ES2587398T3 - Pigmentos mejorados de arcilla de caolín - Google Patents

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ES2587398T3 ES09709931.1T ES09709931T ES2587398T3 ES 2587398 T3 ES2587398 T3 ES 2587398T3 ES 09709931 T ES09709931 T ES 09709931T ES 2587398 T3 ES2587398 T3 ES 2587398T3
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Abstract

Un pigmento de alto brillo, alta opacidad, alto aumento de volumen que se compone de arcilla de caolín y una cantidad menor de yeso, en el que la cantidad de yeso es desde 0.1 hasta 1.0 por ciento en peso con base en el peso del pigmento seco; opcionalmente en el que la arcilla de caolín es una cualquiera de las siguientes: arcilla de caolín hidratada; arcilla de caolín calcinada; o una mezcla de arcilla de caolín hidratada y arcilla de caolín calcinada.

Description

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DESCRIPCION
Pigmentos mejorados de arcilla de caoiln Campo tecnico
Esta invencion se relaciona con pigmentos de arcilla de caoiln que tienen propiedades de alto brillo, alta opacidad y alto aumento de volumen. En un aspecto mas especlfico, esta invencion se relaciona con pigmentos de arcilla de caolln que contienen yeso. Esta invencion tambien se relaciona con un proceso para la fabricacion de pigmentos de arcilla de caolln que contienen yeso y con composiciones de recubrimiento que comprenden pigmentos de arcilla de caolln que contienen yeso, por lo cual dichas composiciones de recubrimiento proporcionan propiedades de alto brillo, alta opacidad y alto aumento de volumen para laminas recubiertas.
Antecedente de la invencion
Los fabricantes de papel convencionalmente aplican recubrimientos para mejorar la apariencia y el rendimiento de sus productos de papel, como brillo, lustre, suavidad, opacidad y capacidad de impresion. Se han utilizado ampliamente tres tipos principales de pigmentos minerales utilizados en recubrimientos en la industria del papel: arcillas de caolln, carbonatos de calcio y dioxidos de titanio. Cada tipo de pigmento mineral tiene sus propias propiedades caracterlsticas y trae ciertos beneficios a los recubrimientos de papel.
Durante muchos anos se han utilizado ampliamente pigmentos de arcilla de caolln en la industria de papel. El mineral de caolln mas comun e importante para la industria del papel es caolinita, un aluminosilicato hidratado con una composition teorica de [Al2Si2O5(OH)4]. La estructura de caolinita se compone de una sola lamina tetraedrica de silicato y una sola lamina octaedrica de alumina dispuesta de tal manera que las puntas de los tetraedros de silicato y una de las capas de alumina de lamina octaedrica comparten un plano comun. Las micrograflas electronicas de caolinita bien cristalizada muestran partlculas laminares en forma hexagonal, mientras que la caolinita pobremente cristalizada se produce en forma de partlculas hexagonales menos diferenciadas.
Al igual que otros minerales naturales, arcillas de caolln contienen algunas impurezas menores, tales como TiO2 y Fe2O3, y arcillas de caolln que contienen estas impurezas por lo general tienen un bajo brillo y un color indeseable. La industria del caolln utiliza diversos procesos de beneficio para mejorar el brillo y el color de sus productos de caolln. Debido a su estructura unica y forma de partlculas laminares, las arcillas de caolln se utilizan ampliamente para mejorar la operabilidad de las formulaciones de recubrimiento y para mejorar el brillo, lustre, suavidad y capacidad de impresion de una lamina recubierta.
En anos recientes, se encontro aumento en el uso de los pigmentos de carbonato de calcio molido (GCC) y carbonato de calcio precipitado (PCC) por la industria del papel. Ambos pigmentos GCC y PCC tienen alto brillo y color deseable (tinte azul), que tambien se traduce en alto brillo de laminas recubiertas. Sin embargo, el GCC y PCC producen lustre de lamina recubierta inferior y rendimiento de impresion inferior en comparacion con arcillas de caolln.
La forma laminar unica de partlculas de caolln mejora el lustre de lamina recubierta, suavidad y capacidad de impresion. Sin embargo, las partlculas de caolln hidratadas laminares tienden a producir una estructura de empaque apretado que generalmente no es efectiva para la dispersion de luz. Para mejorar la dispersion de luz y la opacidad de la lamina recubierta, los fabricantes de papel normalmente agregan pigmentos de TiO2 a sus formulaciones de recubrimiento. Los dioxidos de titanio son muy efectivos para la dispersion de la luz debido a sus valores de alto Indice de refraction (anatasa 2.53 y rutilo 2.73). Sin embargo, ambas formas de TiO2 son pigmentos costosos.
La industria de la arcilla de caolln ha desarrollado diversas tecnologlas para estructurar arcillas de caolln para mejorar sus propiedades de dispersion de luz. Estas incluyen:
(1) pigmentos disenados mediante ingenierla producidos al modificar mecanicamente el tamano de partlcula en el rango de distribucion de tamano. Esto se consigue generalmente utilizando multiples etapas de centrifugation. Normalmente, una arcilla disenada mediante ingenierla se realiza al producir una fraction fina de una mezcla cruda particular. Luego, el nivel de partlculas ultrafina se reduce por una segunda centrifugacion.
Por ejemplo, la patente Estadounidense No. 5,168,083 divulga un metodo para producir un pigmento de caolln de alta opacidad al definir una suspension de caolln acuosa mediante centrifugacion para eliminar una portion sustancial de las partlculas coloidales. Antes de la etapa de definition, la suspension de caolln acuosa se dispersa mecanicamente, se muele para romper los aglomerados y se centrifugan para eliminar las partlculas de caolln grandes. Los pigmentos resultantes con una distribution de tamano de partlcula estrecha producen un recubrimiento con caracterlsticas de empaque especiales que producen alta porosidad. Dicho recubrimiento es mas eficiente en la dispersion de luz y, por lo tanto, proporciona brillo y opacidad mejorada a una lamina recubierta. Los pigmentos disenados mediante ingenierla
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generalmente se desarrollan bien en aplicaciones de recubrimiento de papel; sin embargo, el alto coste de produccion y baja tasa de recuperacion de crudos de arcilla limitan su uso solo a altos grados de especialidad final.
(2) Los pigmentos estructurados qulmicamente producidos al agregar las partlculas de caolln a traves del uso de diversos pollmeros organicos. Como se describe en la Patente Estadounidense No. 4,738,726, un pigmento opacificante de alto aumento de volumen se produce por floculacion de las partlculas de caolln hidratado con una cantidad menor de un floculante polielectrolito cationico, tal como una sal de pollmero de amonio cuaternario. Existen algunos exitos limitados en estas tecnologlas para ciertos grados de especialidad. Este metodo se basa en la idea de establecer y estabilizar una estructura abierta para los pigmentos.
En la mayorla de los casos, los pigmentos qulmicamente estructurados no han proporcionado el resultado prometido para aplicaciones de recubrimiento de papel, ya que la estructura abierta de los pigmentos tiende a ser destruida parcialmente durante aplicacion de recubrimiento bajo condiciones vigorosas de alto corte.
(3) El pigmento qulmicamente estructurado producido al agregar las partlculas de caolln a traves del uso de diversos compuestos inorganicos. La Patente Estadounidense No. 4,640,716 ensena la tecnica de utilizar un ion de zirconio, tal como carbonato de amonio y zirconio, para mejorar las propiedades opticas del pigmento. Maxwell y Malla Patente Estadounidense 5,584,925 ensena la tecnica de utilizar compuestos de fosfato para mejorar la dispersion de luz (opacidad), lustre y receptividad de la tinta del pigmento.
La Patente Estadounidense 5,690,728 ensena la tecnica de utilizar cloruro de aluminio para producir pigmento qulmicamente agregado. D.I. Lee, “Coating Structure Modifications and Coating Hold-out Mechanisms”, 1981 TAPPI Coating Conference, ensena un metodo para la floculacion de partlculas de arcilla utilizando diversos electrolitos que resultan de recubrimientos mas porosos con un brillo mas alto y lustre mas bajo.
(4) Los pigmentos qulmicamente estructurados producidos al agregar las partlculas de caolln a traves del uso de compuestos inorganicos en combination con un pollmero organico. La Patente Estadounidense No. 5,068,276 ensena la tecnica de formar agregados voluminosos de partlculas minerales al agregar un cation polivalente para flocular las partlculas minerales y agregar acido poliacrllico para entrecruzar con el cation polivalente y provocar precipitation in situ de la sal de poliacrilato sobre los floculos de partlcula mineral.
(5) Los pigmentos estructurados termicamente al calcinar crudos de caolln duros de tamano de partlcula fina (caolln gris). Esta tecnologla (descrita en la Patente Estadounidense No. 3,588.523) ha logrado el exito en relleno de papel, as! como en aplicaciones de recubrimiento de papel.
Muchos de los principales productores de caolln producen uno o mas grados calcinados. Estos productos calcinados tienen excelentes propiedades de alto brillo y excelente dispersion de luz, y son ampliamente utilizados por los fabricantes de papel como un extensor o como un reemplazo de los pigmentos de TiO2 mas costoso. Algunos de estos pigmentos de caolln calcinado, tales como el producto comercializado por Thiele Kaolin Company bajo la marca Kaocal, tambien llevan a beneficios adicionales de la lamina recubierta y se utilizan en grados de propiedad y productos de especialidades por los fabricantes de papel. Sin embargo, los pigmentos calcinados tienen algunos atributos negativos, tales como abrasividad y dilatation (viscosidad Hercules mas pobre) en comparacion con pigmentos de caolln hidratado.
En consecuencia, subsiste la necesidad en la industria de un pigmento de arcilla de caolln que proporcionara alto brillo, alta opacidad y altamente voluminoso a una lamina recubierta.
El documento US 5,236,989 divulga un proceso para formar pigmentos voluminosos porosos compuestos agregados qulmicamente para uso en formulaciones de recubrimiento y relleno de papel en las que se forma una suspension acuosa de partlculas minerales de carga seleccionada de uno o mas miembros del grupo que consisten de caolln, carbonato de calcio , dioxido de titanio, yeso, y mica.
El documento WO 01/55793 divulga un metodo para la produccion de productos impresos en los que un papel o carton se utiliza para la superficie de impresion la cual tiene una capa de recubrimiento que contiene pigmento en la que por lo menos 20% del pigmento se compone de un pigmento hidratado, tal como yeso, o en el que por lo menos 20% del material de carga se compone de relleno hidratado, tal como yeso.
El documento EP 0377283 divulga un procedimiento para preparar una suspension acuosa que contiene por lo menos 50% en peso de un pigmento mezclado que comprende sulfato de calcio y un segundo pigmento.
Resumen de la invention
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Descrita brevemente, la presente invencion proporciona pigmentos que contienen arcilla de caoiln y una cantidad menor de yeso (algunas veces denominado como sulfato de calcio). La presente invencion tambien proporciona composiciones de recubrimiento que contienen arcilla de caolln y una cantidad menor de yeso. Estos pigmentos de arcilla de caolln que contienen yeso y composiciones de recubrimiento proporcionan propiedades de alto brillo, alta opacidad y alto aumento de volumen para laminas recubiertas.
La presente invencion tambien proporciona un proceso para la fabricacion de estos pigmentos de arcilla de caolln que contienen yeso y composiciones de recubrimiento.
Estas y otras caracterlsticas y ventajas de esta invencion seran evidentes a partir de la siguiente descripcion detallada. Descripcion detallada de la invencion
De acuerdo con la presente invencion se proporciona un pigmento de alto brillo, alta opacidad, alto aumento de volumen que se compone de arcilla de caolln y una cantidad menor de yeso. En el termino “cantidad menor”, el yeso esta presente en una cantidad desde aproximadamente 0.1 hasta 1.0 por ciento en peso, con base en el peso del pigmento seco.
El pigmento de esta invencion contiene arcilla de caolln que puede estar en varias formas, cuyos ejemplos incluyen arcilla de caolln hidratada, arcilla de caolln calcinada y mezclas de los mismos.
Opcionalmente, en esta invencion, se pueden utilizar otros pigmentos en combinacion con la arcilla de caolln de esta invencion. Ejemplos de dichos otros pigmentos incluyen carbonato de calcio molido, carbonato de calcio precipitado, dioxido de titanio, talco y una mezcla de dos o mas de estos pigmentos.
La presente invencion proporciona un metodo para elaborar dichos nuevos pigmentos a traves de un control preciso de la dosificacion de yeso. El rango adecuado de yeso en los nuevos pigmentos es estrecho y muy crltico. Una dosificacion por debajo del nivel crltico no proporciona el rendimiento deseable, mientras que una dosis por encima del nivel crltico resulta en pigmentos con viscosidad Brookfield extremadamente alta, bajo porcentaje de solidos o ambos.
Anteriormente se ha utilizado el yeso en las composiciones de recubrimiento de papel que contiene arcilla de caolln y carbonato de calcio (Hofmann et al. Vol. 73, December 1990 TAPPI Journal, pp. 139-147; Lehtinen, Chapter 10, “Pigment Coating and Surface Sizing of Paper”, 2000). Sin embargo, para estos estudios, se utilizan grandes cantidades de yeso (aproximadamente 40 a aproximadamente 80 por ciento en peso) en las composiciones de recubrimiento.
Los expertos en la tecnica saben que el yeso tiene una solubilidad moderada en agua (~ 2.5 g/L como dihidrato), y que la solubilidad es practicamente independiente del pH y temperatura entre 0 y 100° Celsius. Tambien se sabe que la viscosidad de una suspension de arcilla de caolln es extremadamente sensible a los iones de calcio y que un intenso aumento de la viscosidad y, peor aun, la solidificacion de la suspension (choque) puede ocurrir cuando se agrega una pequena cantidad de yeso a la suspension de arcilla (“The Essential Guide to Aqueous Coatings of Paper and Board”, editado por Dean, 1997, p. 3.41). Por lo tanto, los iones de calcio disueltos (Ca2+) del yeso hacen al yeso incompatible con otros pigmentos de recubrimiento, tales como caolln. Por la razon anterior, se requiere que las suspensiones de yeso y caolln se mantengan separadas antes de que se mezclen. Lehtinen (2000, anterior) sugiere la siguiente secuencia: primero se agrega yeso, seguido por aglutinantes y otros aditivos y, finalmente, se agrega caolln hacia el final de la preparacion de la composicion de recubrimiento.
Para aquellos expertos en la tecnica, la estructuracion qulmica de arcillas de caolln es un proceso de floculacion y agregacion controlada. Aunque sospechamos que los iones de calcio del yeso disuelto podrlan ayudar a proporcionar una estructura menos compacta y por lo tanto resulta en una modesta mejora en las propiedades de lamina recubierta, nos sorprendio con el rendimiento obtenido.
Cuando se agregan pequenas cantidades de yeso a pigmentos de arcilla de caolln, los pigmentos de caolln/CCG y pigmentos de caolln/PCC y colores de recubrimiento que contienen estos pigmentos se evaluaron en diversos estudios de recubrimiento CLC, se observo mejoras significativas en brillo y opacidad de la lamina recubierta, mientras que se mantuvieron otras propiedades de impresion y de lamina recubiertas crlticas, que incluyen lustre de lamina.
Consideramos que los iones Ca2+ disueltos de yeso ayudan a flocular las partlculas de caolln y otros pigmentos y de este modo facilitan la formacion de una estructura de empaque abierto. Adicionalmente, consideramos que la precipitacion in situ de yeso y su transformacion en basanita durante el secado de recubrimientos probablemente proporciona un “pegamento” para consolidar y estabilizar la estructura abierta de las partlculas de arcilla floculadas. El efecto de “estructuracion” combinado de los iones de calcio y el efecto de “union” de la precipitacion in situ de yeso y su transformacion a basanita durante el proceso de secado se considera que son los mecanismos para mejora significativa en las propiedades opticas y de impresion de una lamina recubierta.
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En un procedimiento tlpico para la produccion de pigmentos de caoiln de alto brillo, alta opacidad y alto aumento de volumen, se prepara una suspension de arcilla de caolln, clasifica y beneficia a traves de diversos procesos tales como separacion magnetica, flotacion, floculacion selectiva, lixiviacion y filtracion o combinaciones de los anteriores. La suspension luego se mezcla con yeso para iniciar una floculacion controlada de la arcilla de caolln. El pigmento de suspension entonces esta listo para aplicaciones de recubrimiento de papel o de recubrimiento de carton.
Tambien encontramos que se puede utilizar yeso como un aditivo de recubrimiento para mejorar el brillo, opacidad y cobertura de la lamina recubierta. Una formulacion de recubrimiento tlpica se compone de tres componentes: (1) pigmentos, (2) aglutinantes y (3) aditivos funcionales. El recubrimiento de papel proporciona una cobertura de fibra, lustre, opacidad y da una superficie brillante, uniforme y suave que produce una imagen mejorada despues de impresion que es atractiva para el ojo humano. Los pigmentos son los ingredientes principales para cobertura, brillo, opacidad, lustre, suavidad y calidad de impresion. Los pigmentos mas comunes incluyen arcilla de caolln, carbonato de calcio molido, carbonato de calcio precipitado, TiO2 y talco. Los aglutinantes son los ingredientes esenciales para mantener o pegar los pigmentos de recubrimiento, as! como para el papel de base. Existen dos tipos de aglutinantes: aglutinantes naturales, tales como almidon y protelnas, y aglutinantes sinteticos, tales como pollmeros solubles en agua (alcohol polivinllico y emulsiones solubles en alcali) y latex (butadieno estireno, acrilonitrilo de estireno, acetato de polivinilo y acrilatos tales como acrilato de estireno).
Adicionalmente para mejorar la resistencia del recubrimiento, la eleccion y la cantidad de aglutinante tambien afecta la estructura de recubrimiento, brillo y el rendimiento de impresion. Los aditivos realizan funciones especializadas. Los aditivos comunes utilizados incluyen entrecruzadores, modificadores de viscosidad, antiespumantes, agentes de retencion de agua, lubricantes, colorantes y agentes de blanqueo opticos. En esta invencion, hemos mostrado que se puede utilizar yeso como aditivo de recubrimiento para mejorar el brillo, opacidad y cobertura.
Los pigmentos estructurados de yeso y el yeso como un aditivo de recubrimiento de acuerdo con la invencion tienen diversas ventajas en comparacion con otros tipos de opacificantes y pigmentos de aumento de volumen. El yeso es un mineral natural que no es inflamable, corrosivo o toxico. Los pigmentos opacificantes y voluminosos resultantes o colores de recubrimiento no son sensibles a corte; es decir, retienen su poder opacificante cuando se aplican bajo alto corte.
Consideramos que se pueden utilizar los iones de calcio (Ca2+) de otras sales solubles de calcio (tales como nitrato de calcio y cloruro de calcio) para lograr la floculacion controlada de los pigmentos anteriores y colores de recubrimiento, y tambien se puede emplear la precipitacion in situ de yeso. Adicionalmente, consideramos que se puede utilizar la reaccion de precipitacion in situ para agregados y partlculas de aumento de volumen de otros minerales, que incluyen caolln, carbonato de calcio molido, carbonato de calcio precipitado, talco, TiO2, y combinaciones o mezclas de estos pigmentos y colores de recubrimiento.
La presente invencion se ilustra adicionalmente mediante los siguientes ejemplos que son ilustrativos de ciertas realizaciones disenadas para ensenar a aquellos expertos en la tecnica como poner en practica esta invencion, y representar el mejor modo contemplado para llevar a cabo esta invencion.
Para los siguientes ejemplos, los siguientes terminos se definiran como sigue:
“Kaowhite S”, es una marca registrada de un producto de arcilla de caolln deslaminada comercializado por Thiele Kaolin Company de Sandersville, Georgia; tambien mencionada en esta solicitud como “KWS”.
“Kaocal” es una marca registrada de un producto de arcilla de caolln calcinado comercializado por Thiele Kaolin Company.
“CLC” se refiere a un recubridor de laboratorio cillndrico de Sensor & Simulation Products.
“LWC” se refiere a un estudio de recubrimiento de peso ligero.
“Kaomax HG” es una marca registrada de un producto de arcilla de caolln deslaminado disenado mediante ingenierla de alto lustre comercializado por Thiele Kaolin Company.
“Covercarb” es una marca registrada de un producto de calcio molido disenado mediante ingenierla comercializado por OMYA, Inc.
“CMC” se refiere a carboximetilcelulosa.
“RSV” se refiere al volumen de sedimento relativo.
“KM” se refiere a Kubelka-Munk.
Ejemplo 1
Yeso como un agente de estructuracion evaluado en un estudio de recubrimiento offset LWC
5 En este ejemplo, un producto de arcilla de caolln deslaminado (comercializado como Kaowhite S por Thiele Kaolin Company de Sandersville, Georgia) se estructuro con yeso en dos dosificaciones (0.20% y 0.25%, con base en el peso de la arcilla seca). Estos dos pigmentos se evaluaron en un estudio LWC sobre una material base 12.25 kg/306.6 m2 (27 lbs/3300 ft2) utilizando un CLC en un peso de recubrimiento objetivo de 2.27 kg/306.6 m2 (5 lbs/3300 ft2). Para comparacion, tambien se evaluaron un pigmento de arcilla de caolln Kaowhite S (KWS al 100%), y un pigmento 10 mezclado KWS/TiO2 (97.5/2.5). Se utilizo TiO2 rutilo de DuPont RPS Vantage en el pigmento mezclado. Los colores de
recubrimiento se prepararon al mezclar cada uno de los pigmentos anteriores con los siguientes ingredientes: Aglutinantes - 6 partes de almidon hidroxilo etilado y 11 partes de latex de estireno butadieno. Aditivos - 0.1 partes de dispersante de poliacrilato de sodio, 0.67 partes de insolubilizante de producto de condensacion de aldehldo de amida clclica, y 1 parte de lubricantes en emulsion de estearato de calcio. Las laminas recubiertas se supercalandraron en 2 15 pasadas a 62 8° C (145° F), 682.6 kPa (99 libras por pulgada lineal), antes de evaluacion final. Las propiedades opticas de las laminas recubiertas se presentan en la Tabla 1.
Tabla 1
Description de muestra
KWS 100% KWS/TiO2 97.5/2.5 yeso estructurado KWS
% de dosificacion de yeso
0 0 0.20 0.25
% de Solidos de Color de Recubrimiento
58.3 58.3 54.2 52.3
Peso de recubrimiento 0.45 kg/306.6 m2 (lb/3300 ft2)
5.0 4.8 4.7 5.0
% de Lustre
49 46 49 50
% de Brillo, GE
68.8 70.0 69.9 70.7
% de Brillo, Difuso
67.6 68.9 68.7 68.9
% de Opacidad
84.3 85.3 85.2 85.3
Los datos de la Tabla 1 muestran que el KWS de estructuracion con 0.20% y 0.25% de yeso resulto en un aumento 20 significativo del brillo y opacidad de la lamina recubierta, en comparacion con el pigmento KWS no estructurado, mientras que se mantiene el lustre de la lamina. Sorprendentemente, el yeso como un agente estructurante en estas dosis bajas se empareja con el rendimiento de la mezcla de KWS/TiO2 (97.5/2.5). Sin embargo, los pigmentos KWS estructurados con yeso reducen los solidos de color de recubrimiento de 4 a 6%.
Ejemplo 2
25 Yeso como un agente de estructuracion evaluado en un estudio de recubrimiento de rotograbado LWC
En este Ejemplo, se estructuro Kaowhite S con yeso en dos dosificaciones (0.20% y 0.25%, con base en el peso de la arcilla seca). Estos dos pigmentos se evaluaron en un estudio de recubrimiento de rotograbado CLC/LWC. Para comparacion, tambien se evaluo un pigmento KWS al 100%. Los colores de recubrimiento se prepararon al mezclar cada uno de los pigmentos anteriores con los siguientes ingredientes: Aglutinante - 6 partes de latex de caucho de 30 butadieno estireno carboxilado. Aditivos - 0.1 partes de dispersante de poliacrilato de sodio, 1 parte de lubricante en emulsion de estearato de calcio y 0.2 partes modificadas de espesante de pollmeros en emulsion hinchable alcalina hidrofobamente modificada. El recubrimiento se aplico sobre un material base de 12.25 kg/306.6 m2 (27 lbs/3300 ft2) a un peso de recubrimiento objetivo de 2.49 kg/306.6 m2 (5.5 lbs/3300 ft2). Las laminas recubiertas se calandraron en 2 pasadas a 62.2° C (140° F), 682.6 kPa (99 libras por pulgada lineal), antes de la evaluacion final. Las propiedades 35 opticas y de impresion de las laminas recubiertas se presentan en la Tabla 2.
Se midio la capacidad de impresion por rotograbado utilizando el numero total de puntos faltantes del metodo Heliotest. El Heliotest es un accesorio para el probador de impresion IGT y se compone de un disco grabado con medio tono y patron de llnea impresa, sistema de cuchilla dosificadora y una tinta especial. La impresion (110 mm de longitud y 7 mm de ancho) se hizo sobre papel de prueba, que mantiene contra la rueda de impresion de un probador de impresion IGT 5 a fuerza constante. La capacidad de impresion se mide en terminos de longitud de impresion hasta que ocurren 20 puntos faltantes. Cuanto mayor sea la distancia desde el comienzo de la impresion hasta el 20mo punto faltante, mejor sera la capacidad de impresion.
Los datos en la Tabla 2 muestran que KWS estructurado con 0.20% y 0.25% de yeso mejora en el brillo de lamina recubierta, opacidad y capacidad de impresion en rotograbado, en comparacion con KWS no estructurado. De nuevo, 10 los pigmentos KWS estructurados con yeso redujeron los solidos de color de recubrimiento de 1 a 3%.
Tabla 2
Description de muestra
KWS 100% Yeso estructurado KWS
% de dosificacion de yeso
0 0.20 0.25
% de Solidos de Color de Recubrimiento
59.4 58.4 56.0
Peso de recubrimiento 0.45 kg/306.6 m2 (lb/3300 ft2)
5.3 5.3 5.5
% de Lustre
49 47 53
% de Brillo, GE
69.7 70.6 72.2
% de Brillo, Difuso
69.1 70.2 71.8
% de Opacidad
87.0 87.3 88.8
Longitud de capacidad de impresion de impresion hasta los 20mos puntos faltantes mm
42 56 71
Ejemplo 3
Yeso como un aditivo de recubrimiento en una aplicacion de recubrimiento offset LWC
15 En este ejemplo, se utilizo el yeso como un aditivo de recubrimiento en una formulacion de recubrimiento a base de Kaowhite S en dos niveles (0.20 y 0.25 partes, con base en el peso de la arcilla seca). Para comparacion, tambien se evaluaron pigmento KWS al 100% y pigmento KWS estructurado con yeso en las mismas dosificaciones (0.20% y 0.25%). Las propiedades opticas de las laminas recubiertas se presentan en la Tabla 3.
Tabla 3
Descripcion de muestra
KWS Yeso estructurado KWS KWS con Yeso como un aditivo de recubrimiento
% de dosificacion de yeso
0 0.20 0.25 0.20 0.25
% de Solidos de Color de Recubrimiento
59.3 54.9 52.6 58.8 58.9
Peso de recubrimiento 0.45 kg/306.6 m2 (lb/3300 ft2)
4.6 4.9 4.8 5.0 4.7
% de Lustre
52 55 55 57 55
% de Brillo, GE
67.8 69.1 69.2 68.7 68.5
% de Brillo, Difuso
67.3 68.0 68.1 68.0 67.9
% de Opacidad
83.8 84.3 84.4 84.4 84.1
Los datos de la Tabla 3 muestran que el yeso es efectivo como un aditivo de recubrimiento en una formulacion de recubrimiento a base de caolin deslaminado para una aplicacion de offset LWC. El yeso como un aditivo en las dosificaciones anteriores proporciona mejoras sustanciales en las propiedades opticas de laminas recubiertas, mientras 5 que mantiene los solidos de color de recubrimiento, en comparacion con el control KWS. Por otro lado, el yeso como un agente de estructuracion en las mismas dosificaciones produjo un brillo mas alto, pero solidos de color de recubrimiento significativamente mas bajos en comparacion con el rendimiento de yeso como un aditivo.
Ejemplo 4
Yeso como un aditivo de recubrimiento para una formulacion que contiene carbonato
10 En este ejemplo, se utilizo el yeso como un aditivo de recubrimiento en un carbonato que contiene la formulacion de recubrimiento para una aplicacion de lamina libre recubierta. Los colores de recubrimiento se prepararon al mezclar un pigmento mezclado de Kaomax HG/Covercarb (60/40) con los siguientes ingredientes: Aglutinantes - 5.5 partes de almidon de hidroxietilo y 8,5 partes de latex de estireno butadieno. Aditivos - 0.22 partes de insolubilizante de etilenglicol, 0.5 partes de lubricante en emulsion de estearato de calcio, y yeso en tres niveles (0.20. 0.25 y 0.30 partes,
15 en base al peso del pigmento de mezcla en seco). Para comparacion, un recubrimiento de control sin aditivo de yeso se preparo utilizando la misma formulacion. El recubrimiento se aplico sobre una base de material libre de madera de 13.6 kg/306.6 m2 (30 lbs/3300 ft2) a un peso de recubrimiento objetivo de 3.49 kg/306.6 m2 (7,7 lbs/3300 ft2). Las laminas recubiertas se calandraron en 2 pasadas a 76.7° C (170° F), 1172 kPa (170 libras por pulgada lineal), antes de evaluacion final. Las propiedades opticas de las laminas recubiertas se presentan en la Tabla 4.
20 Los datos en la Tabla 4 muestran que el yeso es efectivo como un aditivo de recubrimiento en una composition de recubrimiento que contiene carbonato para una aplicacion de lamina libre recubierta. El yeso cuando se utiliza como un aditivo en 0.20 a 0.30 partes proporciona mejoras significativas en la opacidad y brillo de lamina recubierta en comparacion con el control, mientras que mantiene los solidos de recubrimiento de color y lustre de lamina recubierta.
Tabla 4
Description de muestra
Kaomax HG/ Covercarb 60/40 Kaomax HG/Covercarb 60/40 con Yeso como un aditivo de recubrimiento
% de dosificacion de yeso
0 0.20 0.25 0.30
% de Solidos de Color de Recubrimiento
59.8 59.8 59.8 59.8
Peso de recubrimiento 0.45 kg/306.6 m2 (lb/3300 ft2)
7.7 7.6 7.8 7.8
% de Lustre
65 65 66 66
% de Brillo, GE
84.9 85.1 85.3 85.3
% de Brillo, Difuso
82.2 82.4 82.5 82.6
% de Opacidad
78.8 79.4 79.6 79.7
25
Ejemplo 5
Yeso como un agente de aumento de volumen para caolin calcinado
Para aplicaciones de recubrimiento de papel termico, se prefiere un pigmento de alto aumento de volumen. El aumento de volumen de un pigmento se puede medir utilizando la tecnica de volumen de sedimento relativa (RSV, la relation 30 entre el volumen de sedimento, que es la suma del volumen de solidos y volumen de vacio, y el volumen solido) como
se describe por Robinson (Vol. 42. junio 1959 TAPPI Journal, p. 432-438). Claramente, para un pigmento dado, cuanto mayor sea el RSV, mayor es el volumen de vaclo, mas voluminoso es el pigmento.
En este Ejemplo, se agrego yeso a la arcilla Kaocal a 0.25. 0.275 y 0.30%, al reemplazar carboximetilcelulosa (CMC) al 0.10% como un agente de suspension. Las muestras de suspension de arcilla Kaocal se elaboraron utilizando un 5 dispersador de laboratorio de Premier Mill Corporation. El contenido de solidos en la suspension, pH, viscosidad Brookfield y Hercules, coeficientes de dispersion RSV y Kubelka-Munk (KM) se midieron y se presentan en la Tabla 5.
Tabla 5
Muestra
CMC Yeso
% de Dosificacion
0.10 0.25 0.275 0.30
% de solidos
50.0 50.2 50.0 50.1
pH
6.0 6.3 6.2 6.2
Brookfield cP
194 34 136 264
Hercules rpm@18 Dynes
1696 296 260 225
RSV
2.60 2.74 2.89 2.94
KM
@457 nm
1.08 1.09 1.07 1.06
@550 nm
0.89 0.89 0.85 0.85
Los datos de la Tabla 5 muestran que el RSV de las muestras de suspension de arcilla Kaocal aumento 10 significativamente cuando se agrego yeso en 0.25-0.30%, lo que sugiere un beneficio potencial para aplicaciones de papel termico.
Se ha descrito en detalle esta invention con referencia particular a determinadas realizaciones, pero se pueden hacer variaciones y modificaciones sin apartarse del esplritu y alcance de la invencion como se define en las siguientes reivindicaciones.
15

Claims (17)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    Reivindicaciones
    1. Un pigmento de alto brillo, alta opacidad, alto aumento de volumen que se compone de arcilla de caolln y una cantidad menor de yeso, en el que la cantidad de yeso es desde 0.1 hasta 1.0 por ciento en peso con base en el peso del pigmento seco;
    opcionalmente en el que la arcilla de caolln es una cualquiera de las siguientes: arcilla de caolln hidratada; arcilla de caolln calcinada; o
    una mezcla de arcilla de caolln hidratada y arcilla de caolln calcinada.
  2. 2. Un pigmento se define por la Reivindicacion 1 que adicionalmente comprende carbonato de calcio, dioxido de titanio, talco o una mezcla de dos o mas de estos materiales;
    opcionalmente en el que el carbonato de calcio se muele carbonato de calcio o se precipita carbonato de calcio.
  3. 3. Un pigmento como se define por la Reivindicacion 1;
    en el que la cantidad de yeso es desde 0.15 hasta 0.5 por ciento en peso con base en el peso del pigmento seco; opcionalmente en el que la cantidad de yeso es desde 0.2 hasta 0.3 por ciento en peso con base en el pigmento seco.
  4. 4. Una composicion de recubrimiento de papel que comprende un pigmento de arcilla de caolln, una cantidad yeso y por lo menos un material de union, en el que la cantidad de yeso es desde 0.1 hasta 1.0 por ciento en base en el peso del pigmento seco;
    opcionalmente en el que el pigmento se compone de una cualquiera de las siguientes: arcilla de caolln hidratada; arcilla de caolln calcinada; o
    una mezcla de arcilla de caolln hidratada y arcilla de caolln calcinada.
  5. 5. Una composicion de recubrimiento de papel como se define por la Reivindicacion 4 que adicionalmente comprende carbonato de calcio, dioxido de titanio, talco o una mezcla de dos o mas de estos materiales;
    opcionalmente en la que el carbonato de calcio se muele carbonato de calcio o se precipita carbonato de calcio.
  6. 6. Una composicion de recubrimiento de papel como se define por la Reivindicacion 4 en la que la cantidad de yeso es desde 0.15 hasta 0.5 por ciento en peso con base en el peso del pigmento seco;
    opcionalmente en la que la cantidad de yeso es desde 0.2 hasta 0.3 con base en el peso del pigmento seco.
  7. 7. Una composicion de recubrimiento de papel como se define por la Reivindicacion 4 en la que el material de union es un almidon, protelna, pollmero soluble en agua, latex o una mezcla de dos o mas de estos materiales.
  8. 8. Una composicion de recubrimiento de papel como se define por la Reivindicacion 7 en la que el material de union es alcohol polivinllico, butadieno estireno latex, acetato de polivinilo, acrilato de estireno, acrilonitrilo de estireno o una mezcla de dos o mas de estos materiales.
  9. 9. Un proceso para elaborar un pigmento de alto brillo, alta opacidad, altamente voluminoso como se reivindica en la reivindicacion 1, en el que el proceso comprende agregar una cantidad menor de yeso a arcilla de caolln, en el que la cantidad de yeso es desde 0.1 hasta 1.0 por ciento en peso con base en el peso del pigmento seco.
  10. 10. Un proceso como se define por la Reivindicacion 9 en el que la cantidad de yeso es desde 0.15 hasta 0.5 por ciento en peso con base en el peso del pigmento seco;
    peso del
    menor de peso con
    5
    10
    15
    20
    25
    opcionalmente en el que la cantidad de yeso es desde 0.2 hasta 0.3 por ciento en peso con base en el peso del pigmento seco.
  11. 11. Un proceso como se define por la Reivindicacion 9 en el que el pigmento adicionalmente comprende carbonato de calcio, dioxido de titanio, talco o una mezcla de dos o mas de estos materiales;
    opcionalmente en el que el carbonato de calcio se muele carbonato de calcio o se precipita carbonato de calcio.
  12. 12. Un proceso para producir una composicion de recubrimiento de papel como se reivindica en la reivindicacion 4, en el que el proceso comprende mezclar una cantidad menor de yeso, un pigmento de arcilla de caolln y por lo menos un material de union, en el que la cantidad de yeso es desde aproximadamente 0.1 hasta aproximadamente 1.0 por ciento en peso con base en el peso del pigmento seco.
  13. 13. Un proceso como se define por la Reivindicacion 12 en el que la composicion de recubrimiento de papel adicionalmente comprende carbonato de calcio, dioxido de titanio, talco o una mezcla de dos o mas de los materiales; opcionalmente en el que el carbonato de calcio se muele carbonato de calcio o se precipita carbonato de calcio.
  14. 14. Un proceso como se define por la Reivindicacion 12 en el que la cantidad de yeso es desde 0.15 hasta 0.5 por ciento en peso con base en el peso del pigmento seco;
    opcionalmente en el que la cantidad de yeso es desde 0.2 hasta 0.3 por ciento en peso con base en el peso del pigmento seco.
  15. 15. Un papel recubierto con una composicion de recubrimiento como se reivindica en la reivindicacion 4.
  16. 16. Un papel recubierto como se define por la Reivindicacion 15 en el que la composicion de recubrimiento adicionalmente comprende carbonato de calcio, dioxido de titanio, talco o una mezcla de dos o mas de estos materiales; opcionalmente en el que el carbonato de calcio se muele carbonato de calcio o se precipita carbonato de calcio.
  17. 17. El papel recubierto como se reivindica en la reivindicacion 15;
    en el que la cantidad de yeso in la composicion de recubrimiento es desde 0.15 hasta 0.5 por ciento en peso con base en el peso del pigmento seco;
    opcionalmente en el que la cantidad de yeso es desde 0.2 hasta 0.3 por ciento en peso con base en el peso del pigmento seco.
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