ES2931973T3 - Pigmento para papel y laminado de papel - Google Patents

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Abstract

Una mezcla de pigmentos que comprende (a) partículas de pigmento, (b) partículas espaciadoras coloidales dispersas sobre las superficies de las partículas de pigmento y (c) partículas portadoras, donde las partículas de pigmento con partículas espaciadoras coloidales están dispersas sobre las superficies de las partículas portadoras. Una mezcla de pigmentos de partículas de pigmento de dióxido de titanio que tienen partículas espaciadoras de sílice coloidal en las superficies del dióxido de titanio, el dióxido de titanio y la sílice coloidal adheridas a las superficies de partículas portadoras de tierra de diatomeas, proporciona una eficiencia óptica mejorada del pigmento y una retención mejorada en una matriz de fibra de papel. . (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Pigmento para papel y laminado de papel
ANTECEDENTES
1. CAMPO DE LA INVENCIÓN
Los conceptos inventivos divulgados y reivindicados en la presente se refieren de manera general a una composición de pigmento para laminado de papel y, más particularmente, pero no a modo de limitación, a pigmento en partículas adherido a partículas portadoras, en donde las partículas espaciadoras coloidales están presentes en la superficie de las partículas de pigmento, y el proceso para el tratamiento de superficies de pigmentos en partículas, partículas coloidales y partículas portadoras para producir las partículas portadoras que tienen la composición de pigmento.
2. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
En muchas industrias se usan pigmentos inorgánicos en partículas como opacificantes y colorantes, incluyendo las industrias de recubrimientos, plásticos y papel. En particular, los pigmentos de dióxido de titanio, generalmente en forma de polvos finamente divididos, se añaden a un laminado de papel pigmentado o papel decorativo para impartir el nivel deseado de opacidad.
Los laminados de papel son bien conocidos en la técnica y son adecuados para una serie de usos como tableros de mesa, paneles de pared, recubrimiento de suelos y similares. Los laminados de papel se producen impregnando el papel con una resina o resinas y presionando los papeles impregnados que se apilan unos encima de otros. El tipo de resina y papel laminado está determinado por el uso final del laminado. Los laminados de papel decorativo pueden elaborarse usando una capa de papel decorado como capa superior. La base de papel decorativo difiere de los tipos habituales de papel en que las pulpas usadas son muy blancas/brillantes, y el papel decorativo tiene una alta proporción de pigmentos y cargas para conseguir la alta opacidad deseada.
Cuando se elabora laminado de papel pigmentado o papel decorativo usando productos comerciales existentes, el fabricante se enfrenta a dos cuestiones problemáticas. En primer lugar, una cantidad significativa del pigmento no se retiene dentro de la red de fibra de papel, lo que requiere pasos de procesamiento adicionales para recuperar el pigmento. En segundo lugar, las partículas de pigmento se vuelven extremadamente floculadas, por lo que se requieren niveles altos para impartir el nivel deseado de opacidad al papel.
La dispersión de la luz, la estabilidad, el brillo y la opacidad de un pigmento pueden verse limitadas a concentraciones de pigmento altas debido a la floculación o a un efecto conocido como acumulación. En los productos de papel, una manera de mantener las partículas de pigmento espaciadas a una distancia óptima es añadiendo partículas espaciadoras. Aunque ha habido algunas investigaciones referentes al tamaño y a la forma apropiados de las partículas espaciadoras, sigue habiendo una necesidad de composiciones y métodos mejorados para elaborar pigmentos de dióxido de titanio espaciados que tengan una floculación mínima y una opacidad mejorada en laminados de papel.
Las tecnologías de retención mejoradas se han centrado típicamente en el uso de aditivos para la composición de fibra de papel/pigmento. Además, sigue habiendo una necesidad de composiciones y métodos para productos, una manera de mantener las partículas de pigmento espaciadas a una distancia óptima es añadiendo partículas espaciadoras. Aunque ha habido algunas investigaciones referentes al tamaño y a la forma apropiados de las partículas espaciadoras, sigue habiendo una necesidad de composiciones y métodos mejorados para elaborar pigmentos de dióxido de titanio espaciados que tengan una floculación mínima y una opacidad mejorada en laminados de papel.
Las tecnologías de retención mejoradas se han enfocado típicamente en el uso de aditivos para la composición de fibra de papel/pigmento. Además, sigue habiendo una necesidad de composiciones y métodos para elaborar pigmentos de dióxido de titanio espaciados que proporcionen una retención mejorada cuando se usan en laminados de papel.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN
Se proporciona una mezcla de pigmentos que comprende (a) partículas de pigmento recubiertas con un recubrimiento superior de óxido de metal hidratado, (b) partículas espaciadoras coloidales dispersas sobre las superficies de las partículas de pigmento e incorporadas en el recubrimiento superior, y (c) partículas portadoras, en donde las partículas portadoras comprenden tierra de diatomeas, en donde las partículas de pigmento con partículas espaciadoras coloidales están dispersas sobre las superficies de las partículas portadoras. La mezcla de pigmentos ofrece una eficiencia óptica mejorada y una retención mejorada cuando se usa en laminado de papel.
En una realización, la mezcla de pigmentos incluye partículas de pigmento de dióxido de titanio, partículas espadadoras de sílice coloidal y partículas portadoras de tierra de diatomeas que tienen un diámetro medio de partículas primarias en el intervalo de aproximadamente 2 a aproximadamente 25 micras (pm), en donde las partículas espaciadoras coloidales están dispersas sobre las superficies de las partículas de pigmento, el pigmento y las partículas espaciadoras tienen un recubrimiento superior de alúmina, y el pigmento con recubrimiento superior con partículas espaciadoras se dispersa sobre las superficies de las partículas portadoras.
Un método para elaborar una mezcla de pigmentos incluye los siguientes pasos. Se mezcla una lechada de partículas de pigmento de TiO2 con partículas espaciadoras coloidales de manera que las partículas espaciadoras coloidales se dispersen sobre las superficies de las partículas de pigmento en una cantidad en el intervalo de aproximadamente el 0,1% a aproximadamente el 20% en base al peso de partículas de pigmento. Se precipita un óxido de metal hidratado, como alúmina, sílice, fosfato y mezclas de los mismos, para formar un recubrimiento superior sobre las superficies de las partículas de pigmento de TiO2 y las partículas espaciadoras coloidales dispersas sobre ellas. Se añaden partículas portadoras que comprenden tierra de diatomeas que tienen un diámetro medio de partículas primarias en el intervalo de aproximadamente 2 a aproximadamente 25 micras (pm) al pigmento de TiO2 recubierto en la parte superior y partículas espaciadoras coloidales de manera que se forme una mezcla de pigmentos que tenga el pigmento y las partículas espaciadoras coloidales dispersas sobre las superficies de las partículas portadoras en una cantidad en el intervalo de aproximadamente el 0,1% a aproximadamente el 20% en base al peso total de las partículas de pigmento, espaciadoras y portadoras.
En otra realización, un producto a base de celulosa incluye fibra celulósica y una mezcla de pigmentos que incluye partículas de pigmento, partículas espaciadoras coloidales y partículas portadoras, en donde las partículas espaciadoras coloidales se dispersan sobre las superficies de las partículas de pigmento, y las partículas de pigmento se dispersan sobre las superficies de las partículas portadoras. Las partículas portadoras tienen típicamente un diámetro medio de partículas primarias en el intervalo de aproximadamente 2 a aproximadamente 25 micras (pm).
En otra realización más, un producto a base de celulosa incluye fibra celulósica y una mezcla de pigmentos de partículas de pigmento de TiO2, partículas espaciadoras de sílice coloidal y partículas portadoras. Las partículas espaciadoras de sílice coloidal se dispersan sobre las superficies de las partículas de pigmento de TiO2 y el pigmento de TiO2 y las partículas espaciadoras de sílice coloidal tienen un recubrimiento superior de alúmina. Las partículas de pigmento de TiO2 con recubrimiento superior con partículas espaciadoras se dispersan sobre las superficies de las partículas portadoras que tienen un diámetro medio de partículas primarias en el intervalo de aproximadamente 2 a aproximadamente 25 micras (pm).
Por tanto, utilizando (1) la tecnología conocida en la técnica; (2) la descripción general mencionada anteriormente de los conceptos inventivos actualmente reivindicados y divulgados; y (3) la descripción detallada de los conceptos inventivos que sigue, serán fácilmente evidentes para un experto en la técnica las ventajas y novedades de los conceptos inventivos actualmente reivindicados y divulgados.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La FIG. 1 es una representación gráfica de las mediciones de opacidad de la Muestra 2 del Ejemplo 1 en hoja de papel y laminado.
La FIG. 2 es una representación gráfica de las mediciones de opacidad de la Muestra 3 del Ejemplo 1 en hoja de papel y laminado.
La FIG. 3 es una representación gráfica de las mediciones de opacidad de la Muestra 4 del Ejemplo 1 en hoja de papel y laminado.
La FIG. 4 es una representación gráfica de las mediciones de opacidad de la Muestra 5 del Ejemplo 1 en hoja de papel y laminado.
La FIG. 5 es una representación gráfica del peso del pigmento añadido por hoja frente al peso de la hoja tanto para la Muestra estándar como para la Muestra 6 del Ejemplo 2.
La FIG. 6 es una representación gráfica del peso de TiO2 añadido por unidad de área de hoja frente a la opacidad tanto para la Muestra estándar como para la Muestra 6 del Ejemplo 2.
La FIG. 7 es un ejemplo de micrografía de pigmento de dióxido de titanio con sílice coloidal que actúa como un "espaciador".
La FIG. 8 es un ejemplo de micrografía de pigmento de dióxido de titanio con tierra de diatomeas que actúa como un "portador".
La FIG. 9 es una representación gráfica del peso de TiO2 añadido por unidad de área de hoja frente a la opacidad tanto para una Muestra estándar como para un ensayo en planta de una realización de la presente invención.
La FIG. 10 es una representación gráfica del peso de pigmento añadido por hoja frente al porcentaje de retención de pigmento tanto para una Muestra estándar como para una prueba en planta de una realización de la presente invención.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
Antes de explicar en detalle por lo menos una realización de los conceptos inventivos actualmente divulgados y reivindicados, debe entenderse que los conceptos inventivos actualmente divulgados y reivindicados no se limitan en su aplicación a los detalles de construcción, experimentos, datos ejemplares, y/o la disposición de los componentes expuestos en la siguiente descripción o ilustrados en los dibujos. Los conceptos inventivos actualmente divulgados y reivindicados son capaces de otras realizaciones o de ser puestos en práctica o llevados a cabo de varias maneras. Además, debe entenderse que la fraseología y la terminología empleadas en la presente tienen propósitos descriptivos y no deben considerarse como limitativos.
Hay una necesidad de nuevas tecnologías de recubrimiento de pigmentos en partículas que tengan la capacidad de proporcionar una retención aumentada dentro de una red de fibras de papel, así como una eficiencia óptica mejorada en el papel, pero de una manera rentable. Como se ha mencionado anteriormente, se han estudiado una variedad de métodos para preparar tales composiciones de pigmentos, pero típicamente presentan un compromiso entre la eficacia, el coste y las propiedades de rendimiento en el laminado de papel. Sorprendentemente, se ha descubierto que una mezcla de pigmentos que tiene partículas de pigmento espaciadas unidas a partículas portadoras más grandes, puede proporcionar de manera sinérgica tanto una retención mejorada como propiedades ópticas mejoradas en el papel. Tal mezcla de pigmentos se obtiene con una mezcla de partículas de pigmento, partículas espaciadoras coloidales y partículas portadoras, en donde las partículas espaciadoras coloidales se dispersan sobre las superficies de las partículas de pigmento, y las partículas de pigmento espaciadas resultantes se dispersan sobre las superficies de las partículas portadoras.
La tecnología de espaciamiento anterior que se intentó comercialmente se ha centrado habitualmente en el uso de aditivos en la composición de fibras/papel. La Patente de Estados Unidos N° 5.650.002 divulga el recubrimiento de superficies de pigmentos en partículas con partículas inorgánicas más pequeñas, lo que da como resultado una eficacia de dispersión mejorada a concentraciones de volumen de pigmento más altas. Además, la US 2008/035293 A1 se refiere a un proceso para fabricar papel que comprende tratar un material con un agente de retención catiónico y una carga que se pretrata con partículas coloidales aniónicas inorgánicas. Sin embargo, no ha habido ningún esfuerzo conocido para recubrir partículas de pigmento sobre "partículas portadoras" más grandes para incrustar mejor las partículas de pigmento dentro de una matriz de fibra de papel, y ciertamente ningún intento de combinar la tecnología de recubrimiento superficial de partículas espaciadoras con una tecnología de recubrimiento superficial de partículas portadoras que proporciona mejoras sinérgicas tanto en las propiedades ópticas como en la retención de la fibra.
Los ejemplos de materiales particulados base adecuados para formar las partículas de pigmento de la presente divulgación incluyen, pero no están limitadas a, dióxido de titanio, sulfuro de zinc, óxido de zinc, óxido de hierro, óxido de plomo, óxido de aluminio, dióxido de silicio, óxido de circonio y óxido de cromo. En una realización, el material particulado base comprende dióxido de titanio como la forma de rutilo producida por la oxidación en fase de vapor de tetracloruro de titanio y comúnmente denominada "proceso de cloruro". Además, puede usarse una forma anatasa de dióxido de titanio y/o dióxido de titanio procesado con sulfato.
Para pigmentos inorgánicos en partículas, el tamaño medio de las partículas varía de aproximadamente 0,1 micras a aproximadamente 0,5 micras. Para uso en aplicaciones pigmentarias típicas, el dióxido de titanio tiene típicamente un tamaño medio de partícula primaria en el intervalo de aproximadamente 0,15 pm a aproximadamente 0,35 pm (en lo sucesivo denominado “intervalo de tamaño de partícula pigmentaria”). A menudo, el dióxido de titanio pigmentario tiene un tamaño de partícula en el intervalo de aproximadamente 0,2 pm a aproximadamente 0,35 pm. Cuando la forma del material particulado base es aproximadamente esférica, las mediciones del tamaño de la partícula representan el diámetro de la partícula. Cuando la forma sólida inorgánica del material particulado es acicular o no esférica, entonces estas mediciones representan la medición de la dimensión más larga.
El material particulado base a menudo incluye un tratamiento de superficie. Cuando se usan partículas de base de dióxido de titanio, las partículas base se tratan típicamente con un material de tratamiento superficial como fosfato de aluminio, óxido de aluminio, óxido de silicio, óxido de circonio, organosilano, organosiloxano y similares. En una realización, las partículas de pigmento comprenden una capa interna de fosfato de aluminio sobre la superficie de las partículas base de dióxido de titanio.
Las partículas espaciadoras coloidales dispersadas sobre la superficie de las partículas de pigmento pueden comprender una variedad de sustancias que incluyen, pero no se limitan a, óxidos, óxidos hidratados, silicatos, carbonatos, sulfatos, etc. Preferiblemente, la composición de partículas espaciadoras coloidales no debe interferir con el pigmento o con las propiedades del producto de papel ni afectarlos negativamente. En ciertas realizaciones, las partículas espaciadoras coloidales comprenden sílice, titania o zirconia o combinaciones de las mismas. Por ejemplo, una partícula espaciadora de sílice coloidal adecuada está disponible comercialmente como Tixosil® 160SL de Rhodia Chimie.
Las partículas espaciadoras pueden estar presentes en el pigmento en partículas en un amplio intervalo y dependen en gran parte del tamaño de las partículas. Las partículas espaciadoras coloidales deberían ser más pequeñas que las partículas de pigmento y pueden tener un tamaño medio de partícula en un intervalo de aproximadamente 5 a aproximadamente 60 nanómetros (nm). Las partículas espaciadoras se distribuyen idealmente de manera uniforme sobre la superficie de las partículas de pigmento. La cantidad de partículas espaciadoras coloidales presentes puede variar ampliamente. En algunas realizaciones, las partículas espaciadoras coloidales están presentes en la mezcla de pigmentos en una cantidad de aproximadamente el 0,5 a aproximadamente el 20% en base al peso de las partículas de pigmento. En otra realización, las partículas espaciadoras de sílice coloidal están presentes en la mezcla de pigmentos en una cantidad de aproximadamente el 1 a aproximadamente el 10% en base al peso de las partículas de pigmento. Las partículas de pigmento con partículas espaciadoras coloidales dispersadas sobre las superficies de partículas de pigmento se denominan algunas veces en la presente y en las reivindicaciones adjuntas "partículas de pigmento espaciadas".
Las partículas espaciadoras coloidales son atraídas electrostáticamente a la superficie de las partículas de pigmento. Sin embargo, las partículas espaciadoras coloidales pueden unirse más a la superficie del pigmento utilizando un recubrimiento superior de óxido hidratado sobre la partícula de pigmento en donde las partículas espaciadoras están incrustadas en el recubrimiento superior. El recubrimiento superior puede aplicarse antes de incrustar las partículas espaciadoras. Alternativamente, el recubrimiento superior puede aplicarse a las partículas de pigmento espaciadas, cubriendo sustancialmente tanto las partículas de pigmento como las partículas espaciadoras coloidales dispersadas directamente sobre las superficies de las partículas de pigmento. En otra realización, el recubrimiento superior se aplica sobre las partículas de pigmento espaciadas dispersas sobre las partículas portadoras, cubriendo por tanto gran parte de la superficie de las partículas de pigmento, las partículas espaciadoras coloidales incrustadas y las partículas portadoras.
Los ejemplos de recubrimientos superiores de óxido de metal hidratado adecuados incluyen alúmina, sílice y fosfato. Un recubrimiento superior de alúmina es particularmente ventajoso para las mezclas de pigmentos que se usan en el papel porque proporciona una carga superficial que es adecuada para interactuar con fibras de papel a base de celulosa. Los procesos para depositar óxidos metálicos sobre partículas de pigmento como dióxido de titanio son bien conocidos por los expertos en la técnica y son adecuados para depositar los recubrimientos superiores.
Las partículas de pigmento "espaciadas" resultantes son atraídas y dispersadas sobre las superficies de las partículas portadoras, en donde las partículas portadoras comprenden tierra de diatomeas. La cantidad de partículas portadoras presentes puede variar ampliamente, dependiendo en gran parte de su tamaño y forma. En algunas realizaciones, las partículas portadoras están presentes en la mezcla de pigmentos en una cantidad de aproximadamente el 0,1 a aproximadamente el 20% en base al peso total de la mezcla de pigmentos sólidos. En una realización, las partículas portadoras son tierra de diatomeas y están presentes en la mezcla de pigmentos en un intervalo de aproximadamente el 1% a aproximadamente 15% en base al peso total de la mezcla sólida de pigmentos. La tierra de diatomeas adecuada está disponible comercialmente de, por ejemplo, Imerys Performance Minerals de Cornwall, Reino Unido.
Las mezclas de pigmentos descritas en la presente proporcionan una eficiencia óptica sorprendentemente mejorada y una retención mejorada en una matriz fibrosa. La eficiencia óptica mejorada significa que puede usarse menos pigmento para lograr el mismo nivel de una propiedad óptica como la opacidad. Sin querer estar limitados por el mecanismo exacto en el trabajo, se cree que están implicados dos mecanismos principales. En primer lugar, las pequeñas partículas dispersas a lo largo de las superficies de pigmento en partículas actúan para espaciar las partículas de dióxido de titanio. Esto reduce el efecto de la floculación y mejora la eficiencia de dispersión de luz del pigmento dentro de una matriz de fibra de papel. Las partículas de pigmento pueden unirse electrostáticamente a partículas más grandes (típicamente de 2 a 25 gm) de, por ejemplo, tierra de diatomeas, que actúa como un portador para que las partículas de pigmento se retengan más eficazmente dentro de la matriz de fibra de papel durante la producción. Esto significa que se mejora la retención del primer paso (del pigmento dentro del papel).
En una realización, un proceso para elaborar una mezcla de pigmentos como se ha descrito anteriormente utiliza una lechada acuosa de partículas de pigmento de dióxido de titanio. El dióxido de titanio puede ser dióxido de titanio no tratado obtenido directamente de un proceso de producción como los procesos de cloruro o sulfato. Alternativamente, el dióxido de titanio puede tratarse con un material de tratamiento de superficie como fosfato de aluminio, alúmina o sílice. Los métodos para el tratamiento superficial de partículas de pigmento de dióxido de titanio con material como fosfato de aluminio son bien conocidos por los expertos en la técnica.
Las partículas espaciadoras pueden añadirse a la lechada de dióxido de titanio mediante métodos que se incorporan de manera flexible y fácil en los procesos de producción. Por ejemplo, hay muchos lugares durante la producción de pigmento de dióxido de titanio en partículas en los que pueden añadirse las partículas espaciadoras coloidales, el recubrimiento superior de óxido de metal hidratado y las partículas portadoras, y no se pretende que los puntos de adiciones descritos en la presente sean exhaustivos. El punto óptimo durante el cual añadir las partículas y la capa superior dependerá, en parte, del proceso en el que se vaya a incorporar.
En el más simple de los métodos, las partículas espadadoras coloidales pueden añadirse como una lechada pulverizando o vertiendo la lechada en un sistema en el que ya está presente el dióxido de titanio. Para maximizar la uniformidad de la distribución de las partículas espaciadoras coloidales, preferiblemente, puede usarse un dispositivo de mezclado para mezclar o agitar las partículas espaciadoras y el dióxido de titanio. Pueden usarse tales dispositivos de mezclado ahora conocidos, o que lleguen a ser conocidos por los expertos en la técnica.
La precipitación de un recubrimiento superior de óxido de metal hidratado sobre las superficies de las partículas de pigmento y las partículas espaciadoras coloidales puede lograrse de la misma manera que cuando se aplica a las partículas de pigmento sin el material coloidal. Los procesos para depositar óxidos metálicos hidratados sobre dióxido de titanio son bien conocidos por los expertos en la técnica. Preferiblemente, los óxidos metálicos se añaden por tratamiento húmedo.
Los métodos para añadir las partículas portadoras también pueden ser similares a los métodos para añadir otros tratamientos superficiales y pueden incorporarse fácilmente en procesos de producción como procesos de producción de dióxido de titanio. Las partículas portadoras pueden añadirse a un sistema en el que ya están presentes las partículas espaciadoras y las de dióxido de titanio con recubrimiento superior. Al igual que con la adición de partículas espaciadoras, puede usarse un dispositivo de mezclado para mezclar o agitar la mezcla de pigmentos resultante. Pueden usarse tanques agitadores, mezcladores u otros dispositivos de mezclado adecuados ahora conocidos, o que lleguen a ser conocidos por los expertos en la técnica.
Un posible dispositivo de mezclado es un micronizador. Las partículas espaciadoras o las partículas portadoras pueden dosificarse en un micronizador o pulverizador de chorro junto con el polvo de dióxido de titanio a moler. Pueden usarse técnicas de micronización con aire o vapor a temperaturas desde la temperatura ambiente hasta 250° C o más.
En un proceso de producción convencional, las partículas espaciadoras coloidales y/o las partículas portadoras pueden, a modo de ejemplo adicional, añadirse por separado a la alimentación de un secador por pulverización o a una torta de filtración repulpada, a un dispositivo de molienda de alta intensidad, a una alimentación de micronizador antes de, o concurrente con la micronización. Si se usa un molino de arena para corregir el tamaño de las partículas, las partículas espaciadoras coloidales y/o el óxido de metal hidratado pueden añadirse, por ejemplo, a la descarga del molino de arena. Tras secarse, las partículas espaciadoras coloidales y/o el óxido de metal hidratado pueden formar un recubrimiento de partículas coloidales con recubrimiento superior en las superficies de partículas de TiÜ2. En algunas realizaciones, es deseable añadir las partículas espaciadoras coloidales y/o el óxido metálico hidratado después de cualquier etapa de filtración y lavado, pero antes de cualquier etapa de secado. En tales casos, puede ser deseable añadir las partículas espaciadoras coloidales y/o el óxido metálico hidratado a una torta de filtración lavada y fluidizada con agitación para garantizar un mezclado uniforme.
Si las partículas portadoras se añaden a un dióxido de titanio seco, como un producto de secado por pulverización o una alimentación o un producto micronizador, debe tenerse especial cuidado para asegurar un mezclado uniforme de las partículas portadoras con el polvo de dióxido de titanio. Esto puede lograrse, por ejemplo, usando un mezclador de carcasa en V o usando otros dispositivos de mezclado adecuados. Las partículas portadoras pueden combinarse con TiÜ2 en etapas, por ejemplo, en dos o tres puntos del proceso.
Para formar una hoja de papel, la mezcla de pigmentos descrita anteriormente se mezcla con fibra celulósica, como pulpa de madera refinada, en una dispersión acuosa. Luego, la dispersión de pulpa se usa para formar papel mediante métodos bien conocidos por los expertos en la técnica. Al comparar las mediciones del contenido de cenizas del papel elaborado usando pigmento convencional frente al papel elaborado usando mezclas de pigmentos que contienen partículas portadoras, puede verse que las partículas portadoras proporcionan una retención de pigmento significativamente más alta. Por tanto, en el primer paso se logra una retención de pigmento más alta. La "retención de primer paso" se refiere a la fracción de dióxido de titanio en el material de fabricación de papel que se retiene en la hoja.
Los laminados de papel pueden elaborarse mediante métodos convencionales bien conocidos por los expertos en la técnica. Básicamente, el papel, como el papel marrón, se impregna con resinas y se superpone un papel de impresión de alta calidad o papel decorativo.
Se ha descubierto, sorprendente e inesperadamente, que las mezclas de pigmentos de la invención divulgadas en la presente tienen una eficiencia óptica mejorada en productos de papel. Se ha descubierto además que las mezclas de pigmentos de la invención divulgadas en la presente proporcionan una retención significativamente mayor en una matriz de fibra en la que se incorporan.
Para ilustrar adicionalmente la presente invención, se proporcionan los siguientes ejemplos. Sin embargo, debe entenderse que los ejemplos son solo con propósitos ilustrativos y no debe interpretarse que limitan el alcance de la invención.
Ejemplo 1
Las mezclas de pigmentos se elaboraron en base a una receta existente de dióxido de titanio de calidad de papel decorativo, Tiona® RCL-722. Para todas las muestras, se precipitó primero una capa interna de fosfato de aluminio sobre una base de dióxido de titanio procesada con cloruro. En este punto, una de las muestras tenía un nivel del 10% de sílice coloidal añadida. A otra muestra se le añadió un nivel del 15% de tierra de diatomeas. Se precipitó una capa adicional de alúmina en todas las muestras.
Luego, las muestras se filtraron y se lavaron para eliminar las sales según la producción normal de pigmento de dióxido de titanio. En este punto, una de las muestras tenía un nivel del 10% de sílice coloidal añadida. A otra muestra se le añadió un nivel del 15% de tierra de diatomeas. La sílice coloidal está disponible comercialmente de, por ejemplo, Rhodia. La tierra de diatomeas está disponible comercialmente como, por ejemplo, Diafil®, que se usó en las pruebas descritas actualmente. Luego, las muestras se deshidrataron, se secaron en un horno durante la noche a 110° C y se micronizaron al aire.
En resumen, se prepararon cinco muestras de la siguiente manera. La Muestra 1 era un Ejemplo estándar o comparativo que consistía en un pigmento usado para papel de decoración sin sílice coloidal ni tierra de diatomeas añadidas. Para la Muestra 2, se añadió un 15% de tierra de diatomeas en medio del tratamiento. Para la Muestra 3, se añadió un 15% de tierra de diatomeas al final del tratamiento. Para la Muestra 4, se añadió un 10% de sílice coloidal en medio del tratamiento. Para la Muestra 5, se añadió un 10% de sílice coloidal al final del tratamiento.
Las muestras se elaboraron en hojas de papel (por triplicado) y estas muestras se convirtieron en laminados. Se probó la opacidad del papel y los laminados. Los datos se analizaron tomando la media de cada una de las muestras por triplicado y comparándola con la media de los controles por triplicado. La eficiencia óptica se calculó determinando cuánto pigmento es necesario para que cada muestra coincida con una opacidad dada cuando se usa el control. Por ejemplo, una mejora del 10% en la eficacia significa que puede usarse un 10% menos del pigmento de muestra para lograr el mismo nivel de opacidad que el control.
En la Tabla 1 siguiente se proporciona un resumen de todos los resultados. Los análisis gráficos de la opacidad en papel y se muestran en las Figuras 1 a 4. Como puede verse, los mejores resultados se obtuvieron cuando se añadió sílice coloidal a la mitad del tratamiento y cuando se añadió tierra de diatomeas al final.
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Ejemplo 2
Un pigmento de TiÜ2 modificado adicional, la Muestra 6, se elaboró de la siguiente manera. Primero se precipitó una capa interna de fosfato de aluminio sobre una base de dióxido de titanio procesada con cloruro. En este punto, la muestra tenía un nivel del 5% de sílice coloidal añadida. Se precipitó una capa adicional de alúmina sobre la muestra. Luego, la muestra se filtró y se lavó libre de sales según la producción normal de pigmento de dióxido de titanio. En este punto, la muestra tenía un nivel del 2,5% de tierra de diatomeas añadida. Luego, la muestra se deshidrató, se secó en un horno durante la noche a 110° C y se micronizó al aire.
Concurrentemente, se preparó una muestra estándar de pigmento TiÜ2 usado comercialmente en laminado de papel para comparar. Las muestras se elaboraron en hojas de papel y las hojas se elaboraron en laminados para las pruebas.
Mientras se preparaban las muestras de papel, se midió la retención del pigmento sobre las fibras de papel. Cada hoja se preparó con una cantidad fija de pigmento añadido. Luego, se determinó el peso de cada hoja y se calculó una comparación de la retención de pigmento de la Muestra 6 frente a la Muestra estándar. En este caso se requiere una media del 17% menos del pigmento de muestra para elaborar una hoja del mismo peso que el Estándar. La Figura 5 muestra un gráfico de pigmento añadido por hoja frente al peso de la hoja.
Las hojas de papel también se elaboraron en laminados y se midió su opacidad. De nuevo, la eficiencia óptica se calcula determinando cuánto pigmento se necesita para que cada muestra coincida con una opacidad dada cuando se usa el control. En este caso (ver gráfico en la Figura 6) se requiere una media del 7% menos del pigmento de muestra para igualar la opacidad del laminado con el pigmento estándar.
La Figura 7 muestra una micrografía de partículas de pigmento de TiO2 con sílice coloidal que actúa como espaciador. La Figura 8 muestra una micrografía de las partículas de pigmento de TiO2 con sílice coloidal de la Figura 7 combinado con tierra de diatomeas actuando como portador. Las Figuras 9 y 10 muestran el aumento de la opacidad y la retención logrado en un ensayo en planta utilizando la tecnología descrita anteriormente.
En conclusión, está claro que al modificar el tratamiento superficial de partículas de pigmento de calidad de laminado de papel para incluir una capa de partículas espaciadoras como sílice coloidal en el medio del tratamiento superficial inorgánico y una capa de partículas portadoras como tierra de diatomeas en el final del tratamiento proporciona una mezcla de pigmentos que ofrece una retención y una eficiencia óptica mejoradas.
De los ejemplos y descripciones anteriores, está claro que los presentes procesos, metodologías, aparatos y composiciones inventivos están bien adaptados para llevar a cabo los objetos y lograr las ventajas mencionadas en la presente, así como los inherentes a la presente divulgación proporcionada. Aunque se han descrito las realizaciones actualmente preferidas de la invención para los propósitos de esta divulgación, se entenderá que pueden realizarse numerosos cambios que se sugerirán fácilmente a los expertos en la técnica.

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Una mezcla de pigmentos que comprende (a) partículas de pigmento recubiertas con un recubrimiento superior de óxido de metal hidratado, (b) partículas espaciadoras coloidales dispersadas sobre las superficies de las partículas de pigmento e incrustadas en el recubrimiento superior, y (c) partículas portadoras, en donde las partículas portadoras comprenden tierra de diatomeas,
en donde las partículas de pigmento con partículas espaciadoras coloidales están dispersadas sobre las superficies de las partículas portadoras.
2. La mezcla de pigmentos de la reivindicación 1, en donde las partículas de pigmento comprenden un material particulado base seleccionado del grupo que consiste en dióxido de titanio, sulfuro de zinc, óxido de zinc, óxido de hierro, óxido de plomo, óxido de aluminio, óxido de circonio, óxido de cromo y mezclas de los mismos.
3. La mezcla de pigmentos de la reivindicación 2, en donde el material particulado base comprende dióxido de titanio, preferiblemente:
i) el material particulado base de dióxido de titanio tiene un diámetro medio de partículas primarias en el intervalo de 0,15 a 0,5 micras (pm); o
ii) las partículas de pigmento incluyen una capa interna de material de tratamiento sobre la superficie del material particulado base, el material de tratamiento seleccionado del grupo que consiste de fosfato de aluminio, óxido de aluminio, óxido de silicio, óxido de circonio, organosilano, organosiloxano y mezclas de los mismos; o iii) las partículas de pigmento incluyen una capa interna de fosfato de aluminio sobre la superficie del material particulado base.
4. La mezcla de pigmentos de la reivindicación 1, en donde las partículas espaciadoras:
i) comprenden sílice coloidal; o
ii) tienen un diámetro medio de partículas primarias en el intervalo de 5 a 60 nanómetros (nm); o
iii) están presentes en una cantidad en el intervalo del 0,1% al 20% en base al peso de las partículas de pigmento.
5. La mezcla de pigmentos de la reivindicación 1, en donde el recubrimiento superior de óxido de metal hidratado comprende alúmina.
6. La mezcla de pigmentos de la reivindicación 1, en donde las partículas portadoras tienen un diámetro medio de partículas primarias en el intervalo de 2 a 25 micras (pm).
7. La mezcla de pigmentos de la reivindicación 1 que comprende (a) partículas de pigmento de dióxido de titanio, (b) partículas espaciadoras coloidales dispersas sobre las superficies de las partículas de pigmento y (c) partículas portadoras de tierra de diatomeas que tienen un diámetro medio de partículas primarias en el intervalo de 2 a 25 micras (pm), en donde las partículas de pigmento y espaciadoras tienen un recubrimiento superior de alúmina, y el pigmento recubierto superior con partículas espaciadoras están dispersas sobre las superficies de las partículas portadoras.
8. Un método para elaborar una mezcla de pigmentos, que comprende los pasos de:
(a) mezcla una lechada de partículas de pigmento de TiO2 con partículas espaciadoras coloidales de manera que las partículas espaciadoras coloidales se dispersen sobre las superficies de las partículas de pigmento en una cantidad en el intervalo del 0,1% al 20% en base al peso de partículas de pigmento;
(b) precipitar un óxido de metal hidratado seleccionado del grupo que consiste de alúmina, sílice, fosfato y mezclas de los mismos, para formar un recubrimiento superior sobre las superficies de las partículas de pigmento de TiO2 y las partículas espaciadoras coloidales del paso (a); y
(c) mezclar partículas portadoras que tienen un diámetro medio de partículas primarias en el intervalo de 2 a 25 micras (pm) al pigmento de TiO2 recubierto en la parte superior y partículas espaciadoras coloidales del paso (b) de manera que se forme una mezcla de pigmentos que tenga las partículas de pigmento y espaciadoras coloidales dispersas sobre las superficies de las partículas portadoras en una cantidad en el intervalo del 0,1% al 20% en base al peso total de las partículas de pigmento, espaciadoras y portadoras.
9. El método de la reivindicación 8, en donde las partículas espaciadoras coloidales comprenden sílice coloidal y las partículas portadoras tienen un diámetro de partículas primarias en el intervalo de 2 a 25 micras (pm).
10. Un producto a base de celulosa que comprende fibra celulósica y una mezcla de pigmentos que incluye partículas de pigmento, partículas espaciadoras coloidales y partículas portadoras, en donde las partículas portadoras comprenden tierra de diatomeas, en donde las partículas espaciadoras coloidales se dispersan sobre las superficies de las partículas de pigmento, y las partículas de pigmento se dispersan sobre las superficies de las partículas portadoras que tienen un diámetro medio de partículas primarias en el intervalo de 2 a 25 micras (pm),
11. El producto a base de celulosa de la reivindicación 10, en donde la mezcla de pigmentos incluye partículas de pigmento de TiO2 , en donde las partículas espaciadoras de sílice coloidal están dispersas sobre las superficies de las partículas de pigmento de TiO2 , las partículas de pigmento de TiO2 y espaciadoras de sílice coloidal tienen un recubrimiento superior de alúmina, y las partículas de pigmento de TiO2 con recubrimiento superior con partículas espaciadoras están dispersas sobre superficies de las partículas portadoras que tienen un diámetro medio de partículas primarias en el intervalo de 2 a 25 micras (pm).
12. El producto a base de celulosa de la reivindicación 11, en donde el producto es un papel decorativo y la mezcla de pigmentos se dispersa dentro del papel decorativo.
13. El producto a base de celulosa de la reivindicación 11, en donde el producto es un laminado de papel que tiene una pluralidad de capas y en donde la mezcla de pigmentos se dispersa dentro de por lo menos una capa del laminado de papel.
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