m

12.9 28.4

<0,25 m

6.8 15.0

Recuperacion

100,0% 57,3% 98,0% 99,0%

*(60% de solidos) **0,9 kg/ton (2 lb/ton) hidrosulfito de sodio

10 Ejemplo 3

Este ejemplo proporciona otro proceso en donde se vuelve a sumergir y desarenar el caolln crudo de Georgia, como se ilustra en el diagrama de flujo de la Figura 3. Despues de floculacion selectiva, se somete el caolln a separacion magnetica. Se anade luego una fraccion gruesa de una centrlfuga de clasificacion por tamano al caolln antes de una primera etapa de molienda por abrasion. Despues de una clasificacion por tamano, se somete la fraccion gruesa a una 15 segunda etapa de molienda por abrasion, seguido por lixiviacion y filtracion para producir un producto de alto factor de conformacion.

5

10

15

20

Producto del proceso

Alimentation de la moledora Producto de la moledora Fraccion gruesa Despues de lixiviacion** Secado por atomizacion Rechazos por Bird

% de solidos

32.7 32.1 29.6 43.9 96.2 54.1

Brillo

84.56 85.83 85.98 87.67 87.21 82.36

L

94.6 95.02 95.08 95.5 95.25 92.64

a

-0.2 -0.18 -0.13 -0.22 -0.19 -0.27

b

4.19 3.83 3.8 3.11 3.11 3.11

TiO2

0.613 0.635 0.652 0.639 0.63 0.666

Fe2O3

0.394 0.406 0.43 0.385 0.375 0.382

Brookfield*

1360

Hercules*

50 rpm

Panacea

51.6 87.1 87.1 85.8 87.1 57.8

PSD <2 m

48 66.3 70.9 69.3 69.7 35.8

<1 m

27.2 44.2 49.2 46.9 47.4 20.4

<0,5 m

13.6 24.3 28.3 26.3 26 10.1

<0,25 m

4.8 7.8 10.6 10 11.6 2.7

Recuperacion

99% 88.1% 98% 99% 11.9%

*(60% de solidos) **2,3 kg/ton (5 lb/ton) hidrosulfito de sodio

Ejemplo 4

La Figura 4 es un diagrama de flujo que ilustra un proceso para elaborar un pigmento de recubrimiento de barrera a partir de la fraccion gruesa de caolln preparada de acuerdo con el metodo del Ejemplo 1, donde el recubrimiento de barrera (no de la invencion) comprende un caolln que tiene un factor de conformacion de al menos aproximadamente 90:1. Se obtienen 19 Litros (5 galones) de la fraccion de caolln hlperlamelar de la fraccion hlperlamelar gruesa de caolln de acuerdo con una de las realizaciones previamente descritas de la invencion. Se ajusta la suspension para tener un contenido de solidos de 35%. Se anaden 0,5 kg/ton (1 lb / ton) de C-211, y se puede anadir mas si fuera necesario. Se somete el lote a desarenado para aumentar el porcentaje de partlculas que tienen un tamano de menos de 2 pm en un 24% a 26%. Se usaron 3600 mL de arena y 1800 mL de combination de arcillas. En la suspension final, al menos 55% de los solidos tenlan un tamano menor a 2 micras.

Se tamizo la suspension en un tamiz de malla 325 y se floculo a pH = 3 con acido sulfurico. Despues de la filtration, se volvio a sumergir la torta del filtro con SAPA (una mezcla de 35% de poliacrilato de sodio y 65% sosa) a pH = 6,5. Algo de la torta de filtro sumergida nuevamente fue secada por atomization y se anade nuevamente a la funda para elaborar una suspension con un contenido de solidos de 58% al 60%, pero la suspension puede tener un contenido de solidos opcionalmente tan bajo como del 50% o incluso del 45%. La tabla a continuation proporciona los valores de distribution por tamano y el factor de conformacion del producto final.

Brillo GE

85.79

pH

7.2

Residuo 325 m

0.0071

PSD % <10 pm

97.2

PSD % < 5 pm

86.5

PSD % < 2 pm

56.0

PSD % < 1 pm

35.4

PSD % < 0.5 pm

18

PSD % < 0.25 pm

9.7

PSD % < 0.1 pm

4

Visc. Brook #2 tal cual

79

Visc. Herc rpm@18 dinas

400

Viscosidad: % de solidos

59.2

Panacea (factor de conformacion)

92

Se analizaron las muestras A-C de caolln por las propiedades de barrera de la grasa y del aceite. Las muestras A y B son productos conocidos de caolln, mientras que la muestra C es un producto de caolln preparado de acuerdo con el metodo del Ejemplo 1. Los recubrimientos de barrera fueron preparados como se describe en este Ejemplo, con estos productos de caolln.

Muestra A - Comparative Muestra B - Comparative Muestra C - Invencion

PSD% < 2 pm

82.4 89.9 56.0

Panacea-factor de conformacion

35 58.9 92

Los recubrimientos de barrera (no de la invencion) fueron aplicados a una hoja base libre de madera 60 g / m2 con un recubridor cilindrico de laboratorio. Los recubrimientos contenian caolin, carbonato de calcio, latex, estearato de calcio, y un modificador de viscosidad. Las propiedades fisicas de los caolines se pueden encontrar en la tabla anterior. Los 5 recubrimientos de barrera fueron aplicados dos veces sobre la misma muestra de papel. Las muestras de papel recubiertas fueron terminadas en una calandria a escala de laboratorio.

Las muestras de papel calandradas fueron evaluadas un kit de 3M de prueba de acuerdo con el procedimiento TAPPI T559 pm-96 y para la resistencia al aceite y la grasa (OGR) de acuerdo con el procedimiento TAPPI T509 cm-85. Cuando se usan estos metodos de ensayo, los valores mas altos utilizando el kit de 3M son superiores, mientras que los 10 valores mas bajos cuando se analizan para la resistencia al aceite y la grasa son superiores.

Se desarrollo el kit de prueba de 3M para determinar la efectividad de los papeles tratados con fluoroquimicos. Las pruebas involucran la exposicion de papel a una serie de soluciones, que contiene aceite de ricino, heptano y tolueno. Existen 12 soluciones de niveles en el kit de prueba. A medida que se incrementan los niveles del kit es mayor la proporcion del disolvente.

15 La prueba OGR involucra la exposicion de las muestras de papel recubiertas a un aceite adecuado o compuesto que contiene aceite durante un periodo de tiempo establecido. La cantidad de aceite que se filtra a traves de la muestra recubierta y se absorbe en un secante subyacente se cuantifica. Los valores del ensayo de la OGR representan ese porcentaje del papel secante cubierto por el aceite. Por lo tanto, se prefieren los valores mas bajos. Los valores de OGR de 3 y menores denotan productos totalmente satisfactorios.

Kit de 3M (recubierto) OGR

Muestra No.

Lisa arrugada lisa arrugada

Muestra A

>12 <3 9 17

Muestra B

>12 <3 11 21

Muestra C

>12 <3 3 5

20

Como se observa a partir de la tabla anterior, la muestra C proporciona barreras mas fuertes cuando se compara con caolines del estado del arte. Estos resultados pueden atribuirse al alto factor de conformacion y gran diametro de la placa asociados con los caolines de la presente invencion.

Ejemplo 5

25 El ejemplo 5 ilustra la utilidad de las composiciones de caolin de la invencion como un componente de un recubrimiento de papel (no de la invencion). Las formulaciones de recubrimiento de papel fueron elaboradas con base en 100 partes de pigmento con 14 partes de aglomerante de latex Dow 692, 4 partes de aglutinante de proteina PROCOTe, se anadieron 1,1 partes de dispersante de poliacrilato DISPEX, TiO2 y caolin como se indica en la tabla a continuacion.

Recubrimiento

A B C D E F G

Pigmento

Caolin del estado del arte

70 -- -- -- -- -- --

Caolin 1 de la invencion

-- 70 85 100 -- -- --

Caolin 2 de la invencion

-- -- -- -- 70 85 100

TiO2

30 30 15 -- 30 15 --

5

10

15

20

Dispex

0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1

Dow 692

14 14 14 14 14 14 14

Procote

4 4 4 4 4 4 4

pH

8.5 8.5 8.5 8.5 8.5 8.5 8.5

Husiiio de viscoslmetro Brookfield #2

cps@10 rpm

156 96 128 244 60 100 384

cps@20 rpm

108 68 102 156 48 74 244

cps@50 rpm

74 60 72 102 49 63 152

cps@100 rpm

72 63 70 96 53 70 154

Las propiedades de caoiln se exponen en la Tabla siguiente:

Caoiln del estado del arte Caoiln 1 de la invencion Caoiln 2 de la invencion

Briiio

90 91 92

2 pm

91 85.6 66.7

0,5 pm

35 34.4 18.1

Factor de conformation

15 107 141

Area superficial

15 15.9 11.3

Pendiente

45 37 33

Las formuiaciones se retiraron con variiias bobinadas en un aceite base. El sustrato fibroso se recubrio a un peso de recubrimiento de 15 gsm. Los recubrimientos se secaron ai aire y se midieron el briiio y el lustre utiiizando metodos estandar TAPPI. Los resuitados se exponen en la Tabla siguiente.

Recubrimiento

A B C D E F G

Nivel de pigmento

15.3 15.1 15.2 15.2 15.4 15.4 15.3

Briiio ISO

Media

65.8 69.4 64.8 54.9 68.7 66.2 57.8

Desviacion estandar

1.15 1.16 1.06 0.86 0.55 0.72 1.46

Error estandar

0.36 0.37 0.34 0.27 0.17 0.23 0.46

N

10 10 10 10 10 10 10

Briiio de hoia (75)

Media

13.0 9.4 10.9 11.2 9.5 9.1 10.1

Desviacion estandar

1.05 0.89 0.49 0.64 1.23 0.92 1.34

Error estandar

0.27 0.23 0.13 0.17 0.32 0.24 0.35

N

15 15 15 15 15 15 15

Las muestras que incorporan caoiln para uso de acuerdo con la presente invencion exhiben un briiio mejorado con niveies aceptados de TiO2 y un briiio comparable con niveies de TiO2 inferiores. Vease la figura 5, que representa ios resuitados de briiio indicados anteriormente como una funcion del contenido de TiO2. El papei recubierto que incorpora caoiln de acuerdo con la presente invencion produce alto briiio inciuso con TiO2, significativamente por encima del briiio de la hoja revestida.

Por io tanto, las composiciones de caoiln que incorporan caoiln para uso en la presente invencion son utiles en apiicaciones en las que se requiere una opacidad aita, se requiere briiio o dispersion, tai como en apiicaciones de recubrimiento de tabiero marron y pueden servir para reducir la cantidad de TiO2 requerido en el mismo. Ademas, aunque el presente ejempio iiustra la utiiidad del caoiln adecuado para uso en la presente invencion como un recubrimiento de papei, la composition tambien podrla utiiizarse para recubrir otras sustancias en el que se necesita un recubrimiento de aito briiio o recubrimiento de opacidad.

Ejempio 6

Para probar la utiiidad de ios caoiines de la invencion como un reiieno, se prepararon hojas de prueba a partir de un papei Kraft natural que no ha sufrido no refinacion. Si bien el presente ejempio se refiere ai uso como un reiieno de papei, se anticipa que ios caoiines de la invencion tambien podrlan ser utiles como un reiieno de aita opacidad para plasticos y materiaies simiiares.

Las hojas de prueba fueron hechas con un molde de hoja TAPPI a un pH de 4,5. Las hojas fueron hechas en una maquina de papel Fourdinier usando madera dura Kraft sin refinacion. Las condiciones se discuten en la tabla a continuacion.

pH

6.75

Grado de refinacion (CSF)

470

Grado de refinacion (CSF) despues de batida

380

Finos Britt

% de Fibra

80.3

% de Finos

18.9

% de ceniza

0.8

Brillo

22.7

Conductividad especlfica

1750

Mutek PCD:

-340

Solidos disueltos totales

2327 ppm

Inorganicos disueltos

1880 ppm

5 Las hojas de prueba se secaron al aire y se midieron una gama de propiedades para las hojas sin relleno, hojas hechas usando el pigmento del estado del arte ASTRAPLATE disponible comercialmente (disponible a traves de Imerys, Inc.) y dos conjuntos de muestras usando la composicion identificada como Caolln 2 de la invencion en el Ejemplo 5 anterior. El ASTRAPLATE y la muestra 2 de la invencion inclulan 0,9 kg/ton (2 libras por tonelada) de un agente auxiliar de retencion disponible comercialmente de una especie que serla facilmente obtenible por alguien normalmente capacitado 10 en la tecnica.

Muestra

1 2 3 4 5

Description

Sin relleno Sin relleno Astraplate del estado del arte Caolln 2 de la invencion Caolln 2 de la invencion

%de ceniza (450))

0.7 0.7 5.9 12.3 23.9

% de ceniza (900)

2.1 0.6 4.6 12.2 21.4

GSM

53.9 51.4 52.4 51.5 52.3

Brillo de la hoja

19.9 20.1 22.8 29.4 38.5

Opacidad

88.4 88.2 90.3 94.2 96.2

Dispersion de la hoja F8

179 220 236 307 524

Absorcion F8

271.5 318.8 295.9 246.4 246.7

Dispersion de la hoja F10

208 213 241 341 481

Absorcion F10

176.1 168.7 168.3 157.6 132.7

Dispersion del pigmento

-- -- 807 1073 1557

Porosidad Gurley

13.22 11.23 13.97 20.25 22.25

Factor Burst

45.4 44.6 40.2 28.6 17.2

Suavidad Sheffield

293 277 276 261 252

Ejemplo 7

Se elaboro papel relleno usando una madera dura blanqueada, mezcla de madera blanda batida a un grado de refinamiento estandar Canadiense 400 (CSF), un agente auxiliar de retencion, y Caolln 2 de la invencion del Ejemplo 5. 15 El pH se mantuvo en 5,0. Se elaborar hojas de prueba y se dejaron secar al aire. Se midieron una serie de propiedades.

Muestra

1 2 3 4

Descripcion

Sin relleno Caolln 2 de la invencion Caolln 2 de la invencion Caolln 2 de la invencion

Auxiliar de retencion en Toms

1 1 1 1

% de ceniza en caja de entrada (450)

-- 7.62 21.12 28.13

% de retencion en (450)

-- 85 58.2 74.1

% de ceniza de la hoja de prueba (450)

-- 6.48 12.29 20.84

GSM

58.6 59.2 57.5 57.4

Brillo de la hoja

83.8 85.3 85.9 86.7

Opacidad

73.9 79.5 83.1 87.2

Dispersion de la hoja

351 457 541 695

Absorcion

4.9 5.8 6.3 7.1

Calibre

3.839 3.851 3.788 3.736

Volumen

1.66 1.65 1.67 1.65

Dispersion del pigmento

— 1987 1897 2002

Porosidad de Gurley

7.9 10.2 9.3 14.2

Suavidad Sheffield

271293 251 244 206

Como puede observarse a partir de la tabla anterior, la dispersion de luz del pigmento de acuerdo con la presente invention (1900-2000 cm2/g) se compara favorablemente con la que se puede conseguir usando la arcilla calcinada a 2500 y arcilla de relleno estandar a 1.100.

5 Ejemplo 8

En este ejemplo, se sometieron una serie de fracciones gruesas, es decir, arcillas "fraction b" a molienda por abrasion para determinar que arcillas dan como resultado diluyentes del factor alto de configuration mientras se retiene el tamano de partlcula. Se evaluaron las propiedades de los materiales resultantes para determinar que materiales proporcionan una alta opacidad y brillo bajo en una formulation de pintura de alto PVC (no de la invencion).

10 Experimentos de molienda con Carbolita con finos (9.1-18.1 kg 20-40 lb): Se llevaron a cabo moliendas con medio Carbolita en cuatro materiales: (1) Caolln 3 de la invencion, (vease la columna 0), que tiene un caracter laminar grueso; (2) Caolln 4 de la invencion de una centrifugadora Bird, que tiene una caracter laminar grueso (vease la columna 0); (3) una arcilla de alimentation de Georgia (DBK 110 Contorno 100, Imerys), una arcilla de alimentation Dry Branch; y (4) una arcilla de tamano de partlcula fina (K20, Imerys), un producto Kaopaque 20 que ya habla sido procesado hasta un 15 tamano de partlcula fina. Las propiedades flsicas de la arcilla molida se muestran en la Tabla, a continuation.

Caolln 3 de la invencion Caolln 4 de la invencion

Energla kWh/t

0 50 100 150 0 50 100 1560

Color

Brillo ISO

81.5 84.7 85.7 86.5 74.7 75.7 75.4 75.7

Amarillez

6.9 5.8 5.6 4.8 8.3 8.7 9.1 8.9

L*

94.8 95.8 96.1 96.2 92.2 92.8 92.8 92.9

a*

0.24 -0.05 0.03 -0.13. 0.77 0.62 4 0.54

b*

4.54 3.88 3.64 3.22 5.57 5.89 6.12 6.01

Sedlgrafo

<10 pm

92.5 98.9 98.7 99.5 87.6 99.2 98.7 99

< 8 pm

86.9 97.8 98.6 98.8 72.6 98.5 98.3 98.4

< 5 pm

86.6 91.5 96.7 97.1 64.5 96.3 96.3 96.5

< 2 pm

27.5 62.9 79.1 83.1 28.3 76.7 81 83.7

< 1 pm

18 41.8 59.6 64.8 19 53.3 62.6 67

< 0,75 pm

14.9 33.8 50.8 57.3 16.3 44.8 55.4 59.5

< 0,50 pm

11.1 23.3 35.4 43 13.1 32.3 42.3 45.6

< 0,25 pm

5.8 10.1 13.7 17.2 7 15.1 17.3 18.7

< 0,10 pm

1.9 4.7 3.1 5.3 1.7 5.7 4.1 5.2

d50

2.94 1.22 0.77 0.64 3.01 0.86 0.67 0.6

Pendiente^

32 30 32 31 27 30 29 31

S.F.t

28.8 89 96 98.8 18.7 101 103 98.3

S.A.t

7.49 13.22 9.52 13.48

•La pendiente viene dada por d30/d70* 100. Un aumento de la pendiente indica un PSD mas estrecho. t S.F. = factor de conformation

t S.A. = Area superficial

Arcilla de alimentacion de Georgia Arcilla de tamano de partlcula fina

Energla kWh/t

0 50 100 150 0 50 100 150

Color

Brillo ISO

81.6 84.2 84.5 85 84.4 85.8 85.8 86.3

Amarillez

7.9 6.7 6.5 6.1 6.4 5.6 5.7 5.3

Energla kWh/t

0 50 100 150 0 50 100 150

5

10

15

20

25

Color

L*

95.1 95.8 95.9 96 95.8 96.1 96.1 96.2

a*

0.16 0.02 0 -0.03 0.08 0.02 0.02 -0.03

b*

5.21 4.39 4.27 4 4.17 3.67 3.7 3.48

Sedlgrafo

<10 pm

90.4 98.5 99.6 99.2 99.6 99.9 99.8 99.3

< 8 pm

86.9 98.3 99 98.8 99.2 99.9 99.9 99.4

< 5 pm

78.8 97.1 98 99 95.5 99.2 99 99.3

< 2 pm

55.6 84.4 87.8 93.4 79.7 91.4 92 95.2

< 11 pm

42.1 65.5 69 81.2 63.9 78.5 79.5 86.1

< 0,75 pm

36.1 54.9 58.7 72.8 57 72.1 72.1 80.4

< 0,50 pm

27.4 39.7 43.1 56.3 45.7 59 58.4 68.2

< 0,25 pm

13.4 20.54 21.3 25.7 25 32.8 31.8 39.2

< 0,10 pm

5.7 9 7.4 8.8 10.4 12.6 12.8 15.9

d50

1.4 0.65 0.59 0.44 0.6 0.4 0.41 0.32

Pendiente

19 31 33 38 25 31 32 35

S.F.

7.3 37.5 37.5 42 29.9 45.7 44.3 43.5

•La pendiente viene dada por d30/d70* 100. Un aumento de la pendiente indica un PSD mas estrecho. t S.F. = factor de conformacion t S.A. = Area superficial

Otras Propiedades Reologla

En todos los casos la molienda con Carbolita tuvo un efecto pequeno pero significativo sobre la reologla. A medida que aumentaba la entraba energla de molienda hubo un aumento tanto en las viscosidades Brookfield como Rotothinner, mientras que la alta viscosidad de cizallamiento (cono y placa) no cambio.

Resistencia a la friccion y a las manchas

Como era de esperar, las resistencias a la friccion y a las manchas empeoraron a medida que aumenta la opacidad. Color

El Caolln 3 molido de la invencion tenia buen color, mejor que la del producto existente de arcilla de tamano fino de partlcula. Otras mejoras son posibles a traves de blanqueo de la arcilla molida.

Conclusiones

La molienda ligera con Carbolita del Caolln 3 de la invencion puede proporcionar un producto que comprende una arcilla gruesa de factor alto de configuracion que produce una combinacion de bajo brillo con mejoras significativas de opacidad. Estos resultados reflejan el rendimiento de un pequeno lote de material. El Caolin 3 de la invencion mas altamente molido puede tener una arcilla de alto factor de conformacion fina que produce grandes mejoras de opacidad, a costa de un mayor brillo. Tal producto puede ofrecer una alternativa a las arcillas calcinadas en formulaciones en las que la alta resistencia a la friccion no es considerada como importante.

Opacidad y brillo

La Figura 6 presenta la opacidad y el brillo de las arcillas molidas en la formulacion de alto PVC. Las arcillas se prepararon por trituracion con medio de Carbolita fina. La energia de la molienda se indica mediante el tamano de cada punto. Para permitir la comparacion se grafican algunas arcillas estandar (SUPREME y GLOMAX LL *, todas los cuales son productos de arcilla Imerys).

Caolin 3 de la invencion

Los rechazos de Caolin 3 de la invencion molido a 50 kWh/t produjeron una combinacion notable de alta opacidad y brillo bajo.

El Caolln 3 de la invencion molido 100 kWh/t produjo una alta opacidad con alto brillo.

Otras alimentaciones

una parte sustancial de su opacidad se origino a partir de la absorcion, molieron hasta un tamano de partlcula mas fino que el caolln 3 de la

puede alcanzarse a traves de molienda con Carbolita del material alimentado de arcilla de tamano de partlcula fina. Se obtuvieron opacidades similares con la arcilla alimentada de Georgia. Para estos materiales, cualquier aumento en la opacidad siempre estaba acompanada por un aumento significativo del brillo, provocado por un tamano de partlcula decreciente.

Los analisis qulmicos y mineralogicos de las arcillas de alimentacion de Estados Unidos se proporcionan en la siguiente 10 tabla.

Analisis qulmico y mineralogico de las arcillas utilizadas en el Ejemplo 8.

Caolln 3 de la invencion Caolln 4 de la invencion Arcilla de alimentacion de Georgia Arcilla de tamano de partlcula fina

Analisis de XRF

SiO2

45.08 44.93 46.51 46.49

ALO3

39.54 38.91 37.79 37.91

Fe2O3

0.29 0.61 0.33 0.44

TiO2

0.89 1.42 1.24 1.05

CaO

0.05 0.01 0.05 0.05

MgO

<.01 0.02 0.04 0.05

K2O

0.23 0.56 0.04 0.05

Na2O

0.14 0.21 0.09 0.09

L.O.I.

13.79 13.33 13.91 13.88

Analisis XRD

Caolin

98 94 99 98

Mica

2 6 1 2

Cuarzo

<0.5 <0.5 0 0

Feldespato

0 0 0 0

La Figura 7 es un grafico de la d50 versus el factor de conformacion. Para cada una de las cuatro alimentaciones, la molienda con Carbolita resulto en un aumento en el factor de conformacion de la arcilla, y una disminucion en el tamano 15 medio de partlcula. A partir de la Figura 7, se puede observar que el Caolln 3 de la invencion el Caolln 4 de la invencion produjeron los mas altos factores de forma. El caolln 4 de la invencion sufrla de mal color, con un brillo ISO de 75,7.

Ejemplo 9

Los productos molidos del Ejemplo 8 se ensayaron en una serie de pinturas (no de la invencion) utilizando una formulacion generica de pintura de alta PVC, como se ejemplifica en la siguiente Tabla.

20

El Caolln 4 de la invencion tenia un color pobre, en lugar de la dispersion de la luz. Tambien se invencion, resultando en un brillo mas alto.

5 Un aumento de 1,5 unidades de la opacidad

Formulacion de pintura mate simplificada

% en peso Peso/kg/L (libras por galon americano)

Tipure R706 TiO2

9.0 0.13 (1.11)

Diluyente

10.0 0.15 (1.23)

Carbital 120

30.0 0.44 (3.70)

Dispex N40

0.35 0.005 (0.04)

Calgon S

0.05 0.001 (0.01)

Amoniaco 0.880

0.15 0.002 (0.02)

Natrosol 250 MBR

0.3 0.005 (0.04)

Nopco NXZ

0.3 0.005 (0.04)

Proxel GXL

0.1 0.001 (0.01)

Propilenglicol

2.0 0.03 (0.25)

Texanol

1.4 0.02 (0.17)

Latex Acronal 290D

13.0 0.19 (1.60)

Primal TT935

0.8 0.01 (0.10)

Agua

32.55 0.48 (4.02)

Total =

100.00

% de PVC

74.09

Peso especlfico, g/cm3

1.479

% en peso de solidos

56.25

% en volumen de solidos

34.35

Los valores de opacidad, brillo, resistencia a las manchas, perdida de friccion BS y resistencia a las grietas del barro se muestran en la Tabla siguiente.

Comparacion de las arcillas de los Estados Unidos molidas con Carbolita como diluyentes.

Pintura No. ^

154 159 160 161 162 163

Diluyente

Supremo G.F.C.** G.F.C G.F .C I.K.4* I.K.4

Trabajo / kWh/t

- 50 100 150 50 100

Viscosidad Brookfield, poise

@ 1 r.p.m.

2960 1250 1340 1580 1160 1270

@ 10 r.p.m.

430 202 214 239 182 213

@ 100 r.p.m.

65.4 42.2 42.5 44.7 40 43.8

Rotothinner, poise

12.1 9.7 9.9 10 10.4 10.6

Cono & Placa, poise

1.4 1.2 1.2 1.2 1.3 1.3

Opacidad @ 20 m2/l

90.3 90.1 90.2 90.8 92.7 93.0

S, mm-1

78.2 76.1 76.6 80.3 90.1 92.0

5

Comparacion de las arcillas de los Estados Unidos molidas con Carbolita como diluyentes

Pintura No. ^

154 159 160 161 162 163

Diluyente

Supremo G.F.C.** G.F.C G.F.C I.K.4^ I.K.4

Trabajo / kWh/t

- 50 100 150 50 100

Viscosidad Brookfield, poise

K, mm-1

0.3 0.4 0.4 0.4 0.7 0.7

Brillo @ 60°

3 3.3 3.3 3.2 2.9 2.9

Brillo @ 85°

3.4 3.3 3.7 3.7 3.7 3.9

L*

96.39 96.22 96.25 96.28 95.39 95.34

a*

-0.68 -0.39 -0.38 -0.4 0.03 0.05

b*

2.21 3.38 3.37 3.24 3.78 4

Resistencia a las manchas ,%

83.4 80.6 79.2 80.0 72.9 73.4

Perdida de friccion BSt, mg cm-2

5.80 6.24 6.26 6.34 8.14 8.17

Resistencia a las grietas del barro, pm

1500 1350 1350 1500 1500 1400

• I.K.4 = Caolln 4 de la invencion **G.F.C = Arcilla de alimentacion de Georgia t perdida de friccion BS, 100 ciclos, 7 dlas

Pintura No. ^

164 165 155 156 157 158

Diluyente

I.K.3* I.K.3 F.P.S.C.* F.P.S.C. F.P.S.C. F.P.S.C.

Trabajo / kWh/t

50 100 0 50 100 150

Viscosidad Brookfield, poise

@ 1 r.p.m.

1220 1370 1190 1470 1520 1730

@ 10 r.p.m.

189 210 209 249 246 277

@ 100 r.p.m.

42 43.5 44.6 45.8 46 50.5

Rotothinner, poise

10.2 10.3 10 10.4 10.4 10.6

Cono & Placa, poise

1.2 1.3 1.3 1.3 1.2 1.3

Opacidad @ 20 m2/l

90.9 92.0 89.3 90.8 90.6 90.9

S, mm-1

81.9 89.6 71.7 80.0 79.0 81.1

K, mm-1

0.3 0.3 0.4 0.4 0.4 0.4

Brillo @ 60°

3.3 3.3 3.2 3 3.3 3.1

Brillo @ 85°

2.9 3.8 2.8 3.6 3.5 3.5

L*

96.71 96.86 96.19 96.32 96.32 96.4

a*

-0.43 -0.44 -0.41 -0.42 -0.42 -0.37

b*

2.62 2.48 3.25 3.03 3.05 2.96

Resistencia a las manchas ,%

73.3 72.3 82.5 80.1 81.9 82.5

Perdida de friccion BSt, mg cm"

7.19 7.96 5.66 6.67 6.58 7.02

Resistencia a las grietas del barro, pm

1350 1500 1350 1050 1500 1150

t I.K.3 = Caolln 3 de la invencion *F.P.S.C. = arcilla de tamano de partlcula fina

En todos los casos, la molienda con Carbolita tuvo un efecto pequeno pero significativo sobre la reologla. A medida que aumentaba la entrada de energla de molienda, hubo un aumento tanto en las viscosidades Brookfield como Rotothinner, mientras que la viscosidad de alto cizallamiento (cono y placa) no cambio.

5 Las resistencias a la friccion y a las manchas empeoraron a medida que la opacidad aumentaba.

El Caolln 3 de la invencion tenia buen color ya que es mejor que la del producto existente de arcilla de tamano fino de partlcula.

Ejemplo 10

La Figura 8 es un diagrama de flujo que esboza un proceso en el que se combinan dos fracciones gruesas, seguido de 10 la lixiviacion y el filtrado para producir una suspension estabilizada de alto contenido en solidos mediante la adicion de un agente estabilizante tal como carboximetilcelulosa o una arcilla esmectita (es decir, bentonita, hectorita, montmorillonita, etc. ). Para ilustrar esto, se hicieron dos muestras de tamano completo ~ 946-1135 litros (~250-300 galones) del producto de la invencion del Ejemplo 9 por mezcla de arcilla con agua con un empaque de dispersante 65/35 SAPA (sosa / poliacrilato de sodio) a un pH de 6,5. Las dos muestras portadoras del producto fueron tratadas 15 cada una con biocida (0,5 kg /tonelada seca (1 lb/tonelada seca) Proxel) despues tratadas con 3,6 kg/tonelada seca (8 libras / tonelada seca) de la carboximetilcelulosa PE-30 EX. El contenido final de solidos de la Muestra 1 fue del 52% y el contenido de solidos final de la muestra 2 fue de 49,6%. La viscosidad inicial Hercules de las muestras 1 y 2 se midieron usando un husillo no. 2 a 20 rpm y se encontro que era de 30 cps y 18 cps, respectivamente. La viscosidad inicial Hercules de la muestra 1 se midio como 8,5 dinas a 4400 rpm a pH 7,2 y la viscosidad inicial Hercules de la 20 muestra 2 se midio como 5,0 dinas a pH 7,0.

A continuacion, se midio la estabilidad en el tiempo de las suspensiones y los resultados se muestran en la siguiente tabla. Se dejaron de lado muestras de una pinta y se permitio que se asentaran durante una cantidad deseada de tiempo, despues de lo cual se midio la viscosidad Brookfield de la parte superior e inferior de cada muestra usando una barra T en 1/2 rpm. Si la suspension no era estable, se podrla esperar que la viscosidad medida aumentara con el 25 tiempo hasta un valor maximo de aproximadamente 400.000.

Muestra Loc.

Dia 0 Dia 14 Dia 21 Dia 28

Muestra 1 - Superior

6.800 16.000 15.200 14.000

Muestra 1 - Inferior

6.800 18.000 22.400 21.200

Muestra 2 - Superior

6.000 14.400 14.400 14.000

Muestra 2 - Inferior

6.000 14.800 16.400 17.600

Al final del perlodo de prueba de 28 dlas, cada muestra de una pinta se sometio a una prueba de vertido en la que se puso de cabeza y permitido que vertiera durante 1 minuto. En este tiempo, se observo que aproximadamente 93,4% de la muestra 1 y 94,9% de la muestra 2 era vertida desde el envase, lo que ilustra la continua fluidez de la muestra. Una 30 prueba similar realizada en cada totalizador entero de ~ 946-1135 litros (~250-300 galones) de las muestras 1 y 2 resulto en 99,7% y 99,2% de vertimiento respectivamente. Como puede verse a partir de los resultados de la prueba de fluidez y la tabla anterior, la suspension estabilizada de CMS es basicamente estable, lo que es sorprendente a la luz del hecho de que el proceso de elaboracion con CMC resulta en una disminucion efectiva en los solidos de la suspension. Generalmente, este proceso debe ser util en relacion con las suspensiones que tienen un contenido de 35 solidos, por ejemplo, en el intervalo de mas de aproximadamente 45%, entre aproximadamente 45% y aproximadamente 60%, o incluso en el intervalo de aproximadamente 50 hasta aproximadamente 60%.

A menos que se indique lo contrario, todos los numeros que expresan cantidades de ingredientes, condiciones de reaccion, y as! sucesivamente, usados en la memoria descriptiva y las reivindicaciones deben entenderse como modificados en todos los casos por el termino "aproximadamente". En consecuencia, a menos que se indique lo 40 contrario, los parametros numericos expuestos en la siguiente memoria y reivindicaciones adjuntas son aproximaciones

que pueden variar dependiendo de las propiedades deseadas que se buscaba obtener por medio de la presente invencion.

Otras realizaciones de la invencion seran evidentes para los expertos en la tecnica a partir de consideracion de la memoria descriptiva. Otras realizaciones de la invencion seran evidentes para los expertos en la tecnica a partir de la 5 consideracion de la memoria descriptiva y la practica de la invencion descrita en el presente documento. Se pretende que la memoria descriptiva y los ejemplos se consideren solamente como ejemplos, siendo el verdadero alcance de la invencion indicado por las reivindicaciones siguientes.

10

Claims (11)

1. 5

   10

   15

   20

   REIVINDICACIONES

   1. Una composition de relleno que comprende caoiln que tiene un factor de conformation mayor a 80:1.
2. 2. Una composition de acuerdo con la revindication 1, en donde el caolln tiene un factor de conformation mayor a 90: 1.
3. 3. Una composition de acuerdo con la revindication 1, en donde el caolln tiene un factor de conformation mayor a 100: 1.
4. 4. Una composition de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde la composition es una composition de relleno de papel y comprende un aglutinante y un pigmento adicional.
5. 5. Una composition de acuerdo con la revindication 4 en donde el factor de conformation es mayor a 100:1.
6. 6. Una composition de acuerdo con la revindication 4 o 5, en donde el pigmento adicional es TiO2.
7. 7. Una composition de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, en donde la composition de relleno de

   papel incluye uno o mas de lo siguiente: dispersantes, agentes de entrecruzamiento, auxiliares de retention de agua, modificadores de la viscosidad o espesantes, auxiliares de lubricidad o calandrado, antiespumantes/desespumantes, aditivos para retention de la tinta de brillo, aditivos de mejora de la friction o resistencia a la abrasion en seco o en

   humedo, aditivos de mejora de recogida en seco o en humedo, agentes abrillantadores opticos o blanqueadores

   fluorescentes, colorantes, biocidas, auxiliares de nivelacion o igualacion, aditivos de resistencia a la grasa o aceite, aditivos de resistencia al agua y/o insolubilizantes.
8. 8. Un metodo de fabrication de un papel con relleno que comprende proporcionar un sustrato fibroso; anadir a dicho sustrato caolln que tiene un factor de conformation mayor a 80:1.
9. 9. Un metodo de acuerdo con la reivindicacion 8, que comprende ademas la adicion de un auxiliar de retencion.
10. 10. Un metodo de acuerdo con la revindication 8, en donde el caolln tiene un factor de conformation mayor a 90:1.
11. 11. Un metodo de acuerdo con la revindication 8, en donde el caolln tiene un factor de conformation mayor a 100:1.