WO2011034452A1 - Composição de pigmentos e calda de revestimento que a contém, para papel de impressão a jacto de tinta - Google Patents

Composição de pigmentos e calda de revestimento que a contém, para papel de impressão a jacto de tinta Download PDF

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WO2011034452A1
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kaolin
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paper
pigment
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José António GANILHO LOPES VELHO
Natércia Maria FERREIRA DOS SANTOS
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Universidade De Aveiro
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Definitions

  • the invention relates to the coating of inkjet paper.
  • a pigment composition based on a mixture of precipitated calcium carbonate of scalenohedral habit (calcite) and kaolin (strongly lamellar kaolinite) is used, which composition is used in the preparation of a paper coating syrup which, when applied to lightweight coating, it yields semi-matte paper with high contrast brightness values and is ideal for both black and color inkjet printing.
  • a mineral pigment in the form of a suspension is the simplest process of coating the surface of a base paper.
  • the purpose of this coating is to achieve a surface with low roughness and optimum characteristics to achieve a high level of print quality.
  • Coated papers may different levels of paper gloss, from matte to high gloss, all depending on the objectives of the papermakers and the filling of niche markets.
  • Kaolin was historically the first pigment used in paper coating taking advantage of the strongly lamellar character of kaolinite particles, a phyllosilicate, its main constituent. Lamellar kaolinite particles orient on the base paper according to the xy plane, wrap very well, resulting in a paper with very low roughness making it easy to obtain a glossy paper. This is the case, for example, with paper called "couché", which is suitable for high quality print books and publications that have thick, heavy, glossy and very smooth sheets.
  • the present invention relates to the development of a product, which is a pigment composition, which combines the advantageous properties of precipitated calcium carbonates with those of kaolin.
  • a product which is a pigment composition, which combines the advantageous properties of precipitated calcium carbonates with those of kaolin.
  • kaolin a pigment composition
  • This process yields semi-matte paper that is ideal for inkjet printing and has a high contrast brightness value.
  • This composition will be used in the preparation of paper coating syrups which, in addition to pigments, contain chemical additives in order not only to improve the rheological characteristics of the syrup, making it more fluid (rheological modifiers), but also to fix it. the coating layer on the base paper (binders).
  • the coating syrup is based on calcium carbonate precipitated with sharply scalar kaolinite and kaolinite particles, and has a rheological modifier, preferably carboxymethylcellulose with a molecular weight ranging from 150,000 g / mol to 300 000 g / mol, more usually between 200 000 g / mol and 275 000 g / mol, with a concentration ranging from 0.05% to 0.25% by weight, more usually from 0.08% to 0.20 %.
  • a rheological modifier preferably carboxymethylcellulose with a molecular weight ranging from 150,000 g / mol to 300 000 g / mol, more usually between 200 000 g / mol and 275 000 g / mol, with a concentration ranging from 0.05% to 0.25% by weight, more usually from 0.08% to 0.20 %.
  • a binder has been added, for example styrene-butadiene latex, at a level ranging from 15% to 5% by weight of coating syrup, more usually from 8% to 12%.
  • This rheological modifier has long polymer chains which are very effective in interconnecting with the particles of the two precipitated calcium carbonate and kaolin pigments.
  • a first object of the present invention is a pigment composition for use in paper coating syrups, comprising a mixture of the following two inorganic pigments:
  • Precipitated calcium carbonate is a pigment that has particles of calcitic structure and particles of scalenohedral habit. By scanning electron microscopy, the particles have the typical form of scalenohedrals and are intrinsically associated with groups responsible for the high light scattering values of the coating layer, as well as higher hand index and higher roughness. . These clusters, also called clusters, are due to the surface electrical charges of the individual kaleite particles that come together and give rise to agglomerations with numerous voids within them (pores) responsible for greater optical efficiency in terms of light scattering and opacity.
  • the average particle size ranges from 0.500 ⁇ m to 1,100 ⁇ m, more usually from 0.700 ⁇ m to 1,000 ⁇ m.
  • the fashion ranges between 0.500 ⁇ m and 0.800 ⁇ m, more usually between 0.550 ⁇ m and 0.700 ⁇ m and the median ranges between 0.500 ⁇ m and 0.750 ⁇ , more usually between 0.550 ⁇ m and 0.750 ⁇ m.
  • the particle size measurements were performed on Micromeritics SEDIGRAPH 5100 equipment.
  • the average particle size ranges from 0,200 ⁇ to 0,600 ⁇ m, more usually between 0,250 ⁇ m and 0,450 ⁇ m.
  • the fashion ranges between 0.500 ⁇ m and 0.800 ⁇ m, more usually between 0.550 ⁇ m and 0.700 ⁇ m and the median ranges between 0.500 ⁇ m and 0.750 ⁇ m, more usually between 0.550 ⁇ m and 0.750 ⁇ m.
  • the pigment composition of the present invention is comprised of kaolin pigment particles with an average diameter between 0.200 ⁇ m and 0.600 ⁇ m and precipitated calcium carbonate pigment particles with an average diameter between 0.500 ⁇ m and 1.100 ⁇ m.
  • Kaolin is a pigment that has more than 95% of its kaolinite particles in markedly habit.
  • lamellar as analyzed by scanning electron microscopy.
  • Lamellarity (form factor) was quantified by delamination index (ID) which is defined as the percentage of particles of. dimensions below 2 ⁇ m.
  • the delamination index of the present kaolin ranges from 15 to 30, more usually from 18 to 25.
  • the composition of the pigments is in a ratio of 30% to 15% by weight of kaolin, more usually 25% to 18%, and 70% to 85% of precipitated calcium carbonate, more usually 75%. % and 82%.
  • a second object of the invention is a coating syrup comprising an aqueous suspension of the pigment composition of the present invention, a rheological modifier and a binder.
  • CMC Carboxymethylcellulose
  • the CMC used in the present invention usually has a molecular weight ranging from 150,000 g / mol to 300,000 g / mol, more usually 200,000 g / mol to 275,000 g / mol.
  • This rheological modifier was added separately to the grout and mixed in an amount preferably ranging from 0.05% to 0.20% by weight, more usually from 0.08% to 0.15% relative to the dry mass of all pigments.
  • the solids content for the grout varies from 20% to 40%, more usually from 25% to 35% by volume of the total pigments.
  • Suspensions are first prepared by the addition of a dispersing agent, an ammonium polycarbonate in a concentration generally ranging from 0.4% to 1.2% by weight to the suspension with distilled water, more usually from 0.6% to 1%. %.
  • the binder commonly used in the coating grouts of the invention is styrene latex based butadiene in a concentration ranging from 5% to 15% (by weight), more usually from 8% to 12%.
  • the grout is deposited on a base paper whose weight ranges from 60 g / m 2 to 150 g / m 2 , more usually from 80 g / m 2 to 120 g / m 2 , to obtain a coating ranging from 2.5 g / m 2 to 6 g / m 2 , more usually from 3 g / m 2 to 5 g / m 2 .
  • the coating layer formed is very thin, its thickness varies between 6 ⁇ m and 12 ⁇ m, more usually between 7 ⁇ and 10 ⁇ .
  • Bendtsen roughness The technique that evaluates this property is called Bendtsen roughness. Their values range from 10 ml / min to 25 ml / min, more usually from 15 ml / min to 20 ml / min. With this formulation there was a decrease in paper thickness relative to precipitated calcium carbonate alone paper by about 35% without a decrease in whiteness and the smoothness of the paper significantly improved due to the strongly lamellar nature of the paper. kaolinite particles. Bendtsen roughness decreased by about 43%. As for the specific light scattering coefficient, it was only reduced by 3%, which is insignificant.
  • the specific light scattering coefficient ranges from 60 m 2 / kg to 75 m 2 / kg, more usually from 65 m 2 / kg to 73 m 2 / kg.
  • the opacity remained high, ranging from 85% to 100%, more usually from 90% to 98%, while the degree of whiteness varied from 85% to 95%, more usually from 88% to 93%.
  • the purpose of the present invention is to obtain paper with semi-matte characteristics, with a paper gloss value ranging from 30% to 60%, more usually from 45% to 55%.
  • the aim here has to do with the interest in obtaining a high contrast brightness value with a clear advantage in terms of print quality. Contrast brightness is the difference between print brightness and paper brightness, and the higher this value, the clearer images printed in inkjet printing will appear.
  • the difficulty here is compromising on smoothness as it affects the brightness and print quality as well as the quality of the printed images.
  • a high smoothness semi-matte paper has been achieved by mixing the scalenohedral particles of precipitated calcium carbonate (calcite) with the strongly lamellar kaolinite particles in different proportions, taking advantage of the best intrinsic characteristics of each.
  • calcite precipitated calcium carbonate
  • the ink penetration index of papers with this pigment shows high values, which impairs the print quality.
  • the ink penetrates deep, taking advantage of the pores of the coating layer, thus leaving less ink trapped on the paper surface and decreasing print quality.
  • the ink penetration rate ranges from 5 to 9, more usually from 6 to 8.
  • print brightness this varies from 85% to 110%, more usually from 90% to 100%. This means that a paper with a high print gloss value associated with a low ink penetration value has been achieved while the paper surface has semi-matte characteristics. This results in a paper with a high contrast brightness value ranging from 38 to 50, more usually from 40 to 48.
  • the textural characteristics of the paper obtained in the present invention show very particular aspects as the paper has a low equivalent pore volume, ranging from 200 ⁇ m 3 to 500 ⁇ m 3 , more usually between 250 ⁇ m 3 and 400 ⁇ m 3 , which means that the structure of the coating layer is relatively closed.
  • a paper having very special surface chemical characteristics has been obtained since it has a strong polar character ranging from 0.10 mN / m to 0.80 mN / m, more usually between 0.20 mN / m and 0. , 70 mN / m.
  • optical density evaluated on equipment suitable for such and black inkjet printing revealed that it ranges from 1,600 to 2,000, more usually from 1,750 to 1,900, very high value.
  • Black ink jet inks are generally hydrophilic, water-based and dye, meaning that the paper achieved in the present invention has a high chemical affinity for that type of ink.
  • ink jet color inks they are usually pigmented and have hydrophobic characteristics.
  • the optical density varies between 0.800 and 1.000, more usually between 0.850 and 0.950.
  • Color printing evaluated the Gamut Area ranging from 6000 to 7000, most commonly from 6200 to 6800.
  • Paper surface characterization data obtained from 3D profilometry showed that semi-matte paper has a very particular combination of Sa (average roughness), Sp (maximum peak height), Sv (maximum surface depth of the valleys). ), Sds (peak density) and Sdr (percentage of additional area relative to a plane).
  • the semi-matte paper obtained in this invention has very low roughness and maximum peak height, a high peak density, low maximum surface depth of the valleys and also a low percentage of additional area relative to a plane.
  • These very special characteristics are achieved once again by the presence of the strongly lamellar, kaolinite oriented particles which, in appropriate percentages, in combination with the precipitated calcite scalenohedral particles, in the majority, give rise to a paper of low thickness. with optimum inkjet printing features in both black and color.
  • a composition expressing the invention was prepared using a fine kaolin, designated “kaolin A” and a precipitated calcium carbonate designated “CCP B", in a ratio of 20:80, amount of kaolin by weight to the amount of calcium in the composition.
  • kaolin A fine kaolin
  • CCP B precipitated calcium carbonate
  • Kaolin A has the following properties:
  • P is the percentage by weight of particles having an equivalent spherical diameter of less than X ⁇ m, where X is 1 ⁇ m, 0,5 ⁇ m and 0, 2 ⁇ m respectively):
  • Calcium carbonate has the following properties:
  • the coating syrup composition is based on pigments mixed with water and a binder system.
  • the solids content for the coating syrup was 30% by weight of pigment.
  • Suspensions were first prepared by adding 0.7% by weight of a dispersing agent, ammonium polycarbonate, to the suspension with distilled water.
  • a dispersing agent ammonium polycarbonate
  • To the coating syrup formulations were added 10 parts (by weight) of styrene butadiene latex and one part of a co-binder.
  • carboxyl methyl cellulose designated CMC, with a molecular weight of 250,000 g / mol which was added in an amount of 0.1-% by weight relative to the dry weight of the pigment.
  • the coating syrup was applied to a base paper of Portuguese origin using a laboratory coating machine.
  • the coating syrup was applied to obtain a coating with a grammage of 3 gm -2 .
  • the coated sheet was calendered and tested for physical and optical properties using standard procedures.
  • the paper brightness obtained was 45%, a characteristic included in semi-matte papers and the print brightness was 93% which gives a gloss value of 48% contrast.
  • the paper obtained has a very low smoothness, 18 ml / min according to Bendtsen roughness and the opacity and whiteness values are very high, 98% and 92%, respectively.
  • the light scattering coefficient is quite high, 70 m 2 / kg which justifies the high values of the two properties mentioned above.
  • Example 2 The coating syrup composition is similar to the previous example but the rheological modifier is carboxyl methyl cellulose (CMC) with a molecular weight of 35,000 g / mol with a content of 0.2% by weight relative to the dry weight of the product. pigment and the solids content in the mixture is 32.5% by weight of pigment.
  • the optical density value for black was 1.897 while the Gamut area value reached 6446. These values are supported by the low polar component of the paper surface, 0.42 mN / m in a total surface energy value. of 32.3 mN / m. This chemical character translates a balance between the hydrophilic and hydrophobic characteristics of paper and the polar characteristics of black printing ink and the more hydrophobic characteristics of color printing inks.
  • CMC carboxyl methyl cellulose
  • the syrup composition is similar to the previous example but the rheological modifier is carboxy methyl cellulose (CMC) with a molecular weight of 250,000 g / mol, with a content of 0.2% by weight relative to the dry weight of the pigment and the solids content in the mixture is 32.5% by weight of pigment.
  • CMC carboxy methyl cellulose
  • the paper surface was topographically assessed using a roughness meter that uses AltiSurf Profilometer laser technology. The paper surface has a very high number of peaks per square millimeter, 5819 corresponding to very low values of average roughness (Sa), 0.52 ⁇ m and maximum peak height (Sp), 1.79 ⁇ m.
  • This paper has a very low surface pore volume, 387 ⁇ m 3 , which translates to a surface where there is very tight control of the pores that play an active role in absorbing ink droplets during inkjet printing. These characteristics, very particular of the paper surface, are responsible for neutralizing Marangoni forces with the consequent blistering of print quality.

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Abstract

A presente invenςão diz respeito a uma composiςão de pigmentos para uso em caldas de revestimento de papel, para impressão a jacto de tinta, constituída por (a) um caulino ultrafino com partículas de caulinite acentuadamente lamelares que possuem uma dimensão média inferior a 0,600 μm; e (b) um carbonato de cálcio precipitado de estrutura calcítica e com partículas de hábito escalenoédrico que possuem um diâmetro médio inferior a 1,100 μm; em que a relaςão em peso do carbonato de cálcio precipitado para o caulino é superior a 2,0. 0 invento diz também respeito a uma calda de revestimento, que compreende uma suspensão aquosa da composiςão pigmentos da invenςão, um modificador reolόgico e um agente ligante.

Description

DESCRIÇÃO
"COMPOSIÇÃO DE PIGMENTOS E CALDA DE REVESTIMENTO QUE A CONTÉM, PARA PAPEL DE IMPRESSÃO A JACTO DE TINTA"
CAMPO DA INVENÇÃO A invenção está relacionada com o revestimento de papel para impressão a jacto de tinta. Para esse revestimento é utilizada uma composição de pigmentos à base de uma mistura de carbonato de cálcio precipitado de hábito escalenoédrico (calcite) e de caulino (caulinite fortemente lamelar) , composição essa que é empregue na preparação de uma calda de revestimento de papel que, quando aplicada em revestimento de baixa gramagem, dá origem a um papel semi- mate com valores elevados de brilho de contraste e ideal para impressão a jacto de tinta, tanto a preto como a cores.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
A presença de um pigmento mineral na forma de uma suspensão é o processo mais simples de revestir a superfície de um papel base. O objectivo deste revestimento é a obtenção de uma superfície com baixa rugosidade e com características óptimas para atingir um nível elevado de qualidade de impressão. Os papéis revestidos podem apresentar diferentes níveis de brilho de papel, desde mate até elevado brilho, tudo dependendo dos objectivos dos papeleiros e do preenchimento de nichos de mercado. O caulino foi, historicamente, o pigmento utilizado pela primeira vez em revestimento de papel aproveitando- se o carácter fortemente lamelar das partículas de caulinite, um filossilícato, seu principal constituinte. As partículas lamelares de caulinite orientam- se sobre o papel base segundo o plano xy, empacotam- se muito bem, dando origem a um papel com muito baixa rugosidade sendo fácil a obtenção de um papel brilhante. É o que se passa, por exemplo, com o papel designado por "couché", próprio para livros e publicações de elevada qualidade de impressão que possuem folhas espessas, de elevada gramagem, brilhantes e muito lisas.
Esta linha tradicional tem vindo a sofrer mudanças a diferentes níveis, a saber. Em primeiro lugar, têm- se desenvolvido nichos de mercado, existe uma enorme variedade de tipos de papel revestido, desde mate até elevado brilho com gramagens de revestimento muito diferentes, desde de gramagens muito reduzidas até muito elevadas. Em segundo lugar, o caulino tem vindo a sofrer uma erosão do mercado do papel fruto da entrada de minerais competidores, como são os casos do talco, do gesso, das micas, do dióxido de titânio, de pigmentos sintéticos (casos da sílica precipitada, de pigmentos plásticos) e, sobretudo de carbonatos de cálcio, natural e precipitado. Os motivos desta evolução prende-se não apenas com questões económicas mas, também, técnicas, uma vez que não existe o pigmento perfeito,, tudo é uma questão de compromisso. Apesar do caulino ser o melhor pigmento, o mais adequado para revestimento, os carbonatos de cálcio entraram em força no mercado dos papéis gráficos não revestidos e estão a entrar, se bem que com mais dificuldade, nos papéis revestidos. Em primeiro lugar ocorreu a entrada do carbonato de cálcio natural, calcite, que apresenta as seguintes vantagens em relação ao caulino: menor preço unitário, maior grau de brancura e melhor comportamento reológico da calda de revestimento mesmo com maior teor em sólidos. Mais tarde, em especial nos anos 90 do século XX, os carbonatos de cálcio precipitados, que já tinham vindo a revelar um sucesso comercial nos papéis gráficos não revestidos, substituíram, em grande medida, os carbonatos de cálcio naturais e têm vindo a conquistar posições ao caulino nos papéis revestidos. Os carbonatos de cálcio precipitados são produzidos em unidades satélite localizadas junto das papeleiras e aqui podem ser produzidos graus de qualidade com partículas de diferente hábito, acicular, escalenoédrico, romboédrico, esférico, prismático, caleitico e aragonítico e com diferentes curvas de distribuição dimensional das partículas e com diferentes características químicas e tecnológicas.
Mas os carbonatos de cálcio precipitado possuem vários inconvenientes entre os quais se realçam os problemas reológicos, alguma dilatância, adição complexa de desfloculantes e de biocídas, o que obriga a um controlo mais rigoroso das condições reológicas (temperatura, pH, potencial zeta) . Na literatura é comum a publicação de artigos científicos e de patentes onde se revelam formulações à base de misturas de dois ou mais pigmentos: US6,143,064; US3 , 661 , 610 ; US5 , 882 , 396 ; US5, 833,747; US6 , 074 , 474 ; GB1,364,105; GB1 , 253 , 603 , entre outras. Todas elas baseiam- -se, no fundo, no desenvolvimento de pigmentos minerais com características granulométricas especiais que, quando usados em caldas de revestimento, dão origem a papéis com características especiais, mates a brilhantes. Estes pigmentos podem ser aplicados isoladamente ou em conjunto, de modo a conseguirem- se sinergias. Com estas invenções vão-se descobrindo novas formulações de modo a preencherem nichos de mercado e a descobrir- se novas aplicações para os pigmentos minerais. SUMÁRIO DA INVENÇÃO
A presente invenção diz respeito ao desenvolvimento de um produto, que é uma composição de pigmentos, que combina as propriedades vantajosas dos carbonatos de cálcio precipitados com as do caulino. Apesar de se adicionar uma pequena quantidade em peso de caulino, ela é extremamente eficaz na diminuição de algumas das desvantagens do pigmento carbonato de cálcio precipitado e no realçar das características mais vantajosas do caulino. Com este processo obtém-se um papel com características semi -mate, ideal para impressão a jacto de tinta e que possui um valor elevado de brilho de contraste. Esta composição vai ser utilizada na preparação de caldas de revestimento para papel que, para além dos pigmentos, contêm aditivos químicos com o objectivo de não apenas melhorar as características reológicas da calda, tornando-a mais fluida (modificadores reológicos) , mas também de fixar a camada de revestimento ao papel base (agentes ligantes) .
Na presente invenção, a calda de revestimento é à base carbonato de cálcio precipitado com partículas de hábito escalenoédrico e de caulino com caulinite acentuadamente lamelar, e tem um modificador reologico, de preferência carboximetilcelulose com um peso molecular que varia entre 150 000 g/mol e 300 000 g/mol , mais habitualmente entre 200 000 g/mol e 275 000 g/mol, com uma concentração que varia entre 0,05% e 0,25% em peso, mais habitualmente entre 0,08% e 0,20%. Para além deste modificador reologico, na presente invenção, foi adicionado um agente ligante, por exemplo látex estireno-butadieno, num nível que varia entre 15% e 5% em peso de calda de revestimento, mais habitualmente entre 8% e 12%. Este modificador reologico possuí cadeias poliméricas longas que são muito eficazes na interligação com as partículas dos dois pigmentos, carbonato de cálcio precipitado e caulino. DESCRIÇÃO PORMENORIZADA DA INVENÇÃO
Constitui um primeiro objecto da presente invenção uma composição de pigmentos para uso em caldas de revestimento de papel, que compreende uma mistura dos seguintes dois pigmentos inorgânicos:
(a) um caulino ultrafino com partículas de caulinite acentuadamente lamelares que possuem uma dimensão média inferior a 0,600 μm; e
(b) um carbonato de cálcio precipitado de estrutura calcítica e com partículas de hábito escalenoédrico que possuem um diâmetro médio inferior a 1,100 μm; em que a relação em peso do carbonato de cálcio precipitado para o caulino é superior a 2,0.
0 carbonato de cálcio precipitado é um pigmento que possui partículas com estrutura calcítica e com partículas de hábito escalenoédrico. Pelo exame de microscopia electrónica de varrimento, as partículas apresentam a forma típica de escalenoedros e possuem a natureza intrínseca de se associarem em grupos responsáveis pelos valores elevados de dispersão da luz da camada de revestimento, para além de maior índice de mão e de maior rugosidade. Estes aglomerados, também designados por "clusters", são devido às cargas eléctricas da superfície das partículas individuais de caleite que se juntam e dão origem a aglomerações com numerosos vazios no seu interior (poros) responsáveis por uma maior eficácia óptica ao nível da dispersão da luz e da opacidade.
A dimensão média das suas partículas varia entre 0,500 μm e 1,100 μm, mais habitualmente entre 0,700 μm e 1,000 μm. A moda varia entre 0,500 μm e 0,800 μm, mais habitualmente entre 0,550 μm e 0,700 μm e a mediana varia entre 0,500 μm e 0,750 μτη, mais habitualmente entre 0,550 μm e 0,750 μm. As medições granulométricas foram realizadas no equipamento SEDIGRAPH 5100 da Micromeritics .
No que respeita ao caulino, a média das suas partículas varia entre 0,200 μπι e 0,600 μm, mais habitualmente entre 0,250 μm e 0,450 μm. A moda varia entre 0,500 μm e 0,800 μm, mais habitualmente entre 0,550 μm e 0,700 μm e a mediana varia entre 0,500 μm e 0,750 μm, mais habitualmente entre 0,550 μm e 0,750 μm.
Num modelo de realização preferido, a composição de pigmentos da presente invenção é constituída por partículas do pigmento caulino com diâmetro médio entre 0,200 μm e 0,600 μm e partículas do pigmento carbonato de cálcio precipitado com diâmetro médio entre 0,500 μm e 1,100 μm.
O caulino é um pigmento que possui mais de 95% das suas partículas de caulinite com hábito acentuadamente lamelar conforme foi analisado em microscopia electrónica de varrimento. A lamelaridade (factor forma) foi quantificada através do índice de delaminação (ID) que é definido como sendo a percentagem de partículas de. dimensões abaixo de 2 μm.
De preferência o índice de delaminação do presente caulino varia 15 e 30, mais habitualmente entre 18 e 25.
A mistura dos dois pigmentos foi feita de um modo cuidadoso, com o auxílio de . um agitador mecânico de hélices, onde se fez a adição alternada de quantidades controladas de cada pigmento para o interior de um recipiente em vidro.
De preferência, no final, a composição dos pigmentos fica numa relação entre 30% e 15% em peso de caulino, mais habitualmente entre 25% e 18%, e entre 70% e 85% de carbonato de cálcio precipitado, mais habitualmente entre 75% e 82%.
Constitui um segundo objecto da invenção uma calda de revestimento, que compreende uma suspensão aquosa da composição de pigmentos da presente invenção, um modificador reológico e um agente ligante.
Na preparação das caldas de revestimento foi utilizado, de preferência, o modificador reológico carboximetilcelulose designado aqui por CMC e que funciona também como co-ligante, isto é, para além de intervir nas características reológicas, devido às suas longas cadeias poliméricas, acaba por actuar como um ligante das partículas dos pigmentos.
O CMC utilizado na presente invenção possui normalmente um peso molecular que varia entre 150 000 g/mol e 300 000 g/mol, mais habitualmente entre 200 000 g/mol e 275 000 g/mol.
Este modificador reológico foi adicionado separadamente nas caldas de revestimento e misturado numa quantidade que varia preferencialmente entre 0,05% e 0,20% em massa, mais habitualmente entre 0,08% e 0,15% em relação à massa seca da totalidade dos pigmentos.
Normalmente o teor em sólidos para a calda de revestimento varia entre 20% e 40%, mais habitualmente entre 25% e 35%, em volume do total de pigmentos.
As suspensões são preparadas, primeiro, pela adição de um agente dispersante, um policarbonato de amónio numa concentração que varia geralmente entre 0,4% e 1,2% em massa à suspensão com água destilada, mais habitualmente entre 0,6% e 1% .
O ligante normalmente utilizado nas caldas de revestimento da invenção é à base de látex estireno- butadieno numa concentração que varia entre 5% e 15% (em massa) , mais habitualmente entre 8% e 12%.
PARTE EXPERIMENTAL
A calda de revestimento é depositada sobre um papel base cuja gramagem varia entre 60 g/m2 e 150 g/m2, mais habitualmente entre 80 g/m2 e 120 g/m2, de modo a obter- se uma gramagem de revestimento que varia entre 2,5 g/m2 e 6 g/m2, mais habitualmente entre 3 g/m2 e 5 g/m2. Com esta formulação e gramagem de revestimento, obtêm-se assinaláveis vantagens não apenas operacionais como técnico-económicas e tecnológicas. A camada de revestimento formada é muito fina, a sua espessura varia entre 6 μm e 12 μm, mais habitualmente entre 7 μιη e 10 μπι. Apesar desta pequena espessura, consegue-se mascarar as irregularidades do papel base e obter-se um papel com um nível de rugosidade muito baixo. A técnica que avalia esta propriedade é designada por rugosidade Bendtsen. Os seus valores variam entre 10 ml/min e 25 ml/min, mais habitualmente entre 15 ml/min e 20 ml/min. Com esta formulação registou- se uma diminuição da espessura do papel em relação ao papel apenas com carbonato de cálcio precipitado de cerca de 35% sem ter havido uma diminuição do grau de brancura e a lisura do papel melhorou significativamente em virtude da natureza fortemente lamelar das partículas de caulinite. A rugosidade Bendtsen diminuiu em cerca de 43%. Quanto ao coeficiente específico de dispersão da luz teve apenas uma redução de 3%, o que é insignificante. O coeficiente específico de dispersão da luz varia entre 60 m2/kg e 75 m2/kg, mais habitualmente entre 65 m2/kg e 73 m2/kg. A opacidade permaneceu elevada, variando entre 85% e 100%, mais habitualmente entre 90% e 98%, enquanto o grau de brancura varia entre 85% e 95%, mais habitualmente entre 88% e 93%.
A finalidade da presente invenção é a obtenção de um papel com características semi -mate, com um valor de brilho de papel que varia entre 30% e 60%, mais habitualmente entre 45% e 55%. 0 objectivo aqui tem a ver com o interesse na obtenção de um valor elevado de brilho de contraste com manifesta vantagem ao nível da qualidade de impressão. 0 brilho de contraste é a diferença entre o brilho de impressão e o brilho de papel e quanto maior for este valor, com mais nitidez se apresentarão as imagens impressas em impressão a jacto de tinta. A dificuldade aqui reside em se conseguir o compromisso ao nível da lisura, uma vez que esta afecta o brilho e a qualidade de impressão, bem como a qualidade das imagens impressas. Com a presente invenção conseguiu- se obter um papel semi -mate com lisura elevada através da mistura em diferentes proporções de partículas escalenoêdricas de carbonato de cálcio precipitado (calcite) com as partículas fortemente lamelares de cauliníte, aproveitando as melhores características intrínsecas de cada uma.
Na presente invenção, para além do cuidado na obtenção de uma superfície semi -mate, houve a necessidade de controlar a estrutura do revestimento de papel ao nível da porosidade.
Devido à estrutura porosa das partículas do pigmento carbonato de cálcio precipitado, o índice de penetração de tinta de papéis com este pigmento mostra valores elevados, o que prejudica a qualidade de impressão. A tinta penetra em profundidade, aproveitando os poros da camada de revestimento, ficando assim menos tinta retida à superfície do papel e diminuindo a qualidade de impressão. Este facto é contrariado pela adição das partículas lamelares de caulínite que se orientam de preferência paralelamente no plano xy do papel (plano horizontal) e constituem fortes obstáculos à penetração da tinta. O índice de penetração de tinta varia entre 5 e 9, mais habitualmente entre 6 e 8. Quanto ao brilho de impressão, este varia entre 85% e 110%, mais habitualmente entre 90% e 100%. Isto significa que se conseguiu obter um papel com um valor elevado de brilho de impressão, associado a um valor baixo de índice de penetração de tinta, ao mesmo tempo que a superfície do papel apresenta características semi -mate. Daqui resulta um papel com um valor elevado de brilho de contraste que varia entre 38 e 50, mais habitualmente entre 40 e 48.
As características texturais do papel obtido na presente invenção mostram aspectos muito particulares uma vez que o papel possui um baixo volume equivalente de poros, que varia entre 200 μm3 e 500 μm3, mais habitualmente entre 250 μm3 e 400 μm3, o que significa que a estrutura da camada de revestimento é relativamente fechada . Com a presente invenção obteve-se um papel com características químicas de superfície muito especiais uma vez que apresenta um forte carácter polar que varia entre 0,10 mN/m e 0,80 mN/m, mais habitualmente entre 0,20 mN/m e 0,70 mN/m.
A densidade óptica avaliada em equipamento adequado para tal e para impressão a jacto de tinta a cor preta revelou que varia entre 1,600 e 2,000, mais habitualmente entre 1,750 e 1,900, valor muito elevado.
As tintas de impressão a jacto de tinta de cor preta são, em geral, hidrofílicas , à base de agua e corante, o que significa que o papel conseguido na presente invenção apresenta uma elevada afinidade química com aquele tipo de tinta.
Quanto às tintas de cores de impressão a jacto de tinta, estas costumam ser pigmentadas e apresentam características hidrofóbicas.
Quanto às cores magenta e amarelo, a densidade óptica varia entre 0,800 e 1,000, mais habitualmente entre 0,850 e 0,950. Na avaliação do comportamento do papel â impressão a cores avaliou-se a Área Gamut que varia entre 6000 e 7000, mais habitualmente entre 6200 e 6800.
Os dados de caracterização da superfície do papel obtidos com base em perfilometria a 3D mostraram que o papel semi -mate apresenta uma combinação muito particular entre Sa (rugosidade média) , Sp (altura máxima dos picos) , Sv (profundidade máxima dos vales na superfície) , Sds (densidade de picos) e Sdr (percentagem de área adicional relativamente a um plano) . O papel semi-mate obtido nesta invenção apresenta muito baixa rugosidade e altura máxima de picos, uma elevada densidade de picos, baixa profundidade máxima dos vales na superfície e igualmente baixa percentagem de área adicional em relação a um plano. Estas características muito especiais são conseguidas, mais uma vez, pela presença das partículas fortemente lamelares de caulinite, orientadas, que, em percentagens adequadas, em combinação com as partículas escalenoédricas de calcite precipitada, em maioria, dão origem a um papel com uma baixa espessura de revestimento, e com características óptimas para a impressão a jacto de tinta, tanto a preto como a cores .
EXEMPLOS
Os exemplos que se seguem destinam- se a ilustrar a invenção e não a limitar, de modo algum, o seu âmbito. Exemplo 1
Uma composição que expressa a invenção foi preparada usando um caulino fino, designado por "caulino A" e um carbonato de cálcio precipitado designado por "CCP B", numa relação 20:80, quantidade de caulino em peso em relação à quantidade de carbonato de cálcio na composição.
0 caulino A tem as seguintes propriedades:
1-Grau de brancura ISO: 81,4;
2 - Superfície específica: 21 metros quadrados por grama;
3 - Factor de forma: 17;
4 -Média das partículas: 0,474 micras;
5 - Propriedades granulométricas (P é a percentagem em peso de partículas que possuem um diâmetro esférico equivalente inferior a X μm, onde X é, respectivamente, 1 μm, 0,5 μm e 0 , 2 μm) :
Figure imgf000016_0001
O carbonato de cálcio possui as seguintes propriedades:
1-Grau de brancura ISO: 93
2 -Média das partículas: 0,896 micrómetros ;
3 - Propriedades granulométricas :
Figure imgf000017_0001
A composição da calda de revestimento baseia-se nos pigmentos misturados com água e um sistema ligante. 0 teor em sólidos para a calda de revestimento foi de 30% em peso de pigmento. As suspensões foram preparadas, primeiro, pela adição de 0,7% em peso de um agente dispersante, o policarbonato de amónio, à suspensão com água destilada. Às formulações das caldas de revestimento foram- lhes adicionadas 10 partes (em peso) de látex estireno-butadieno e de uma parte de um co-ligante. Foi igualmente adicionado como modificador reológico, carboxilo metilo celulose, designado por CMC, com um peso molecular de 250 000 g/mol que foi adicionado numa quantidade de 0.1-% em peso relativamente ao peso seco do pigmento.
A calda de revestimento foi aplicada num papel base de origem portuguesa usando para tal uma máquina de revestir laboratorial. A calda de revestimento foi aplicada de modo a obter- se um revestimento com uma gramagem de 3 g.m-2. A folha revestida foi calandrada e testada para a avaliação das propriedades físicas e ópticas usando os procedimentos padrão.
O brilho de papel obtido foi de 45%, característica englobada nos papéis semi-mate e o brilho de impressão foi de 93% o que dá um valor de brilho de contraste de 48%. O papel obtido possui uma lisura muito baixa, 18 ml/min segundo a rugosidade Bendtsen e os valores de opacidade e de grau de brancura são muito elevados, 98% e 92%, respectivamente. 0 coeficiente de dispersão da luz é bastante elevado, 70 m2/kg o que justifica os elevados valores das duas propriedades referidas atrás.
Exemplo 2 A composição da calda de revestimento é semelhante ao exemplo anterior mas o modificador reológico é o carboxilo metilo celulose (CMC) com um peso molecular de 35.000 g/mol, com um teor de 0,2% em peso relativamente ao peso seco do pigmento e o teor em sólidos na mistura é de 32,5% em peso de pigmento. 0 valor de densidade óptica referente â cor preta foi de 1,897 enquanto o valor de área Gamut alcançou o valor de 6446. Estes valores são apoiados pela baixa componente polar da superfície do papel, 0,42 mN/m num valor total de energia de superfície de 32,3 mN/m. Este carácter químico traduz um equilíbrio entre as características hídrofílica e hidrofóbica do papel e as características mais polares da tinta de impressão preta e as características mais hidrofóbicas das tintas de impressão a cores.
Exemplo 3
A composição da calda de revestimento é semelhante ao exemplo anterior mas o modificador reológico é o carboxilo metilo celulose (CMC) com um peso molecular de 250.000 g/mol, com um teor de 0,2% em peso relativamente ao peso seco do pigmento e o teor em sólidos na mistura é de 32,5% em peso de pigmento. A superfície do papel foi avaliada em termos de topografia através de um rugosímetro que utiliza a tecnologia a laser, AltiSurf Profilometer . A superfície do papel possui um número muito elevado de picos por milímetro quadrado, 5819 a que correspondem valores muito baixos de rugosidade média (Sa), 0,52 μm e de altura máxima de picos (Sp) , 1,79 μm. Este papel possui um volume de poros da superfície muito baixo, 387 μm3, que se traduz por uma superfície onde existe um controle muito apertado dos poros que exercem um papel activo na absorção das gotas de tinta durante a impressão de jacto de tinta. Estas características, muito particulares da superfície do papel, são responsáveis pela neutralização das forças de Marangoni com o consequente empolamento da qualidade de impressão.

Claims

REIVINDICAÇÕES
1. Composição de pigmentos para uso em caldas de revestimento de papel, que compreende uma mistura dos seguintes dois pigmentos inorgânicos:
(a) um caulino ultrafino com partículas de caulinite acentuadamente lamelares que possuem uma dimensão média inferior a 0,600 μm; e
(b) um carbonato de cálcio precipitado de estrutura calcítica e com partículas de hábito escalenoédrico que possuem um diâmetro médio inferior a 1,100 μm,· em que a relação em peso do carbonato de cálcio precipitado para o caulino é superior a 2,0.
2. Composição de pigmentos de acordo com a reivindicação 1, em que as partículas do pigmento caulino possuem diâmetro médio entre 0,200 μm e 0,600 μm e as partículas do pigmento carbonato de cálcio precipitado possuem diâmetro médio entre 0,500 μπι e 1,100 μm.
3. Composição de pigmentos de acordo com a reivindicação 1 ou 2 , em que o caulino é constituído por partículas de caulinite com uma lamelaridade entre 15 e 30.
4. Composição de pigmentos de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, em que a percentagem de peso do caulino na referida composição varia entre 15% e 30% em peso e a percentagem em peso do pigmento carbonato de cálcio na referida composição varia entre 70% e 85%.
5. Calda de revestimento, que compreende uma suspensão aquosa da composição de pigmentos de qualquer das reivindicações 1 a 4, um modificador reológico e um agente ligante .
6. Calda de revestimento de acordo com a reivindicação 5, em que o modificador reológico é carboximetilcelulose com um peso molecular que varia entre 150 000 g/mol e 300 000 g/mol .
7. Calda de revestimento de acordo com a reivindicação 5 ou 6 , em que o modificador reológico está presente numa quantidade que varia entre de 0,05% e 0,2% em massa relativamente ao peso seco da totalidade dos pigmentos .
8. Calda de revestimento de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 7, em que o teor em sólidos varia entre 20% e 40% em peso do total de pigmentos.
9. Calda de revestimento de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 8, em que o agente ligante é à base de látex estireno-butadieno numa concentração que varia entre 5% e 20% (em peso) .
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