ES2929232T3 - Método para mejorar las propiedades físicas y/o mecánicas de celulosa microfibrilada redispersada - Google Patents

Abstract

Métodos para mejorar la redispersabilidad de celulosa microfibrilada seca o al menos parcialmente seca, métodos para redispersar celulosa microfibrilada seca o al menos parcialmente seca, composiciones que comprenden celulosa microfibrilada redispersada y el uso de celulosa microfibrilada redispersada en un artículo , producto o composición; y métodos para mejorar las propiedades físicas y/o mecánicas de la celulosa microfibrilada redispersada seca o parcialmente seca. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Método para mejorar las propiedades físicas y/o mecánicas de celulosa microfibrilada redispersada

CAMPO TÉCNICO

[0001] La presente invención se refiere en general a métodos para mejorar la redispersabilidad de celulosa microfibrilada seca o al menos parcialmente seca. Los métodos comprenden deshidratar la composición acuosa, seguido de secado. La redispersión de celulosa microfibrilada puede, por ejemplo, comprender la redispersión de celulosa microfibrilada seca o al menos parcialmente seca en un medio líquido y en presencia de un aditivo distinto de material inorgánico en partículas y/o en presencia de una combinación de materiales inorgánicos en partículas. El aditivo y/o combinación de materiales inorgánicos en partículas puede, por ejemplo, mejorar una propiedad mecánica y/o física de la celulosa microfibrilada redispersada.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

[0002] En los últimos años, se ha demostrado que la celulosa microfibrilada y las composiciones que la comprenden tienen una variedad de propiedades útiles, que incluyen la mejora de las propiedades mecánicas, físicas y/u ópticas de una variedad de productos, como papel, cartón, artículos poliméricos, pinturas y similares. Normalmente preparado en forma acuosa, normalmente se seca para el transporte con el fin de reducir su peso y los costos de transporte asociados. Este proceso se describe en la publicación de Patente Internacional WO2014/091212A1. El usuario final normalmente volverá a dispersar la celulosa microfibrilada antes de usarla en el uso final previsto. Sin embargo, después del secado y la redispersión, algunas o todas sus propiedades ventajosas disminuyen o se pierden. Por tanto, existe una necesidad continua de mejorar las propiedades de la celulosa microfibrilada tras el secado y la redispersión.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

[0003] De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un método para mejorar las propiedades físicas y/o mecánicas de la celulosa microfibrilada secada parcialmente o redispersada, comprendiendo el método:

a. proporcionar: una composición acuosa de celulosa microfibrilada;

b. deshidratar la composición acuosa por uno o más de: (i) deshidratación por prensa de banda, (ii) una prensa de banda automatizada de alta presión, (iii) centrífuga, (iv) prensa de tubo, (v) prensa de tornillo, y (vi) prensa rotativa;

para producir una composición de celulosa microfibrilada deshidratada;

c. secar la composición de celulosa microfibrilada deshidratada mediante uno o más de: (i) un secador de lecho fluidizado, (ii) un secador de microondas y/o radiofrecuencia, (iii) un molino de barrido de aire caliente o un secador de barrido de aire caliente, un molino celular o un molino celular multirotor, y (iv) liofilización; para producir una composición de celulosa microfibrilada seca o parcialmente seca;

después de lo cual, al volver a dispersar la composición de celulosa microfibrilada seca o parcialmente seca en un medio líquido, la celulosa microfibrilada tiene un índice de tracción y/o una viscosidad que es al menos el 50 % del índice de tracción y/o la viscosidad de la composición acuosa de celulosa microfibrilada antes al secado a una concentración comparable y una inclinación de fibra de 20 a 50, como se describe en las reivindicaciones 1-15.

[0004] Los detalles, ejemplos y preferencias proporcionados en relación con uno o más de los aspectos establecidos de la presente invención se aplican por igual a todos los aspectos de la presente invención. Cualquier combinación de las formas de realización, ejemplos y preferencias descritas en el presente documento en todas las variaciones posibles de los mismos está abarcada por la presente invención a menos que se indique lo contrario en el presente documento, o que el contexto lo contradiga claramente de otro modo.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

[0003] La Figura 1 muestra un resumen del efecto del uso de un refinador de disco único sobre una composición seca que comprende materiales de celulosa microfibrilada y carbonato de calcio.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

[0006] Buscando mejorar una o más propiedades de la celulosa microfibrilada redispersada y las composiciones que la comprenden, sorprendentemente se ha encontrado que una combinación de deshidratación y secado mecánicos, una composición acuosa (nunca antes secada) que comprende la celulosa microfibrilada, opcionalmente en presencia de una partícula inorgánica y/u otro aditivo como se describe en el presente documento, se puede implementar para potenciar o mejorar una o más propiedades de la celulosa microfibrilada tras la redispersión. Es decir, en comparación con la celulosa microfibrilada antes del secado, la una o más propiedades del microfibrilado redispersado están más cerca de las propiedades de la celulosa microfibrilada antes del secado de lo que hubiera sido si no hubiera sido por la combinación de deshidratación y secado. De forma similar, se ha encontrado sorprendentemente que la incorporación de material inorgánico en partículas, o una combinación de materiales inorgánicos en partículas y/u otros aditivos como se describe aquí, puede mejorar la redispersabilidad de la celulosa microfibrilada después del secado inicial.

[0007] Por tanto, de acuerdo con la presente invención, se proporciona un método para mejorar las propiedades físicas y/o mecánicas de la celulosa microfibrilada secada parcialmente o redispersada, comprendiendo el método:

a. proporcionar: una composición acuosa de celulosa microfibrilada;

b. deshidratar la composición acuosa por uno o más de: (i) deshidratación por prensa de banda, (ii) una prensa de banda automatizada de alta presión, (iii) centrífuga, (iv) prensa de tubo, (v) prensa de tornillo, y (vi) prensa rotativa;

para producir una composición de celulosa microfibrilada deshidratada;

c. secar la composición de celulosa microfibrilada deshidratada mediante uno o más de: (i) un secador de lecho fluidizado, (ii) un secador de microondas y/o radiofrecuencia, (iii) un molino de barrido de aire caliente o un secador de barrido de aire caliente, un molino celular o un molino celular multirotor, y (iv) liofilización;

para producir una composición de celulosa microfibrilada seca o parcialmente seca;

después de lo cual, al volver a dispersar la composición de celulosa microfibrilada seca o parcialmente seca en un medio líquido, la celulosa microfibrilada tiene un índice de tracción y/o una viscosidad que es al menos el 50 % del índice de tracción y/o la viscosidad de la composición acuosa de celulosa microfibrilada antes al secado a una concentración comparable y una inclinación de fibra de 20 a 50.

[0008] Las siguientes secciones pertenecen a cualquiera de los aspectos descritos anteriormente.

[0009] Las referencias a "secado" o "secar" incluyen "secado al menos parcialmente" o "secar al menos parcialmente".

[0010] En determinadas formas de realización, la composición acuosa que comprende celulosa microfibrilada se deshidrata mediante una prensa de cinta, por ejemplo, una prensa de cinta automatizada de alta presión, seguido de secado mediante uno o más de (i) a (iv) en el paso (c) anterior.

[0011] En ciertas formas de realización, la composición acuosa que comprende celulosa microfibrilada se deshidrata por centrifugación, seguido de secado a través de uno o más de (i) a (iv) en el paso (c) anterior.

[0012] En ciertas formas de realización, la composición acuosa que comprende celulosa microfibrilada se deshidrata mediante prensa tubular, seguido de secado a través de uno o más de (i) a (iv) en el paso (c) anterior.

[0013] En ciertas formas de realización, la composición acuosa que comprende celulosa microfibrilada se deshidrata mediante una prensa de tornillo, seguido de secado mediante uno o más de (i) a (iv) en el paso (c) anterior.

[0014] En ciertas formas de realización, la composición acuosa que comprende celulosa microfibrilada se deshidrata mediante una prensa rotatoria, seguido de secado a través de uno o más de (i) a (iv) en el paso (c) anterior.

[0015] En ciertas formas de realización, la composición acuosa se deshidrata a través de uno o más de (i) a (vi) en el paso (b) anterior y luego se seca en un secador de lecho fluidizado.

[0016] En ciertas formas de realización, la composición acuosa se deshidrata a través de uno o más de (i) a (vi) en el paso (b) anterior, y luego se seca mediante microondas y/o secado por radiofrecuencia.

[0017] En ciertas formas de realización, la composición acuosa se deshidrata a través de uno o más de (i) a (vi) en el paso (b) anterior, y luego se seca en un molino de barrido de aire caliente o secador de barrido de aire caliente, por ejemplo, un molino celular o un molino Atritor. Un molino Atritor puede ser un secador-pulverizador Atritor, un molino de células Attritor, un molino clasificador Atritor extendido o un secador Atritor Air Swept Tubular (AST) (Atritor Limited, 12 The Stampings, Blue Ribbon Park, Coventry, West Midlands, Inglaterra). Dichos molinos pueden usarse para preparar la composición acuosa de celulosa microfibrilada que posteriormente se seca y luego se vuelve a dispersar.

[0018] En ciertas formas de realización, la composición acuosa se deshidrata a través de uno o más de (i) a (vi) en el paso (b) anterior, y luego se seca mediante liofilización.

[0019] La deshidratación y el secado pueden llevarse a cabo para cualquier periodo de tiempo, por ejemplo, desde aproximadamente 30 minutos hasta aproximadamente 12 horas, o desde aproximadamente 30 minutos hasta aproximadamente 8 horas, o desde aproximadamente 30 minutos hasta aproximadamente 4 horas, o desde aproximadamente 30 minutos hasta aproximadamente 2 horas. El período de tiempo dependerá de factores tales como, por ejemplo, el contenido de sólidos de la composición acuosa que comprende celulosa microfibrilada, la cantidad a granel de la composición acuosa que comprende celulosa microfibrilada y la temperatura de secado.

[0020] En ciertas formas de realización, el secado se lleva a cabo a una temperatura de aproximadamente 50 °C a aproximadamente 120 °C, por ejemplo, de aproximadamente 60 °C a aproximadamente 100 °C, o al menos aproximadamente 70 °C, o al menos aproximadamente 75 °C, o al menos aproximadamente 80 °C. En ciertas formas de realización, el método comprende además redispersar la celulosa microfibrilada seca o al menos parcialmente seca en un medio líquido, que puede ser un líquido acuoso o no acuoso. En ciertas formas de realización, el medio líquido es un líquido acuoso, por ejemplo, agua. En determinadas formas de realización, el agua es un agua residual o un agua residual reciclada derivada de la planta de fabricación en la que se utiliza la celulosa microfibrilada redispersada para fabricar un artículo, producto o composición. Por ejemplo, en plantas de fabricación de papel/cartón, el agua puede ser o comprender aguas blancas recicladas del proceso de fabricación de papel. En determinadas formas de realización, al menos una parte de cualquier material inorgánico en partículas y/o aditivo distinto del material inorgánico en partículas estará presente en el agua blanca reciclada.

[0022] En ciertas formas de realización, el método comprende además usar la celulosa microfibrilada redispersada en la fabricación de un artículo, producto o composición, que son muchos y diversos e incluyen, sin limitación, papel y cartón, artículos poliméricos, productos y composiciones, y otras composiciones tales como recubrimientos, por ejemplo, pintura. En ciertas formas de realización, la celulosa microfibrilada seca o al menos parcialmente seca comprende material inorgánico en partículas y/o un aditivo, cuya presencia mejora una propiedad mecánica y/o física de la celulosa microfibrilada redispersada. Dichos materiales inorgánicos en partículas y aditivos se describen en el presente documento a continuación.

[0024] La composición acuosa que comprende celulosa microfibrilada se puede deshidratar y secar para reducir el contenido de agua en al menos un 10 % en peso, basado en el peso total de la composición acuosa que comprende celulosa microfibrilada antes de deshidratar y secar, por ejemplo, mediante al menos el 20 % en peso, o al menos el 30 % en peso, o al menos el 40 % en peso, o al menos alrededor del 50 % en peso, o al menos el 60 % en peso, o al menos el 70 % en peso, o al menos un 80 % en peso, o al menos un 80 % en peso, o al menos un 90 % en peso, o al menos un 95 % en peso, o al menos un 99 % en peso, o en al menos aproximadamente un 99,5 % en peso, o en al menos un 99,9 % en peso.

[0025] Por "secado" o "seco" se entiende que el contenido de agua de la composición acuosa que comprende celulosa microfibrilada se reduce en al menos un 95% en peso.

[0026] Por "parcialmente secado" o "parcialmente seco" se entiende que el contenido de agua de la composición acuosa que comprende celulosa microfibrilada se reduce en una cantidad inferior al 95 % en peso. En determinadas formas de realización, "parcialmente secado” o “parcialmente seco" significa que el contenido de agua de la composición acuosa que comprende celulosa microfibrilada se reduce al menos un 50 % en peso, por ejemplo, al menos un 75 % en peso, o al menos 90 % en peso.

[0027] La composición acuosa comprende celulosa microfibrilada. Por "celulosa microfibrilada" se entiende una composición de celulosa en la que las microfibrillas de celulosa se liberan total o parcialmente como especies individuales o como agregados más pequeños en comparación con las fibras de una celulosa premicrofibrilada. La celulosa microfibrilada puede obtenerse mediante microfibrilación de celulosa, incluidos, entre otros, los procesos descritos en el presente documento. Las fibras de celulosa típicas (es decir, pulpa premicrofibrilada) adecuadas para su uso incluyen agregados más grandes de cientos o miles de microfibrillas de celulosa individuales. Al microfibrilar la celulosa, se imparten a la celulosa microfibrilada y a las composiciones que incluyen la celulosa microfibrilada características y propiedades particulares, incluidas, entre otras, las características y propiedades descritas en el presente documento.

[0028] La celulosa microfibrilada se puede derivar de cualquier fuente adecuada, como se describe en el presente documento.

[0029] A menos que se indique lo contrario, las propiedades de tamaño de partícula a las que se hace referencia en este documento para los materiales inorgánicos en partículas se miden de una manera bien conocida mediante la sedimentación del material en partículas en una condición completamente dispersa en un medio acuoso utilizando una máquina Sedigraph 5100 suministrada por Micromeritics Instruments Corporation, Norcross, Georgia, EE. UU. (teléfono: 1 770 662 3620; sitio web: www.micromeritics.com), denominada en el presente documento "unidad Micromeritics Sedigraph 5100". Una máquina de este tipo proporciona mediciones y un gráfico del porcentaje acumulativo en peso de partículas que tienen un tamaño, denominado en la técnica como "diámetro esférico equivalente" (e.s.d.), menor que los valores de e.s.d. dados. El tamaño medio de partícula d⁵⁰ es el valor así determinado de la e.s.d. de partícula en el que hay un 50% en peso de partículas que tienen un diámetro esférico equivalente inferior a ese valor d⁵⁰.

[0030] Alternativamente, cuando se indique, las propiedades de tamaño de partícula a las que se hace referencia en el presente documento para los materiales inorgánicos en partículas se miden mediante el conocido método convencional empleado en la técnica de la dispersión de luz láser, utilizando una máquina Malvern Mastersizer S suministrada por Malvern Instruments. Ltd (o por otros métodos que den esencialmente el mismo resultado). En la técnica de dispersión de luz láser, el tamaño de las partículas en polvos, suspensiones y emulsiones se puede medir mediante la difracción de un rayo láser, en base a una aplicación de la teoría de Mie. Una máquina de este tipo proporciona mediciones y un gráfico del porcentaje acumulativo por volumen de partículas que tienen un tamaño, denominado en la técnica diámetro esférico equivalente (e.s.d.), menor que los valores de e.s.d. dados. El tamaño medio de partícula d⁵⁰ es el valor así determinado de la e.s.d. de partícula en el que hay un 50% en volumen de partículas que tienen un diámetro esférico equivalente inferior a ese valor d⁵⁰.

[0031] A menos que se indique lo contrario, las propiedades del tamaño de partícula de los materiales de celulosa microfibrilada se miden mediante el conocido método convencional empleado en la técnica de la dispersión de luz láser, utilizando una máquina Malvern Mastersizer S suministrada por Malvern Instruments Ltd (o por otros métodos que dan esencialmente el mismo resultado).

[0032] En ciertas formas de realización, la celulosa microfibrilada tiene un d⁵⁰ que oscila entre aproximadamente 5 pm y aproximadamente 500 pm, medido por dispersión de luz láser. En determinadas formas de realización, la celulosa microfibrilada tiene un d⁵⁰ igual o inferior a aproximadamente 400 pm, por ejemplo igual o inferior a aproximadamente 300 pm, o igual o inferior a aproximadamente 200 pm, o igual o inferior a aproximadamente 150 pm, o igual o inferior a aproximadamente 125 pm, o igual o inferior a aproximadamente 100 pm, o igual o inferior a aproximadamente 90 pm, o igual o inferior a aproximadamente 80 pm, o igual o inferior a aproximadamente 70 pm, o igual o inferior a aproximadamente 60 pm, o igual o inferior a aproximadamente 50 pm, o igual o inferior a aproximadamente 40 pm, o igual o inferior a aproximadamente 30 pm, o igual o inferior a aproximadamente 20 pm, o igual o inferior a aproximadamente 10 pm.

[0033] En ciertas formas de realización, la celulosa microfibrilada tiene un tamaño de partícula de fibra modal que oscila entre aproximadamente 0,1 y 500 pm. En ciertas formas de realización, la celulosa microfibrilada tiene un tamaño de partícula de fibra modal de al menos aproximadamente 0,5 pm, por ejemplo, al menos aproximadamente 10 pm, o al menos aproximadamente 50 pm, o al menos aproximadamente 100 pm, o al menos aproximadamente 150 pm, o al menos aproximadamente 200 pm, o al menos aproximadamente 300 pm, o al menos aproximadamente 400 pm.

[0034] Adicional o alternativamente, la celulosa microfibrilada puede tener una inclinación de la fibra igual o mayor que aproximadamente 10, medido por Malvern. La inclinación de la fibra (es decir, la inclinación de la distribución del tamaño de partícula de las fibras) se determina mediante la siguiente fórmula:

Inclinación = 100 x (d³⁰/d⁷⁰)

[0035] La celulosa microfibrilada puede tener una inclinación de la fibra igual o inferior a aproximadamente 100. La celulosa microfibrilada puede tener una inclinación de la fibra igual o inferior a aproximadamente 75, o igual o inferior a aproximadamente 50, o igual o inferior a aproximadamente 40, o igual o inferior a aproximadamente 30. La celulosa microfibrilada puede tener una inclinación de fibra de aproximadamente 20 a aproximadamente 50, o de aproximadamente 25 a aproximadamente 40, o de aproximadamente 25 a aproximadamente 35, o de aproximadamente 30 a aproximadamente 40.

[0036] La celulosa microfibrilada puede, por ejemplo, tratarse antes de deshidratar y/o secar. Por ejemplo, se pueden añadir a la celulosa microfibrilada uno o más aditivos como se especifica a continuación (por ejemplo, sal, azúcar, glicol, urea, glicol, carboximetilcelulosa, goma guar o una combinación de los mismos como se especifica a continuación). Por ejemplo, se pueden añadir uno o más oligómeros (por ejemplo, con o sin los aditivos especificados anteriormente) a la celulosa microfibrilada. Por ejemplo, se pueden agregar uno o más materiales inorgánicos en partículas a la celulosa microfibrilada para mejorar la dispersabilidad (p. ej., talco o minerales que tengan un tratamiento de superficie hidrófobo, como un tratamiento de superficie con ácido esteárico (p. ej., carbonato de calcio tratado con ácido esteárico). Los aditivos pueden, por ejemplo, suspenderse en disolventes de bajo dieléctrico. La celulosa microfibrilada puede, por ejemplo, estar en una emulsión, por ejemplo, una emulsión de aceite/agua, antes de la deshidratación y/o el secado. La celulosa microfibrilada puede, por ejemplo, estar en una composición de masterbatch, por ejemplo, una composición de masterbatch polimérica y/o una composición de masterbatch con alto contenido de sólidos, antes de la deshidratación y/o el secado.La celulosa microfibrilada puede, por ejemplo, ser una composición con alto contenido de sólidos (p. 60 % en peso o igual o superior al 70 % en peso o igual o superior al 80 % en peso o igual o superior al 90 % en peso o igual o superior al 95 % en peso o equivalente igual o superior a aproximadamente el 98% en peso o igual o superior a aproximadamente el 99% en peso antes de la deshidratación y/o el secado. Cualquier combinación de uno o más de los tratamientos puede aplicarse adicional o alternativamente a la celulosa microfibrilada después de la deshidratación y el secado, pero antes o durante la redispersión.

[0037] La celulosa microfibrilada redispersada tiene una propiedad mecánica y/o física que es más cercana a la de la celulosa microfibrilada antes del secado o al menos secado parcial de lo que habría sido si no hubiera sido por el secado de acuerdo con (i), (ii), (iii) o (iv) anteriores.

[0038] En ciertas formas de realización, la celulosa microfibrilada redispersada tiene una propiedad mecánica y/o física que es más cercana a la de la celulosa microfibrilada antes del secado o al menos del secado parcial de lo que habría sido si no hubiera sido por el secado de acuerdo con (i), (ii) o (iii).

[0039] La propiedad mecánica puede ser el índice de tracción. El índice de tracción se puede medir usando un probador de tracción. Se puede utilizar cualquier método y aparato adecuado siempre que se controle para comparar el índice de tracción de la celulosa microfibrilada antes del secado y después de la redispersión. Por ejemplo, la comparación debe realizarse a concentraciones iguales de celulosa microfibrilada y cualquier otro aditivo o material inorgánico en partículas que pueda estar presente. El índice de tracción puede expresarse en cualquier unidad adecuada como, por ejemplo, N.m/go kN.m/kg.

[0040] La propiedad física puede ser la viscosidad. La viscosidad se puede medir usando un viscosímetro. Se puede usar cualquier método y aparato adecuado siempre que se controle para comparar la viscosidad de la celulosa microfibrilada antes del secado y después de la redispersión. Por ejemplo, la comparación debe realizarse a concentraciones iguales de celulosa microfibrilada y cualquier otro aditivo o material inorgánico en partículas que pueda estar presente. En ciertas formas de realización, la viscosidad es la viscosidad Brookfield, con unidades de mPa.s.

[0041] El índice de tracción y/o la viscosidad de la celulosa microfibrilada redispersada es al menos 50 %, o al menos aproximadamente 55 %, o al menos aproximadamente 60 %, o al menos aproximadamente 65 %, o al menos aproximadamente 70 %, o al menos alrededor del 75 %, o al menos alrededor del 80 % del índice de tracción y/o viscosidad de la celulosa microfibrilada antes del secado.

[0042] Por ejemplo, si el índice de tracción de la celulosa microfibrilada antes del secado era de 8 N.m/g, entonces un índice de tracción de al menos el 50 % de este valor sería de 4 N.m/g.

[0043] En ciertas formas de realización, el índice de tracción de la celulosa microfibrilada redispersada es al menos 50 %, o al menos aproximadamente 55 %, o al menos aproximadamente 60 %, o al menos aproximadamente 65 %, o al menos aproximadamente 70 %, o al menos alrededor del 75 %, o al menos alrededor del 80 % del índice de tracción de la celulosa microfibrilada antes del secado.

[0044] En ciertas formas de realización, la viscosidad de la celulosa microfibrilada redispersada es al menos 50 %, o al menos aproximadamente 55 %, o al menos aproximadamente 60 %, o al menos aproximadamente 65 %, o al menos aproximadamente 70 %. o al menos alrededor del 75%, o al menos alrededor del 80% de la viscosidad de la celulosa microfibrilada antes del secado.

[0045] En ciertas formas de realización, el material inorgánico en partículas y/o un aditivo distinto del material inorgánico en partículas está presente durante la deshidratación y el secado. El material inorgánico en partículas y/o el aditivo se pueden añadir en cualquier etapa antes de la deshidratación y el secado. Por ejemplo, el material inorgánico en partículas y/o el aditivo se pueden añadir durante la fabricación de la composición acuosa que comprende celulosa microfibrilada, después de la fabricación de la composición acuosa que comprende celulosa microfibrilada, o ambas. En determinadas formas de realización, el material particulado inorgánico se incorpora durante la fabricación de la celulosa microfibrilada (por ejemplo, mediante coprocesamiento, p. ej., trituración conjunta, como descrito aquí) y el aditivo distinto del material particulado inorgánico se añade después de la fabricación de la composición acuosa que comprende celulosa microfibrilada. En ciertas formas de realización, se puede agregar material particulado inorgánico adicional (que puede ser igual o diferente al particulado inorgánico agregado durante la fabricación de la celulosa microfibrilada) después de la fabricación de la celulosa microfibrilada, por ejemplo, al mismo tiempo que se agrega un aditivo que no sea material particulado inorgánico. En determinadas formas de realización, la celulosa microfibrilada de la composición acuosa tiene una inclinación de fibra de 20 a 50. Los detalles del material inorgánico en partículas, los aditivos y las cantidades de los mismos se describen a continuación.

[0046] En ciertas formas de realización, la combinación de materiales inorgánicos en partículas comprende carbonato de calcio y un mineral laminar, por ejemplo, un caolín laminar o talco.

[0047] En determinadas formas de realización, el aditivo, cuando está presente, es una sal, azúcar, glicol, urea, glicol, carboximetilcelulosa, goma guar o una combinación de los mismos.

[0048] En ciertas formas de realización, el aditivo, cuando está presente, es una sal, azúcar, urea, glicol, goma guar o una combinación de los mismos.

[0049] En determinadas formas de realización, el azúcar se selecciona de monosacáridos (p. ej., glucosa, fructosa, galactosa), disacáridos (p. ej., lactosa, maltosa, sacarosa), oleososacáridos (cadenas de 50 o menos unidades de uno o más monosacáridos), polisacáridos y combinaciones de los mismos.

[0050] En ciertas formas de realización, la sal es un cloruro de metal alcalino o alcalinotérreo, por ejemplo, cloruro de sodio, potasio, magnesio y/o calcio. En ciertas formas de realización, la sal comprende o es cloruro de sodio.

[0051] En ciertas formas de realización, el glicol es un glicol de alquileno, por ejemplo, seleccionado de etilen, propilen y butilenglicol, y combinaciones de los mismos. En ciertas formas de realización, el glicol comprende o es etilenglicol.

[0052] En ciertas formas de realización, el aditivo comprende o es urea.

[0053] En ciertas formas de realización, el aditivo comprende o es goma guar.

[0054] En ciertas formas de realización, el aditivo comprende o es carboximetilcelulosa. En determinadas formas de realización, el aditivo no es carboximetilcelulosa.

[0055] En ciertas formas de realización, la celulosa microfibrilada antes del secado o al menos parcialmente seca no se acetila. En ciertas formas de realización, la celulosa microfibrilada antes del secado o al menos parcialmente seca no se somete a acetilación.

[0056] El material inorgánico en partículas se puede añadir en una o más de las siguientes etapas:

(i) antes o durante la fabricación de la composición acuosa que comprende celulosa microfibrilada; (ii) después de la fabricación de la composición acuosa que comprende celulosa microfibrilada; (iii) durante la deshidratación de la composición acuosa de celulosa microfibrilada; (iv) durante el secado de la composición acuosa de celulosa microfibrilada; y (v) antes o durante la redispersión de la celulosa microfibrilada seca o al menos parcialmente seca.

[0057] El material inorgánico en partículas y/o el aditivo, cuando están presentes, lo están en cantidades suficientes para mejorar la redispersabilidad de la celulosa microfibrilada, es decir, mejora una propiedad mecánica y/o física del microfibrilado redispersado.

[0058] Basado en el peso total de la composición acuosa que comprende celulosa microfibrilada (incluidas las partículas inorgánicas cuando están presentes) antes del secado, el aditivo se puede agregar en una cantidad de aproximadamente 0,1 % en peso a aproximadamente 200 % en peso, desde aproximadamente 0,1 % en peso a aproximadamente 100 % en peso, desde aproximadamente 0,1 % en peso a aproximadamente 80 % en peso, desde aproximadamente 0,1 % en peso a aproximadamente 60 %, desde aproximadamente 0,1 % en peso a aproximadamente 40 %, desde aproximadamente 0,1 % en peso a aproximadamente 20 % en peso, o desde aproximadamente 0,25 % en peso a aproximadamente 15 % en peso, o desde aproximadamente 0,5 % en peso a aproximadamente 10 % en peso, o desde aproximadamente 0,5 % en peso a aproximadamente 7,5 % en peso, o desde aproximadamente 0,5 % en peso a aproximadamente 5 % en peso, o desde aproximadamente 0,5 % en peso a aproximadamente 4% en peso, o desde aproximadamente 9,5 % en peso a aproximadamente 4 % en peso, o desde aproximadamente 1 % en peso a aproximadamente 3 % en peso.

[0059] La composición acuosa que comprende celulosa microfibrilada y material particulado inorgánico opcional puede tener un contenido de sólidos de hasta aproximadamente 50 % en peso antes del secado, por ejemplo, hasta aproximadamente 40 % en peso, o hasta aproximadamente 30 % en peso, o hasta aproximadamente 20 % en peso, o hasta aproximadamente 15 % en peso, o hasta aproximadamente el 10 % en peso, o hasta aproximadamente el 5 % en peso, o hasta aproximadamente 4 % en peso, o hasta aproximadamente 3 % en peso, o hasta aproximadamente el 2% en peso, o hasta aproximadamente el 2 % en peso.

[0060] Basado en el contenido de sólidos de la composición acuosa de celulosa microfibrilada antes del secado, las partículas inorgánicas pueden constituir hasta aproximadamente el 99 % del contenido total de sólidos, por ejemplo, hasta aproximadamente el 90 % o hasta aproximadamente el 80 % en peso, o hasta aproximadamente el 70 % en peso, o hasta aproximadamente el 60 % en peso, o hasta aproximadamente el 50 % en peso, o hasta aproximadamente el 40 %, o hasta aproximadamente el 30 %, o hasta aproximadamente el 20 %, o hasta aproximadamente el 10 %, o hasta aproximadamente el 5 % del contenido total de sólidos.

[0061] En determinadas formas de realización, la relación en peso de partículas inorgánicas a celulosa microfibrilada en la composición acuosa es de aproximadamente 10:1 a aproximadamente 1:2, por ejemplo, de aproximadamente 8:1 a aproximadamente 1:1, o de aproximadamente 6:1 a aproximadamente 3:2, o de aproximadamente 5:1 a aproximadamente 2:1, o de aproximadamente 5:1 a aproximadamente 3:1, o aproximadamente de 4:1 a aproximadamente 3:1, o aproximadamente 4:1.

[0062] En ciertas formas de realización, la composición acuosa de celulosa microfibrilada antes del secado o al menos parcialmente tiene un contenido de sólidos de hasta aproximadamente 20 % en peso, opcionalmente en el que hasta aproximadamente el 80 % de los sólidos son material inorgánico en partículas.

[0063] En ciertas formas de realización, la composición acuosa está sustancialmente libre de material inorgánico en partículas antes del secado.

[0064] El material particulado inorgánico puede ser, por ejemplo, un carbonato o sulfato de metal alcalinotérreo, como carbonato de calcio, carbonato de magnesio, dolomita, yeso, una arcilla de kandita hidratada como caolín, haloisita o arcilla arcilla, una arcilla candita anhidra (calcinada) como metacaolín o caolín completamente calcinado, talco, mica, huntita, hidromagnesita, vidrio esmerilado, perlita o tierra de diatomeas, o wollastonita, o dióxido de titanio, o hidróxido de magnesio, o trihidrato de aluminio, cal, grafito, o combinaciones de los mismos.

[0065] En ciertas formas de realización, el material particulado inorgánico comprende o es carbonato de calcio, carbonato de magnesio, dolomita, yeso, una arcilla candita anhidra, perlita, tierra de diatomeas, wollastonita, hidróxido de magnesio o trihidrato de aluminio, dióxido de titanio o combinaciones de los mismos.

[0066] En determinadas formas de realización, el material inorgánico en partículas puede ser un material inorgánico en partículas tratado superficialmente. Por ejemplo, el material inorgánico en partículas se puede tratar con un agente hidrofobizante, como un ácido graso o una de sus sales. Por ejemplo, el material inorgánico en partículas puede ser un carbonato de calcio tratado con ácido esteárico.

[0067] Un material particulado inorgánico ejemplar para usar en la presente invención es el carbonato de calcio. De aquí en adelante, la invención tenderá a discutirse en términos de carbonato de calcio y en relación con los aspectos en los que se procesa y/o trata el carbonato de calcio. La invención no debe interpretarse como limitada a tales formas de realización.

[0068] El carbonato de calcio en partículas utilizado en la presente invención se puede obtener de una fuente natural mediante trituración. El carbonato de calcio molido (CCG) generalmente se obtiene triturando y luego moliendo una fuente mineral como tiza, mármol o piedra caliza, a lo que puede seguir un paso de clasificación del tamaño de partículas para obtener un producto que tenga el grado deseado de finura. También se pueden utilizar otras técnicas como el blanqueo, la flotación y la separación magnética para obtener un producto con el grado de finura y/o color deseado. El material sólido en partículas se puede moler de forma autógena, es decir, por desgaste entre las partículas del propio material sólido o, alternativamente, en presencia de un medio de trituración en partículas que comprende partículas de un material diferente del carbonato de calcio que se va a moler. Estos procesos pueden llevarse a cabo con o sin la presencia de un dispersante y biocidas, que pueden agregarse en cualquier etapa del proceso.

[0069] El carbonato de calcio precipitado (CCP) se puede usar como fuente de carbonato de calcio en partículas en la presente invención y se puede producir mediante cualquiera de los métodos conocidos disponibles en la técnica. TAPPI Monograph Series No 30, "Paper Coating Pigments", páginas 34-35 describe los tres procesos comerciales principales para preparar carbonato de calcio precipitado que es adecuado para usar en la preparación de productos para usar en la industria del papel, pero también puede usarse en la práctica de la presente invención. En los tres procesos, primero se calcina un material de alimentación de carbonato de calcio, como piedra caliza, para producir cal viva, y luego la cal viva se apaga en agua para producir hidróxido de calcio o lechada de cal. En el primer proceso, la lechada de cal se carbonata directamente con gas dióxido de carbono. Este proceso tiene la ventaja de que no se forman subproductos y es relativamente fácil controlar las propiedades y la pureza del producto de carbonato de calcio. En el segundo proceso, la lechada de cal se pone en contacto con ceniza de sosa para producir, por doble descomposición, un precipitado de carbonato de calcio y una solución de hidróxido de sodio. El hidróxido de sodio puede separarse sustancialmente por completo del carbonato de calcio si este proceso se usa comercialmente. En el tercer proceso comercial principal, la lechada de cal se pone primero en contacto con cloruro de amonio para dar una solución de cloruro de calcio y gas amoníaco. A continuación, la solución de cloruro de calcio se pone en contacto con carbonato de sodio para producir carbonato de calcio precipitado por doble descomposición y una solución de cloruro de sodio. Los cristales se pueden producir en una variedad de formas y tamaños diferentes, según el proceso de reacción específico que se utilice. Las tres formas principales de cristales de ^c C^p son aragonito, romboédrico y escalenoédrico (p. ej., calcita), todos los cuales son adecuados para su uso en la presente invención, incluidas sus mezclas.

[0070] En ciertas formas de realización, el CCP puede formarse durante el proceso de producción de celulosa microfibrilada.

[0071] La molienda en húmedo de carbonato de calcio implica la formación de una suspensión acuosa del carbonato de calcio que luego se puede moler, opcionalmente en presencia de un agente dispersante adecuado. Se puede hacer referencia, por ejemplo, a EP-A-614948 (cuyos contenidos se incorporan como referencia en su totalidad) para obtener más información sobre la molienda en húmedo de carbonato de calcio.

[0072] Cuando el material inorgánico en partículas de la presente invención se obtiene de fuentes naturales, es posible que algunas impurezas minerales contaminen el material molido. Por ejemplo, el carbonato de calcio natural puede estar presente en asociación con otros minerales. Así, en algunas formas de realización, el material inorgánico en partículas incluye una cantidad de impurezas. Sin embargo, en general, el material inorgánico en partículas usado en la invención contendrá menos de aproximadamente el 5% en peso, o menos de aproximadamente el 1% en peso, de otras impurezas minerales.

[0073] El material particulado inorgánico puede tener una distribución de tamaño de partícula en la que al menos aproximadamente el 10 % en peso de las partículas tenga una e.s.d. de menos de 2 pm, por ejemplo, al menos aproximadamente el 20 % en peso, o al menos aproximadamente 30 % en peso, o al menos aproximadamente 40 % en peso, o al menos aproximadamente 50 % en peso, o al menos aproximadamente 60 % en peso, o al menos aproximadamente 70 % en peso, o al menos aproximadamente 80 % en peso, o al menos aproximadamente el 90 % en peso, o al menos aproximadamente el 95 % en peso, o aproximadamente el 100 % de las partículas tienen una e.s.d. inferior a 2 pm.

[0074] En otra forma de realización, el material inorgánico en partículas tiene una distribución de tamaño de partícula, medida usando una máquina Malvern Mastersizer S, en la que al menos aproximadamente el 10 % en volumen de las partículas tiene una e.s.d. de menos de 2 pm, por ejemplo, al menos alrededor del 20 % en volumen, o al menos alrededor del 30 % en volumen, o al menos alrededor del 40 % en volumen, o al menos alrededor del 50 % en volumen, o al menos alrededor del 60 % en volumen, o al menos alrededor del 70 % por volumen, o al menos aproximadamente 80 % en volumen, o al menos aproximadamente el 90 % en volumen, o al menos aproximadamente el 95 % en volumen, o aproximadamente el 100 % de las partículas en volumen tienen una e.s.d. de menos de 2 |jm.

[0075] A continuación se proporcionan detalles del procedimiento utilizado para caracterizar las distribuciones de tamaño de partícula de mezclas de material de partículas inorgánicas y celulosa microfibrilada utilizando una máquina Malvern Mastersizer S.

[0076] En ciertas formas de realización, el material inorgánico en partículas es o comprende arcilla de caolín. De ahora en adelante, esta sección de la memoria descriptiva tenderá a discutirse en términos de caolín y en relación con los aspectos en los que se procesa y/o trata el caolín. La invención no debe interpretarse como limitada a tales formas de realización. Por lo tanto, en algunas formas de realización, el caolín se usa en forma no procesada.

[0077] La arcilla de caolín utilizada en esta invención puede ser un material procesado derivado de una fuente natural, a saber, mineral de arcilla de caolín natural en bruto. La arcilla de caolín procesada puede contener normalmente al menos aproximadamente un 50% en peso de caolinita. Por ejemplo, la mayoría de las arcillas de caolín procesadas comercialmente contienen más del 75% en peso de caolinita y pueden contener más del 90%, en algunos casos más del 95% en peso de caolinita.

[0078] La arcilla de caolín utilizada en la presente invención se puede preparar a partir del mineral de arcilla de caolín natural en bruto mediante uno o más procesos que son bien conocidos por los expertos en la técnica, por ejemplo mediante etapas conocidas de refinado o beneficio.

[0079] Por ejemplo, el mineral arcilloso se puede blanquear con un agente blanqueador reductor, tal como hidrosulfito de sodio. Si se usa hidrosulfito de sodio, el mineral arcilloso blanqueado se puede deshidratar opcionalmente, y opcionalmente lavar y nuevamente deshidratar opcionalmente, después de la etapa de blanqueamiento con hidrosulfito de sodio.

[0080] El mineral arcilloso puede tratarse para eliminar las impurezas, por ejemplo, mediante técnicas de floculación, flotación o separación magnética bien conocidas en la técnica. Alternativamente, el mineral arcilloso usado en el primer aspecto de la invención puede estar sin tratar en forma de un sólido o como una suspensión acuosa.

[0081] El proceso para preparar la arcilla de caolín en partículas también puede incluir una o más etapas de trituración, por ejemplo, trituración o molienda. Se usa una trituración ligera de un caolín grueso para proporcionar una deslaminación adecuada del mismo. La trituración puede llevarse a cabo mediante el uso de perlas o gránulos de plástico (por ejemplo, nailon), arena o cerámica para triturar o triturar. El caolín grueso se puede refinar para eliminar las impurezas y mejorar las propiedades físicas utilizando procedimientos bien conocidos. La arcilla de caolín puede tratarse mediante un procedimiento de clasificación de tamaño de partícula conocido, por ejemplo, tamizado y centrifugado (o ambos), para obtener partículas que tengan un valor d⁵⁰ o una distribución de tamaño de partícula deseada.

[0082] En determinadas formas de realización, el material inorgánico en partículas es o comprende un mineral laminar, por ejemplo, caolín y/o talco, opcionalmente en combinación con otro material inorgánico en partículas, como, por ejemplo, carbonato cálcico.

[0083] Por caolín 'laminar' se entiende caolín, un producto de caolín que tiene un alto factor de forma. Un caolín laminar tiene un factor de forma de aproximadamente 20 a menos de aproximadamente 60. Un caolín hiperlaminar tiene un factor de forma de aproximadamente 60 a 100 o incluso mayor que 100. "Factor de forma", como se usa en este documento, es una medida de la relación de diámetro de partícula a espesor de partícula para una población de partículas de tamaño y forma variable, medida usando los métodos, aparatos y ecuaciones de conductividad eléctrica descritos en la patente de EE. UU. número 5.576.617, que se incorpora aquí como referencia. Como la técnica para determinar el factor de forma se describe adicionalmente en la patente '617, la conductividad eléctrica de una composición de una suspensión acuosa de partículas orientadas bajo prueba se mide a medida que la composición fluye a través de un recipiente. Las medidas de la conductividad eléctrica se toman a lo largo de una dirección del recipiente ya lo largo de otra dirección del recipiente transversal a la primera dirección. Usando la diferencia entre las dos mediciones de conductividad, se determina el factor de forma del material particulado bajo prueba.

[0084] En ciertas formas de realización, el material particulado inorgánico es o comprende talco, opcionalmente en combinación con otro material particulado inorgánico, tal como, por ejemplo, carbonato de calcio.

[0085] En determinadas formas de realización, el material inorgánico en partículas es carbonato de calcio, que puede tratarse en la superficie, y la composición acuosa comprende además uno o más de los aditivos distintos del material inorgánico en partículas como se describe en el presente documento.

[0086] En ciertas formas de realización, el material inorgánico en partículas es caolín, por ejemplo, un caolín laminar o hiperactivo, que puede tratarse superficialmente, y la composición acuosa comprende además uno o más de los aditivos distintos del material inorgánico en partículas como se describe en el presente documento.

[0087] En ciertas formas de realización, el material inorgánico en partículas es talco, que puede tratarse en la superficie, y la composición acuosa comprende además uno o más de los aditivos distintos del material inorgánico en partículas como se describe en el presente documento.

[0088] En ciertas formas de realización, la composición acuosa que comprende celulosa microfibrilada está libre de material inorgánico en partículas, y la composición acuosa comprende además uno o más de los aditivos distintos del material inorgánico en partículas como se describe en el presente documento.

[0089] Los diversos métodos descritos en el presente documento proporcionan la fabricación de celulosa microfibrilada redispersada que tiene propiedades ventajosas.

[0090] La celulosa microfibrilada redispersada se puede utilizar en un artículo, producto o composición, por ejemplo, papel, cartón, artículos poliméricos, pinturas y similares.

Métodos de fabricación de celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas opcional

[0091] La celulosa microfibrilada se puede preparar en presencia o ausencia del material inorgánico en partículas.

[0092] La celulosa microfibrilada se deriva de un sustrato fibroso que comprende celulosa. El sustrato fibroso que comprende celulosa puede derivar de cualquier fuente adecuada, como madera, pastos (p. ej., caña de azúcar, bambú) o trapos (p. ej., desechos textiles, algodón, cáñamo o lino). El sustrato fibroso que comprende celulosa puede estar en forma de pulpa (es decir, una suspensión de fibras de celulosa en agua), que puede prepararse mediante cualquier tratamiento químico o mecánico adecuado, o una combinación de los mismos. Por ejemplo, la pulpa puede ser una pulpa química, una pulpa quimiotermomecánica, una pulpa mecánica, una pulpa reciclada, una rotura de una fábrica de papel, un flujo de desechos de una fábrica de papel, o desechos de una fábrica de papel, o una pulpa que se disuelve, pulpa de kenaf, pulpa de mercado, pulpa parcialmente carboximetilada, pulpa de abacá, pulpa de cicuta, pulpa de abedul, pulpa de pasto, pulpa de bambú, pulpa de palma, cáscara de maní o una combinación de los mismos. La pulpa de celulosa se puede batir (por ejemplo, en un batidor Valley) y/o refinar de otro modo (por ejemplo, procesando en un refinador cónico o de placa) hasta cualquier grado de pureza predeterminado, informado en la técnica como grado de pureza estándar canadiense (CSF) en cm3. CSF significa un valor para la tasa de pureza o drenaje de la pulpa medido por la tasa a la que se puede drenar una suspensión de pulpa. Por ejemplo, la pulpa de celulosa puede tener un grado de pureza estándar canadiense de aproximadamente 10 cm3 o más antes de ser microfibrilada. La pulpa de celulosa puede tener un CSF de aproximadamente 700 cm3 o menos, por ejemplo, igual o menos de aproximadamente 650 cm3, o igual o menos de aproximadamente 600 cm3, o igual o menos de aproximadamente 550 cm3, o igual o inferior a aproximadamente 500 cm3, o igual o inferior a aproximadamente 450 cm3, o igual o inferior a aproximadamente 400 cm3, o igual o inferior a aproximadamente 350 cm3, o igual o inferior a aproximadamente 300 cm3, o igual o inferior a aproximadamente 250 cm3, o igual o inferior a aproximadamente 200 cm3, o igual o inferior a aproximadamente 150 cm3, o igual o inferior a aproximadamente 100 cm3, o igual o inferior a aproximadamente 50 cm3. A continuación, la pulpa de celulosa se puede deshidratar mediante métodos bien conocidos en la técnica, por ejemplo, la pulpa se puede filtrar a través de un tamiz para obtener una hoja húmeda que comprende al menos un 10 % de sólidos, por ejemplo, al menos un 15 % de sólidos, o al menos un 20% de sólidos, o al menos un 30% de sólidos, o al menos un 40% de sólidos. La pulpa se puede utilizar sin refinar, es decir, sin batir, deshidratar o refinar de otro modo.

[0093] En ciertas formas de realización, la pulpa se puede batir en presencia de un material inorgánico en forma de partículas, tal como carbonato de calcio.

[0094] Para la preparación de celulosa microfibrilada, el sustrato fibroso que comprende celulosa se puede añadir a un recipiente de molienda u homogeneizador en estado seco. Por ejemplo, un trozo de papel seco se puede añadir directamente a un recipiente triturador. El ambiente acuoso en el recipiente triturador facilitará entonces la formación de una pulpa.

[0095] El paso de microfibrilación se puede llevar a cabo en cualquier aparato adecuado, incluido, entre otros, un refinador. En una forma de realización, el paso de microfibrilación se lleva a cabo en un recipiente de molienda en condiciones de molienda en húmedo. En otra forma de realización, el paso de microfibrilación se lleva a cabo en un homogeneizador. Cada una de estas formas de realización se describe con mayor detalle a continuación.

■ molienda en húmedo

[0096] La molienda se realiza adecuadamente de manera convencional. La molienda puede ser un proceso de molienda por desgaste en presencia de un medio de molienda en partículas, o puede ser un proceso de molienda autógeno, es decir, uno en ausencia de un medio de molienda. Por medio de trituración se entiende un medio distinto del material inorgánico en partículas que, en ciertas formas de realización, puede triturarse conjuntamente con el sustrato fibroso que comprende celulosa.

[0097] El medio de trituración en partículas, cuando está presente, puede ser de un material natural o sintético. El medio de molienda puede comprender, por ejemplo, bolas, perlas o gránulos de cualquier material mineral, cerámico o metálico duro. Dichos materiales pueden incluir, por ejemplo, alúmina, zirconio, silicato de zirconio, silicato de aluminio o el material rico en mullita que se produce calcinando arcilla caolinítica a una temperatura en el intervalo de aproximadamente 1300 °C a aproximadamente 1800 °C. Por ejemplo, en algunas formas de realización se usa un medio de molienda Carbolite®. Alternativamente, pueden usarse partículas de arena natural de un tamaño de partícula adecuado.

[0098] En otras formas de realización, se pueden usar medios de trituración de madera dura (p. ej., harina de madera).

[0099] Generalmente, el tipo y el tamaño de partícula del medio de molienda que se seleccionará para su uso en la invención pueden depender de las propiedades, tales como, por ejemplo, el tamaño de partícula y la composición química de la suspensión del material de alimentación que ha de ser molido. En algunas formas de realización, el medio de molienda en partículas comprende partículas que tienen un diámetro promedio en el rango de aproximadamente 0,1 mm a aproximadamente 6,0 mm, por ejemplo, en el rango de aproximadamente 0,2 mm a aproximadamente 4,0 mm. El medio (o medios) de molienda puede estar presente en una cantidad de hasta aproximadamente el 70% en volumen de la carga. Los medios de molienda pueden estar presentes en una cantidad de al menos aproximadamente el 10 % en volumen de la carga, por ejemplo, al menos aproximadamente el 20 % en volumen de la carga, o al menos aproximadamente el 30 % en volumen de la carga, o al menos aproximadamente 40 % en volumen de la carga, o al menos alrededor del 50 % en volumen de la carga, o al menos alrededor del 60 % en volumen de la carga.

[0100] La molienda se puede realizar en una o varias etapas. Por ejemplo, un material particulado inorgánico grueso se puede moler en el recipiente triturador hasta una distribución de tamaño de partícula predeterminada, después de lo cual el material fibroso que comprende celulosa se añade y se continúa triturando hasta obtener el nivel deseado de microfibrilación.

[0101] El material inorgánico en partículas se puede moler húmedo o seco en ausencia o presencia de un medio de trituración. En el caso de una etapa de molienda húmeda, el material particulado inorgánico grueso se muele en una suspensión acuosa en presencia de un medio de molienda.

[0102] En una forma de realización, el tamaño medio de partícula (d⁵⁰) del material inorgánico en partículas se reduce durante el proceso de molienda conjunta. Por ejemplo, el d⁵⁰ del material inorgánico en partículas se puede reducir en al menos un 10 % (medido con una máquina Malvern Mastersizer S), por ejemplo, el d⁵⁰ del material inorgánico en partículas se puede reducir en al menos un 20 %, o reducido en al menos un 30%, o reducido en al menos un 50%, o reducido en al menos un 50%, o reducido en al menos un 60%, o reducido en al menos un 70%, o reducido en al menos alrededor del 80%, o reducido al menos alrededor del 90%. Por ejemplo, un material particulado inorgánico que tenga un d⁵⁰ de 2,5 pm antes de la molienda conjunta y un d⁵⁰ de 1,5 pm después de la molienda conjunta habrá estado sujeto a una reducción del 40% en el tamaño de partícula. En determinadas formas de realización, el tamaño medio de partículas del material inorgánico en partículas no se reduce significativamente durante el proceso de molienda conjunta. Por "no significativamente reducido" se entiende que el d⁵⁰ del material inorgánico en partículas se reduce en menos de aproximadamente un 10 %, por ejemplo, el d⁵⁰ del material inorgánico en partículas se reduce en menos de aproximadamente un 5 %.

[0103] El sustrato fibroso que comprende celulosa se puede microfibrilar, opcionalmente en presencia de un material inorgánico en forma de partículas, para obtener celulosa microfibrilada que tiene un d⁵⁰ que oscila entre aproximadamente 5 pm y aproximadamente 500 pm, medido por dispersión de luz láser. El sustrato fibroso que comprende celulosa se puede microfibrilar, opcionalmente en presencia de un material inorgánico en partículas, para obtener celulosa microfibrilada que tiene un d⁵⁰ igual o inferior a aproximadamente 400 pm, por ejemplo igual o inferior a aproximadamente 300 pm, o igual o inferior a aproximadamente 200 pm, o igual o inferior a aproximadamente 150 pm, o igual o inferior a aproximadamente 125 pm, o igual o inferior a aproximadamente 100 pm, o igual o inferior a aproximadamente 90 pm, o igual o inferior a aproximadamente 80 pm, o igual o inferior a aproximadamente 70 pm, o igual o inferior a aproximadamente 60 pm, o igual o inferior a aproximadamente 50 pm, o igual hasta o menos de aproximadamente 40 pm, o igual o menos de aproximadamente 30 pm, o igual o menos de aproximadamente 20 pm, o igual o menos de aproximadamente 10 pm.

[0104] El sustrato fibroso que comprende celulosa se puede microfibrilar, opcionalmente en presencia de un material inorgánico en partículas, para obtener celulosa microfibrilada que tiene un tamaño de partícula de fibra modal que oscila entre aproximadamente 0,1 y 500 pm y un tamaño de partícula de material inorgánico modal en partículas que oscila entre 0,25-20 pm. El sustrato fibroso que comprende celulosa se puede microfibrilar, opcionalmente en presencia de un material inorgánico en partículas para obtener celulosa microfibrilada que tiene un tamaño de partícula de fibra modal de al menos aproximadamente 0,5 pm, por ejemplo, al menos aproximadamente 10 pm, o al menos aproximadamente 50 pm, o al menos aproximadamente 100 pm, o al menos aproximadamente 150 pm, o al menos aproximadamente 200 pm, o al menos aproximadamente 300 pm, o al menos aproximadamente 400 pm.

[0105] El sustrato fibroso que comprende celulosa se puede microfibrilar, opcionalmente en presencia de un material inorgánico en partículas, para obtener celulosa microfibrilada que tiene una inclinación de fibra, como se describe anteriormente.

[0106] La molienda se puede realizar en un recipiente de molienda, como un molino giratorio (p. ej., de varillas, de bolas y autógeno), un molino agitado (p. ej., SAM o IsaMill), un molino de torre, un detritor de medios agitados (SMD), o un recipiente de molienda que comprende placas de molienda paralelas giratorias entre las cuales se alimenta el alimento a moler.

[0107] En una forma de realización, el recipiente de molienda es un molino de torre. El molino de torre puede comprender una zona de reposo por encima de una o más zonas de molienda. Una zona de reposo es una región situada hacia la parte superior del interior del molino de torre en la que tiene lugar una molienda mínima o nula y comprende celulosa microfibrilada y material particulado inorgánico opcional. La zona de reposo es una región en la que las partículas del medio de molienda sedimentan en una o más zonas de molienda del molino de torre.

[0108] El molino de torre puede comprender un clasificador encima de una o más zonas de molienda. En una forma de realización, el clasificador está montado en la parte superior y ubicado junto a una zona de reposo. El clasificador puede ser un hidrociclón.

[0109] El molino de torre puede comprender un tamiz encima de una o más zonas de molienda. En una forma de realización, una pantalla está ubicada junto a una zona de reposo y/o un clasificador. El tamiz se puede dimensionar para separar los medios de molienda de la suspensión acuosa del producto que comprende celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas opcional y para mejorar la sedimentación de los medios de molienda.

[0110] En una forma de realización, la molienda se realiza en condiciones de flujo pistón. En condiciones de flujo pistón, el flujo a través de la torre es tal que existe una mezcla limitada de los materiales de molienda a través de la torre. Esto significa que en diferentes puntos a lo largo del molino de torre, la viscosidad del ambiente acuoso variará a medida que aumente la finura de la celulosa microfibrilada. Así, en efecto, se puede considerar que la región de molienda en el molino de torre comprende una o más zonas de molienda que tienen una viscosidad característica. Una persona experta en la técnica comprenderá que no existe un límite nítido entre las zonas de molienda adyacentes con respecto a la viscosidad.

[0111] En una forma de realización, se agrega agua en la parte superior del molino cerca de la zona de reposo o el clasificador o la pantalla sobre una o más zonas de molienda para reducir la viscosidad de la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas opcional en esas zonas en el molino. Al diluir el producto de celulosa microfibrilada y material particulado inorgánico opcional en este punto del molino, se ha encontrado que se mejora la prevención de que los medios de molienda se trasladen a la zona de reposo y/o al clasificador y/o al tamiz. Además, la mezcla limitada a través de la torre permite el procesamiento con sólidos más altos en la parte inferior de la torre y la dilución en la parte superior con reflujo limitado del agua de dilución hacia abajo de la torre hacia una o más zonas de molienda. Puede añadirse cualquier cantidad adecuada de agua que sea eficaz para diluir la viscosidad de la suspensión acuosa del producto que comprende celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas opcional. El agua se puede añadir continuamente durante el proceso de molienda, o a intervalos regulares, o a intervalos irregulares.

[0112] En otra forma de realización, se puede agregar agua a una o más zonas de molienda a través de uno o más puntos de inyección de agua colocados a lo largo del molino de torre, o estando ubicado cada punto de inyección de agua en una posición que corresponde a una o más zonas de molienda. Ventajosamente, la capacidad de agregar agua en varios puntos a lo largo de la torre permite un mayor ajuste de las condiciones de molienda en cualquiera o todas las posiciones a lo largo del molino.

[0113] El molino de torre puede comprender un eje impulsor vertical equipado con una serie de discos de rotor impulsor en toda su longitud. La acción de los discos del rotor impulsor crea una serie de zonas de molienda discretas en todo el molino.

[0114] En otra forma de realización, la molienda se realiza en una trituradora tamizada, tal como un triturador de medios agitados. El triturador tamizado puede comprender uno o más tamices que tienen un tamaño de apertura nominal de al menos aproximadamente 250 pm, por ejemplo, uno o más tamices pueden tener un tamaño de apertura nominal de al menos aproximadamente 300 pm, o al menos aproximadamente 35o pm, o al menos aproximadamente 400 pm, o al menos aproximadamente 450 pm, o al menos aproximadamente 500 pm, o al menos aproximadamente 550 pm, o al menos aproximadamente 600 pm, o al menos aproximadamente 650 pm, o al menos aproximadamente 700 pm, o al menos aproximadamente 750 pm, o al menos aproximadamente 800 pm, o al menos aproximadamente 850 pm, o al menos aproximadamente 900 pm, o al menos aproximadamente 1000 pm.

[0115] Los tamaños de cribado indicados inmediatamente antes son aplicables a las formas de realización de molino de torre descritas anteriormente.

[0116] Como se indicó anteriormente, la molienda se puede realizar en presencia de un medio de molienda. En una forma de realización, el medio de molienda es un medio grueso que comprende partículas que tienen un diámetro promedio en el rango de aproximadamente 1 pm a aproximadamente 6 pm, por ejemplo, aproximadamente 2 pm, aproximadamente 3 pm, aproximadamente 4 pm o aproximadamente 5 pm.

[0117] En otra forma de realización, el medio de molienda tiene una gravedad específica de al menos aproximadamente 2,5, por ejemplo, al menos aproximadamente 3, o al menos aproximadamente 3,5, o al menos aproximadamente 4,0, o al menos aproximadamente 4,5, o al menos aproximadamente 5,0, o al menos aproximadamente 5,5, o al menos aproximadamente 6,0.

[0118] En otra forma de realización, los medios de molienda comprenden partículas que tienen un diámetro promedio en el rango de aproximadamente 1 mm a aproximadamente 6 mm y tiene una gravedad específica de al menos aproximadamente 2,5.

[0119] En otra forma de realización, los medios de molienda comprenden partículas que tienen un diámetro promedio de aproximadamente 3 mm y una gravedad específica de aproximadamente 2,7.

[0120] Como se describió anteriormente, el medio (o medios) de molienda puede estar presente en una cantidad de hasta aproximadamente el 70% en volumen de la carga. Los medios de molienda pueden estar presentes en una cantidad de al menos aproximadamente el 10 % en volumen de la carga, por ejemplo, al menos aproximadamente el 20 % en volumen de la carga, o al menos aproximadamente el 30 % en volumen de la carga, o al menos aproximadamente 40 % en volumen de la carga, o al menos alrededor del 50 % en volumen de la carga, o al menos alrededor del 60 % en volumen de la carga.

[0121] En una forma de realización, el medio de molienda está presente en una cantidad de aproximadamente el 50% en volumen de la carga.

[0122] Por "carga" se entiende la composición que es la alimentación alimentada al recipiente triturador. La carga incluye agua, medios de molienda, sustrato fibroso que comprende celulosa y material en partículas inorgánico opcional, y cualquier otro aditivo opcional como se describe en el presente documento.

[0123] El uso de un medio relativamente grueso y/o denso tiene la ventaja de velocidades de sedimentación mejoradas (es decir, más rápidas) y un arrastre de medio reducido a través de la zona de reposo y/o clasificador y/o cribado(s).

[0124] Una ventaja adicional en el uso de medios de molienda relativamente gruesos es que el tamaño medio de partícula (d⁵⁰) del material inorgánico en partículas no puede reducirse significativamente durante el proceso de molienda, de modo que la energía impartida al sistema de molienda se gasta principalmente en la microfibrilación, comprendiendo el sustrato fibroso celulosa.

[0125] Una ventaja adicional del uso de tamices relativamente gruesos es que en la etapa de microfibrilación se puede utilizar un medio triturador relativamente grueso o denso. Además, el uso de cribas relativamente gruesas (es decir, que tengan una apertura nominal de al menos aproximadamente 250 pm) permite procesar y retirar del triturador un producto con un contenido relativamente alto de sólidos, lo que permite una alimentación relativamente alta de sólidos (que comprende un sustrato fibroso que comprende celulosa y material particulado inorgánico) para ser procesados en un proceso económicamente viable. Como se discute a continuación, se ha encontrado que una alimentación que tiene un alto contenido inicial de sólidos es deseable en términos de suficiencia energética. Además, también se ha encontrado que el producto producido (a una energía dada) con menos sólidos tiene una distribución de tamaño de partícula más gruesa.

[0126] La molienda se puede realizar en una cascada de recipientes de molienda, uno o más de los cuales pueden comprender una o más zonas de molienda. Por ejemplo, el sustrato fibroso que comprende celulosa y el material inorgánico en partículas se puede moler en una cascada de dos o más recipientes de molienda, por ejemplo, una cascada de tres o más recipientes de molienda, o una cascada de cuatro o más recipientes de molienda, o una cascada de cinco o más recipientes de molienda, o una cascada de seis o más recipientes de molienda, o una cascada de siete o más recipientes de molienda, o una cascada de ocho o más recipientes de molienda, o una cascada de nueve o más recipientes de molienda en serie, o una cascada que comprende hasta diez recipientes de molienda. La cascada de recipientes de molienda puede conectarse operativamente en serie o en paralelo o en una combinación de serie y paralelo. La salida de y/o la entrada a uno o más de los recipientes de molienda en la cascada puede estar sujeta a uno o más pasos de cribado y/o uno o más pasos de clasificación.

[0127] El circuito puede comprender una combinación de uno o más recipientes de molienda y homegenizer.

[0128] En una forma de realización, la molienda se realiza en un circuito cerrado. En otra forma de realización, la molienda se realiza en circuito abierto. La molienda se puede realizar en modo discontinuo. La molienda se puede realizar en un modo por lotes de recirculación.

[0129] Como se describió anteriormente, el circuito de molienda puede incluir un paso de molienda previa en el que las partículas inorgánicas gruesas se muelen en un recipiente triturador hasta una distribución de tamaño de partícula predeterminada, después de lo cual el material fibroso que comprende celulosa se combina con el material particulado inorgánico premolido y la molienda continuó en el mismo recipiente de molienda o en uno diferente hasta que se obtuvo el nivel deseado de microfibrilación.

[0130] Como la suspensión de material a triturar puede tener una viscosidad relativamente alta, se puede añadir un agente dispersante adecuado a la suspensión antes de la trituración. El agente dispersante puede ser, por ejemplo, un fosfato condensado soluble en agua, ácido polisilícico o una de sus sales, o un polielectrolito, por ejemplo, una sal soluble en agua de un ácido poli(acrílico) o de un ácido poli(metacrílico) que tiene un número peso molecular medio no superior a 80.000. La cantidad del agente dispersante utilizado estaría generalmente en el intervalo de 0,1 a 2,0% en peso, basado en el peso del material sólido en partículas inorgánico seco. La suspensión puede triturarse adecuadamente a una temperatura en el intervalo de 4 °C a 100 °C.

[0131] Otros aditivos que pueden incluirse durante la etapa de microfibrilación incluyen: carboximetilcelulosa, carboximetilcelulosa anfótera, agentes oxidantes, 2,2,6,6-tetrametilpiperidina-1-oxilo (TEMPO), derivados de TEMPO y enzimas degradantes de la madera.

[0132] El pH de la suspensión del material a moler puede ser de aproximadamente 7 o superior a aproximadamente 7 (es decir, básico), por ejemplo, el pH de la suspensión puede ser de aproximadamente 8, o aproximadamente 9, o aproximadamente 10, o aproximadamente 11. El pH de la suspensión del material a moler puede ser inferior a aproximadamente 7 (es decir, ácido), por ejemplo, el pH de la suspensión puede ser aproximadamente 6, o aproximadamente 5, o aproximadamente 4, o aproximadamente 3. El pH de la suspensión del material a triturar puede ajustarse mediante la adición de una cantidad apropiada de ácido o base. Las bases adecuadas incluyen hidróxidos de metales alcalinos, tales como, por ejemplo, NaOH. Otras bases adecuadas son el carbonato de sodio y el amoníaco. Los ácidos adecuados incluyen ácidos inorgánicos, tales como ácido clorhídrico y sulfúrico, o ácidos orgánicos. Un ejemplo de ácido es el ácido ortofosfórico.

[0133] La cantidad de material particulado inorgánico, cuando está presente, y pulpa de celulosa en la mezcla que se va a triturar conjuntamente se puede variar para producir una suspensión que sea adecuada para el secado y la redispersión, y/o que se pueda modificado, por ejemplo, con material particulado inorgánico adicional y/o aditivo que no sea material particulado inorgánico, para producir una suspensión que sea adecuada para el secado o al menos parcialmente, transporte opcional a otra ubicación, redispersión y uso en la fabricación de un artículo, producto o composición.

■ homogeneización

[0134] La microfibrilación del sustrato fibroso que comprende celulosa puede efectuarse en condiciones húmedas, opcionalmente, en presencia del material inorgánico en partículas, mediante un método en el que se presuriza la mezcla de pulpa de celulosa y material inorgánico en partículas opcional (por ejemplo, a una presión de aproximadamente 500 bar) y luego pasó a una zona de menor presión. La velocidad a la que la mezcla pasa a la zona de baja presión es suficientemente alta y la presión de la zona de baja presión es suficientemente baja como para provocar la microfibrilación de las fibras de celulosa. Por ejemplo, la caída de presión puede efectuarse forzando la mezcla a través de una abertura anular que tiene un orificio de entrada angosto con un orificio de salida mucho más grande. La drástica disminución de la presión a medida que la mezcla se acelera hasta alcanzar un volumen mayor (es decir, una zona de menor presión) induce la cavitación que provoca la microfibrilación. En una forma de realización, la microfibrilación del sustrato fibroso que comprende celulosa puede efectuarse en un homogeneizador en condiciones húmedas, opcionalmente en presencia del material inorgánico en partículas. En el homogeneizador, la pulpa de celulosa y el material particulado inorgánico opcional se presurizan (por ejemplo, a una presión de aproximadamente 500 bar) y se fuerzan a través de una pequeña boquilla u orificio. La mezcla se puede presurizar a una presión de aproximadamente 100 a aproximadamente 1000 bar, por ejemplo a una presión igual o superior a 300 bar, o igual o superior a aproximadamente 500, o igual o superior a aproximadamente 200 bar, o igual o superior a aproximadamente 700 bar. La homogeneización somete las fibras a altas fuerzas de cizallamiento, de modo que cuando la pulpa de celulosa presurizada sale por la boquilla u orificio, la cavitación provoca la microfibrilación de las fibras de celulosa en la pulpa. Se puede agregar agua adicional para mejorar la fluidez de la suspensión a través del homogeneizador. La suspensión acuosa resultante que comprende celulosa microfibrilada y material particulado inorgánico opcional puede volver a introducirse en la entrada del homogeneizador para múltiples pases a través del homogeneizador. Cuando está presente, y cuando el material particulado inorgánico es un mineral naturalmente laminar, como el caolín, la homogeneización no solo facilita la microfibrilación de la pulpa de celulosa, sino que también puede facilitar la delaminación del material particulado laminar.

[0135] Un homogeneizador ejemplar es un homogeneizador Manton Gaulin (APV).

[0136] Después de que se haya llevado a cabo el paso de microfibrilación, la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada y material en partículas inorgánico opcional puede tamizarse para eliminar la fibra por encima de un cierto tamaño y para eliminar cualquier medio de molienda. Por ejemplo, la suspensión se puede someter a cribado utilizando un tamiz que tenga un tamaño de abertura nominal seleccionado para eliminar las fibras que no pasan a través del tamiz. El tamaño nominal de la abertura significa la separación central nominal de los lados opuestos de una abertura cuadrada o el diámetro nominal de una abertura redonda. El tamiz puede ser un tamiz BSS (acuerdo con BS 1796) que tenga un tamaño de apertura nominal de 150 pm, por ejemplo, un tamaño de apertura nominal 125 pm, o 106 pm, o 90 pm, o 74 |jm, o 63 pm, o 53 pm, 45 pm, o 38 pm. En una forma de realización, la suspensión acuosa se tamiza utilizando un tamiz BSS que tiene una abertura nominal de 125 pm. A continuación, la suspensión acuosa se puede deshidratar opcionalmente.

[0137] Por lo tanto, se entenderá que la cantidad (es decir, % en peso) de celulosa microfibrilada en la suspensión acuosa después de la molienda u homogeneización puede ser menor que la cantidad de fibra seca en la pulpa si la suspensión molida u homogeneizada se trata para eliminar fibras por encima de un tamaño seleccionado. Por lo tanto, las cantidades relativas de pulpa y material inorgánico en partículas opcional alimentado al triturador u homogeneizador se pueden ajustar dependiendo de la cantidad de celulosa microfibrilada que se requiere en la suspensión acuosa después de eliminar las fibras por encima de un tamaño seleccionado.

[0138] En determinadas formas de realización, la celulosa microfibrilada se puede preparar mediante un método que comprende una etapa de microfibrilación del sustrato fibroso que comprende celulosa en un entorno acuoso mediante molienda en presencia de un medio de molienda (como se describe en el presente documento), en el que la molienda se lleva a cabo en ausencia de material particulado inorgánico. En determinadas formas de realización, se puede añadir material inorgánico en partículas después de la molienda para producir la suspensión de la capa superior o la suspensión de la capa.

[0139] En ciertas formas de realización, el medio de molienda se elimina después de la molienda.

[0140] En otras formas de realización, el medio de molienda se retiene después de la molienda y puede servir como material inorgánico en partículas, o al menos una porción del mismo. En determinadas formas de realización, se pueden añadir partículas inorgánicas adicionales y/o aditivos distintos del material de partículas inorgánicas después de la molienda.

[0141] El siguiente procedimiento puede usarse para caracterizar las distribuciones de tamaño de partícula de mezclas de material inorgánico en partículas (p. ej., GCC o caolín) y fibras de pulpa de celulosa microfibrilada.

- carbonato de calcio

[0142] Se pesa en un vaso de precipitados una muestra de suspensión comolida suficiente para dar 3 g de material seco, se diluye a 60 g con agua desionizada y se mezcla con 5 cm3 de una solución de poliacrilato de sodio de 1,5 p/v % activo. Se añade más agua desionizada con agitación hasta un peso de suspensión final de 80 g.

- caolín

[0143] Se pesa en un vaso de precipitados una muestra de suspensión comolida suficiente para dar 5 g de material seco, se diluye a 60 g con agua desionizada y se mezcla con 5 cm3 de una solución de carbonato de sodio al 1,0% en peso y 0,5% en peso % hexametafosfato de sodio. Se añade más agua desionizada con agitación hasta un peso de suspensión final de 80 g.

[0144] A continuación, se agrega la suspensión en alícuotas de 1 cm3 al agua en la unidad de preparación de muestras conectada al Mastersizer S hasta que se muestra el nivel óptimo de oscurecimiento (normalmente 10 - 15%). A continuación, se lleva a cabo el procedimiento de análisis de dispersión de luz. El rango del instrumento seleccionado fue 300RF: 0,05-900, y la longitud del haz se fijó en 2,4 mm.

[0145] Para muestras comolidas que contienen carbonato de calcio y fibra, se usa el índice de refracción para carbonato de calcio (1,596). Para muestras co-molidas de caolín y fibra, se usa el RI para caolín (1,5295).

[0146] La distribución del tamaño de las partículas se calcula a partir de la teoría de Mie y proporciona la salida como una distribución basada en el volumen diferencial. Se interpreta que la presencia de dos picos distintos surge del mineral (pico más fino) y la fibra (pico más grueso).

[0147] El pico mineral más fino se ajusta a los puntos de datos medidos y se resta matemáticamente de la distribución para dejar el pico de fibra, que se convierte en una distribución acumulativa. De manera similar, el pico de fibra se resta matemáticamente de la distribución original para dejar el pico mineral, que también se convierte en una distribución acumulativa. Ambas curvas acumulativas se pueden usar para calcular el tamaño medio de las partículas (d⁵⁰) y la pendiente de la distribución (d³⁰/d⁷⁰x 100). La curva diferencial se puede usar para encontrar el tamaño de partícula modal para las fracciones de fibra y mineral.

EJEMPLOS

Ejemplo 1

[0148] Se prepararon varias composiciones acuosas que comprendían celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas triturando conjuntamente pulpa de Botnia en presencia de materiales inorgánicos en partículas, como se describe en detalle en otra parte de esta especificación. Las propiedades de cada composición se resumen en la Tabla 1. POP se refiere al "porcentaje de pulpa" donde el POP es el porcentaje del peso seco de la muestra que es pulpa o fibrillas en lugar de material inorgánico en partículas.

Tabla 1.

Ejemplo 2

[0149] Se añadió un aditivo a cada suspensión y se mezcló durante 1 minuto. La mezcla se dejó reposar durante 60 minutos y luego se filtró. La torta de filtración resultante se colocó en un horno de laboratorio a 80 °C hasta que se secó (<1% en peso de humedad).

[0150] A continuación, la composición seca se volvió a dispersar en un mezclador Silverson de laboratorio. (Diluido a 20 POP, mezcla Silverson de 1 minuto)

[0151] Cada una de las composiciones 1 a 4 se adicionó con diferentes aditivos (cloruro de sodio, glicol, urea, carboximetilcelulosa, azúcar y goma guar) a concentraciones variables y se determinó el índice de tracción. Los resultados promediados se resumen en la Tabla 2.

Tabla 2.

Ejemplo 3

[0152] El propósito de estos ensayos fue evaluar la eficacia de redispersar un 50% en peso de carbonato de calcio POP (porcentaje de pulpa)/celulosa microfibrilada con alto contenido de sólidos de pulpa de Botnia y carbonato de calcio (es decir, una proporción en peso de celulosa microfibrilada a carbonato de calcio de 1:1) utilizando un refinador de disco único disponible en una instalación de planta piloto. Sprout Waldron fabricó un ejemplo de un refinador de disco único adecuado para usar en la presente invención. El refinador era un refinador de disco único de 12 pulgadas (30 cm). La velocidad de rotación del disco fue de 1320 rpm. La velocidad periférica del disco fue de 21,07 m/s. Diseño de disco refinador Ancho de barra 1,5 mm; ancho de ranura 1,5 mm; longitud del filo de la barra 1,111 Km/rev CEL de la barra a 1320 rpm 24,44 Km/seg. Los expertos en la materia conocen otros refinadores adecuados con especificaciones equivalentes.

Materiales de alimentación.

[0153] Se transportaron a las instalaciones de la planta piloto 100 kg de torta prensada de banda de celulosa microfibrilada y carbonato de calcio (proporción de peso 1:1) y 100 kg de cuatro materiales de alimentación diferentes fabricados utilizando un secador-pulverizador Atritor (disponible de Atritor Limited, 12 The Stampings, Blue Ribbon Park, Coventry, West Midlands, Inglaterra), que es un molino o secador de barrido de aire que tiene la capacidad de introducir una corriente de aire caliente para secar y moler materiales, con el fin de procesar y secar la celulosa microfibrilada y composición de carbonato de calcio utilizada en los ensayos. Otros molinos equivalentes son conocidos por los expertos en la materia. Las propiedades del carbonato de calcio (CI60L)/productos de celulosa microfibrilada con alto contenido de sólidos de Botnia utilizados en los ensayos se muestran en la Tabla 3. Estas composiciones de celulosa microfibrilada y carbonato de calcio (relación 1:1 en peso) brazos en su lugar y alimentados a 20 Hz (tasa de alimentación lenta).

Tabla 3 - Propiedades de los materiales de alimentación utilizados para el ensayo refinado de disco único.

Esquema de prueba

[0154] Cada material se "mojó" en una pulpa grande para replicar los tiempos/acciones típicos en una operación de fábrica de papel.

[0155] Las muestras reducidas a pulpa pasaron a través del refinador de disco único con muestras tomadas en entradas de energía de refinado que oscilan entre 0 - 20 - 40 - 60 - 80 - 100 kWh/t de sólidos secos totales.

Resultados.

[0156] 1. Torta prensada en banda con 50 % en peso de carbonato de calcio POP (CI60)/pulpa de Botnia (31 % en peso de sólidos)

[0157] Esta torta prensada en banda con 30,5 % en peso de sólidos de una composición que comprende celulosa microfibrilada y carbonato de calcio (1:1 en peso) se redispersó inicialmente en la pulpa durante 15 minutos con un 7% en peso de sólidos. Esta consistencia era demasiado viscosa para bombear, por lo que el material se diluyó con agua en un 1 % en peso a un 6 % en peso de sólidos. Luego, este material se pasó por la refinadora y se tomaron muestras en varias entradas de trabajo.

[0158] La Tabla 4 a continuación muestra el efecto del refinador de disco único sobre las propiedades de la torta prensada en banda que comprende celulosa microfibrilada y carbonato de calcio. Los valores indicados para el material tal como se recibió se sometieron a 1 minuto de mezclado en un mezclador Silverson (Silverson Machines, Inc., 55 Chestnut St. East Longmeadow, MA 01028) que equivale a 1000 - 2000 kWh/t.

Tabla 4 - Propiedades de la torta prensada de cinta refinada monodisco

[0159] Puede verse que la torta de la prensa de banda puede refinarse al 6% en peso de sólidos y después de una entrada de 20 kWh/t el índice de FLT se ha restaurado. El índice FLT es una prueba de tracción desarrollada para evaluar la calidad de la celulosa microfibrilada y la celulosa microfibrilada redispersada. El POP del material de prueba se ajusta al 20 % agregando las partículas inorgánicas que se usaron en la producción del compuesto de celulosa microfibrilada/material inorgánico (en el caso de celulosa microfibrilada libre de partículas inorgánicas, entonces 60 % en peso <2 um de carbonato de calcio GCC es usó). Se forma una lámina de 220 g/m2 (g/m2) a partir de este material usando un aparato de filtración Buchner hecho a medida. La lámina resultante se acondiciona y se mide su resistencia a la tracción usando un probador de tracción estándar de la industria. Entradas de energía de hasta 100 kWh/t pueden mejorar tanto el índice f Lt como la viscosidad de la composición de celulosa microfibrilada y carbonato de calcio. El "recuento de puntas" de 1 e inferior es aceptable y sugiere una buena formación de una hoja de papel. Como saben los expertos en la técnica, el recuento de puntas es una prueba de recuento de suciedad (véase, por ejemplo, la prueba de recuento de suciedad TAPPI) y es una indicación de que la celulosa microfibrilada se ha redispersado completamente. En este caso, las hojas formadas para medir el índice FLT se someten a un conteo de puntas utilizando una caja de luz antes de la prueba de tracción destructiva. Un recuento bajo de granos es indicativo de una buena redispersión en cualquier aplicación acuosa.

[0160] La Tabla 5 muestra el efecto que ha tenido el refinador de disco único sobre el tamaño de partícula de la composición de celulosa microfibrilada y carbonato de calcio. Business Park, Grovewood Road, Malvern, WR14 1XZ, Reino Unido) ubicado en las instalaciones del laboratorio de control de calidad.

Tabla 5 - Propiedades PSD de la torta de prensa refinada de disco único

[0161] Puede verse a partir de los valores de PSD que el refinador de disco único es muy eficaz para reducir las partículas gruesas de la composición de celulosa microfibrilada y carbonato de calcio.

[0162] 2. 50 % en peso de carbonato de calcio POP (CI60)/ Celulosa microfribrilada de pulpa de Botnia y carbonato de calcio (relación 1:1 en peso) secada en un secador Atritor (51,4% en peso de sólidos).

[0163] Este 51,4% en peso 1:1 en peso. La proporción de celulosa microfibrilada y producto de carbonato de calcio secado utilizando un secador Atritor se redispersó dentro de la pulpa al 7% en peso de sólidos. La baja viscosidad de este material le permitió bombear fácilmente. Luego, este material se pasó por la refinadora y se tomaron muestras en varias entradas de trabajo.

[0164] La Tabla 6 a continuación muestra el efecto del refinador de disco único sobre las propiedades de la composición de celulosa microfibrilada y carbonato de calcio al 51,4% en peso. Los valores indicados para el material tal como se han registrado se han sometido a 1 minuto de mezclado con un mezclador Silverson que equivale a 1000 - 2000 kWh/t.

Tabla 6 - Propiedades de la composición refinada de disco único 51,4 % en peso que comprende la celulosa microfibrilada y carbonato de calcio (relación 1:1 en peso) secados en un secador de Atritor.

[0165] Esta composición seca al 51,4% en peso secada en el secador Atritor se puede redispersar totalmente utilizando 60 kWh/t y las propiedades mejoran aún más con un mayor aporte de energía. Este material recupera la viscosidad y el índice FLT, además de tener un recuento de granos relativamente bajo, similar al de la torta prensada con banda.

[0166] La Tabla 7 muestra el efecto que ha tenido el refinador de disco único sobre el tamaño de partícula de la composición que comprende celulosa microfibrilada y carbonato de calcio (relación 1:1 en peso).

Tabla 7 - Propiedades PSD de la composición refinada de disco único 51,4 % en peso que comprende la celulosa microfibrilada y carbonato de calcio (relación 1:1 en peso) secados en un secador de Atritor.

[0167] Puede verse a partir de los valores de PSD que el refinador de disco único es muy eficaz para reducir las partículas gruesas de la composición de la relación de celulosa microfibrilada y el carbonato de calcio 1:1 en peso.

[0168] 3. 50% en peso de carbonato de calcio POP (CI60)/composición de relación de celulosa microfibrilada de pulpa de Botnia y carbonato de calcio 1:1 en peso secada en un secador Atritor (58,1% en peso de sólidos).

[0169] Esta composición con un 58,1 % en peso de sólidos que comprende celulosa microfibrilada y carbonato cálcico (relación 1:1 en peso) se evaluó con un 7, 8 y 9 % en peso de sólidos. La razón de esto fue que no se pudieron lograr los aportes de energía más altos porque la composición que comprende celulosa microfibrilada y carbonato de calcio se volvió demasiado "delgada" en consistencia y el disco de metal del refinador se frotaba sobre sí mismo. La Tabla 9 a continuación muestra las propiedades de todos los productos en los tres diferentes contenidos de sólidos. Los valores indicados para el material tal como se recibió y 0 kWh/t se sometieron a 1 minuto de mezcla en un mezclador Silverson, lo que equivale a 1000 - 2000 kWh/t.

Tabla 9 - Propiedades del producto Atritor refinado al 58,1 % en peso de disco único

[0170] La composición al 58,1 % en peso que comprende celulosa microfibrilada y carbonato cálcico (relación 1:1 en peso) se puede redispersar totalmente al 7, 8 y 9 % en peso de sólidos. En cada consistencia se superó el FLT de control, así como la viscosidad y el recuento de granos. Con 9% en peso de sólidos se logra la mayor mejora.

[0171] La Tabla 10 muestra el efecto que ha tenido el refinador de disco único sobre el tamaño de partícula de la composición que comprende celulosa microfibrilada y carbonato de calcio (relación 1:1 en peso) en los tres niveles de contenido de sólidos.

[0172] Una vez más, los datos de PSD muestran la eficiencia del refinador de disco único al alterar el tamaño de la pulpa gruesa en las tres consistencias.

Tabla 10 - Propiedades PSD de la composición refinada de disco único 58,1 % en peso que comprende la celulosa microfibrilada (relación 1:1 en peso) secados en un secador de Atritor.

[0173] 4. 50% en peso de carbonato de calcio POP (CI60)/composición de celulosa microfibrilada de pulpa de Botnia y carbonato de calcio secada en un secador Atritor (70,1% en peso de sólidos).

[0174] Esta composición de 70,1% en peso de sólidos de celulosa microfibrilada y carbonato de calcio (relación 1:1 en peso) en cada entrada de trabajo se muestra en la Tabla 11. Los valores citados para el material tal como se rec. y 0 kWh/t han sido sometido a 1 minuto de mezclado en un mezclador Silverson, lo que equivale a 1000 - 2000 kWh/t.

Tabla 11 - Propiedades de la composición refinada de disco único 70,1 % en peso de celulosa microfibrilada y carbonato de calcio (relación 1:1 en peso) secados en un secador de Atritor.

[0175] Una vez más, se puede ver que el refinador de disco único es mucho más eficiente en la redispersión de la composición seca que comprende celulosa microfibrilada y carbonato de calcio (relación 1:1 en peso) en comparación con el uso de un mezclador Silverson. Una entrada de energía de 100 kWh/t redispersa la composición que comprende celulosa microfibrilada y carbonato de calcio (relación 1:1 en peso) hasta un grado en el que las propiedades son similares a las de la torta prensada en banda.

[0176] La Tabla 12 muestra el efecto que ha tenido el refinador de disco único sobre el tamaño de partícula de la composición que comprende celulosa microfibrilada y carbonato cálcico (relación 1:1 en peso) y, una vez más, se muestra que el refinador es muy eficaz.

Tabla 12 - Propiedades PSD de la composición refinada de disco único 70,1 % en peso que comprende la celulosa microfibrilada y carbonato de calcio (relación 1:1 en peso) secados en un secador de Atritor.

[0177] 5. 50% en peso de carbonato de calcio POP (CI60)/composición de pulpa de Botnia que comprende celulosa microfibrilada y carbonato de calcio (relación 1:1 en peso) secada en un secador Atritor (86,2% en peso de sólidos).

[0178] Este material con una composición de 86,2% en peso de sólidos que comprende celulosa microfibrilada y carbonato de calcio (relación 1:1 en peso) se consideró muy seco por lo que la composición se refinó en las mismas condiciones que el resto de los materiales (intensidad de 0,2 J/m) sino también a una intensidad de 0,1 J/m. 0,1 J/m es menos intenso, por lo que lleva más tiempo lograr la entrada de trabajo deseada. Véase la Tabla 13.

[0179] Los valores citados para el material recibido y 0 kWh/t han sido sometidos a 1 minuto de mezclado en un mezclador Silverson, lo que equivale a 1000 - 2000 kWh/t.

Tabla 13 - Propiedades de la composición refinada de disco único 86,2 % en peso que comprende celulosa microfibrilada y carbonato de calcio (relación 1:1 en peso) secados en un secador de Atritor.

[0180] Estos resultados muestran que esta composición de muy alto contenido de sólidos que comprende celulosa microfibrilada y carbonato de calcio (relación 1:1 en peso) puede volver a dispersarse con las mismas propiedades que la torta prensada en banda usando 100 kWh/t. Si se cambia la intensidad, las propiedades se pueden restaurar usando menos energía de 80 kWh/t.

[0181] La Tabla 14 muestra el efecto que ha tenido el refinador de disco único sobre el tamaño de partícula de la composición que comprende celulosa microfibrilada y carbonato de calcio (relación 1:1 en peso) en ambas intensidades.

Tabla 14 - Propiedades PSD de la composición refinada de disco único 86,2 % en peso que comprende la celulosa microfibrilada y carbonato de calcio (relación 1:1 en peso) secados en un secador de Atritor.

[0182] La Figura 1 resume los datos de FLT de los estudios anteriores. Los datos muestran que el FLT de control se puede lograr en todas las muestras analizadas y que el FLT de control se puede superar en los productos sólidos intermedios.

6. Procesamiento adicional de productos refinados

[0183] En varios de los productos producidos en las instalaciones de la planta piloto, se puso energía adicional en las muestras a través del mezclador Silverson. Estos experimentos consistieron en investigar si las propiedades físicas de la composición que comprende celulosa microfibrilada y carbonato de calcio (relación 1:1 en peso) mejorarían con energía adicional. La siguiente tabla muestra los resultados, (Tabla 15).

[0184] Puede verse que los resultados son mixtos. En algunas ocasiones hay un aumento en el Índice FLT y en otras no.

Tabla 15 - El efecto de entrada de energía extra

Resultados.

[0185] Los resultados muestran:

El refinador de disco único en las instalaciones de la planta piloto es una forma muy eficiente de redispersar una composición que comprende celulosa microfibrilada y carbonato de calcio (relación 1:1 en peso)

Una composición que comprende celulosa microfibrilada y carbonato de calcio (relación 1:1 en peso) secados hasta 86 % en peso de sólidos se puede volver a dispersar para lograr sus características de resistencia originales. Se puede lograr una mejora en la fuerza.

El refinador de disco único logra la redispersión usando entradas de energía más bajas que otros métodos evaluados. El contenido de sólidos es muy importante al refinar y debe optimizarse para todas las muestras.

Bajando la intensidad del refinador se consiguen mejores resultados.

El refinador de disco único es muy eficaz para alterar la PSD de una composición que comprende celulosa microfibrilada y carbonato de calcio (relación 1:1 en peso).

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Un método para mejorar las propiedades físicas y/o mecánicas de la celulosa microfibrilada redispersada seca o parcialmente seca, caracterizado porque:

a. una composición acuosa de celulosa microfibrilada se deshidrata mediante uno o más de:

i. deshidratación por prensa de banda,

ii. una prensa de banda automatizada de alta presión,

iii. centrífuga,

iv. prensa de tubo,

v. prensa de tornillo, y

vi. prensa rotativa;

para producir una composición de celulosa microfibrilada deshidratada;

b. la composición de celulosa microfibrilada deshidratada se seca mediante uno o más de:

i. un secador de lecho fluidizado,

ii. secador de microondas y/o radiofrecuencia,

iii. un molino de barrido de aire caliente o un secador de barrido de aire caliente, un molino de células o un molino de células multirrotor, y

iv. secar en frío;

para producir una composición de celulosa microfibrilada seca o parcialmente seca;

en el que al volver a dispersar la composición de celulosa microfibrilada seca o parcialmente seca en un medio líquido, la celulosa microfibrilada tiene un índice de tracción y/o viscosidad que es al menos el 50 % del índice de tracción y/o la viscosidad de la composición acuosa de celulosa microfibrilada antes del secado a una concentración comparable y una inclinación de fibra de 20 a 50.

2. El método según la reivindicación 1, que comprende además redispersar la celulosa microfibrilada seca o al menos parcialmente seca en el medio líquido.

3. El método de la reivindicación 1, en el que dicha celulosa microfibrilada comprende además un material inorgánico en partículas, tal como un mineral laminar, caolín y/o talco.

4. El método de la reivindicación 3, en el que el material inorgánico en partículas comprende adicionalmente material inorgánico en partículas distinto de un mineral laminar.

5. El método de la reivindicación 3, en el que el material inorgánico en partículas es carbonato de calcio.

6. El método de la reivindicación 1, en el que dicha celulosa microfibrilada seca o parcialmente seca se redispersa en presencia de uno o más aditivos seleccionados del grupo que consiste en una o más sales, uno o más azúcares, tales como monosacáridos, disacáridos, oligosacáridos y polisacáridos, uno o más glicoles, tales como etilenglicol, urea, carboximetilcelulosa y goma guar.

7. El método de la reivindicación 4, en el que una o más sales comprenden o son cloruro de sodio.

8. El método de la reivindicación 3, en el que se añade material inorgánico en partículas en una o más de las siguientes etapas: (i) antes o durante la fabricación de la composición acuosa que comprende celulosa microfibrilada; (ii) siguiendo fabricación de la composición acuosa que comprende celulosa microfibrilada; (iii) durante la deshidratación de la composición acuosa de celulosa microfibrilada; (iv) durante el secado de la composición acuosa de celulosa microfibrilada; (v) antes de la redispersión de la celulosa microfibrilada seca o al menos parcialmente seca; y (vi) durante la redispersión de la celulosa microfibrilada seca o al menos parcialmente seca.

9. El método de la reivindicación 1, comprendiendo dicho método además usar la celulosa microfibrilada redispersada en, o en la fabricación de un artículo, producto o composición.

10. El método de la reivindicación 1, en el que la composición acuosa de la celulosa microfibrilada deshidratada antes del secado o al menos parcialmente seca tiene un contenido de sólidos de hasta aproximadamente 50 % en peso, hasta alrededor del 30 % y hasta alrededor del 20 %.

11. El método de la reivindicación 3, en el que la composición acuosa de la celulosa microfibrilada deshidratada antes del secado o al menos parcialmente seca tiene un contenido de sólidos de hasta aproximadamente 20 % en peso, opcionalmente en el que hasta aproximadamente el 80 % de los sólidos son material inorgánico en partículas.

12. El método de la reivindicación 2, en el que el medio líquido es acuoso o no acuoso.

13. El método de la reivindicación 12, donde el medio líquido es acuoso, por ejemplo, agua.

14. El método de la reivindicación 2, en el que dicha redispersión de la celulosa microfibrilada seca o al menos parcialmente seca comprende el uso de un refinador.

15. El método de la reivindicación 1, en el que dicha composición de celulosa microfibrilada seca o parcialmente seca tiene una inclinación de aproximadamente 20 a aproximadamente 50.