Un pigmento compuesto que comprende partículas de un óxido o silicato mineral como sustrato y,

precipitado en la superficie de dichas partículas y unidos químicamente a dicha superficie, una multiplicidad de cristales de carbonato metálico polivalente cargados positivamente.

Pigmentos compuestos que comprenden cristales de carbonato metálico precipitados in situ.

Campo de la invención

La invención se refiere a pigmentos compuestos que comprenden cristales de carbonato precipitados en presencia de y unidos químicamente a un sustrato del pigmento. La invención, en la forma de realización preferida especialmente, comprende pigmentos blancos híbridos novedosos, en los que partículas de pigmento mineral con silicato cargadas aniónicamente de forma individual, preferentemente caolín hidratado, sirven como un sustrato para cristales de un carbonato de metal alcalinotérreo precipitado en la superficie de las partículas de pigmento mineral cargadas aniónicamente y adherentes.

Antecedentes de la invención

Los pigmentos blancos, tales como caolín hidratado y calcinado, caolín estabilizado químicamente, precipitado y carbonato de calcio, titania, mica, talco, alúmina y sílice naturales, se usan ampliamente para cubrir o entramar artículos de papel, en pinturas, plásticos, artículos de caucho y similares. Se han dedicado muchas investigaciones y esfuerzos para mejorar las propiedades desempeñadas por estos pigmentos. En algunos casos, esto ha supuesto la combinación de pigmentos para lograr beneficios que no se producen usando pigmentos por separado.

Una ampliación obvia a los esfuerzos por proporcionar dichos pigmentos ha sido fijar partículas de una clase de pigmentos a partículas de una clase diferente de pigmentos antes que usar mezclas sueltas. Como ejemplo, se ha recomendado la cofloculación. Otro ejemplo se describe en el documento WO 97/32.934.

Otros esfuerzos se han dirigido a recubrir la superficie de partículas minerales con geles inorgánicos o geles mixtos.

Durante muchos años, las arcillas de caolín procesadas de manera especial, fueron los minerales más ampliamente usados por la industria papelera, uno de los mayores consumidores de pigmentos blancos. El caolín, en forma hidratada o calcinada, se usaba para cubrir el papel (y cartón) así como para entramar artículos de papel. En los últimos años, el carbonato de calcio precipitado (CCP) ha reemplazado a caolín en algunas de estas aplicaciones, especialmente en el entramado de papel, en el que pueden emplearse condiciones neutras o alcalinas. En la pasta, el entramado de papel se llevó a cabo exclusivamente en condiciones ácidas en las que era posible usar arcilla. Sin embargo, recientemente se está descubriendo aumento del uso de CCP por la industria papelera. No obstante, bajo condiciones de fabricación de papel ácidas, el uso de CCP está todavía bajo examen debido a la descomposición de CCP en iones calcio y gas dióxido de carbono. No obstante, CCP tiene las ventajas de formar diferentes formas de cristal para lograr una variedad de propiedades finales en el papel.

Los siguientes son ejemplos no limitantes de patentes de EE.UU. en la técnica de CCP,

Resumen de la invención

La presente invención proporciona un pigmento inorgánico compuesto novedoso que comprende (a) un sustrato compuesto de partículas individuales de un silicato y/u óxido mineral y (b) un recubrimiento de superficie adherente que comprende una multiplicidad de cristales de un carbonato metálico precipitado in situ y unido químicamente a superficies de la sustancia. Tales pigmentos pueden obtenerse mediante un procedimiento que supone el control de pH y la adición inicial de la fuente de (b) en presencia de agua (a) de tal manera que la fuente de (b) es adsorbida en la superficie de (a). A partir de aquí, la precipitación de la fuente de iones adsorbida se lleva a cabo mediante ajuste de pH. La secuencia de adsorción y precipitación puede repetirse una o más veces.

En la forma de realización preferida especialmente, una fuente alcalina de iones calcio es adsorbida en las superficies de las partículas laminares cargadas negativamente de arcilla de caolín (hidratada o calcinada) disminuyendo arcilla y pH mediante la adición de dióxido de carbono a la suspensión acuosa resultante de caolín con iones calcio adsorbidos. Se obtiene una familia de pigmentos híbridos que contienen tanto un componente cargado negativamente (caolín) como un componente cargado positivamente (CCP). Mientras que la cantidad de calcio que puede adsorberse se limita por la tendencia de los cationes polivalentes a flocular y espesar la suspensión de arcilla, en una forma de realización actual, la secuencia se repite usualmente una o más veces para proporcionar un recubrimiento adecuado de cristales CCP. Destaca que el contenido de CCP supera el alcanzable si la cantidad de calcio introducido se limita al obtenido al basarse en el intercambio de iones.

Un inesperado beneficio observado al llevar a cabo pruebas experimentales dirigidas a hacer híbridos caolín/CCP fue que el procesamiento limitó de forma conveniente el contenido de ultrafinos y limos en la alimentación de caolín sin que fuera necesaria la eliminación física de limos. En otras palabras, los ultrafinos están presentes físicamente pero la distribución del tamaño de partícula se modifica para que contenga menos finos mediante dilatación como resultado de practicar el procedimiento de la tecnología de la invención objeto. Es bien conocido que la eliminación de finos o limos de los pigmentos de caolín es beneficiosa y, en algunos casos, necesaria para lograr propiedades ópticas y reológicas óptimas de los productos para entramados y recubrimientos basados en caolín.

Diversas referencias de la técnica anterior describen la estabilidad o la estructura química de las partículas de caolín en las que los finos y limos se unen de forma preferente con la ayuda de agentes aglutinantes, usualmente un polielectrolito catiónico, sin eliminarlos. Sin embargo, un aspecto sorprendente y destacado de la presente tecnología es la habilidad para modificar la distribución del tamaño de partícula del producto final sin eliminar en realidad los finos y ultrafinos. Por ejemplo, la micrografía electrónica mostrada en las figuras 1 y 2 ilustran la dilatación del tamaño de partícula de partículas de caolín NUCLAY® al poner en práctica esta invención.

La extensión de la precipitación puede ser tal que varíe desde la cobertura parcial de la superficie de caolín (en lotes) a la encapsulación completa de caolín con carbonato de calcio, dependiendo de la distribución de tamaño de partícula deseado y las propiedades ópticas.

La invención, en la forma de realización preferida, proporciona valor adicional a pigmentos compuestos basados en caolín de caolín con carbonato de calcio precipitado (CCP) que muestra características de pigmento únicas y, en algunos casos, una ventaja de sinergia sobre mezclas sueltas de caolín y CCP en aplicaciones finales tales como recubrimiento y entramado de papel.

En la presente invención, la fase de carbonato de calcio aumenta in situ en la superficie del caolín mediante la modificación de la distribución del tamaño de partícula y formación de la morfología de la superficie. El pigmento con carbonato de calcio de caolín compuesto resultante mostró, sorprendentemente, una cantidad de finos sumamente baja, lo que indica grandes tendencias a la estabilización de los finos del sustrato de caolín.

En los dibujos, la figura 1 es la micrografía electrónica de barrido (SEM) de una partícula típica de un caolín deslaminado comercial (pigmento NUCLAY®) recubierto con CCP mediante la práctica de esta invención. Destaca que el tamaño medio de CCP (forma prismática) para este producto es aproximadamente 2 μm.

La figura 2 es la micrografía electrónica de barrido (SEM) de una partícula típica de un caolín deslaminado comercial (pigmento NUCLAY®) recubierto con CCP mediante la práctica de esta...

1. Un pigmento compuesto que comprende partículas de un óxido o silicato mineral como sustrato y, precipitado en la superficie de dichas partículas y unidos químicamente a dicha superficie, una multiplicidad de cristales de carbonato metálico polivalente cargados positivamente.

2. El pigmento de la reivindicación 1 en el que dicho metal polivalente es al menos un alcalinotérreo.

3. El pigmento de la reivindicación 1 en el que dicho metal polivalente consta de calcio.

4. El pigmento de la reivindicación 1 en el que dicho mineral es una arcilla.

5. El pigmento de la reivindicación 1 en el que dicho mineral es arcilla de caolín hidratada o calcinada.

6. El pigmento de la reivindicación 5 en el que dicho mineral tiene un tamaño de partícula medio en el intervalo de 0,3 a 2,0 μm.

7. El pigmento de la reivindicación 1 en el que dichos cristales cargados positivamente están presentes como un depósito no continuo prominente desde la superficie de dicho sustrato.

8. El pigmento de la reivindicación 1 en el que dichos cristales cargados positivamente están presentes como una capa continua prominente desde la superficie de dicho sustrato.

9. El pigmento de la reivindicación 1 en el que dichos cristales cargados positivamente están presentes en una cantidad en el intervalo de 1 a 65% basada en el peso total de dicho pigmento compuesto.

10. El pigmento de la reivindicación 1 en el que dichos cristales cargados positivamente están presentes en una cantidad en el intervalo de 5 a 55% basada en el peso total de dicho pigmento compuesto.

11. Un pigmento compuesto según la reivindicación 1 que comprende partículas laminares que tienen un tamaño medio en el intervalo de 0,3 a 2,0 μm de arcilla de caolín hidratada y precipitada en la superficie del mismo y químicamente unida de 5 a 55% basado en el peso total de dicho pigmento compuesto de carbonato de calcio, carbonato de magnesio o una mezcla de carbonato de calcio y magnesio cristalinos.

12. El pigmento compuesto de la reivindicación 11, en el que el brillo GE de dicho pigmento compuesto es al menos 85%.

13. El pigmento compuesto de la reivindicación 11, en el que el brillo GE de dicho pigmento compuesto es al menos 90%.