Un pigmento blanco adecuado para estucar o cargar papel que comprende un pigmento de caolín catiónicamente expansionado mediante un complejo de epiclorinamina y del 0,

5 al 40 % de un pigmento de carbonato cálcico y un dispersante que está constituido esencialmente por la combinación del 0,2 % al 0,3 % basado en el peso seco del pigmento de caolín expansionado de un complejo de naftaleno-sulfonato condensado que tiene un peso molecular entre 2000 y 10.000 y una sal de poli(acrilato de sodio) que tiene un peso molecular de 2000 a 5000, estando dicho dispersante libre de un dispersante de lignosulfonato

1. Campo de la invención

Esta invención se refiere a mejoras en los pigmentos de caolín expansionados químicamente mediante la adición de un polímero catiónico y, particularmente, a mejoras en las que el caolín catiónicamente expansionado se mezcla con un pigmento de carbonato cálcico. Más específicamente, la invención se refiere a medios para evitar un aumento no deseado en la viscosidad de suspensión acuosa con alto contenido de sólidos dispersados de caolín catiónicamente expansionado cuando se mezcla con un pigmento de carbonato cálcico.

2. Antecedentes de la invención

Se sabe bien desde hace muchos años que la utilidad del caolín como pigmento para estucar o cargar papel puede mejorarse significativamente expandiendo el caolín con un polímero catiónico. Véase, por ejemplo, los documentos U.S. 4.738.726, Pratt y col., U.S. 4.772.332 Nemeh y col. y U.S. 4.859.246, Sennett de cesión común. Estos caolines expansionados se denominan algunas veces “caolines químicamente manipulados” (CQM). Una de las dificultades encontradas en la comercialización del caolín catiónicamente expansionado implica proporcionar suspensiones acuosas concentradas (alto contenido de sólidos) del caolín expansionado que poseen la reología especialmente deseada en la industria del papel. En el pasado se ha llevado a cabo una experimentación considerable para proporcionar sistemas de dispersantes adecuados para lograr la reología deseada. Véanse, por ejemplo, los documentos U.S. 4.772.332, Nemeh y col., U.S.

4.859.246 Sennett, y PCT WO99/15566, Willis y col, de cesión común.

Durante muchos años se usó comercialmente un polímero de polidialilo (denominado en lo sucesivo polidadmac) como polímero catiónico. Más recientemente se encontró que los condensados de epiclorhidrina-amina eran superiores en algunos aspectos. Se consideró que los polímeros catiónicos de poliamina podían proporcionar suspensiones fluidas con mayor contenido de sólidos.

Inesperadamente, los inventores descubrieron que suspensiones con alto contenidos de sólidos dispersados de caolín químicamente expansionado producidas con condensados de epiclorhidrina-amina tendían a aumentar significativamente la viscosidad cuando se mezclaban con pigmentos de carbonato cálcico. Esto no se produjo cuando se usó polidadmac.

Los esfuerzos anteriores por mejorar la viscosidad (fluidez) de suspensiones de pigmento de caolín catiónicamente expansionado se han centrado en la selección de dispersantes. Específicamente se encontró que eran ventajosos dispersantes de sulfonato aniónico, especialmente cuando se usaban en combinación con dispersantes de poliacrilato. Véanse las patentes de cesión común y publicaciones anteriormente mencionadas. Por ejemplo, el documento U.S. 4.59.246 desvela el uso de lignosulfonatos y naftaleno-formaldehído-sulfonatos (Lomar®D) para este fin. Ejemplos de ilustración usaron polidadmac. En los ensayos de laboratorio se usó alto cizallamiento (usando la mezcladora WARING BLENDOR®); en los ensayos en planta piloto se usó bajo cizallamiento (mezcladora Cowles). En los ejemplos se usaron niveles de sulfonatos de hasta el 0,1 % en peso de arcilla seca. El documento U.S. 4.772.332 (anteriormente) enseña la conveniencia de usar combinaciones de lignosulfonatos y naftaleno-sulfonatos, pero observa el efecto adverso del lignosulfonato sobre el brillo del pigmento. Véase la columna 6, línea 51 y siguientes. El documento U.S. 4.772.332 enseña el uso del 0,05 % al 0,15 % de sulfonatos. El documento WO 99/15566 desvela el uso con un agente de expansión de epiclorhidrina-amina de 8#/tonelada (0,4 % de caolín seco) de una mezcla de dispersantes de poli(acrilato de sodio), lignosulfonato y naftaleno-sulfonato en proporciones sin identificar. No estaba presente pigmento de carbonato.

La invención

Se ha descubierto ahora que suspensiones con alto contenido de sólidos de caolín expansionado con un condensado de epiclorhidrina-amina pueden hacerse más compatibles con pigmentos de carbonato cálcico siempre que el dispersante usado para dispersar el caolín químicamente expansionado tenga un contenido relativamente alto de un dispersante del complejo de naftaleno-sulfonato (0,20 al 0,30 % basado en el peso seco del caolín expansionado) y se excluyen dispersantes de lignosulfonato. También debe estar presente del 0,10 al 0,16 % en peso de un codispersante de sal de acrilato. La cantidad de pigmento de carbonato cálcico es del 1 % al 40 % basado en el peso seco del caolín expansionado. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA REALIZACIÓN PREFERIDA DE LA INVENCIÓN El caolín

Se sabe que la forma de la curva de distribución de tamaño de partícula del caolín usado para producir pigmentos expansionados tiene un efecto sobre la aplicación del uso final de los pigmentos tal como en el estucado y la carga de papel. Se ha encontrado una arcilla que tiene las siguientes características de distribución de tamaño de partícula para proporcionar la reología óptima: un tamaño medio de partícula de 0,55 micrómetros y una distribución de tamaño de partícula de forma que aproximadamente el 88 +/-2 % de las partículas tengan un diámetro esférico equivalente inferior a aproximadamente 2 micrómetros y no más de aproximadamente el 35 % en peso, preferentemente no más de aproximadamente el 25 % en peso, tengan un diámetro esférico equivalente inferior a 0,3 micrómetros. Si el tamaño de partícula es demasiado grueso, el brillo y la opacidad se ven afectados, aunque la opacidad será mayor que la de la arcilla antes del tratamiento con el polímero catiónico. Si la cantidad de partículas ultrafinas, es decir, partículas de 0,3 micrómetros y más finas, es demasiado grande, la reología del pigmento puede ser tal que tenga uso limitado, si tiene.

Con el fin de lograr la distribución de tamaño de partícula deseada del caolín que eventualmente se forma en una estructura expansionada, generalmente es necesario realizar una

o más separaciones de tamaños de partícula en la arcilla bruta. Es costumbre la sedimentación centrífuga para recuperar una fracción de tamaño de tamaño de partícula deseado tal como por ejemplo, una fracción que es el 90 % en peso más fina de 2 micrómetros y que no contiene una cantidad excesiva de partículas ultrafinas. Las enseñanzas del documento US 4.738.726 se incorporan en este documento por referencia cruzada. Pueden usarse procedimientos químicos para fraccionar el caolín en lugar de usar medios mecánicos tales como centrifugación. Véase el documento US 5.938.833, Willis y col.

En la práctica de esta invención, la mediana del tamaño de partícula de las partículas de arcilla que se tratan con el agente de expansión de poliamina deberá oscilar de 0,4 a 0,7 micrómetros, el diámetro esférico equivalente (d.e.e.) preferentemente de 0,5 a 0,6 micrómetros, como se determina por técnicas de sedimentación convencionales usando el analizador de tamaños de partícula SEDIGRAPI® suministrado por Micromeretics, Inc. Aproximadamente del 80 % al 95 % en peso de las partículas deben ser más finas de 2 micrómetros de d.e.e.. El contenido de finos inferior a 0,3 micrómetros de d.e.e. deberá ser inferior al 35 por ciento en peso y preferentemente inferior al 25 por ciento en peso.

En una realización preferida de la invención, el Ejemplo 13, se usa una calidad deslaminada de caolín.

Preferentemente, el producto de caolín químicamente expansionado tiene un brillo de al menos el 90 %.

El polímero de amina policuaternaria útil en esta invención para expansionar el caolín es un polímero de polielectrolito catiónico soluble o dispersable en agua derivado de (i) reacción de aminas secundarias tales como dialquilaminas y compuestos de epóxido difuncionales o precursores de los mismos o (ii) reacción de una dialquil (C1-C3)-amina inferior, un reactivo de tipo epoxi difuncional (el mismo que (i)) y un tercer reactivo seleccionado del grupo que está constituido por amoniaco, aminas primarias, alquilendiaminas de 2-6 átomos de carbono y poliaminas. Los polímeros del grupo (i) se desvelan en la patente de EE.UU. reexpedida nº 28.807 (Panzer y col.). Toda la divulgación de esta patente reexpedida se incorpora por este documento mediante referencia en este documento.

En cuanto al reactivo epoxídico se prefieren especialmente epihalohidrinas tales como epiclorhidrina.

En cuanto a las aminas secundarias que pueden usarse como reactivos, éstas incluyen dimetilamina, dietilamina, dipropilamina y aminas secundarias que contienen mezclas...

1. Un pigmento blanco adecuado para estucar o cargar papel que comprende un pigmento de caolín catiónicamente expansionado mediante un complejo de epiclorinamina y del 0,5 al 40 % de un pigmento de carbonato cálcico y un dispersante que está constituido esencialmente por la combinación del 0,2 % al 0,3 % basado en el peso seco del pigmento de caolín expansionado de un complejo de naftaleno-sulfonato condensado que tiene un peso molecular entre 2000 y 10.000 y una sal de poli(acrilato de sodio) que tiene un peso molecular de 2000 a 5000, estando dicho dispersante libre de un dispersante de lignosulfonato.

2. El pigmento de la reivindicación 1, en el que dicho caolín catiónicamente expansionado tiene un brillo de al menos el 90 %.

3. El pigmento de la reivindicación 1 que está en forma de una suspensión fluida que tiene un contenido de sólidos superior al 65 %.

4. El pigmento de la reivindicación 1 que está en forma de una suspensión fluida que tiene un contenido de sólidos superior al 67 %.

5. El pigmento de la reivindicación 2, en el que el brillo de dicho caolín catiónicamente expansionado que contiene dicho complejo de naftaleno-sulfonato y dicha sal de poliacrilato es al menos el 90 %.

6. El pigmento de la reivindicación 1, en el que el caolín es una calidad mecánicamente deslaminada.

7. El pigmento de la reivindicación 1 ó 6, en el que dicho complejo de epiclorhidrina-amina se forma a partir de etilendiamina, dimetilamina y epiclorhidrina.

8. Una banda de papel estucada con el pigmento de la reivindicación 1.

9. Una banda de papel estucada con el pigmento de la reivindicación 7.

10. Un procedimiento para preparar el pigmento blanco de la reivindicación 1 adecuado para estucar papel, en el que un pigmento de caolín catiónicamente expansionado se dispersa en agua en presencia de un dispersante aniónico y se mezcla con un pigmento de carbonato cálcico, comprendiendo la mejora usar un complejo de epiclorhidrina-amina para expansionar dicho caolín, y usar como dispersante la combinación de al menos el 0,2 % basado en el peso seco de dicho caolín catiónicamente expansionado de un complejo de naftaleno-sulfonato condensado que tiene un peso molecular de 2000 a 10.000 y una sal de poli(acrilato de sodio) que tiene un peso molecular de 2000 a 5000, estando dicho dispersante libre de lignosulfonato.