ES2879438T3 - Pigmento mineral en nanopartículas - Google Patents
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Abstract
Un proceso para la manufactura de un pigmento mineral que suministra alto brillo y mejora el secado de la tinta, la formación de imagen y la densidad del color, tal que es adecuado para el uso en aplicaciones brillantes por impresión de chorro de tinta, mediante tratamiento de una composición mineral no molida, en donde el proceso comprende los pasos secuenciales de: A. obtención de una composición mineral beneficiada, no molida, seleccionada de entre arcilla de caolín hidratada o calcinada; B. triturado en seco de la composición mineral bajo condiciones de elevada intensidad, para agregar las partículas de la composición mineral, con lo cual aumenta el área superficial de las partículas agregadas, frente al área superficial de las partículas de la composición mineral no molida; C. molienda en húmedo de la composición mineral molida en seco, agregada, bajo condiciones de alta intensidad para producir un pigmento mineral, con lo cual se incrementa el área superficial de las partículas del pigmento mineral y disminuye su tamaño de partícula, comparados con la composición mineral molida en seco, antes de la molienda en húmedo.
Description
DESCRIPCIÓN
Pigmento mineral en nanopartículas
Campo técnico
Esta invención se refiere a pigmentos minerales. En un aspecto más específico, esta invención se refiere a pigmentos minerales que tienen una elevada área superficial y una mayoría de partículas con un tamaño de partícula menor que 200 nanómetros. Esta invención se refiere también a un proceso para la manufactura de estos pigmentos minerales.
Esta invención será descrita en detalle con referencia específica a arcilla de caolín como la composición mineral de partida. Sin embargo, esta invención será entendida como aplicable a otras composiciones minerales de partida, tales como carbonato de calcio natural, carbonato de calcio precipitado, bentonita, talco, sulfato de calcio (también denominado como yeso), zeolita, dióxido de titanio, óxido de hierro, hidróxido de hierro, óxido de aluminio e hidróxido de aluminio.
Antecedente de la invención
El caolín es un mineral de arcilla blanco, que ocurre de modo natural, relativamente fino, que puede ser descrito en general como silicato de aluminio hidratado (Al2O3.2SiO2.2H2O). La estructura del caolín es principalmente una lámina de Al(OH)3 octaédrica enlazada de modo covalente con una lámina SO4 tetraédrica para formar una capa 1:1. Idealmente, esta capa 1:1 es eléctricamente neutra. Las capas adyacentes son mantenidas juntas primariamente por enlaces de hidrógeno entre los átomos basales de oxígeno de la lámina tetraédrica y los hidroxilos del plano de superficie de la lámina octaédrica adyacente.
La fórmula estructural ideal del caolín puede ser representada como AhS¡2O5(OH)4. Después de la purificación y beneficio, el caolín es usado ampliamente como un material de relleno y pigmento en diferentes materiales, tales como caucho y resinas, y en diferentes recubrimientos, tales como pinturas y recubrimientos para papel.
El uso de caolín en recubrimientos para papel sirve, por ejemplo, para mejorar la luminosidad, color, brillo, suavidad, opacidad, facilidad de impresión y uniformidad de apariencia del papel recubierto. Como un material de relleno en formulaciones de papel, el caolín es usado para extender la fibra y reducir costes, y para mejorar la opacidad, luminosidad y otras características deseables del producto de papel relleno.
La arcilla de caolín está hidratada de modo natural y puede contener tanto como 13.95 % de agua en la estructura, en forma de grupos hidroxilo. Son ejemplos de arcilla hidratada de caolín los productos comercializados por Thiele Kaolin Company (Sandersville, Georgia) bajo las marcas comerciales Kaofine 90 y Kaolux. Estos productos no han sido sometidos a un paso de calcinación.
El caolín calcinado es otro tipo de caolín y es obtenido mediante calentamiento (es decir, calcinación) de arcilla beneficiada de caolín, a temperaturas de por lo menos 550 °C. El paso de calcinación deshidroxila y convierte el caolín en una fase no cristalina de aluminosilicato. (El término "deshidroxila" se refiere a la remoción de grupos hidroxilo estructurales del caolín, en la forma de vapor de agua). Las partículas más pequeñas de la arcilla de alimentación son agregadas mediante calcinación, y esta agregación incrementa el volumen original del caolín y le da al caolín calcinado una apariencia "esponjosa". La agregación de partículas incrementa las características de dispersión de luz del caolín (comparadas con las de caolín no calcinado) y, por ello, contribuye a un elevado grado de opacidad y propiedades de aislamiento a un papel recubierto.
Adicionalmente, la calcinación incrementa el brillo del caolín. Un ejemplo de arcilla calcinada de caolín es el producto comercializado por Thiele Kaolin Company bajo el nombre comercial KAOCAL. El elevado brillo de la arcilla calcinada es debido parcialmente al retiro de material orgánico, y debido parcialmente a la movilización de las fases de impureza en la red amorfa, a elevadas temperaturas. El brillo puede ser mejorado de precalcinación, tales como separación magnética, flotación por espuma, floculación selectiva y lixiviación química.
Ambos productos de arcilla hidratada y calcinada de caolín son útiles en composiciones para recubrimiento para aplicaciones convencionales de impresión, tales como offset, huecograbado, tipografía y flexografía. Sin embargo, sin sustanciales modificaciones mecánicas y/o químicas, los productos convencionales de arcilla hidratada y calcinada de caolín no son útiles en composiciones para recubrimiento para aplicaciones de impresión con chorro de tinta.
En un proceso de impresión con chorro de tinta, desde una boquilla se eyectan diminutas gotitas con forma homogénea, de soluciones de pigmento acuosas o a base de solvente, sobre un sustrato. Existen dos tipos primarios de impresión con chorro de tinta - impresión continua por chorro de tinta e impresión con chorro de tinta de goteo por demanda (DOD). El chorro continuo de tinta es usado en impresión de alta velocidad, tal como impresión a color de impresión de direcciones, personalización, codificación y alta resolución, tal como protección. El chorro de tinta de d Od es usado principalmente en el hogar, oficina e impresión de formato amplio.
Las impresoras comunes de chorro de tinta DOD son la impresora térmica de chorro de tinta y la impresora piezoeléctrica. En el proceso térmico (o chorro de burbuja), la tinta es calentada y vaporizada periódicamente con un
elemento de calentamiento conectado a los datos digitales, para generar burbujas. Dado que el volumen de la tinta aumenta durante la vaporización, la tinta es forzada al exterior de la boquilla en la forma de una gota que es depositada sobre el papel.
En el proceso piezoeléctrico, la gota es generada por presión usando un cristal piezoeléctrico en lugar de calor, como en el método térmico. Los materiales piezoeléctricos exhiben el "efecto piezoeléctrico"; esto es, los materiales soportan distorsión cuando se aplica un campo eléctrico. El cristal piezoeléctrico montado detrás de la boquilla se expande y encoge cuando se aplica un pulso eléctrico, seguido por desplazamiento de las gotas desde la boquilla. La impresora piezoeléctrica tiene varias ventajas (por ejemplo, una rata mayor y más controlada de producción de gota y larga vida de cabeza), frente a la impresora térmica.
La impresión con chorro de tinta requiere papel especial para lograr imágenes de alta calidad, debido a la naturaleza de las tintas usadas el diseño de la cabeza de impresión. La mayoría de estas tintas son aniónicas y consisten principalmente en agua y un solvente soluble en agua. Las tintas son enviadas en chorro desde una serie de orificios muy pequeños, cada uno con un diámetro aproximado de 10-70 pm, a posiciones especificadas sobre un medio, para crear una imagen. El papel plano multipropósito es inadecuado para la impresión de buena calidad con chorro de tinta, dado que el tipo de papel causa numerosos problemas de calidad, tales como generación de plumas, generación de mechas, sangrado del color, baja densidad del color, tachado y arrugas/bucles. En consecuencia, los papeles para chorro de tinta son recubiertos comúnmente con capas especiales receptoras de tinta, que son formuladas para suministrar buena calidad de impresión y adecuados secado/absorción de la tinta.
La sílice amorfa (tal como gel de sílice) es un pigmento usado comúnmente para las aplicaciones de recubrimiento por chorro de tinta grado mate. El pigmento de sílice porosa y de elevada área superficial suministra recubrimientos de alta porosidad, para absorción rápida del solvente de la tinta y rápido tiempo de secado de la tinta. Sin embargo, la gel de sílice es costosa y puede ser fabricada sólo a bajo contenido de sólidos. Por ejemplo, la mayoría de las geles de sílice pueden ser fabricada sólo hasta 15-18 % de sólidos, lo cual puede dar como resultado bajos sólidos de recubrimiento.
En la industria se conocen varios pigmentos no basados en sílice para aplicaciones de recubrimiento de papel para chorro de tinta. Por ejemplo, en Donigan et al. documento de EE.UU. No. 5,643,631 se divulga carbonato de calcio precipitado, envejecido con calor.
Chen et al. en la publicación internacional de PCT No. WO 98/36029 y Chen et al. en el documento de EE.UU. No.
6,150,289 divulgan una composición de recubrimiento que comprende arcilla calcinada, un polímero catiónico, polivinil alcohol, un aglutinante de látex y opcionalmente un agente de entrecruzamiento.
Londo et al. en la patente de EE.UU. No. 5,997,625 divulgan una composición de recubrimiento que comprende una arcilla hidratada de partícula fina, una arcilla cáustica calcinada lixiviada y un mineral poroso (zeolita).
Malla y Devisetti en el documento de EE.UU. No. 6,610,136 divulgan pigmentos minerales agregados que tienen una elevada área superficial y baja dispersión de luz y son útiles en composiciones de recubrimiento de relleno para medios de impresión con chorro de tinta.
Todos los pigmentos anteriores que no se basan en sílice son diseñados primariamente para papel recubierto de calidad mate para chorro de tinta. Sin embargo, en la mayoría de las aplicaciones fotográficas y de alto acabado de impresión con chorro de tinta, se prefiere un papel recubierto brillante. Actualmente, existen dos tipos de recubrimientos brillantes: (1) un recubrimiento de polímero hinchable y (2) un recubrimiento microporoso.
En un recubrimiento de polímero hinchable, el secado de la tinta es lento e involucra la difusión de moléculas de agua dentro de la matriz de polímero, y el hinchamiento de la matriz de polímero. En los recubrimientos hinchables se usan polímeros tales como polisacáridos (derivados de celulosa), gelatinas, poli(vinil alcohol), poli(vinil pirrolidona) y poli(óxido de etileno). Por otro lado, el secado de la tinta es relativamente rápido en un recubrimiento microporoso, lo cual ocurre debido a la absorción de agua dentro de las estructuras de poro del recubrimiento y papel base, por acción capilar. Los pigmentos de elevada área superficial y partícula muy fina, tales como alúmina, hidróxidos de aluminio, sílice pirógena, y sílice coloidal, son los pigmentos a elegir para recubrimientos brillantes.
Berube et al., documento de EE.UU. No. 6,585,822 divulgan el uso de arcilla de caolín de partícula fina como un recubrimiento con brillo, sobre un papel recubierto previamente con una capa de un pigmento microporoso para recubrimiento para chorro de tinta, que comprende una mezcla arcilla hidratada de caolín, arcilla calcinada de caolín con lixiviación cáustica y un tamiz molecular zeolítico. El recubrimiento de pigmento brillante requiere que el papel sea recubierto previamente con una capa de recubrimiento altamente absorbente.
El documento KR 10-0484403 divulga un método para la fabricación de carbonato de calcio que tiene una distribución aguda de tamaño de partícula y excelente blancura. El documento US 2003/0019399 divulga pigmentos de mineral agregado (tales como pigmentos de arcilla de caolín) que tienen una elevada área superficial y son útiles en composiciones de recubrimiento y relleno, para medios de impresión con chorro de tinta, fabricados mediante triturado en seco. El documento US 5,030,286 divulga pastas líquidas acuosas altas en sólidos de sílice hidratada precipitada amorfa, y procesos para la producción de la pasta líquida acuosa de sílice alta en sólidos. El documento EP 1160294
divulga varios métodos para la mejora de la reología a alto y bajo cizallamiento de una pasta líquida en partículas sustancialmente libre de arenilla y sustancialmente dispersa, usando un molino tipo rotor-estator. El documento EP 0359385 divulga composiciones novedosas de carbonato de calcio en partículas finamente divididas, que comprenden mezclas de un preponderante carbonato de calcio molido en seco con una pequeña cantidad de carbonato de calcio molido en húmedo.
Los pigmentos mencionados anteriormente pueden ser muy costosos, ser de difícil manipulación o no satisfacer los requerimientos de desempeño. Así, existe una necesidad en la industria por un pigmento mineral que sea efectivo en costos, que satisfaga los requerimientos de desempeño para aplicaciones brillantes por impresión de chorro de tinta.
Descripción detallada de la invención
La presente invención suministra un proceso para la manufactura de un pigmento mineral, como se reivindica en las Reivindicaciones 1 a 3 adjuntas, un pigmento de nanopartículas como se reivindica en la Reivindicaciones 4 a 7 adjuntas, un producto de papel recubierto como se reivindica en la Reivindicación 8 y una composición para recubrimiento de papel como se reivindica en la Reivindicación 9.
La presente invención suministra un pigmento mineral que tiene una elevada área superficial y una mayoría de partículas con un tamaño de partícula de menos de 200 nanómetros.
La presente invención también suministra un proceso para la manufactura de estos pigmentos minerales, en donde el proceso comprende los pasos secuenciales de obtención de una composición mineral no molida beneficiada y molienda en húmedo de la composición mineral, bajo condiciones de elevada intensidad para producir un pigmento mineral, por lo cual las partículas del pigmento mineral tiene un incremento en área superficial y una disminución del tamaño de partícula, comparado con el material de partida.
En este documento, los siguientes términos tendrán las definiciones indicadas:
"nanopartícula" - una partícula que tiene un tamaño de partícula de menos de 200 nanómetros.
“condiciones de elevada intensidad" - molienda en húmedo bajo condiciones que producen partículas que presentan un incremento sustancial en área superficial y disminución sustancial en tamaño de partícula, comparadas con el material de partida no molido; también denominadas como molienda en húmedo "intensiva".
El proceso de esta invención incluye un paso en el cual la composición mineral no molida beneficiada es sometida, antes de la molienda en húmedo, a triturado en seco bajo condiciones de elevada intensidad. El paso de triturado en seco sirve para agregar las partículas durante la molienda, para dar un pigmento mineral que suministra mejorada facilidad de impresión por chorro de tinta y tiene incremento en área superficial pero disminución del coeficiente de dispersión de luz (cuando se compara con aquellas características de la composición mineral no molida beneficiada de partida). En esta realización, el paso de molienda en húmedo sirve para separar las partículas agregadas, para producir una mayoría de partículas que tienen un tamaño de partícula de menos de 200 nanómetros.
El proceso de esta invención puede ser modificado para incluir un paso en el cual las partículas molidas en seco y molidas en húmedo son sometidas a un tratamiento ácido. En esta realización, el tratamiento ácido sirve para incrementar el área superficial de las partículas molidas en húmedo, sobre el de las partículas molidas en húmedo antes del tratamiento ácido. El proceso de esta invención puede ser modificado adicionalmente para incluir tratamiento ácido después de la triturado en seco, pero antes de la molienda en húmedo. Si se usa en el proceso de esta invención, el paso de tratamiento ácido (que puede ser antes o después de la molienda en húmedo) es hecho después de la triturado en seco. Los ejemplos de ácidos que pueden ser usados en el tratamiento ácido son ácidos sulfúrico, clorhídrico y nítrico.
Muchas de las actuales tintas para chorro de tinta son aniónicas por naturaleza y requieren una superficie de recubrimiento catiónico, para fijar o inmovilizar sobre las superficies los pigmentos aniónicos de tinta para chorro de tinta. Sin embargo, los recubrimientos convencionales de papel son por naturaleza aniónicos y requieren que se dispersen los pigmentos, usando un dispersante aniónico. Los ejemplos de dispersantes aniónicos adecuados son poliacrilatos, silicatos y fosfatos. Cuando una pasta líquida de caolín en nanopartícula molida en húmedo aniónicamente dispersa de esta invención es usada en recubrimiento por chorro de tinta, la adición de un pigmento catiónico que se fija al recubrimiento aniónico "choca" al recubrimiento con espesamiento y formación de arenilla.
La presente divulgación se refiere también a la producción de una pasta líquida catiónica de pigmento mineral. Con objeto de producir una pasta líquida catiónica de caolín en nanopartícula molido en húmedo, el caolín de partida, sea no molido o molido en seco, es dispersado con polímero catiónico antes de la molienda en húmedo. Los ejemplos de dispersantes catiónicos adecuados son poliaminas y haluros de polidialquildialil-amonio, tales como cloruro de dimetildialilamonio.
El proceso de molienda en húmedo de esta invención debería ser controlado cuidadosamente para lograr el tamaño de partícula o área superficial y sólidos de la pasta líquida deseados. La pasta líquida tiende a espesar con la molienda en húmedo, debido a la reducción en tamaño de partícula y al concomitante incremento en área superficial. El
espesamiento puede ser minimizado mediante adición de una cantidad apropiada de dispersante y diluyente, dependiendo del tiempo de molienda en húmedo. Un mayor tiempo de molienda en húmedo requeriría más dispersante, así como diluyente. Alternativamente, puede añadirse un exceso de cantidad predeterminada de dispersante, antes de la molienda en húmedo y, en este caso, puede no requerirse dispersante adicional durante la molienda en húmedo. La consistencia de la pasta líquida puede ser ajustada a través de una dilución controlada, para lograr máxima molienda en húmedo.
Los recubrimientos convencionales de pigmento de caolín de partícula fina suministran mayor brillo del papel, pero estos recubrimientos no suministran elevada densidad del color y suficiente porosidad para rápida absorción de tinta, lo cual puede conducir a formación de charcos, embadurnamiento con tinta y pobre calidad global de impresión. Sin embargo, se ha descubierto que la arcilla de caolín tanto hidratada como calcinada, después de la reducción controlada de tamaño de partícula, da elevado brillo y mejora el secado de la tinta, formación de imagen (también denominada como agudeza de la imagen) y densidad del color, sobre la arcilla de caolín hidratada o calcinada, original de partida.
Normalmente, una composición de recubrimiento de papel contiene uno o más pigmentos, aglutinantes (adhesivos), y aditivos. Se sabe que el tipo y cantidad de estos componentes afecta las características ópticas, mecánicas y de absorción de fluidos de la composición. Un aglutinante es una parte integral de un recubrimiento, para mantener el recubrimiento adherido al sustrato recubierto (tal como papel) y evitar la formación de polvo durante la manipulación del papel y el proceso de impresión. Los ejemplos de aglutinantes adecuados incluyen materiales naturales (tales como almidones y proteínas) y materiales sintéticos (tales como látex).
Los pigmentos minerales de esta invención no requieren aglutinante cuando son usados como un único pigmento y necesitan una muy baja cantidad de aglutinante cuando son usados conjuntamente con otros pigmentos de elevada área superficial. La habilidad del pigmento de esta invención para adherirse al sustrato hace a este pigmento único en el suministro de propiedades interesantes, adicionalmente a la minimización del coste de recubrimiento. Se cree que la propiedad autoadhesiva del producto de esta invención proviene de su tamaño de partícula en el intervalo de nanoescala.
La presente invención es ilustrada adicionalmente mediante los siguientes ejemplos, que son ilustrativos de ciertas realizaciones diseñadas para enseñar a aquellos de destreza ordinaria en la técnica, cómo practicar esta invención y representar el mejor modo contemplado para la práctica de esta invención.
Ejemplo 1
Como el material de partida se usa una arcilla No.1 fina de alto brillo mercadeado por Thiele Kaolin Company bajo el nombre comercial Kaofine 90. Se prepara una pasta líquida aniónica de esta arcilla a 70 % de sólidos usando poliacrilato de sodio como dispersante. Se diluye la pasta líquida hasta aproximadamente 50 % de sólidos antes de la molienda en húmedo. La pasta líquida aniónica de arcilla de caolín Kaofine 90 es molida en húmedo en un proceso de tipo de circulación a diferentes tiempos de proceso, usando un equipo de abrasión por molienda en húmedo de alta intensidad de laboratorio (modelo QC100, Union Process Inc., Akron, Ohio). El proceso de molienda en húmedo usando el equipo de abrasión QC100 incluye la carga de la cámara de molienda con medio, y circulación de la pasta líquida de arcilla por un cierto tiempo (tiempo de proceso). Cuanto más prolongada sea la circulación de la pasta líquida de arcilla, más prolongado es el tiempo de proceso. La cámara de molienda equipada con una criba de descarga de 0.15 mm (100 % abierta) es cargada con 260 ml de medio de zirconio estabilizado con itrio (YTZ) de 0.4 mm de tamaño. Para una carga dada de medio, el incremento en tiempo de proceso o la reducción en la cantidad de carga de arcilla incrementaría la intensidad de molienda en húmedo. La pasta líquida aniónica de arcilla de caolín Kaofine 90 equivalente a 2.26796 kg (5 libras) de material seco es molida en húmedo a 60 minutos o 120 minutos de tiempo de proceso. En la tabla A se suministran las características del producto antes y después de la molienda en húmedo.
A medida que continúa la molienda en húmedo, las partículas de arcilla son rotas hasta partículas ultrafinas y la pasta líquida se torna espesa. Después de un cierto periodo de tiempo, la molienda adicional en húmedo es difícil. Se añade dispersante adicional según se requiera, para facilitar el flujo de pasta líquida. Como una segunda opción para facilitar el flujo de pasta líquida, se usa agua. El área superficial BET y los datos de distribución de tamaño de partícula Sedigraph suministrados en la Tabla A indican que el tamaño de partícula disminuye y el área superficial aumenta con el proceso de molienda en húmedo, comparado con el material de partida de alimentación. El área superficial aumenta adicionalmente con un incremento en tiempo de proceso, debido a una disminución adicional en tamaño de partícula.
Ejemplo 2
Como el material de partida se usa un producto de caolín hidratado de alto brillo, mercadeado por Thiele Kaolin Company bajo el nombre comercial Kaolux. Se prepara una pasta líquida aniónica de arcilla de caolín Kaolux a 65 % de sólidos usando poliacrilato de sodio como dispersante. La pasta líquida es diluida hasta aproximadamente 50 % de sólidos antes de la molienda en húmedo. Siguiendo el procedimiento del Ejemplo 1, la pasta líquida aniónica equivalente a 2.26796 kg (5 libras) de material seco es molida en húmedo a 60 o 120 minutos de tiempo de proceso. En la tabla A se suministran las características del producto para productos no molido y molido en húmedo de arcilla de caolín Kaolux alimentada.
Los datos en la tabla A indican que los incrementos en área superficial y disminuciones en tamaño de partícula son debidos a la molienda en húmedo. El área superficial aumenta adicionalmente con un incremento en tiempo de proceso, debido a la disminución adicional del tamaño de partícula. Para el mismo tiempo de proceso y carga de arcilla, los productos molidos en húmedo resultantes de una alimentación de arcilla de caolín Kaofine 90 descritos en el Ejemplo 1, son muchos más finos que los productos molidos en húmedo de una alimentación de arcilla de caolín Kaolux.
Tabla A
Ejemplo 3
Como el material de partida se usa un producto de caolín agregado de elevada área superficial, mercadeado bajo el nombre comercial Kaojet. Se prepara una pasta líquida aniónica de arcilla de caolín Kaojet, a 59.5 % de sólidos usando poliacrilato de sodio como dispersante. Se diluye la pasta líquida hasta aproximadamente 50 % de sólidos antes de la molienda en húmedo. Siguiendo el procedimiento del Ejemplo 1, la pasta líquida aniónica de arcilla de caolín Kaojet equivalente a 2.26796 kg (5 libras) de material seco es molida en húmedo a 60, 120 o 180 minutos de tiempo de proceso. En la Tabla B se suministran las características del producto para arcillas de caolín Kaojet original y molida en húmedo.
Los datos en la Tabla B indican que los incrementos en área superficial y disminuciones en tamaño de partícula son debidos a la molienda en húmedo, comparados con el material original de partida. El área superficial aumenta adicionalmente con un incremento en tiempo de proceso, debido a la disminución adicional del tamaño de partícula. Para el mismo tiempo de proceso y carga de arcilla, una alimentación de arcilla de caolín Kaojet da como resultado tamaño de partícula mucho más fino y área superficial mucho mayor, que los productos resultantes de la molienda en
húmedo de alimentación de arcilla de caolín Kaofine 90 descritos anteriormente en el Ejemplo 1, indicando que el proceso de molienda en húmedo es más efectivo para la alimentación de arcilla de caolín Kaojet.
Ejemplo 4
Como el material de partida se usa un producto de caolín agregado con elevada área superficial, producido mediante triturado en seco de producto de arcilla de caolín Kaolux. Se prepara una pasta líquida aniónica de producto molido en seco de arcilla de caolín Kaolux a 59 % de sólidos usando poliacrilato de sodio como dispersante. Se diluye la pasta líquida hasta aproximadamente 50 % de sólidos antes de la molienda en húmedo. Siguiendo el procedimiento del Ejemplo 1, la pasta líquida aniónica de arcilla de caolín original (molido en seco) Kaolux equivalente a 2.26796 kg (5 libras) de material seco es molida en húmedo a 60 o 120 minutos de tiempo de proceso. En la Tabla B se suministran las características del producto para materiales original (molido en seco) y molido en húmedo para alimentación de arcilla de caolín Kaolux molida en seco.
Los datos en la tabla B indican que los incrementos en área superficial y disminuciones en tamaño de partícula son debidos a la molienda en húmedo, comparados con el material original de partida. El área superficial aumenta adicionalmente con el incremento en el tiempo de proceso, debido a la disminución adicional de tamaño de partícula. Bajo similares condiciones de molienda en húmedo, la alimentación de arcilla de caolín Kaolux molida en seco da como resultado tamaño de partícula mucho más fino que la alimentación de arcilla de caolín Kaolux estándar (descrita en el Ejemplo 2), indicando que el proceso de molienda en húmedo es más efectivo si la alimentación es molida en seco antes de la molienda en húmedo.
Tabla B
Ejemplo 5
Este Ejemplo 5 describe la molienda en húmedo de un material de arcilla disperso catiónicamente.
Como el material de partida se usa una pasta líquida catiónica de arcilla de caolín Kaojet. Se prepara una pasta líquida catiónica a 59 % de sólidos, usando un polímero catiónico de cloruro de poli-dialildimetilamonio (poli-DADMAC) de bajo peso molecular con elevada densidad de carga, como un dispersante. Se usa el poli-DADMAC mercadeado bajo el nombre comercial Nalkat 2020 de Nalco Chemical Company. Se diluye la pasta líquida hasta aproximadamente 50 % de sólidos antes de la molienda en húmedo. La arcilla de caolín Kaojet catiónicamente dispersa es molida en húmedo siguiendo el procedimiento del Ejemplo 1, excepto que durante el proceso de molienda en húmedo se usa un polímero catiónico para mantener las propiedades de flujo. La pasta líquida catiónica de arcilla de caolín Kaojet equivalente a 2.26796 kg (5 libras) de material seco es molida en húmedo a 75 minutos de tiempo de proceso. La pasta líquida equivalente a 1.13398 (2.5 libras) de material seco es también molida en húmedo a 75 minutos de tiempo de proceso. A medida que continúa la molienda en húmedo, las partículas de arcilla son rotas hasta partículas ultrafinas, y la pasta líquida se torna espesa. Después de un cierto periodo de tiempo, la molienda adicional en húmedo es difícil. Se añade polímero catiónico adicional según sea necesario, como dispersante para facilitar el flujo de la pasta líquida. Se usa agua como una segunda opción para facilitar el flujo de la pasta líquida.
La molienda en húmedo de material catiónicamente disperso es difícil respecto a la dispersión aniónica descrita en los Ejemplos 1-4. Por la adición de dispersante catiónico adicional, la pasta líquida experimenta un choque momentáneo de pigmento e inmediatamente requiere algo de agua de dilución durante el proceso de molienda en húmedo. En la Tabla C se suministran las características del producto antes y después de la molienda en húmedo.
Los datos en la Tabla C indican que los incrementos en área superficial y disminuciones en tamaño de partícula son debidos a la molienda en húmedo. Los datos de tamaño de partícula muestran que el % < 200 nm (0.2 micrones) aumenta de 12.9 % (material original) hasta 95.0 % dependiendo de la intensidad de la molienda en húmedo.
Ejemplo 6
Siguiendo el procedimiento del Ejemplo 5, la pasta líquida de arcilla catiónica de caolín Kaojet equivalente a 2.26796 kg (5 libras) de material seco es molida en húmedo a diferentes tiempos de proceso (10, 20, 30, 40, 50 o 60 minutos), excepto que la cantidad total de dispersante requerido para la molienda en húmedo es añadida al comienzo del proceso. En otras palabras, el material de alimentación es mezclado con una cantidad en exceso de dispersante catiónico (sobredispersión) antes del proceso de molienda en húmedo. En la Tabla D se suministran las características del producto antes y después de la molienda en húmedo.
Los datos en la Tabla D indican que los incrementos en área superficial y disminuciones en tamaño de partícula son debidos a la molienda en húmedo, comparados con el material original de partida. Los datos de tamaño de partícula en la Tabla D muestran que el % < 200 nm (0.2 micrones) aumenta de 7.7 (material original) a 59.9 después de 10 minutos de molienda en húmedo, a 71.2 después de 20 minutos de molienda en húmedo, a 78.4 después de 30 minutos de molienda en húmedo y a 87.4-88.5 después de 40-60 minutos de molienda en húmedo. Los datos de tamaño de partícula para el producto producido a 40-60 minutos de tiempo de proceso son similares a los del producto de 75 minutos descritos en el Ejemplo 5. La facilidad del proceso de molienda en húmedo para una pasta líquida catiónica es mejorada debido a la adición de una cantidad en exceso de dispersante catiónico a la alimentación (sobredispersión), más que la adición de una cantidad en exceso durante el proceso de molienda en húmedo como en el Ejemplo 5.
Este Ejemplo 6 demuestra que la sobredispersión de la alimentación ayuda a mantener elevados los sólidos del producto, reduce el tiempo de proceso y aumenta el rendimiento (la cantidad de material generada por hora). Este Ejemplo 6 también demuestra que la calidad del producto final puede ser controlada cuidadosamente mediante el tiempo de proceso, sólidos del producto y el punto de adición del dispersante.
Tabla C
Tabla D
Ejemplo 7
Como el material de partida se usa una pasta líquida catiónica de arcilla de caolín Kaofine 90. Se prepara una pasta líquida catiónica de arcilla de caolín Kaofine 90, usando 1.5 % (seco / base de arcilla seca) de polímero Nalkat 2020. Siguiendo el procedimiento del Ejemplo 5, la pasta líquida de arcilla catiónica de caolín Kaofine 90 equivalente a 2.26796 (5 libras) de material seco es molida en húmedo a 60 minutos de tiempo de proceso. A medida que continúa la molienda en húmedo, las partículas de arcilla son rotas hasta partículas ultrafinas, y la pasta líquida se torna espesa. Para facilitar el flujo de la pasta líquida se añade un 2.5 % adicional de dispersante (Nalkat 2020). Se usa agua como una segunda opción para facilitar el flujo de la pasta líquida. En la Tabla E se suministran las características del producto antes y después de la molienda en húmedo.
Los datos en la Tabla E indican que el área superficial aumenta y el tamaño de partícula disminuye, con la molienda en húmedo. Los datos de tamaño de partícula muestran que el % < 200 nm (0.2 micrones) aumenta de 8.2 (material original) a 85.4 después de la molienda en húmedo.
Ejemplo 8
Como el material de partida se usa un caolín calcinado mercadeado bajo el nombre comercial Kaocal de Thiele Kaolin Company. Se prepara una pasta líquida catiónica de arcilla de caolín Kaocal, usando 1.0 % (seco/base de arcilla seca) de polímero Nalkat 2020. Siguiendo el procedimiento del Ejemplo 5, la pasta líquida catiónica de arcilla de caolín Kaocal equivalente a 2.26796 (5 libras) de material seco es molida en húmedo a 60 minutos de tiempo de proceso. A medida que continúa la molienda en húmedo, los agregados originales de baja densidad a granel con elevado volumen de poro de la arcilla calcinada, son rotos hasta partículas finas. La molienda en húmedo de arcilla de caolín Kaocal no requiere agua o dispersante adicional diferente a lo añadido durante la dispersión del pigmento. El producto molido en húmedo mejora las propiedades de flujo, comparado con el material original. Las características del producto antes y después de la molienda en húmedo, son suministradas en la Tabla E.
Los datos en la Tabla E indican que los incrementos en área superficial y disminuciones en tamaño de partícula son debidos a la molienda en húmedo, comparados con el material de partida original. Los datos de tamaño de partícula muestran que el % < 200 nm (0.2 micrones) aumenta de 8.7 (material original) a 47.7 después de la molienda en húmedo.
Tabla E
Ejemplo 9
Se evalúan las muestras molidas en húmedo de arcilla aniónica de caolín Kaofine 90 producida a 60 y 120 minutos (es decir, los productos descritos en el Ejemplo 1), respecto al recubrimiento con chorro de tinta y facilidad de impresión. En la tabla F se suministran las formulaciones de recubrimiento, propiedades de lámina recubierta y facilidad de impresión con chorro de tinta.
Las formulaciones de recubrimiento son preparadas a alrededor de 45 % de sólidos y un valor de pH de 7.0, mediante adición de 3 partes por cien de aglutinante de látex de copolímero de etilen vinil acetato a la pasta líquida de pigmento. La formulación de recubrimiento de producto original no molido es preparada a 49.5 % de sólidos y un valor de pH de 7.0, mediante adición de 5 partes por cien de un aglutinante de etilen vinil acetato, a la pasta líquida de pigmento. Se requiere un recubrimiento catiónico para la aplicación de chorro de tinta, para anclar los colorantes de chorro de tinta sobre la superficie de la lámina recubierta, para elevada propiedad de estabilidad frente al agua. El recubrimiento puede ser convertido en catiónico usando un pigmento disperso catiónicamente o mediante adición de un agente catiónico de fijación de tinte, tal como poli-DADMAC, al recubrimiento preparado a partir de un pigmento disperso aniónicamente. Sin embargo, los productos de pasta líquida aniónica ultrafina molida en húmedo de esta invención, no son compatibles con los agentes catiónicos de fijación de tinte (tales como poli-DADMAC) y pueden dar como resultado una severa floculación del color del recubrimiento.
Las formulaciones de recubrimiento son aplicadas a un sustrato que tiene un peso base ~12 g/m2 usando una máquina de reducción de laboratorio, sobre un lado individual a aproximadamente 10-11 g/m2 de peso de recubrimiento. Las láminas recubiertas son secadas usando una pistola de calor y acondicionadas durante 24 horas en una sala de temperatura y humedad constantes de acuerdo con condiciones TAPPI estándar, antes de la evaluación. Las láminas recubiertas son luego calandradas con pellizco suave (1 paso/lado, 28,545.701 N/m a 148.889 °C (presión de 163 PLI a temperatura de 300 °F)) usando una calandria de laboratorio. A las láminas recubiertas acondicionadas se mide el brillo de la lámina (75 grados de brillo) y rugosidad (rugosidad Parker Print-Surf) tanto antes, como después del calandrado. Se imprimen las láminas calandradas, con un objetivo de impresión doméstica, usando impresoras Canon BJC 8200 y HP 990cxi. Se observan visualmente las impresiones, respecto al tiempo de secado de tinta (tiempo para absorber la tinta) y agudeza de la imagen (formación de mecha y sangrado, visual). La densidad de color de impresión (turquesa, magenta, amarillo y negro) es medida usando un densitómetro de reflexión de color X-Rite 418.
Los datos de la lámina recubierta en la Tabla F indican que la densidad de color (turquesa, magenta, amarillo y negro) del chorro de tinta y el tiempo de secado mejoran para arcilla de caolín Kaofine molida en húmedo 90, sin degradar sustancialmente el brillo de la lámina, comparada con el material original no molido. La más elevada densidad del color indica que el tamaño más fino de partícula y más elevada área superficial son útiles para una mejor retención de colorantes presentes en las tintas para chorro de tinta. La arcilla original de caolín Kaofine 90 da como resultado una inaceptable calidad de imagen; la tinta en la impresión a color se aglomera, y se forma una imagen pobre. Después del calandrado, el brillo de la lámina de productos de arcilla de caolín Kaofine 90 molida en húmedo está en el intervalo de 60-63.0, comparado con 65.0 para el material original. El brillo de la lámina de productos molidos en húmedo tiende a ser más bajo debido a la naturaleza menos laminar de las partículas de pigmento, comparada con el material original.
Este Ejemplo 9 demuestra que el proceso de esta invención puede ser usado para producir productos adecuados para obtener lámina recubierta, con elevados brillo y densidad del color del chorro de tinta. Este Ejemplo 9 también demuestra que los productos de esta invención requerirían menos aglutinante que el material no molido original.
Tabla F
Ejemplo 10
Siguiendo el procedimiento del Ejemplo 9, las muestras molidas en húmedo de arcilla de caolín Kaojet producida a tiempo de proceso de 60 y 120 minutos (productos descritos en el Ejemplo 3), son evaluadas respecto al recubrimiento del chorro de tinta y facilidad de impresión. Los datos de formulación de recubrimientos, propiedades de lámina recubierta y facilidad de impresión del chorro de tinta son suministradas en la Tabla G.
Las formulaciones de recubrimiento son preparadas a alrededor de 45 % de sólidos y un valor de pH de 7.0, mediante adición de 3 partes por cien de aglutinante de látex de copolímero de etilen vinil acetato a la pasta líquida de pigmento. La formulación de recubrimiento de material original es preparada a 50.2 % de sólidos y un valor de pH de 7.0, mediante adición de 5 partes por cien de un aglutinante de etilen vinil acetato, y 4 partes por cien de poli-DADMAC a la pasta líquida de pigmento. Las formulaciones de recubrimiento son aplicadas a un sustrato que tiene un peso base de ~72 g/m2, usando una máquina de reducción de laboratorio, sobre un lado individual a aproximadamente 10-11 g/m2 peso del recubrimiento.
Los datos de la lámina recubierta en la Tabla G indican que la rugosidad, brillo de la lámina, densidad de color (turquesa, magenta, amarillo y negro) del chorro de tinta y tiempo de secado mejoran para arcilla de caolín Kaojet molida en húmedo, comparados con el material original. La más elevada densidad del color indica que el tamaño de partícula más fino y elevada área superficial son útiles para la mejor retención de colorantes presentes en tintas para chorro de tinta. La densidad del color de estas muestras molidas en húmedo es más elevada que la densidad del color obtenida con las muestras molidas en húmedo de arcilla de caolín Kaofine 90 (descrita en el Ejemplo 9). El brillo de la lámina aumenta de 6-8 (original) hasta 61 para arcilla de caolín Kaojet molida en húmedo. El brillo de la lámina de muestras molidas en húmedo mejora debido a la disminución en tamaño de partícula, comparado con las partículas
mucho más gruesas y agregadas de la alimentación original. El brillo de la lámina de producto de 120 minutos es ligeramente más pobre que el de producto de 60 minutos, debido a la ruptura de la película de recubrimiento con producto mucho más fino de 120 minutos. La ruptura de las películas de recubrimiento es un fenómeno común para partículas de pigmento en nanoescala, tales como hidrato de alúmina usado en recubrimientos de chorro de tinta de alto brillo.
Tabla G
Ejemplo 11
Se evalúa la muestra de arcilla catiónica de caolín Kaojet molida en húmedo producida a tiempo de proceso de 75 minutos, como se describió en el Ejemplo 5, respecto a recubrimiento con chorro de tinta y facilidad de impresión, siguiendo el procedimiento del Ejemplo 9. En la Tabla H se suministran los datos de formulaciones de recubrimiento, propiedades de lámina recubierta y facilidad de impresión del chorro de tinta. Las formulaciones de recubrimiento son preparadas mediante adición de 3 partes por cien de aglutinante de látex de copolímero de etilen vinil acetato, a la pasta líquida de pigmento. La formulación de recubrimiento de material original es preparada a 50.2 % de sólidos y un valor de pH de 5.0, mediante adición de 5 partes por cien de aglutinante de etilen vinil acetato y 4 partes por cien de poli-DADMAC (en total incluyendo la cantidad de dispersante), a la pasta líquida de pigmento. Las formulaciones de recubrimiento de productos catiónicos molidos en húmedo son preparadas sin poli-DADMAC adicional. Los recubrimientos son aplicados a un sustrato que tiene un peso base de ~72 g/m2 usando una máquina de reducción de laboratorio a aproximadamente 10-11 g/m2 peso del recubrimiento.
Los datos de lámina recubierta en la Tabla H indican que la rugosidad disminuye y el brillo de la lámina aumenta para arcilla de caolín Kaojet molida en húmedo, comparada con el material original. El brillo de la lámina aumenta de 6-8 para la arcilla de caolín Kaojet original hasta 56 para muestras molidas en húmedo. El brillo de la lámina de muestras molidas en húmedo mejora, debido a la disminución en tamaño de partícula, comparado con las partículas mucho más gruesas y agregadas de la alimentación de arcilla de caolín Kaojet original. Los productos molidos en húmedo mejoran en color (turquesa, magenta, amarillo y negro) densidad y tiempo de secado, comparados con la alimentación de arcilla de caolín Kaojet original. La más elevada densidad del color indica que el tamaño más fino de partícula y elevada área superficial son útiles para la mejor retención de los colorantes presentes en las tintas para chorro de tinta. El polímero catiónico añadido en la molienda en húmedo actúa como un agente de fijación de tinte y suministra mejorada agudeza de la imagen.
Este Ejemplo 11 demuestra que las muestras molidas en húmedo de arcilla catiónica de caolín Kaojet pueden ser recubiertas con una cantidad más baja de aglutinante, comparadas con el material original. Adicionalmente, este Ejemplo 11 demuestra que el proceso de la presente invención puede ser usado para producir productos que son catiónicos por naturaleza y adecuados para aplicación de chorro de tinta con elevado brillo.
Ejemplo 12
Siguiendo el procedimiento del Ejemplo 11, se evalúan los productos de arcilla catiónica de caolín Kaojet molida en húmedo, producidos a diferentes tiempos de proceso (producidos a 10, 30, 40, y 50 minutos; productos descritos en el Ejemplo 6), respecto al recubrimiento con chorro de tinta y facilidad de impresión. En la Tabla I se suministran los datos sobre formulaciones de recubrimiento, propiedades de lámina recubierta y facilidad de impresión del chorro de tinta. Las formulaciones de recubrimiento son preparadas a 37.4-46.2 % de sólidos, dependiendo de los sólidos del pigmento, mediante adición de 3-5 partes por cien de aglutinante de etilen vinil acetato, a la pasta líquida de pigmento. La formulación de recubrimiento de material original es preparada a 50.2 % de sólidos y un valor de pH de 5.0, mediante adición de 5 partes por cien de aglutinante de etilen acetato y 4 partes por cien de poli-DADMAC, a la pasta líquida de pigmento. Los recubrimientos son aplicados a un sustrato que tiene un peso base ~72 g/m2 usando una máquina de reducción de laboratorio, a aproximadamente 10-11 g/m2 de peso del recubrimiento.
Los datos de la lámina recubierta suministrados en la Tabla I indican que la rugosidad disminuye y el brillo de la lámina aumenta para la arcilla de caolín Kaojet molida en húmedo, comparada con la alimentación de arcilla de caolín Kaojet original. El brillo de la lámina aumenta de 6-8 para la alimentación de arcilla de caolín Kaojet original hasta 57.5-60 para arcilla de caolín Kaojet molida en húmedo, dependiendo del tiempo de proceso de molienda en húmedo. El brillo de la lámina de muestras molidas en húmedo mejora debido a la disminución en tamaño de partícula, comparado con las partículas agregadas y mucho más gruesas de la alimentación de arcilla de caolín Kaojet original. Los productos molidos en húmedo mejoran en color (turquesa, magenta, amarillo y negro), en densidad y en tiempo de secado, comparados con la alimentación de arcilla de caolín Kaojet original. La densidad del color es aproximadamente la misma para muestras molidas en húmedo producidas a 30-50 minutos tiempo de proceso, mientras las muestras molidas en húmedo producidas a tiempo de proceso de 10 minutos tiempo de proceso son más bajas en densidad del color, pero mejoradas sobre la alimentación de arcilla de caolín Kaojet original. Adicionalmente, la densidad del color de productos molidos en húmedo producidos a tiempo de proceso de 30-50 minutos es aproximadamente la misma que la de los productos de 75 minutos discutidos en el Ejemplo 11. El polímero catiónico añadido en la molienda en húmedo actúa como un agente de fijación de tinte y suministra agudeza de la imagen.
Este ejemplo 12 demuestra que el rendimiento de la unidad de molienda en húmedo puede ser incrementado, disminuyendo el tiempo de proceso y todavía producir productos que son catiónicos por naturaleza y adecuados para aplicación de chorro de tinta con elevado brillo.
Tabla H
Tabla I
Ejemplo 13
Se evalúa el producto molido en húmedo de arcilla catiónica de caolín Kaofine 90 producido en el ejemplo 7, respecto al recubrimiento con chorro de tinta y facilidad de impresión, siguiendo el procedimiento del Ejemplo 11. En la Tabla J se presentan los datos de formulación de recubrimiento, propiedades de lámina recubierta y facilidad de impresión para muestras no molidas y molidas en húmedo. Se preparan formulaciones de recubrimiento mediante adición de 5 partes por cien de aglutinante de etilen vinil acetato a la pasta líquida de pigmento molido en húmedo. Se prepara la formulación de recubrimiento de alimentación arcilla de caolín Kaofine 90 original no molido, mediante adición de 5 partes por cien de aglutinante de etilen vinil acetato y 4 partes por cien de poli-DADMAC. Los recubrimientos son aplicados a un sustrato que tiene un peso base ~72 g/m2 usando una máquina de reducción de laboratorio, sobre un lado a aproximadamente 10-11 g/m2 de peso del recubrimiento.
Los datos de lámina recubierta suministrados en la Tabla J indican que el producto molido en húmedo de arcilla de caolín Kaofine 90 mejora en color (turquesa, magenta, amarillo y negro), en densidad y en tiempo de secado, sin degradar sustancialmente el brillo de la lámina calandrada y rugosidad de la superficie, comparados con material original no molido. Las partículas más redondeadas de producto molido en húmedo dan como resultado un brillo de la lámina de 60, comparado con un brillo de la lámina de 66 para el material original con partículas en placa. El material de arcilla de caolín Kaofine 90 original da como resultado elevada densidad del color de la tinta negra, pero tiene una muy pobre densidad de color (turquesa, magenta y amarillo) y una calidad de imagen inaceptable. En la impresión a color se aglomera la tinta, y se forma una imagen pobre.
Este ejemplo 13 demuestra que la arcilla de caolín Kaofine 90 puede ser usada para producir productos molidos en húmedo que son catiónicos por naturaleza y adecuados para aplicación por chorro de tinta con elevado brillo.
Ejemplo 14
El producto de arcilla catiónica de caolín Kaocal molido en húmedo producido en el Ejemplo 8 es evaluado respecto al recubrimiento con chorro de tinta y facilidad de impresión, siguiendo el procedimiento similar al descrito en el Ejemplo 11, excepto que se requiere un aglutinante mucho más fuerte para el material original de alimentación. En la Tabla J se presentan los datos de formulación de recubrimiento, propiedades de lámina recubierta y facilidad de impresión para muestras no molidas y molidas en húmedo originales. Se prepara una formulación de recubrimiento de producto molido en húmedo, a 51.2 % de sólidos mediante adición de 5 partes por cien de aglutinante de etilen vinil acetato, a la pasta líquida de pigmento. La formulación de recubrimiento de alimentación de arcilla de caolín Kaocal original es preparada a 35 % de sólidos mediante adición de 7.5 partes por cien de aglutinante de polivinil alcohol de alto peso molecular y 4 partes de poli-DADMAC, a la pasta líquida de pigmento. Los sólidos del recubrimiento de arcilla de caolín Kaocal original son menores debido a sólidos mucho más bajos del aglutinante de polivinil alcohol. Los recubrimientos son aplicados a un sustrato que tiene un peso base ~72 g/m2 usando una máquina de reducción de laboratorio, sobre un lado a aproximadamente 10-11 g/m2 de peso del recubrimiento. La demanda de aglutinante para arcilla de caolín Kaocal original es muy alta comparada con la de arcilla de caolín Kaocal molida en húmedo y causa una severa producción de polvo; por ello, se usa un aglutinante más fuerte de polivinil alcohol.
La pasta líquida de producto de arcilla catiónica de caolín Kaocal molida en húmedo muestra una mejora significativa en la rugosidad de la lámina recubierta, brillo de la lámina, densidad de color (turquesa, magenta, amarillo y negro) del chorro de tinta y formación de imagen, comparados con el material original no molido (Tabla J). Aunque el tiempo de secado de la tinta es aceptable, el material no molido da como resultado una muy pobre facilidad de impresión del chorro de tinta, en términos de densidad del color y formación de imagen. El proceso de molienda en húmedo rompe los agregados originales con baja densidad a granel, elevado volumen de poro y elevada dispersión de luz, de la arcilla calcinada. Las partículas finas resultantes mejoran el brillo de la lámina recubierta y la facilidad de impresión del chorro de tinta, en términos de densidad del color y formación de imagen, sin cambiar sustancialmente el tiempo de secado (tiempo para que seque la tinta).
Este Ejemplo 14 demuestra que la arcilla calcinada puede ser usada también para producir productos molidos en húmedo, que son catiónicos por naturaleza y adecuados para aplicación de chorro de tinta con elevado brillo.
Tabla J
Ejemplo 15
Este Ejemplo 15 demuestra las características autoaglutinantes (sin aglutinante) del caolín molido en húmedo. Siguiendo el procedimiento del Ejemplo 11, el producto de arcilla catiónica de caolín Kaojet molida en húmedo (producido a 75 minutos, producto 10 del Ejemplo 5) es evaluado respecto recubrimiento con chorro de tinta y facilidad de impresión, sin aglutinante. Para comparación, también se prepara una formulación de recubrimiento, mediante adición de 3 partes por cien de aglutinante de etilen vinil acetato. Las láminas recubiertas son preparadas mediante la aplicación directa de la pasta líquida de pigmento a un sustrato que tiene un peso base de ~ 72 g/m2 usando una máquina de reducción de laboratorio, sobre un lado a aproximadamente 10-11 g/m2 de peso del recubrimiento. Las láminas recubiertas sin aglutinante son evaluadas respecto a la facilidad de impresión del chorro de tinta, siguiendo el procedimiento del Ejemplo 11. En la Tabla K se suministran los datos de las formulaciones de recubrimiento, propiedades de lámina recubierta y facilidad de impresión del chorro de tinta.
El recubrimiento de pigmento de arcilla de caolín Kaojet molida en húmedo sin un aglutinante se adhiere fuertemente al papel base. Se evalúa la fortaleza de la lámina recubierta, mediante los métodos de prueba de frotamiento con el dedo seco y de tracción con cinta. Las láminas recubiertas sin aglutinante no causan formación significativa de polvo, y tienen la fortaleza suficiente para resistir la elevada presión de calandrado y para alimentar una impresora de chorro de tinta sin ningún problema significativo. También, el recubrimiento sin aglutinante dio como resultado mejora en la absorción de tinta (impresora Canon), y similares brillo de la lámina y densidad óptica, comparados con las láminas preparadas usando 3 partes de aglutinante.
1 calandrado de pellizco suave @ 1 paso/lado, 28,545.701 N/m a 126.667 °C (163 PLI a 260°F, PLI= libra por pulgada lineal)
21=mejor y 5=peor 
Esta invención ha sido descrita haciendo referencia particular a ciertas realizaciones, pero pueden hacerse variaciones y modificaciones, sin apartarse del alcance de la invención.
Claims (9)
1. Un proceso para la manufactura de un pigmento mineral que suministra alto brillo y mejora el secado de la tinta, la formación de imagen y la densidad del color, tal que es adecuado para el uso en aplicaciones brillantes por impresión de chorro de tinta, mediante tratamiento de una composición mineral no molida, en donde el proceso comprende los pasos secuenciales de:
A. obtención de una composición mineral beneficiada, no molida, seleccionada de entre arcilla de caolín hidratada o calcinada;
B. triturado en seco de la composición mineral bajo condiciones de elevada intensidad, para agregar las partículas de la composición mineral,
con lo cual aumenta el área superficial de las partículas agregadas, frente al área superficial de las partículas de la composición mineral no molida;
C. molienda en húmedo de la composición mineral molida en seco, agregada, bajo condiciones de alta intensidad para producir un pigmento mineral,
con lo cual se incrementa el área superficial de las partículas del pigmento mineral y disminuye su tamaño de partícula, comparados con la composición mineral molida en seco, antes de la molienda en húmedo.
2. El proceso para la manufactura de un pigmento mineral que suministra alto brillo y mejora el secado de la tinta, la formación de imagen y la densidad del color, tales que es adecuado para uso en aplicaciones brillantes por impresión de chorro de tinta, mediante tratamiento de una composición mineral no molida, como se reivindica en la Reivindicación 1, en donde el proceso comprende los pasos secuenciales de:
A. obtención de una composición mineral beneficiada, no molida, seleccionada de entre arcilla de caolín hidratada o calcinada;
B. triturado en seco de la composición mineral bajo condiciones de alta intensidad para agregar las partículas de la composición mineral,
con lo cual se incrementa el área superficial de las partículas agregadas frente al área superficial de las partículas de la composición mineral no molida;
B1. sometimiento de la composición mineral molida a un tratamiento ácido,
con lo cual se incrementa el área superficial de las partículas agregadas de la composición mineral molida tratada con ácido, respecto al área superficial de las partículas agregadas de la composición mineral molida antes del tratamiento ácido; y
C. molienda en húmedo bajo condiciones de alta intensidad de la composición mineral tratada con ácido, para producir un pigmento mineral,
con lo cual se incrementa el área superficial de las partículas del pigmento mineral molido en húmedo y disminuye su tamaño de partícula, comparado con la composición mineral tratada con ácido antes de la molienda en húmedo.
3. Un proceso para la manufactura de un pigmento mineral que suministra alto brillo y mejora el secado de la tinta, la formación de imagen y la densidad del color, tales que es adecuado para uso en aplicaciones brillantes por impresión de chorro de tinta, mediante tratamiento de una composición mineral no molida como se reivindica en la Reivindicación 1, en donde el proceso comprende los pasos secuenciales de:
A. obtención de una composición mineral beneficiada, no molida, seleccionada de entre arcilla de caolín hidratada o calcinada;
B. triturado en seco de la composición mineral bajo condiciones de alta intensidad, para agregar las partículas de la composición mineral molida,
con lo cual aumenta el área superficial de las partículas agregadas, frente al área superficial de las partículas de la composición mineral no molida;
C. molienda en húmedo de las partículas agregadas de la composición mineral molida en seco, bajo condiciones de alta intensidad para producir un pigmento mineral,
con lo cual se incrementa el área superficial de las partículas de la composición mineral molida en seco molida en húmedo y disminuye su tamaño de partícula, comparados con la composición mineral molida en seco, antes de la molienda en húmedo; y
D. sometimiento de la composición mineral molida en seco molida en húmedo a un tratamiento ácido para producir un pigmento mineral,
con lo cual se incrementa el área superficial de las partículas del pigmento mineral molido en húmedo tratado con ácido, respecto al área superficial de las partículas de la composición mineral molida en seco molida en húmedo, antes del tratamiento ácido.
4. Un pigmento mineral en nanopartículas o un pigmento mineral para recubrimiento y relleno, en donde dicho pigmento mineral en nanopartículas o dicho pigmento mineral para recubrimiento y relleno es producido mediante un proceso que comprende los pasos secuenciales de:
A. obtención de una composición mineral beneficiada, no molida seleccionada de entre arcilla de caolín hidratada o calcinada,
B. triturado en seco de la composición mineral bajo condiciones de alta intensidad para agregar las partículas de la composición mineral molida,
con lo cual se incrementa el área superficial de las partículas agregadas, respecto al área superficial de las partículas de la composición mineral no molida; y
C. molienda en húmedo de la composición mineral molida en seco agregada bajo condiciones de alta intensidad para separar las partículas agregadas hasta dar nanopartículas, para producir un pigmento mineral,
con lo cual una mayoría de las partículas del pigmento mineral tiene un tamaño de partícula de menos de 200 nanómetros como un resultado de dichos pasos de triturado en seco y molienda en húmedo.
5. Un pigmento mineral en nanopartículas como se definió en la Reivindicación 4 en donde, a continuación de la trituración en seco pero antes de la molienda en húmedo, la composición mineral es sometida a un tratamiento ácido.
6. Un pigmento mineral en nanopartículas como se definió en la Reivindicación 4 en donde la composición mineral molida en seco y molida en húmedo es sometida a un tratamiento ácido.
7. Un pigmento mineral en nanopartículas como se reivindicó en la Reivindicación 4, con el cual las partículas del pigmento mineral son adecuadas para uso como un pigmento en aplicaciones brillantes por impresión de chorro de tinta.
8. Un producto de papel recubierto con una composición que contiene un pigmento mineral en nanopartículas como se definió por una cualquiera de las Reivindicaciones 4 a 7.
9. Una composición para recubrimiento de papel que contiene un pigmento mineral en nanopartículas como se definió por una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 7, como un pigmento único, en donde la composición no incluye un aglutinante.
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