ES2809180T3 - Papel recubierto, o cartón recubierto, método para elaboración del mismo, y uso del producto - Google Patents

Abstract

Un papel recubierto o carton recubierto que comprende un sustrato fibroso y una composicion que comprende caolin que tiene un factor de conformacion de al menos 70:1, o al menos 80:1, o al menos 90:1, o al menos 100 1, y un aglutinante, en donde el caolin tiene una distribucion de tamano de particula de tal manera que del 50% al 85% en peso de las particulas tiene una ESD de 2 μm (micras) o menos, y en donde la composicion es una composicion de recubrimiento de barrera para dicho papel o carton.

Description

DESCRIPCIÓN

Papel recubierto, o cartón recubierto, método para elaboración del mismo, y uso del producto

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un caolín hidratado, que proporciona propiedades ópticas mejoradas cuando se usa como un recubrimiento. También, la presente invención se refiere a un recubrimiento de papel y un producto de papel recubierto que exhibe propiedades mejoradas, tales como brillo mejorado. Además, la presente invención describe métodos para preparar productos de caolín hidratado.

Antecedentes de la invención

Los productos de caolín formados por partículas encuentran una variedad de usos, incluyendo como pigmentos, rellenos, y diluyentes para uso en pinturas, plásticos, polímeros, fabricación de papel y recubrimiento de papel. La arcilla de caolín, también conocida como arcilla de China, o caolín hidratado, se compone predominantemente de la caolinita mineral, un silicato de aluminio hidratado, junto con pequeñas cantidades de una variedad de impurezas.

Los caolines formados por partículas generalmente existen en tres formas: caolín hidratado, caolín calcinado y caolín químicamente agregado. El caolín hidratado es principalmente la caolinita mineral, que ha sido extraída y beneficiada de fuentes naturales. Los caolines calcinados se obtienen mediante el procesamiento de caolín hidratado a temperaturas elevadas, por ejemplo, mayores que 500°C. Los caolines químicamente agregados son agregados de partículas que tienen una microestructura parecida a la de los caolines calcinados producidos por el tratamiento de caolín hidratado con productos químicos. Los caolines calcinados y químicamente agregados pueden mostrar beneficios en ciertas composiciones de aplicación cuando se comparan con caolines hidratados. Sin embargo, los beneficios asociados con los caolines calcinados y químicamente agregados no están exentos de desventajas. Los costes de fabricación de caolines calcinados y químicamente agregados son significativamente más altos que los de los caolines hidratados. Los caolines calcinados y químicamente agregados también tienen el efecto de mejorar ciertas propiedades del papel al mismo tiempo que afectan adversamente otras propiedades, por ejemplo, la resistencia.

El caolín se ha utilizado como material diluyente o pigmento en pinturas, plásticos y composiciones de recubrimiento de papel. Los pigmentos de caolín confieren propiedades físicas y ópticas 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 ópticas deseables. Como diluyentes, permiten el reemplazo parcial del dióxido de titanio y otros pigmentos más costosos con una mínima pérdida de la blancura o el brillo.

Los recubrimientos de papel se aplican a materiales en hojas para un sinnúmero de propósitos incluyendo, pero no limitado a, aumento del lustre, alisado, opacidad y/o brillo del material. También se pueden aplicar recubrimientos para ocultar irregularidades de la superficie o para mejorar de otras formas la superficie para aceptación de la impresión. Los recubrimientos para papel se preparan generalmente mediante la formación de una suspensión acuosa fluida de material de pigmentación junto con un adhesivo hidrofílico y otros ingredientes opcionales.

Los recubrimientos se han aplicado convencionalmente por medio de una máquina 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 composición de recubrimiento bajo una presión 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 composición de recubrimiento por medio de una cuchilla de arrastre. El documento EP 0524635 A se refiere al uso de un caolín laminar en una capa de respaldo de un producto de papel. El documento US 4474847 A se refiere a papel base recubierto para uso en un proceso de grabación por chorro de tinta.

Las ventajas adicionales de la invención se expondrán en parte en la descripción que sigue y en parte serán obvias a partir de la descripción, o pueden aprenderse por la práctica de la invención. Los objetos y ventajas de la invención se realizarán y lograrán por medio de los elementos y combinaciones particularmente indicadas en las reivindicaciones adjuntas.

Debe entenderse que tanto la descripción general anterior como la siguiente descripción detallada son explicativas y sirven de ejemplo únicamente y no son restrictivas de la invención, como se reivindica.

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

Breve descripción de los dibujos

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

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

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

La Figura 4 es un diagrama de flujo que ilustra el proceso para la fabricación de un pigmento de recubrimiento de barrera a partir de un caolín de fracción gruesa;

La Figura 5 es un gráfico que ilustra el brillo (eje y) como una función del contenido de TiO2 (eje x) para dos recubrimientos de papel de acuerdo con la presente invención;

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

La Figura 7 ilustra un gráfico de la d50 (eje y) versus el factor de conformación (eje x) para el Caolín 3 de la invención y el Caolín 4 de la invención en comparación con dos caolines del estado de la técnica;

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

Resumen de la invención

En general, los caolines usados en recubrimientos y materiales de relleno se seleccionan para que tengan una distribución estrecha de tamaño de partícula y alta cristalinidad que se cree que proporciona el conjunto favorable de propiedades físicas y ópticas, por ejemplo, máxima dispersión de luz. En general, se ha reconocido que las arcillas de caolín grueso exhiben una pobre dispersión de la luz. La presente invención se define en y mediante las reivindicaciones anexas. La presente invención se diferencia de la técnica anterior en proveer una composición de recubrimiento que incluye un caolín que puede ser bastante grueso, pero que sin embargo presenta una alta dispersión de la luz. Como relleno, por ejemplo, en papel Kraft sin blanquear, los caolines de acuerdo con la presente divulgación mostraron una dispersión 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 invención son aún mejores con respecto a las composiciones anteriores haciendo posible mantener el brillo de la hoja mientras se reduce aún más la costosa cantidad de TiO2 presente en la composición de recubrimiento de papel.

Se divulga una composición de recubrimiento de papel que comprende al menos un caolín que tiene un factor de conformación de al menos aproximadamente 70:1, un TiO2, un aglutinante, y opcionalmente un dispersante, y donde la composición de recubrimiento de papel tiene una relación del caolín a TiO2 de menos de aproximadamente 85:15 partes en peso.

Se divulga además un método para hacer un papel recubierto que comprende recubrir un sustrato fibroso con una composición de recubrimiento de papel que comprende un aglutinante y al menos un caolín que tiene un factor de conformación de al menos aproximadamente 70:1.

Se divulga todavía además un método de fabricación de un papel con relleno que comprende la adición a dicho papel de caolín que tiene un factor de conformación de al menos aproximadamente 70:1.

También se divulga un papel recubierto que comprende un sustrato fibroso y una composición de recubrimiento de papel que comprende caolín que tiene un factor de conformación de al menos aproximadamente 70:1.

Finalmente, se divulga un método para mejorar las propiedades de barrera en papel que comprende recubrir un sustrato fibroso con una composición de recubrimiento que comprende caolín que tiene un factor de conformación de al menos aproximadamente 70:1.

La presente divulgación proporciona una composición que comprende caolín que tiene un factor de conformación de al menos aproximadamente 70:1. En otras realizaciones, el caolín puede tener un factor de conformación de al menos aproximadamente 80:1, al menos aproximadamente 90:1 o al menos aproximadamente 100:1.

La presente divulgación proporciona una composición de recubrimiento, que comprende caolín que tiene un factor de conformación de al menos aproximadamente 70:1, un aglutinante; y opcionalmente un dispersante.

La presente divulgación proporciona un relleno que comprende caolín que tiene un factor de conformación de al menos aproximadamente 70:1.

La presente divulgación proporciona un método para hacer un papel recubierto que comprende recubrir un sustrato fibroso con una composición de recubrimiento de papel que comprende un portador y caolín que tiene un factor de conformación de al menos aproximadamente 70:1.

La presente divulgación proporciona un método para la fabricación de un papel de relleno que comprende proporcionar un sustrato fibroso, y añadir al caolín del sustrato que tiene un factor de conformación de al menos aproximadamente La presente divulgación proporciona un papel recubierto que comprende un sustrato fibroso y un recubrimiento sobre el sustrato que comprende caolín que tiene un factor de conformación de al menos aproximadamente 70:1.

La presente divulgación proporciona un método para mejorar las propiedades de barrera en papel que comprende recubrir un sustrato fibroso con una composición de recubrimiento que comprende caolín que tiene un factor de conformación de al menos aproximadamente 70:1.

La presente divulgación proporciona un método de refinación de caolín, que comprende la provisión de una suspensión de caolín, la molienda por abrasión de la suspensión de caolín, la remoción de la fracción gruesa de tamaño de partícula de la suspensión por centrifugación, y la molienda por abrasión de la fracción de tamaño de partícula gruesa para proporcionar un producto de caolín que tiene un factor de conformación de al menos aproximadamente 70:1.

La presente divulgación proporciona un diluyente para pintura que comprende caolín, preparado mediante un método que comprende proporcionar una suspensión de caolín que comprende caolín crudo completo o una mezcla de fracciones enteras crudas y de tamaño de partícula gruesa de una centrífuga, moliendo por abrasión la suspensión de caolín, eliminando la fracción de tamaño de partícula gruesa de la suspensión por centrifugación y moliendo por abrasión la fracción de tamaño de partícula gruesa para proporcionar un producto de caolín que tiene un factor de conformación de al menos aproximadamente 70:1.

La presente divulgación proporciona una suspensión que comprende caolín que tiene un factor de conformación de más de 70:1 y un agente estabilizador.

Descripción detallada

La presente divulgación proporciona una composición que se utiliza en la producción de sustratos recubiertos o rellenos. La presente divulgación también proporciona los productos recubiertos o rellenos fabricados de acuerdo con la presente divulgación. Las composiciones y los productos de acuerdo con la presente divulgación utilizan caolín que tiene un alto factor de conformación para preparar un papel recubierto o relleno que presenta un brillo mejorado. "Factor de conformación" tal como se usa en el presente documento es una medida de un valor promedio (sobre una base promedio en peso) de la relación del diámetro promedio de partícula con respecto al espesor de partícula para una población de partículas de diferente tamaño y forma como se mide utilizando el método de conductividad eléctrica y el aparato descrito en la patente de los Estados Unidos No. 5.128.606. En el método de medición descrito en la patente de los Estados Unidos No. 5.128.606, la conductividad eléctrica de una suspensión acuosa totalmente dispersa de las partículas bajo prueba hace que fluyan a través de un tubo alargado. Las mediciones de la conductividad eléctrica se toman entre (a) un par de electrodos separados entre sí a lo largo del eje longitudinal del tubo, y (b) un par de electrodos separados entre sí a través del ancho transversal del tubo, y usando la diferencia entre las dos mediciones de conductividad, se determina el factor de conformación del material en partículas bajo prueba. "Hiperlamelar" se refiere a arcillas caolín hidratado con factores de conformación de más de aproximadamente 40:1. En una realización de acuerdo con la presente invención, las arcillas de caolín tienen factores de conformación de más de aproximadamente 70:1, por ejemplo más de aproximadamente 80:1, o más de aproximadamente 90:1. El factor de conformación puede ser de más de aproximadamente 100:1, por ejemplo 110:1 y superiores. En otra realización, la arcilla de caolín tiene un factor de conformación de y por encima de aproximadamente 120:1 y de y por encima de aproximadamente 140:1. Se ha encontrado que las arcillas de acuerdo con estas realizaciones de la invención muestran sorprendentemente alta dispersión de la luz en recubrimientos de papel y rellenos.

El alto factor de conformación puede lograrse moliendo arcillas caoliníticas extraídas de minas hasta que se logra el factor de conformación deseado. Se puede utilizar cualquier método de molienda reconocido en la técnica con la presente invención, incluyendo pero no limitado a, por ejemplo, molienda en húmedo usando arena o un medio cerámico. De acuerdo con una realización de la presente invención, se puede preparar el caolín por trituración fina, por ejemplo, trituración o molienda, de un caolín grueso para producir la deslaminación adecuada del mismo. La trituración puede llevarse a cabo mediante el uso de perlas o gránulos de un auxiliar de trituración o molienda, por ejemplo, nailon. Las energías de molienda apropiadas serán fácilmente evidentes y fácilmente calculadas por el experto en la materia. Pueden ser necesarias energías de molienda significativas para lograr altos factores de conformación deseables, sin embargo el caolín bruto seleccionado por su capacidad natural de formar hojas será molido hasta altos factores de conformación en un rango de energía normalmente utilizado para la fabricación de pigmentos estándar de caolín deslaminado que tienen menores factores de conformación.

El caolín crudo o un producto de alto factor de conformación obtenidos a partir de la trituración o molienda pueden ser refinados para eliminar las impurezas y mejorar las propiedades físicas usando procedimientos bien conocidos generalmente denominados como procesos de beneficio. El caolín puede ser tratado mediante un procedimiento conocido de clasificación de tamaño de partícula, tamizaje y/o centrifugación, para obtener partículas que tienen una distribución de tamaño de partícula deseada y un valor de d50 (como se discute a continuación). De acuerdo con una realización de acuerdo con la presente divulgación, las arcillas extraídas por minería se desarenan primero adecuadamente antes de someterlas a molienda para conseguir el factor de conformación deseado.

"Diámetro medio de partícula" se define como el diámetro de un círculo que tiene la misma área que la cara más grande de la partícula. El tamaño medio de partícula, el valor d50, y otras propiedades de tamaño de partícula a que se hace referencia en la presente solicitud se miden en una forma bien conocida mediante la sedimentación del material en forma de partículas en un estado totalmente dispersado en un medio acuoso utilizando una máquina SEDIGRAPH 5100 suministrada por Micromeritics Corporation. Dicha máquina proporciona mediciones y un gráfico del porcentaje acumulado en peso de partículas que tienen un tamaño, denominado en la técnica como el "diámetro esférico equivalente" (esd), menos los valores dados de esd. El tamaño medio de partícula d50 es el valor determinado de este modo del esd de las partículas al cual hay 50% en peso de las partículas, que tienen un esd menor que el valor de d50.

El valor de d50 para el caolín en forma de partículas de acuerdo con la presente invención puede estar, por ejemplo, en el intervalo de aproximadamente 0,2 |jm hasta aproximadamente 10 |jm.

Anteriormente, se creía que las partículas de caolín gruesas producían productos de pigmentos que tienen una pobre dispersión de la luz. El uso en la presente invención de la arcilla híperlamelar permite utilizar productos significativamente más gruesos con una dispersión de luz comparable o mejor. De acuerdo con una realización de la presente invención, la distribución del tamaño de partícula del caolín puede ser tal que aproximadamente el 20% o más de las partículas tienen un esd de 2 jm o menos. Un producto adecuado de acuerdo con la invención puede tener una distribución de tamaño de partícula donde aproximadamente 50% hasta aproximadamente 85% de las partículas tienen un esd de 2 jm o menos.

La pendiente de la distribución de tamaño de partícula (psd) del caolín en partículas de acuerdo con la presente invención, 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 caolín de acuerdo con la presente invención 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 relación de d30 a d70, donde d30 es el valor del esd de partícula por debajo del cual hay 30% de las partículas y d70 es el valor del esd de partícula por debajo del cual hay 70% de las partículas tal como se obtienen a partir de la medida anterior de la psd.

La presente invención describe un producto de caolín que tiene un valor de factor de conformación al menos aproximadamente 70:1 formado mediante molienda por desgaste de una fracción de caolín de tamaño de partícula grueso. El caolín 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 acción de molienda para separar con facilidad o deslaminar las pilas o cuadernillos que constan de más de una de las plaquetas en cuadernillos más pequeños o plaquetas individuales. El acto de deslaminación, partes o escinde los cristales de caolinita naturales a lo largo del plano (001) cristalográfico que es perpendicular a su "eje c". Muchos productos estándar de caolín se elaboran por molienda por abrasión de una suspensión dispersa de una mezcla con agua-desarenada-brillante beneficiada enriquecida de una fracción totalmente cruda y de tamaño de partícula gruesa de una centrífuga. Estos productos deslaminados estándar, sin embargo, pueden no mostrar suficiente deslaminación, ya que pueden contener cuadernillos que comprenden desde varias hasta muchas plaquetas de caolinita.

Por consiguiente, la presente invención describe un método para obtener un caolín que tiene un factor de conformación de aproximadamente 70:1 o superior. El método comprende: (a) proporcionar una suspensión de caolín, en donde en una realización, la suspensión comprende un caolín completamente crudo o una mezcla de caolín completamente crudo y de partículas gruesas de una centrífuga; (b) molienda por abrasión de la suspensión de caolín; (c) la remoción de una fracción de partículas de tamaño grueso de la suspensión por centrifugación; y (d) molienda por abrasión de la fracción de tamaño de partículas gruesas. Opcionalmente, se puede insertar una etapa de centrifugación antes de (b) para remover las partículas ultrafinas con el fin de mejorar la eficiencia de la molienda por abrasión.

En una realización, se produce el producto de caolín mediante la molienda por abrasión de una suspensión de arcilla cruda. El producto en bruto puede comprender, en una realización, ya sea una fracción completamente cruda o una mezcla de fracciones completamente cruda y de tamaño de partículas gruesas de una centrífuga. La suspensión de arcilla puede ser una suspensión de arcilla dispersa-desarenada-brillante beneficiada.

En una realización, la suspensión de caolín se puede obtener a partir de mineral de caolín crudo, que es generalmente caolín sedimentario viscoso que contiene micas, minerales de arcilla mezclados en capas, esmectitas, y vermiculitas o micas hidratadas. Un ejemplo de arcilla de caolín cruda comprende además óxido de potasio en una cantidad que varía de 0,10% a 3,0% en peso, y óxido de magnesio en una cantidad que varía de 0,03% a 0,5% en peso. Tal crudo puede tener un factor de conformación igual o mayor a 15, o igual o mayor a 25. El caolín crudo puede tener una distribución de tamaño de partícula de 75% en peso inferior a 2 jm .

Para formar la suspensión de caolín, se puede añadir agua a un caolín seco crudo para formar una suspensión acuosa, tal como una suspensión que contiene de 30% a 70% de caolín en base de peso en seco. Se pueden añadir productos químicos para dispersar las partículas de arcilla. La suspensión de caolín puede entonces ser desarenada para eliminar las partículas del tamaño de la arena antes de continuar el procesamiento o el transporte por tuberías hasta una planta.

Cuando la suspensión de caolín crudo comprende una mezcla de fracciones completamente crudas y de tamaño de partículas gruesas de una centrifuga, la fracción de tamaño de partícula gruesa puede tener un factor de conformación de más de 20, tal como un factor de conformación de más de 25. En otra realización, la fracción de tamaño de partícula gruesa puede tener un factor de conformación de más de 35.

Las etapas de molienda por abrasión se pueden realizar con un medio de molienda en partículas durante un tiempo suficiente para disiparse en la suspensión o energía suficiente de suspensión para impartirle a las partículas de caolín un valor de factor de conformación que varía desde aproximadamente 35 hasta aproximadamente 60 o mayor. En otra realización, la molienda por abrasión de la suspensión de caolín cruda resulta en un caolín que tiene un valor de factor de conformación de al menos aproximadamente 60.

La cantidad de energía disipada en la suspensión de arcilla de caolín puede variar desde aproximadamente 20 kWh hasta aproximadamente 100 kWh, tal como dese aproximadamente 25 hasta aproximadamente 75 kWh de energía por tonelada de caolín presente con base en el peso seco. El molino de molienda por abrasión está equipado con un agitador, que puede ser girado a una velocidad tal que se forma un vórtice en la suspensión en el molino durante la molienda.

El medio de molienda en partículas puede tener un peso específico de 2 o más. En una realización, el medio de molienda comprende granos de arena de cuarzo, o medios similares. Los granos pueden tener un diámetro de menos de 2 mm. En otra realización, los granos tienen un diámetro de más de 0,25 mm y menos de 2 mm. En aún otra realización, el medio de molienda comprende un medio de Carbolita fina (# 20-40).

Antes de la molienda por abrasión de la suspensión de caolín crudo, se puede someter la suspensión a procesos de beneficio y/o desarenado. En una realización, la suspensión de caolín crudo comprende una suspensión de arcilla dispersa-desarenada-brillante beneficiada. El desarenado es el proceso de hacer pasar una suspensión de arcilla de caolín a través de cajas de arrastre y un tamiz para remover partículas gruesas (arena) de un tamaño determinado. Por ejemplo, el tamiz puede ser un tamiz de malla 325 (US estándar) adecuado para remover las partículas mayores a 45 |jm.

Después de la molienda por abrasión de la suspensión cruda, se puede pasar la suspensión a través de una centrífuga, tal como una centrífuga decantadora de tazón sólido, para una etapa de clasificación, cuando se clasifica la arcilla hasta una distribución de tamaño de partícula tal que el 80% a 95% en peso de las partículas tienen un esd menor a 2 jm . En una realización, 85% a 92% en peso de las partículas tienen un esd menor a 2 jm . En otra realización más, 20% a 40% de las partículas tienen un esd menor a 0,25 jm . En aún otra realización, 25% a 35% de las partículas tienen un esd de menos de 0,25 jm . En aún otra realización, el peso de las partículas en la fracción más fina varía de 5% a 30% de la alimentación a la centrifuga.

Después de retirar la fracción de tamaño de partículas gruesas del producto de molienda por abrasión, es decir, la "fracción b" a través de una centrífuga, se puede diluir la fracción gruesa con agua para formar una suspensión que puede ser sometida a una etapa adicional de molienda por abrasión para producir el producto final de caolín que tiene un valor de factor de conformación de al menos 70. Este producto puede, alternativamente, ser sometido a un beneficio adicional para obtener el brillo o reología deseados a través de técnicas de procesamiento convencionales, tales como flotación, floculación selectiva, y blanqueo. Anteriormente, en algunos casos, se descartaron fracciones gruesas, ya que esta fracción de caolín era considerada a veces como demasiado gruesa para aplicaciones de recubrimiento. Por lo tanto, una ventaja de esta forma de realización se deriva del uso de la fracción gruesa, que era en algunos casos un subproducto de fabricación anteriormente no deseado, para producir un producto útil de caolín.

En una realización, la fracción de tamaño de partícula gruesa comprende caolín que tiene un factor de conformación 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 partículas finales de caolín pueden tener un tamaño medio de partícula (d50 mediante sedígrafo) que varía de aproximadamente 0,1 jm hasta aproximadamente 2,0 jm , tal como un d50 que varía desde aproximadamente 0,25 jm hasta aproximadamente 1 jm .

En otra realización, se somete la fracción de partículas gruesas de caolín a una etapa de beneficio y/o una etapa de desarenado, antes del proceso de molienda por abrasión. En otra realización, la fracción de partículas gruesas de la suspensión de caolín es sometida tanto a procesos de desarenado como de beneficio.

En una realización, la invención puede reducir ventajosamente la población de cristales de caolín que existe como pilas. El producto de caolín para uso en la invención puede tener una cobertura superior en relación con caolín estándar en aplicaciones de papel recubierto de peso ligero y de peso ultraligero, ya que la población más alta de cristales de placa individuales presentes en caolín híperlamelar proporciona un espesor de placa relativamente delgada y uniforme. En una realización, la invención proporciona un papel recubierto con caolín hiperlaminado, como se describe aquí.

La presente divulgación proporciona un diluyente para pinturas, comprendiendo el diluyente un caolín de tamaño de partícula gruesa que tiene un d50 que varía de aproximadamente 0.25 jm a aproximadamente 2.0 jm . En una realización, el diluyente de caolín tiene un factor de conformación mayor que aproximadamente 90. El diluyente se puede preparar mediante molienda por abrasión de una fracción de caolín de tamaño de partícula grueso, como se describió anteriormente.

En ciertas aplicaciones, puede desearse usar diluyentes con un equilibrio de bajo brillo y alta opacidad. Por consiguiente, en una realización, el diluyente es grueso, con un d50 que varía de 0.25 |jm a 2.0 |jm, tal como un d50 que varía de 0.5 jm a 1.5 jm . Por ejemplo, el d50 puede ser de aproximadamente 1.3 jm . En otras aplicaciones, puede no ser necesario el control del brillo y, por lo tanto, el caolín puede comprender partículas más finas con un dso que varía de 0.25 jm a 1 jm . Por ejemplo, el d50 puede ser de aproximadamente 0.6 jm .

Otra realización proporciona una pintura que comprende un diluyente que comprende un caolín de tamaño de partícula grueso que tiene un dso que varía de 0.25 jm a 2.0 jm . En una realización, el diluyente de caolín tiene un factor de conformación de al menos 70:1, o cualquier otro valor descrito aquí. En otra realización, el diluyente de caolín tiene un factor de conformación de al menos 100:1.

La presente divulgación proporciona un diluyente para pintura que comprende un caolín, preparado mediante un método que comprende proporcionar una suspensión de caolín que comprende caolín crudo completo o una mezcla de fracciones enteras crudas y de tamaño de partícula gruesa de una centrífuga, moliendo por abrasión la suspensión de caolín, eliminando la fracción de tamaño de partícula gruesa de la suspensión por centrifugación y moliendo por abrasión la fracción de tamaño de partícula gruesa para proporcionar un producto de caolín que tiene un factor de conformación de al menos aproximadamente 70:1, o cualquiera de los factores de conformación descritos en este documento.

La presente invención describe el uso de la arcilla híperlamelar para el relleno, por ejemplo, un producto de papel o cartón, tal como un producto relleno de papel de revista supercalandrado. En una realización, el producto de papel o cartón se rellena con un caolín que tiene un valor de factor de conformación de al menos aproximadamente 70:

La divulgación proporciona un método para fabricar un recubrimiento de papel mate, que comprende: (a) moler por abración una suspensión de caolín crudo que comprende una mezcla de fracciones gruesas de una centrífuga que se ha sometido a abrasión a 80% más fino que 5 jm ; (b) eliminar la fracción de tamaño de partícula gruesa de la suspensión mediante centrifugación; y (c) moler por abrasión la fracción de tamaño de partícula gruesa para proporcionar caolín que tiene un factor de conformación de al menos 70:1.

La divulgación proporciona un método para producir un producto de pigmento que comprende:

(a) la mezcla de una arcilla de caolín en bruto o parcialmente procesada con agua para formar una suspensión acuosa; (b) molienda por abrasión de la suspensión producida por la etapa (a) mediante el uso de un medio de molienda en partículas por un proceso en el que el factor de conformación promedio de la arcilla de caolín aumenta en al menos 10, preferiblemente al menos 20;

(c) separar la suspensión de arcilla de caolín molida del medio de molienda en partículas; y

(d) deshidratación de la suspensión de la arcilla de caolín molida separada en la etapa (c) para recuperar un pigmento caolín de la misma.

En la etapa (a) del método, la arcilla de caolín se puede formar a partir de 20% a 70%, por lo general de 20% a 45% de la suspensión tratada. La arcilla de caolín puede comprender una arcilla de caolín sedimentaria, tal como una arcilla de caolín sedimentaria de Georgia, EE.UU.. La arcilla de caolín en bruto puede tener una psd tal que no más de aproximadamente 40% en peso comprende partículas que tienen un esd mayor a 10 jm y no más de 50% en peso, por ejemplo, desde aproximadamente 20% hasta aproximadamente 40% en peso, que comprende partículas que tienen un esd menor a 2 jm . El factor de conformación de la arcilla de caolín 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 conformación 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 conformación de menos de 15 hasta un valor de factor de conformación mayor a 55.

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

La arcilla de caolín empleada en la etapa (a) puede ser un componente grueso obtenido a partir de la clasificación, por ejemplo, utilizando una centrífuga, una arcilla sedimentaria de caolín estándar en bloques, tal como una arcilla de caolín que tiene un factor de conformación de 5 a 10. El componente grueso puede tener no más de 50% en peso de partículas que tienen un esd menor a 2 jm y no más de 10% en peso que tiene un esd menor a 0,25 jm .

La psd de la arcilla de caolín se puede ajustar mediante la mezcla de 99 a 50 partes en peso de la arcilla de caolín con de 1 a 50 partes en peso, por ejemplo de 10 a 30 partes en peso, de un componente de caolín fino en hojas, por ejemplo, que tiene un factor de conformación de al menos 15, tal como de 15 a 40 y cuyo porcentajes en peso de partículas menores a 2 jm y 0,25 jm son, respectivamente, al menos 85% en peso y al menos 20% en peso. El componente de caolín en forma de placas bien puede ser un derivado de caolín, ya sea un depósito primario o sedimentario. El componente de caolín en forma de placas puede ser añadido al caolín u obtenido del componente grueso antes de o después de la etapa de molienda (b). La adición 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 suspensión acuosa.

Un producto de caolín resultante preparado mezclando en la forma descrita puede mejorar las características del caolín, tales como las características de reología y deshidratación de una suspensión acuosa resultante, y puede proporcionar una mejor alineación de maquinabilidad y alineación de las partículas cuando se utiliza el caolín en una composición de recubrimiento.

La arcilla de caolín puede ser sometida a una o más etapas de purificación conocidas para eliminar las impurezas indeseables, por ejemplo, entre las etapas (a) y (b) o entre las etapas (c) y (d). Por ejemplo, la suspensión acuosa de arcilla de caolín puede ser sometida a una operación de tratamiento de flotación con espuma para eliminar las impurezas que contienen titanio en la espuma. Alternativamente, o además, puede hacerse pasar la suspensión a través de un separador magnético de alta intensidad para eliminar impurezas que contienen hierro.

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

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 deslaminación de la arcilla de caolín y una segunda etapa (b2) en el que se produce la trituración de las plaquetas de la arcilla de caolín.

Se puede realizar una etapa de trituración suave (b1), tal como la molienda a través de un medio de molienda en partículas con el fin de romper las partículas de material compuesto, que están presentes en la arcilla de caolín en bruto. Tales partículas de material compuesto comprenden generalmente pilas o bloques coherentes de partículas en forma de placas hexagonales individuales, especialmente cuando la arcilla de caolín es de un depósito sedimentario. Cuando se somete la arcilla de caolín a una trituración relativamente suave, por ejemplo, mediante molienda en la etapa (b1), se puede romper muchas de las partículas compuestas para producir placas individuales delgadas, sustancialmente hexagonales, es decir, deslaminación, dando como resultado un aumento del factor de conformación promedio de la arcilla de caolín. Por ejemplo, este proceso puede aumentar el factor de conformación de la arcilla de caolín desde un factor de conformación de partida de aproximadamente 5 a 10 hasta un aumento del factor de conformación de al menos aproximadamente 50 a 55. Por "molienda relativamente suave" se entiende una molienda en un molino de molienda por abrasión con un medio de molienda en partículas, siendo agitado el contenido del molino de molienda por abrasión por medio de un impulsor que gira a una velocidad que es insuficiente para establecer un vórtice en la suspensión, tal como a una velocidad periférica inferior a aproximadamente 10 m.s-1 y en el que la cantidad de energía disipada en la suspensión durante la molienda es menor a aproximadamente 75 kWh, tal como menos de aproximadamente 55 kWh por tonelada de arcilla de caolín en una base en peso seco. El medio de molienda en partículas puede ser de un peso específico relativamente grande, por ejemplo 2 o más, y puede, por ejemplo, comprender granos de arena de sílice, teniendo los granos generalmente diámetros 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 abrasión, que está equipado con un agitador que puede ser girado a una velocidad tal que se forma un vórtice en la suspensión en el molino durante la molienda. El medio de molienda en partículas puede tener un peso específico de 2 o más, y puede comprender, por ejemplo, granos de arena de sílice donde los granos pueden tener diámetros no mayores de aproximadamente 2 mm y no menores a aproximadamente 0,25 mm. Si la etapa (b2) es precedida por una trituración relativamente suave en la etapa (b1), la cantidad de energía disipada en la suspensión de arcilla de caolín en la etapa (b2) puede estar en el intervalo de aproximadamente 40 kWh hasta aproximadamente 120 kWh por tonelada seca de arcilla de caolín. Si se omite la etapa de trituración relativamente suave (b1), la cantidad de energía disipada en la suspensión de arcilla de caolín en la etapa (b) puede estar en el intervalo de aproximadamente 100 kWh hasta aproximadamente 250 kWh por tonelada seca de arcilla de caolín.

En la etapa (c), la suspensión de arcilla de caolín molida se puede separar del medio de molienda en partículas en cualquier forma conocida en la técnica, tal como haciendo pasar la suspensión a través de un tamiz con un tamaño de abertura apropiada, por ejemplo un tamiz que tiene tamaños de abertura nominales en el intervalo de aproximadamente 0,1 mm hasta aproximadamente 0,25 mm.

Después de la etapa (c) o la etapa (d) la arcilla de caolín puede ser tratada adicionalmente para mejorar una o más de sus propiedades. Por ejemplo, se puede aplicar un laboreo líquido de alta energía, tal como mediante el uso de un mezclador de alta velocidad, al producto en forma de suspensión, por ejemplo, antes de la etapa (d) o después de la etapa (d) y dispersar nuevamente posteriormente en un medio acuoso, por ejemplo, durante producción descendente de una composición de recubrimiento.

En la etapa (d), la suspensión de caolín molida puede ser deshidratada en una de las formas bien conocidas en la técnica, por ejemplo, filtración, centrifugación, evaporación y similares. En una realización, la deshidratación puede realizarse a través 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 caolín y se puede convertir en una suspensión fluida, que puede ser transportada y vendida en esta forma. Alternativamente, la arcilla de caolín se puede secar térmicamente, por ejemplo mediante la introducción de la suspensión fluida de la arcilla de caolín en un secador por aspersión y se transporta en una forma sustancialmente seca.

Un componente caolín 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 aún añadido antes de la etapa (d).

En una realización, el producto de pigmento puede tener un área superficial específica, como la medida por el BET, método N2 de al menos 12 m2.g-1, preferiblemente de 15 m2.g-1 a 20 m2.g-1.

En una realización, el producto de pigmento producido en este aspecto de la divulgación puede usarse en el recubrimiento de papel. La composición de recubrimiento puede usarse para producir recubrimientos de lustre sobre papel y otros sustratos, cuya composición comprende una suspensión acuosa de un pigmento en partículas junto con un adhesivo o aglutinante hidrófilo.

El contenido de sólidos de la composición de recubrimiento de papel puede ser superior al 60% en peso, tal como un contenido de sólidos de al menos el 70%, o incluso lo más alto posible, pero aún dando una composición fluida adecuada que puede usarse en el recubrimiento. La composición puede incluir un agente dispersante, por ejemplo hasta 2% en peso de un polielectrolito con base en el peso seco del pigmento presente, o cualquier otro agente dispersante conocido en la técnica, tal como los descritos en este documento. El producto de pigmento para uso en la invención puede usarse como el único pigmento en una composición de recubrimiento de papel, o puede usarse junto con uno o más pigmentos conocidos, tales como, por ejemplo, caolín (disponible comercialmente), caolín calcinado, carbonato de calcio natural o precipitado, dióxido de titanio, sulfato de calcio, blanco satinado, talco y el llamado 'pigmento plástico'. En una realización, cuando se usa una mezcla de pigmentos, el producto de pigmento para uso en la invención está presente en la mezcla en una cantidad de al menos 80% del peso seco total de los pigmentos mezclados.

El aglutinante de la composición puede comprender un adhesivo derivado del almidón natural obtenido de una fuente vegetal conocida como se describe en el presente documento, aunque no es esencial usar almidón como ingrediente aglutinante. Otros aglutinantes, que pueden usarse con o sin almidón también se describen en el presente documento.

Cuando el almidón se emplea como ingrediente aglutinante, el almidón puede ser almidón sin modificar o crudo, o puede modificarse mediante uno o más tratamientos químicos conocidos en la técnica. El almidón puede, por ejemplo, oxidarse para convertir algunos de sus grupos -CH2OH en grupos -COOH. En algunos casos, el almidón puede tener una pequeña proporción de grupos acetilo, -COCH3. Alternativamente, el almidón puede tratarse químicamente para volverlo catiónico o anfotérico, es decir, tanto con cargas catiónicas como aniónicas. El almidón también se puede convertir en un éter de almidón o almidón hidroxialquilado reemplazando algunos grupos -OH con, por ejemplo, grupos -OCH2CH2OH, grupos -OCH2CH3 o grupos -OCH2CH2CH2OH. Una clase adicional de almidones tratados químicamente que pueden usarse es el conocido como los fosfatos de almidón. Alternativamente, el almidón crudo puede hidrolizarse por medio de un ácido diluido o una enzima para producir una goma del tipo de dextrina.

El aglutinante de almidón usado en la composición para uso en la invención puede estar presente en una cantidad que varía del 4% al 25% en peso, con base en el peso seco del pigmento. El aglutinante de almidón se puede usar junto con uno o más aglutinantes, por ejemplo aglutinantes sintéticos del tipo látex o acetato de polivinilo o alcohol polivinílico. Cuando el aglutinante de almidón se usa junto con otro aglutinante, por ejemplo un aglutinante sintético, la cantidad del aglutinante de almidón puede estar presente en una cantidad que varía del 2% al 20% en peso, y la cantidad del aglutinante sintético puede estar presente en una cantidad que varía del 2% al 12% en peso, ambos con base en el peso del pigmento seco. En una realización, al menos el 50% en peso de la mezcla aglutinante comprende almidón modificado o no modificado.

La presente divulgación proporciona un método para formar un papel recubierto, que comprende aplicar la composición de caolín para recubrir una hoja de papel y calandrar el papel para formar un recubrimiento de lustre sobre el mismo. En una realización, el recubrimiento de lustre se forma en ambos lados del papel.

La presente divulgación proporciona un método para hacer un papel recubierto que comprende, recubrir un sustrato fibroso con una composición de recubrimiento de papel que comprende un relleno que comprende caolín que tiene un factor de conformación de al menos aproximadamente 70:1, o cualquiera de los factores de conformación descritos aquí .

La presente divulgación proporciona un papel recubierto que comprende un sustrato fibroso y un recubrimiento sobre el sustrato que comprende caolín que tiene un factor de conformación de al menos aproximadamente 70:1, o cualquiera de los factores de conformación descritos aquí.

La presente divulgación proporciona un método de fabricación de un papel relleno que comprende proporcionar un sustrato fibroso y la adición al caolín del sustrato que tiene un factor de conformación de al menos aproximadamente 70:1, o cualquiera de los factores de configuración 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 sujeción de la calandria o rodillos, una o más veces. Por lo general, se emplean rodillos recubiertos de elastómero para producir un prensado de composiciones de alto contenido de sólidos. Se puede aplicar una temperatura elevada. Se pueden aplicar cinco o más pasadas a través de los puntos de sujeción.

El papel después del recubrimiento y calandrado en este método 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 además de 35 g.m-2 a 48 g.m-2. El recubrimiento final puede tener un peso por unidad de área 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 presión de 1 MPa de cada recubrimiento de papel puede ser inferior a 1 |jm.

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 ángulo de la superficie del papel y se compara con un estándar de valor de brillo conocido. Los haces de luz incidente y reflejada son ambos en un ángulo de 75° respecto a la normal a la superficie del papel. Los resultados se expresan en unidades de brillo TAPPI. En una realización, el brillo del producto de pigmento puede ser mayor a 50, en algunos casos mayores a 55, unidades TAPPI.

La prueba Parker Print Surf proporciona una medida del alisado de una superficie de papel, y comprende la medición de la velocidad a la que el aire bajo presión se escapa de una muestra del papel recubierto que se sujeta, bajo una fuerza estándar conocida, entre una placa superior que incorpora una salida para el aire comprimido y una placa inferior, donde la superficie superior está 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 raíz cúbica media del intervalo en micras entre la superficie del papel y el material de referencia. Un valor más pequeño 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 composición de recubrimiento comprende almidón. Sin embargo, también se obtiene una mejora cuando se emplean otros aglutinantes conocidos exentos de almidón (con o sin almidón 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 sólidos de la composición. La cantidad empleada dependerá de la composición y el tipo de adhesivo, que puede por sí mismo incorporar uno o más ingredientes.

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

Los recubrimientos de papel y rellenos de papel de acuerdo con la presente divulgación incluyen, además del caolín como se describió anteriormente, los materiales utilizados generalmente en la producción de recubrimientos de papel y rellenos de papel. Específicamente, las composiciones incluirán un aglutinante y un pigmento, típicamente TiO2. Los rellenos y recubrimientos de acuerdo con la presente divulgación pueden incluir opcionalmente otros aditivos, incluyendo, pero no limitado a, dispersantes, agentes de entrecruzamiento, auxiliares de retención 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 abrasión o mejoramiento de la fricción en seco o en húmedo, aditivos para mejorar la recogida en seco o en húmedo, agentes abrillantadores ópticos o agentes blanqueadores fluorescentes, tintes, biocidas, auxiliares de nivelación, 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 técnica en la presente invención. Los ejemplos de aglutinantes incluyen, pero no se limitan a, adhesivos derivados del almidón natural obtenidos de una fuente vegetal conocida, por ejemplo, trigo, maíz, patata o tapioca; aglutinantes sintéticos, incluyendo estireno-butadieno, látex acrílico, látex de acetato de vinilo, o estireno acrílico; caseína; alcohol polivinílico; acetato de polivinilo; o mezclas de los mismos.

Los recubrimientos de papel tienen niveles muy diferentes de aglutinantes, dependiendo del tipo de impresión que se va a usar con el producto de papel recubierto. Los niveles de aglutinante apropiados con base en el producto final deseado serán fácilmente evidentes para el técnico experto. Los niveles apropiados de aglutinante se controlan para permitir que las superficies reciban la tinta sin roturas. Los niveles de aglutinante de látex para recubrimientos de papel generalmente varían desde aproximadamente 3% hasta aproximadamente 30%. En una forma de realización de acuerdo con la presente invención, el aglutinante está presente en el recubrimiento en una cantidad de aproximadamente 3% hasta aproximadamente 10%. En otra realización de acuerdo con la presente invención, el aglutinante está presente en el recubrimiento en una cantidad que varía desde aproximadamente 10% hasta aproximadamente 30% en peso.

La presente divulgación proporciona un método para hacer un recubrimiento de barrera a partir de una fracción gruesa de caolín que tiene las propiedades descritas en el presente documento. Los recubrimientos de barrera son útiles para impartir al papel resistencia a la humedad, vapor de humedad, grasa, aceite, aire, etc.

Cuando se hacen recubrimientos de barrera, la cantidad de aglutinante en la formulación puede ser muy alta del orden del 40% al 50%. El aglutinante combinado con las placas más planas posibles da como resultado un recubrimiento, que exhibe excelentes propiedades de barrera.

La presente divulgación proporciona una composición de recubrimiento de barrera, que comprende una suspensión que comprende caolín que tiene un factor de conformación de al menos aproximadamente 70:1, o cualquiera de los factores de conformación descritos aquí. El contenido de sólidos de la suspensión puede variar de aproximadamente 45% a aproximadamente 70%.

La presente invención proporciona un método para mejorar las propiedades de barrera en un papel que comprende recubrir un sustrato fibroso con una composición de recubrimiento de papel que comprende un caolín que tiene un factor de conformación de al menos aproximadamente 70:1, o cualquiera de los factores de conformación descritos en este documento.

La presente descripción proporciona un relleno que comprende un caolín que tiene un factor de conformación de al menos aproximadamente 70:1, o cualquiera de los factores de conformación descritos en este documento.

La presente divulgación proporciona una suspensión que comprende un caolín que tiene un factor de conformación superior a 70:1 y un agente estabilizante. En una realización, el caolín puede tener un factor de conformación de al menos aproximadamente 80:1, o cualquiera de los factores de conformación descritos en este documento.

Se conocen muchos agentes estabilizantes en la técnica para tales suspensiones. En una realización, el agente estabilizante comprende carboximetilcelulosa. En otra realización, el agente de estabilización puede comprender una arcilla de esmectita. En aún otra realización, el agente estabilizante puede comprender bentonita. En aún otra realización, el agente estabilizante puede comprender hectorita.

En una realización, el agente estabilizante está presente en la suspensión en una cantidad que varía desde aproximadamente 4 libras tonelada de caolín seco (1,8 kg por tonelada seca) hasta aproximadamente 10 libras por tonelada de caolín seco (4,5 kg por tonelada seca).

En una realización, la suspensión tiene un contenido de sólidos de más de aproximadamente 45%, tal como un contenido de sólidos que varía desde aproximadamente 50% hasta aproximadamente 60%.

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 serán fácilmente evidentes para el experto en la materia. El dispersante puede ser elegido a partir de polielectrolitos tales como poliacrilatos y copolímeros que contienen especies de poliacrilato, especialmente sales de poliacrilato (tales como sodio y aluminio, opcionalmente, con una sal metálica del grupo II), hexametafosfatos de sodio, poliol no iónico, ácido polifosfórico, fosfato de sodio condensado, surfactantes no iónicos, alcanolamina y otros reactivos usados comúnmente para esta función.

El caolín de acuerdo con la presente divulgación se puede usar como el único pigmento en los recubrimientos de papel y rellenos de papel de la presente divulgación. Alternativamente, el caolín híperlamelar descrito anteriormente se puede combinar con otro pigmento. Los pigmentos adicionales para uso en la composición de acuerdo con la presente divulgación pueden seleccionarse a partir de cualquier pigmento reconocido en la técnica. Los pigmentos se pueden seleccionar de otro caolín, caolín calcinado, carbonato de calcio natural o precipitado, dióxido de titanio, sulfato de calcio, blanco satín, talco u otros pigmentos plásticos. De acuerdo con una realización de la presente divulgación, un pigmento puede ser TiO2. En las composiciones de ejemplo de acuerdo con la presente divulgación, TiO2 está presente en una cantidad que varía de 0 a 30 partes, por ejemplo de 5-20 partes o de 10-20 partes.

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

Si se usa un agente auxiliar de retención de agua en la composición de recubrimiento o de relleno para su uso con la presente divulgación, generalmente están presentes agentes de retención de agua hasta en un 2% en peso. Se puede usar cualquiera agente reconocido de retención de agua. Los agentes auxiliares de retención de agua apropiados incluyen, pero no se limitan a, carboximetilcelulosa de sodio, hidroxietilcelulosa, PVA (acetato de polivinilo), almidones, proteínas, 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 composición de recubrimiento o de relleno de la presente divulgación, por lo general está presente en niveles de hasta 2% en peso. Se puede usar cualquier espesante o modificador de la viscosidad reconocido en la técnica. Los modificadores de la viscosidad o espesantes adecuados incluyen, pero no se limitan a, poliacrilatos, copolímeros en emulsión, dicianamida, trioles, éter de polioxietileno, urea, aceite de ricino sulfatado, polivinilpirrolidona, montmorillonita, CMC (carboximetil celulosas), alginato de sodio, goma de xantano, silicato de sodio, copolímeros de ácido acrílico, HMC (hidroximetil celulosas), HEC (hidroxietil celulosas) y mezclas de los mismos.

Si se usa un auxiliar de lubricidad/calandria en la composición de recubrimiento o de relleno de la presente divulgación, por lo general está presente en niveles de hasta 2% en peso. Se puede usar cualquier auxiliar de lubricidad o calandrado reconocido en la técnica.

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, dímeros de alquil ceteno, glicoles y mezclas de los mismos.

Si se usa un antiespumante o desespumante en la composición de recubrimiento o de relleno de la presente divulgación, generalmente está presente en niveles de hasta 1% en peso. Se puede usar cualquier antiespumante reconocido en la técnica. Los auxiliares antiespumantes apropiados incluyen, pero no se limitan a, mezclas de surfactantes, fosfato de tributilo, ésteres de polioxietileno graso, más alcoholes grasos, jabones de ácidos grasos, emulsiones de silicona y otras composiciones que contienen silicona, ceras y partículas inorgánicas en aceite mineral, mezclas de hidrocarburos emulsionados y otros compuestos vendidos comercialmente para llevar a cabo esta función.

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

Si se utilizan aditivos mejoradores de fricción y de resistencia a la abrasión en seco o en húmedo en la composición de recubrimiento o relleno de la presente divulgación, generalmente están presentes en niveles de hasta 2% en peso. Se puede usar cualquier aditivo de mejora a la fricción en seco o en húmedo y de resistencia a la abrasión reconocido en la técnica. Los aditivos apropiados de mejora a la fricción y de resistencia a la abrasión en seco o en húmedo incluyen, pero no se limitan a, resinas a base de glioxal, polietilenos oxidados, resinas de melamina, formaldehído de urea, formaldehído de melamina, cera de polietileno, estearato de calcio y mezclas de los mismos.

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

Si se utilizan agentes abrillantadores ópticos (OBA) y agentes de blanqueamiento fluorescentes (FWA) en la composición de recubrimiento o relleno de la presente divulgación, están presentes generalmente en niveles de hasta 1% en peso. Se puede usar cualquier agente abrillantador óptico (OBA) y agentes de blanqueamiento fluorescentes (FWA) reconocidos en la técnica. Los agentes abrillantadores ópticos (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 composición de recubrimiento o de relleno de la presente divulgación, por lo general está presente en niveles de hasta 0,5% en peso. Se puede usar cualquier colorante reconocido en la técnica.

Si se usa un agente biocida/de control del deterioro en la composición de recubrimiento o relleno de la presente divulgación, por lo general está presente en niveles de hasta 1% en peso. Se puede usar cualquier agente biocida/de deterioro reconocido en la técnica. 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 función, tal como la gama de polímeros biocidas vendidos por Calgon Corporation.

Si se utiliza un auxiliar de nivelación en la composición de recubrimiento o de relleno de la presente divulgación, generalmente está presente en niveles de hasta 2% en peso. Se puede usar cualquier auxiliar de nivelación reconocido en la técnica. Los auxiliares de nivelación apropiados incluyen, pero no se limitan a, poliol no iónico, emulsiones de polietileno, ácidos grasos, ésteres y derivados de alcohol, estearato de calcio y otros compuestos vendidos comercialmente para esta función.

Si se usa un aditivo de resistencia a aceite y grasa en la composición de recubrimiento o de relleno de la presente divulgación, por lo general está 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, látex, SMA (estireno anhídrido maleico), de poliamida, ceras, alginato, proteínas, CMC, HMC y mezclas de los mismos.

Si un aditivo de resistencia al agua se utiliza en la composición de recubrimiento o de relleno de la presente divulgación, por lo general está 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, látex aniónico de resina de cetona, poliuretano, SMA, glioxal, resina de melamina, formaldehído de urea, formaldehído de melamina, poliamida, glioxales, estearatos y otros materiales disponibles en el mercado para esta función.

Si se usa un insolubilizante en la composición de recubrimiento o de relleno de la presente divulgación, por lo general está presente en niveles de hasta 2% en peso. Se puede usar cualquier insolubilizante reconocido en la técnica.

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

La presente invención se puede utilizar en la producción de todos los grados de papel, desde papel recubierto ultra ligero hasta cartón recubierto o relleno.

Un papel ligero recubierto, o LWC, está 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 área del papel recubierto está 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, catálogos y material promocional. Se requiere que el papel recubierto reúna ciertos estándares 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 |jm.

El papel recubierto ultra ligero, o ULWC, es algunas veces conocido como un papel recubierto liviano ligero, o LLWC, y se utiliza para catálogos y material publicitario y promocional enviado a través del correo para reducir los costos de envío. El peso del recubrimiento está 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 área del papel recubierto está generalmente en el intervalo desde aproximadamente 25 g.m-2 hasta aproximadamente 48 g.m-2.

Los métodos de recubrimiento de papel y otros materiales laminados están ampliamente publicados y son bien conocidos. Véase, por ejemplo, Pulp and Paper International, mayo de 1994, página 18, y siguientes. Se pueden recubrir las hojas en la máquina formadora de hojas, es decir, "en la máquina" o se pueden recubrir en una máquina de recubrimiento, es decir, "fuera de la máquina. Se puede utilizar cualquier método de recubrimiento reconocido en la técnica para producir la hoja recubierta de acuerdo con con la presente invención. De acuerdo con una realización se aplica el recubrimiento al material en hojas mediante un aplicador, y un dispositivo medidor garantiza que se aplique el nivel adecuado de composición de recubrimiento. Cuando se aplica un exceso de composición de recubrimiento por parte del aplicador, el dispositivo de dosificación se encuentra más adelante del aplicador. Alternativamente, se puede aplicar la cantidad correcta de composición de recubrimiento al aplicador por medio del dispositivo de medición, tal como una prensa de película. Mientras se recubre la hoja esta puede ser soportada por rodillos de respaldo o puede ser sometida únicamente a tensión.

Los ejemplos de recubridores conocidos que se pueden usar con la presente invención, incluyen, pero no se limitan a, recubridores de cuchilla de aire, recubridores de hoja, recubridores de biela, recubridores de barra, recubridores de cabezales múltiples, recubridores de rodillo, recubridores de rodillo / cuchilla, recubridores de caja, sistemas de aplicación de líquidos, recubridores de rodillo inverso, recubridores de extrusión, y recubridores de cortina.

La presente invención se puede utilizar en la producción de papel recubierto para impresión. Se puede utilizar cualquier método de impresión reconocido en la técnica con el papel recubierto de acuerdo con la presente invención. Las técnicas de impresión apropiadas serán fácilmente evidentes para el experto en la materia. Las técnicas de impresión para uso de acuerdo con la presente invención incluyen, pero no se limitan a, huecograbado, impresión offset, o impresión flexográfica. El huecograbado implica el uso de un cilindro grabado o estampado como portador de la imagen. Las áreas de la imagen están grabadas o estampadas por debajo de las áreas 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 impresión, se transfiere la tinta formando la imagen. La impresión offset es un método de impresión 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 impresión entintada con una hoja de presión.

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

Ejemplos

Ejemplo 1

Este ejemplo ilustra un método de refinación de caolín para producir un caolín con factor de alta configuración, es decir, mayor que o igual a 70, ya sea como un caolín seco o una suspensión de caolín que se estabiliza mediante la adición de agua adicional y carboximetil celulosa (un espesante). Una "suspensión estabilizada" se refiere a una suspensión donde el caolín no se precipita de la solución apreciablemente con el tiempo. Se esperaría que la adición de agua adicional proporcionara una suspensión menos estabilizada. Mediante la inclusión de un espesante de CMC (carboximetilcelulosa), se forma una suspensión estabilizada mientras disminuye los sólidos de la suspensión. El proceso de estabilización se realiza de la siguiente forma:

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

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

3. Se añade biocida para evitar la interacción bacteriana con el CMC.

La Figura 1 es un diagrama de flujo que describe el proceso de proporcionar un caolín con alto factor de conformación. Se sumerge un caolín crudo grueso de Georgia se desarena, y se somete a separación magnética. Después de una primera etapa de molienda por abrasión con arena, se clasifica el producto para separar la fracción gruesa de los finos. Se somete la fracción gruesa a una segunda etapa de molienda por abrasión, seguido por una lixiviación y filtración. Se puede preparar un caolín seco mediante secado en una secadora por atomización, mientras se puede preparar una suspensión de caolín, como una suspensión que comprende además CMC, biocida y un dispersante.

Ejemplo 2

La Figura 2 es un diagrama de flujo que esboza un procedimiento para la preparación de un caolín de alto factor de conformación. Se somete un caolín crudo de Georgia a etapas de inmersión y desarenado, seguido por separación magnética y una primera etapa de molienda por abrasión. Luego se clasifica el producto cuando la fracción gruesa se somete a una segunda etapa de molienda por abrasión, seguido por otra clasificación para obtener un producto donde 70% de las partículas tienen un esd menor a 2 |jm. Este producto es luego lixiviado y se filtrado, seguido por la formación ya sea de un producto de caolín seco o una suspensión.

Ejemplo 3

Este ejemplo proporciona otro proceso en donde se vuelve a sumergir y desarenar el caolín crudo de Georgia, como se ilustra en el diagrama de flujo de la Figura 3. Después de floculación selectiva, se somete el caolín a separación magnética. Se añade luego una fracción gruesa de una centrífuga de clasificación por tamaño al caolín antes de una primera etapa de molienda por abrasión. Después de una clasificación por tamaño, se somete la fracción gruesa a una segunda etapa de molienda por abrasión, seguido por lixiviación y filtración para producir un producto de alto factor de conformación.

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 fracción gruesa de caolín preparada de acuerdo con el método del Ejemplo 1, donde el recubrimiento de barrera comprende un caolín que tiene un factor de conformación de al menos aproximadamente 90:1. Se obtienen 5 galones (19 Litros) de la fracción de caolín híperlamelar de la fracción híperlamelar gruesa de caolín de acuerdo con una de las realizaciones previamente descritas de la invención. Se ajusta la suspensión para tener un contenido de sólidos de 35%. Se añaden 1 lb/ton (0,5 kg/ton) de C-211, y se puede añadir más si fuera necesario. Se somete el lote a desarenado para aumentar el porcentaje de partículas que tienen un tamaño de menos de 2 |jm en un 24% a 26%. Se usaron 3600 mL de arena y 1800 mL de combinación de arcillas. En la suspensión final, al menos 55% de los sólidos tenían un tamaño menor a 2 micras.

Se tamizó la suspensión en un tamiz de malla 325 y se floculó a pH = 3 con ácido sulfúrico. Después de la filtración, se volvió 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 atomización y se añade nuevamente a la funda para elaborar una suspensión con un contenido de sólidos de 58% al 60%, pero la suspensión puede tener un contenido de sólidos opcionalmente tan bajo como del 50% o incluso del 45%. La tabla a continuación proporciona los valores de distribución por tamaño y el factor de conformación del producto final.

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

Los recubrimientos de barrera fueron aplicados a una hoja base libre de madera 60 g / m2 con un recubridor cilíndrico de laboratorio. Los recubrimientos contenían caolín, carbonato de calcio, látex, estearato de calcio, y un modificador de viscosidad. Las propiedades físicas de los caolines se pueden encontrar en la tabla anterior. Los 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 métodos de ensayo, los valores más altos utilizando el kit de 3M son superiores, mientras que los valores más 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 fluoroquímicos. Las pruebas involucran la exposición 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 proporción del disolvente.

La prueba OGR involucra la exposición de las muestras de papel recubiertas a un aceite adecuado o compuesto que contiene aceite durante un período de tiempo establecido. La cantidad de aceite que se filtra a través 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 más bajos. Los valores de OGR de 3 y menores denotan productos totalmente satisfactorios.

Como se observa a partir de la tabla anterior, la muestra de acuerdo con la presente invención proporciona barreras más fuertes cuando se compara con caolines del estado del arte. Estos resultados pueden atribuirse al alto factor de conformación y gran diámetro de la placa asociados con los caolines de la presente invención.

Ejemplo 5

El ejemplo 5 ilustra la utilidad de las composiciones de caolín de la invención como un componente de un recubrimiento de papel. Las formulaciones de recubrimiento de papel fueron elaboradas con base en 100 partes de pigmento con 14 partes de aglomerante de látex Dow 692, 4 partes de aglutinante de proteína PROCOTE, se añadieron 1,1 partes de dispersante de poliacrilato DISPEX, TiO2 y caolín como se indica en la tabla a continuación.

Las propiedades de caolín se exponen en la Tabla siguiente:

Las formulaciones se retiraron con varillas bobinadas en un aceite base. El sustrato fibroso se recubrió a un peso de recubrimiento de 15 gsm. Los recubrimientos se secaron al aire y se midieron el brillo y el lustre utilizando métodos estándar TAPPI. Los resultados se exponen en la Tabla siguiente.

Las muestras de acuerdo con la presente invención exhiben un brillo mejorado con niveles aceptados de TiO2 y un brillo comparable con niveles de TiO2 inferiores. Véase la figura 5, que representa los resultados de brillo indicados anteriormente como una función del contenido de TiO2. El papel recubierto de acuerdo con la presente invención produce alto brillo incluso con TiO2, significativamente por encima del brillo de la hoja revestida.

Por lo tanto, las composiciones de caolín de la invención son útiles en aplicaciones en las que se requiere una opacidad alta, se requiere brillo o dispersión, tal como en aplicaciones de recubrimiento de tablero marrón y pueden servir para reducir la cantidad de TiO2 requerido en el mismo. Además, aunque el presente ejemplo ilustra la utilidad del caolín de la invención como un recubrimiento de papel, la composición también podría utilizarse para recubrir otras sustancias en el que se necesita un recubrimiento de alto brillo o recubrimiento de opacidad.

Ejemplo 6

Para probar la utilidad de los caolines de la invención como un relleno (no de la invención), se prepararon hojas de prueba a partir de un papel Kraft natural que no ha sufrido no refinación. Si bien el presente ejemplo se refiere al uso como un relleno de papel, se anticipa que los caolines de la invención también podrían ser útiles como un relleno de alta opacidad para plásticos y materiales similares.

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

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 través de Imerys, Inc.) y dos conjuntos de muestras usando la composición identificada como Caolín 2 de la invención en el Ejemplo 5 anterior. El ASTRAPLATE y la muestra 2 de la invención incluían 2 libras por tonelada (0,9 kg/ton) de un agente auxiliar de retención disponible comercialmente de una especie que sería fácilmente obtenible por alguien normalmente capacitado en la técnica.

Ejemplo 7

Se elaboró papel relleno (no de la invención) usando una madera dura blanqueada, mezcla de madera blanda batida a un grado de refinamiento estándar Canadiense 400 (CSF), un agente auxiliar de retención, y Caolín 2 de la invención del Ejemplo 5. El pH se mantuvo en 5,0. Se elaborar hojas de prueba y se dejaron secar al aire. Se midieron una serie de propiedades.

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

Ejemplo 8

En este ejemplo, se sometieron una serie de fracciones gruesas, es decir, arcillas "fracción b" a molienda por abrasión para determinar qué arcillas dan como resultado diluyentes del factor alto de configuración mientras se retiene el tamaño de partícula. Se evaluaron las propiedades de los materiales resultantes para determinar qué materiales proporcionan una alta opacidad y brillo bajo en una formulación de pintura de alto PVC.

Experimentos de molienda con Carbolita con finos ((20-40 lb) (9.1-18.1 kg)): Se llevaron a cabo moliendas con medio Carbolita en cuatro materiales: (1) Caolín 3 de la invención, (véase la columna 0), que tiene un carácter laminar grueso; (2) Caolín 4 de la invención de una centrifugadora Bird, que tiene una carácter laminar grueso (véase la columna 0); (3) una arcilla de alimentación de Georgia (DBK 110 Contorno 100, Imerys), una arcilla de alimentación Dry Branch; y (4) una arcilla de tamaño de partícula fina (K20, Imerys), un producto Kaopaque 20 que ya había sido procesado hasta un tamaño de partícula fina. Las propiedades físicas de la arcilla molida se muestran en la Tabla, a continuación.

Otras Propiedades

Reología

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

Resistencia a la fricción y a las manchas

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

El Caolín 3 molido de la invención tenía buen color, mejor que la del producto existente de arcilla de tamaño fino de partícula. Otras mejoras son posibles a través de blanqueo de la arcilla molida.

Conclusiones

La molienda ligera con Carbolita del Caolín 3 de la invención puede proporcionar un producto que comprende una arcilla gruesa de factor alto de configuración que produce una combinación de bajo brillo con mejoras significativas de opacidad. Estos resultados reflejan el rendimiento de un pequeño lote de material. El Caolín 3 de la invención más altamente molido puede tener una arcilla de alto factor de conformación 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 fricción no es considerada como importante.

Opacidad y brillo

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

Caolín 3 de la invención

Los rechazos de Caolín 3 de la invención molido a 50 kWh/t produjeron una combinación notable de alta opacidad y brillo bajo.

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

Otras alimentaciones

El Caolín 4 de la invención tenía un color pobre, una parte sustancial de su opacidad se originó a partir de la absorción, en lugar de la dispersión de la luz. También se molieron hasta un tamaño de partícula más fino que el caolín 3 de la invención, resultando en un brillo más alto.

Un aumento de 1,5 unidades de la opacidad puede alcanzarse a través de molienda con Carbolita del material alimentado de arcilla de tamaño de partícula fina. Se obtuvieron opacidades similares con la arcilla alimentada de Georgia. Para estos materiales, cualquier aumento en la opacidad siempre estaba acompañada por un aumento significativo del brillo, provocado por un tamaño de partícula decreciente.

Los análisis químicos y mineralógicos de las arcillas de alimentación de Estados Unidos se proporcionan en la siguiente tabla.

Análisis químico y mineralógico de las arcillas utilizadas en el Ejemplo 8.

La Figura 7 es un gráfico de la d50 versus el factor de conformación. Para cada una de las cuatro alimentaciones, la molienda con Carbolita resultó en un aumento en el factor de conformación de la arcilla, y una disminución en el tamaño medio de partícula. A partir de la Figura 7, se puede observar que el Caolín 3 de la invención el Caolín 4 de la invención produjeron los más altos factores de conformación. El caolín 4 de la invención sufría 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 utilizando una formulación genérica de pintura de alta PVC, como se ejemplifica en la siguiente Tabla.

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

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

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

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

El Caolín 3 de la invención tenía buen color ya que es mejor que la del producto existente de arcilla de tamaño fino de partícula.

Ejemplo 10

La Figura 8 es un diagrama de flujo que esboza un proceso en el que se combinan dos fracciones gruesas, seguido de la lixiviación y el filtrado para producir una suspensión estabilizada de alto contenido en sólidos mediante la adición 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 tamaño completo ~250-300 galones (~ 946-1135 litros) del producto de la invención 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 cada una con biocida (1 lb/tonelada seca (0,5 kg /tonelada seca) Proxel) después tratadas con 3,6 kg/tonelada seca (8 libras/tonelada seca) de la carboximetilcelulosa PE-30 EX. El contenido final de sólidos de la Muestra 1 fue del 52% y el contenido de sólidos final de la muestra 2 fue de 49,6%. La viscosidad inicia1Hercules de las muestras 1 y 2 se midieron usando un husillo no. 2 a 20 rpm y se encontró que era de 30 cps y 18 cps, respectivamente. La viscosidad inicial Hércules de la muestra 1 se midió como 8,5 dinas a 4400 rpm a pH 7,2 y la viscosidad inicia1Hércules de la muestra 2 se midió como 5,0 dinas a pH 7,0.

A continuación, se midió 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 (0.47 litros) y se permitió que se asentaran durante una cantidad deseada de tiempo, después de lo cual se midió la viscosidad Brookfield de la parte superior e inferior de cada muestra usando una barra T en 1/2 rpm. Si la suspensión no era estable, se podría esperar que la viscosidad medida aumentara con el tiempo hasta un valor máximo de aproximadamente 400.000.

Al final del período de prueba de 28 días, cada muestra de una pinta (0.47 litros) se sometió a una prueba de vertido en la que se puso de cabeza y permitido que vertiera durante 1 minuto. En este tiempo, se observó 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 prueba similar realizada en cada totalizador entero de ~250-300 galones (~ 946-1135 litros) de las muestras 1 y 2 resultó 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 suspensión estabilizada de CMS es básicamente estable, lo que es sorprendente a la luz del hecho de que el proceso de elaboración con CMC resulta en una disminución efectiva en los sólidos de la suspensión. Generalmente, este proceso debe ser útil en relación con las suspensiones que tienen un contenido de sólidos, por ejemplo, en el intervalo de más de aproximadamente 45%, entre aproximadamente 45% y aproximadamente 60%, o incluso en el intervalo de aproximadamente 50 hasta aproximadamente 60%.

Otras realizaciones de la invención serán evidentes para los expertos en la técnica a partir de consideración de la memoria descriptiva. Otras realizaciones de la invención serán evidentes para los expertos en la técnica a partir de la consideración de la memoria descriptiva y la práctica de la invención 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 invención indicado por las reivindicaciones siguientes.

Claims (14)

REIVINDICACIONES

1. Un papel recubierto o cartón recubierto que comprende un sustrato fibroso y una composición que comprende caolín que tiene un factor de conformación de al menos 70:1, o al menos 80:1, o al menos 90:1, o al menos 100 1, y un aglutinante, en donde el caolín tiene una distribución de tamaño de partícula de tal manera que del 50% al 85% en peso de las partículas tiene una ESD de 2 |jm (micras) o menos, y en donde la composición es una composición de recubrimiento de barrera para dicho papel o cartón.

2. El papel recubierto o cartón recubierto de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el aglutinante está presente en el recubrimiento en una cantidad de 3% a 10% en peso o de 10% a 30% en peso.

3. El papel recubierto o cartón recubierto de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el aglutinante está presente en el recubrimiento en una cantidad de 40% a 50% en peso.

4. El papel recubierto o cartón recubierto de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde el caolín tiene un d50 en el intervalo de 0.2 jm (micras) a 10 jm (micras).

5. Un método para mejorar las propiedades de barrera en un papel o cartón que comprende: (i) recubrir el papel o el cartón con una composición de recubrimiento de barrera que comprende caolín que tiene un factor de conformación de al menos 70:1, o al menos 80:1, o al menos 90:1, o al menos 100:1 en donde la composición comprende además un aglutinante, y en donde el caolín tiene una distribución de tamaño de partícula de tal manera que del 50% al 85% en peso de las partículas tienen una esd de 2 jm (micras ) o menos.

6. El método de acuerdo con la reivindicación 5, en donde el aglutinante está presente en el recubrimiento en una cantidad de 3% a 10% en peso o de 10% a 30% en peso.

7. El método de acuerdo con la reivindicación 5, en donde dicho aglutinante está presente en una cantidad que varía del 40% al 50% en peso.

8. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, en donde la composición de recubrimiento de barrera es una suspensión que comprende el caolín, y en donde el contenido de sólidos de la suspensión varía de 45% a 70% en peso.

9. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 8, en donde el caolín tiene un d50 en el intervalo de 0.2 jm (micras) a 10 jm (micras).

10. Uso de un caolín que tiene un factor de conformación de al menos 70:1 o al menos 80:1, o al menos 90:1, o al menos 100:1 en una composición de recubrimiento de barrera para un papel o cartón para mejorar la resistencia a la grasa y al aceite de dicho papel o cartón.

11. Uso de acuerdo con la reivindicación 10, en donde el caolín está comprendido en una suspensión espesa, y en donde el contenido de sólidos de la suspensión varía del 45% al 70% en peso.

12. Uso de acuerdo con la reivindicación 10 o la reivindicación 11, en donde el caolín tiene una distribución de tamaño de partícula tal que el 20% en peso o más de las partículas tienen un esd de 2 jm (micras) o menos.

13. Uso de acuerdo con la reivindicación 12, en donde el caolín tiene una distribución de tamaño de partícula de tal manera que del 50% al 85% en peso de las partículas tienen un esd de 2 jm (micras) o menos.

14. Uso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, en donde el caolín tiene un d50 en el intervalo de 0.2 jm (micras) a 10 jm (micras).