Suspensiones acuosas que comprenden partículas de carbonato de calcio finas para uso en revestimientos de papel.

Suspensión (slurry) acuosa que comprende un material mineral y que tiene un contenido de sólidos mayorque el 78% en peso,

caracterizada porque tiene un porcentaje P5 en peso de partículas con un diámetro inferior a 5,0 μm de98,5% a 90%, un porcentaje P2 en peso de partículas que tienen un diámetro inferior a 2,0 μm de 96% a80%, en donde la relación de P2/P5 es de 0,98 a 0,85.

Suspensiones acuosas que comprenden partículas de carbonato de calcio finas para uso en revestimientos de papel.

Los productores de papel recubierto actualmente se enfrentan a un inmenso desafío en busca de una rentabilidad comercial al mismo tiempo que se ven sometidos a las feroces condiciones del mercado. En los últimos años, las formulaciones de recubrimiento se han simplificado significativamente, y los niveles de aglutinante se han reducido a niveles muy bajos.

El contenido de sólidos de los colorantes de recubrimiento se considera en general una opción importante para mejorar adicionalmente los costes de producción. Las ventajas potenciales de un mayor contenido de sólidos secos son numerosas en términos de calidad, aspectos ambientales y economía: -Cuando la capacidad de secado es limitada son posibles ahorros significativos en la energía de secado o mayores velocidades de los aparatos de recubrimiento. Con un incremento del contenido de sólidos de por ejemplo el 3%, ya es posible lograr ahorros significativos en la energía de secado. -Una mejor contención (hold-out) de la capa de recubrimiento mejorará las características ópticas del papel, en particular la cobertura de las fibras y el brillo de la hoja cuando en el sistema de pigmentos se utilice carbonato de calcio molido (GCC) natural al 100%. Un rápido endurecimiento del recubrimiento favorece una buena cobertura. -Una mayor retención intrínseca del agua permite la reducción de aditivos, espesantes, y similares. -Una distribución de aglutinante más uniforme debido a la migración reducida hacia el papel base y un secado más reposado contribuyen a una mejor capacidad de impresión.

Por las razones expuestas en líneas generales anteriormente, los productores de papel recubierto han optimizado continuamente sus formulaciones para maximizar los sólidos. Sin embargo, si el contenido de sólidos se eleva más allá de ciertos límites, esto tendrá un impacto perjudicial sobre la eficacia del proceso y la calidad del papel. Limitaciones reológicas o una fluidez de funcionamiento deficiente de la cuchilla pueden dar como resultado ralladuras, corrimientos o desfibrado. Además, una carga excesiva de la cuchilla para controlar el peso objetivo del recubrimiento da como resultado un mayor número de roturas del papel continuo y un mayor desgaste de la cuchilla. Muy a menudo la concentración de suspensiones (slurries) de pigmentos de recubrimiento no es suficiente para producir colorantes con alto contenido de sólidos, y además otros componentes (principalmente aglutinantes) diluyen la concentración de manera significativa. Por otra parte, una mayor concentración de las suspensiones (slurries) da como resultado ahorros sustanciales en los costes de transporte, la capacidad de almacenamiento y reduce la adición de microbicidas.

Para todo colorante de recubrimiento, existe un denominado "punto de inmovilización", que es el punto determinado de contenido de sólidos en el que el colorante de recubrimiento ha perdido cualquier "plasticidad" o capacidad de deformación y su viscosidad aumenta repentinamente "ad infinitum".

En el recubrimiento con cuchilla, hay tres escenarios posibles de contenido de sólidos. En el Escenario 1, el contenido de sólidos es demasiado bajo y surgen varios inconvenientes por la baja concentración del colorante, tal como una contención (hold-out) deficiente, una contracción del recubrimiento y una inestabilidad del perfil. El Escenario 2 es la estrecha ventana de funcionamiento en la que se han optimizado los sólidos. Finalmente, el escenario 3 ilustra un contenido de sólidos demasiado ambicioso en el que deben esperarse inconvenientes importantes con respecto a la fluidez de funcionamiento de las máquinas. En general, se desea extender el punto de inmovilización tanto como sea posible.

Tal como se ha descrito anteriormente, el contenido de sólidos de una composición de recubrimiento debería ser lo más elevado posible aunque manteniendo al mismo tiempo la viscosidad en un nivel aceptable para evitar efectos perjudiciales sobre la fluidez de funcionamiento del aparato de recubrimiento de cuchilla. Sin embargo, cuando se adoptan medidas para mejorar el equilibrio entre un alto contenido de sólidos y la viscosidad, es importante considerar que estas medidas no deberían perjudicar las propiedades ópticas del recubrimiento de papel final.

Las calidades de papel brillante exigen pigmentos muy finos con el fin de producir una superficie ininterrumpida con un alto brillo especular.

El documento US 3.714.107 da a conocer una composición acuosa de recubrimiento de papel que tiene un contenido de sólidos de al menos un 70% en peso, comprenden dichos sólidos un pigmento molido grueso, un pigmento finamente dividido y un aglutinante de recubrimiento, en donde el pigmento molido grueso comprende de 25 a 90% en peso del contenido total de pigmento.

El documento DE 29 43 653 da a conocer un recubrimiento con alto contenido de sólidos basado en carbonato de calcio, en el que el carbonato de calcio tiene un porcentaje en peso del 100% de partículas que tienen un diámetro inferior a 2 µm.

El documento DE 39 24 846 A1 da a conocer una composición acuosa de recubrimiento de papel que comprende una mezcla de pigmentos realizada con entre un 60 y un 95% en peso de un carbonato de calcio grueso que tiene un diámetro de partícula medio de al menos 2 µm, y entre un 5 y un 40% en peso de un pigmento orgánico sintético que tiene un diámetro de partícula medio de menos de 0, 8 µm.

Normalmente, los pigmentos tales como pigmentos de carbonato de calcio que se usan en el proceso de recubrimiento de papel son proporcionados por el productor de los pigmentos (por ejemplo, los productores de carbonato de calcio) en forma de una suspensión (slurr y ) acuosa. A continuación, los productores de papeles recubiertos preparan la composición final en las instalaciones de recubrimiento de papel. Por las mismas razones ya indicadas anteriormente, el contenido de sólidos de estas suspensiones (slurries) debe ser lo mayor posible aunque manteniendo al mismo tiempo la viscosidad en un nivel aceptable. Un contenido de sólidos maximizado significa reducir al mínimo el transporte de agua innecesaria y reducir el consumo de energía para el secado. Por ejemplo, las suspensiones (slurries) acuosas de carbonato de calcio utilizadas actualmente, que siguen teniendo una viscosidad aceptable y permiten la preparación de papel brillante, están disponibles con un contenido máximo de sólidos del 78% en peso para GCCs de BPSD ("distribución amplia del tamaño de las partículas") gruesos a muy finos (60 a 95% < 2 µm) . Los GCCs ultra-finos (99% < 2 µm) se pueden proporcionar a un máximo del 75% y los GCCs de NPSD ("distribución estrecha del tamaño de las partícula") meramente a un 72%.

Un objetivo de la presente invención es proporcionar una suspensión (slurr y ) mineral acuosa tal como una suspensión (slurr y ) de carbonato de calcio que sea útil para la preparación de una formulación de recubrimiento con alto contenido en sólidos y también permitiendo la producción de papel brillante. La suspensión (slurr y ) mineral acuosa (por ejemplo, carbonato de calcio) debería proporcionar un equilibrio optimizado entre un alto contenido de sólidos, una viscosidad que siga estando en un nivel aceptable y que no perjudique la procesabilidad, y unas buenas propiedades ópticas tales como un brillo elevado.

El objetivo se resuelve proporcionando una suspensión acuosa (slurr y ) que comprende un material mineral que tiene un porcentaje P5 en peso de partículas con un diámetro de menos de 5, 0 µm de 98, 5% a 90%, un porcentaje P2 en peso de partículas que tienen un diámetro inferior a 2, 0 µm de 96% a 80%, en donde la relación de P2/P5 es de 0, 98 a 0, 85, y en donde la suspensión (slurr y ) tiene un contenido de sólidos de más del 78% en peso.

En la presente invención, se observó que un material mineral tal como carbonato de calcio que tiene un porcentaje específico de partículas muy gruesas en combinación con una fracción principal de partículas finas o muy finas, se puede usar para la preparación de una suspensión con alto contenido de sólidos que siga presentando una viscosidad en un nivel aceptable. Además, aunque el material mineral comprende partículas muy gruesas, la suspensión (slurr y ) acuosa de la presente invención sigue permitiendo la fabricación de papel de brillo elevado.

En la presente invención, el término "suspensión" (“slurr y ”)... [Seguir leyendo]

1. Suspensión (slurr y ) acuosa que comprende un material mineral y que tiene un contenido de sólidos mayor que el 78% en peso, caracterizada porque tiene un porcentaje P5 en peso de partículas con un diámetro inferior a 5, 0 µm de 98, 5% a 90%, un porcentaje P2 en peso de partículas que tienen un diámetro inferior a 2, 0 µm de 96% a 80%, en donde la relación de P2/P5 es de 0, 98 a 0, 85.

2. Suspensión según la reivindicación 1, caracterizada porque el material mineral se selecciona de carbonato de calcio, arcilla, o cualquier mezcla de los mismos, más preferiblemente de carbonato de calcio molido natural.

3. Suspensión según la reivindicación 2, caracterizada porque el carbonato de calcio molido natural se selecciona de entre mármol, piedra caliza, creta o cualquier mezcla de los mismos.

4. Suspensión según una de las reivindicaciones anteriores, en la que el material mineral tiene un porcentaje P1 en peso de partículas que tienen un diámetro inferior a 1, 0 µm de 88% a 60%, y/o en donde la relación de P1/P5 es de 0, 75 a 0, 65.

5. Suspensión según una de las reivindicaciones anteriores, en la que la suspensión no contiene partículas de látex.

6. Suspensión según una de las reivindicaciones anteriores, en la que el carbonato de calcio molido natural contiene una primera fracción que tiene un porcentaje P5 (F1) en peso de partículas que tienen un diámetro inferior a 5, 0 µm de 75% a 85% y una mediana del diámetro de las partículas d50 de 2, 0 a 3, 0 µm, y una segunda fracción que tiene un porcentaje P2 (F2) en peso de partículas que tienen un diámetro inferior a 2, 0 µm de 85% a 100% y una mediana del diámetro de las partículas d50 de 0, 3 a 0, 65 µm.

7. Suspensión según la reivindicación 6, en la que la relación de la mediana del diámetro de las partículas d50 de la primera fracción con respecto a la mediana del diámetro de las partículas d50 de la segunda fracción es de al menos 3, 5.

8. Suspensión según la reivindicación 6 ó 7, en la que la relación en peso de la primera fracción con respecto a la segunda fracción es de 5/95 a 20/80.

9. Material mineral, caracterizado porque tiene un porcentaje P5 en peso de partículas con un diámetro inferior a 5, 0 µm de 98, 5% a 90%, un porcentaje P2 en peso de partículas que tienen un diámetro inferior a 2, 0 µm de 96% a 80%, en donde la relación de P2/P5 es de 0, 98 a 0, 85.

10. Proceso para la preparación de una suspensión acuosa que tiene un contenido de sólidos de más de 78% en peso, caracterizado porque se proporciona una primera fracción F1 de un material mineral que tiene un porcentaje P5 (F1) en peso de partículas que tienen un diámetro inferior a 5, 0 µm de 75% a 85% y una mediana del diámetro de las partículas d50 de 2, 0 a 3, 0 µm, y se proporciona una segunda fracción F2 de un material mineral que tiene un porcentaje P2 (F2) en peso de partículas que tienen un diámetro inferior a 2, 0 µm de 85% a 100% y una mediana del diámetro de las partículas d50 de 0, 3 a 0, 65 µm, y ambas fracciones se dispersan en agua.

11. Proceso según la reivindicación 10, en la que la relación en peso de la primera fracción con respecto a la segunda fracción es de 5/95 a 20/80.

12. Proceso según la reivindicación 10 u 11, en el que se adiciona un agente dispersante a la suspensión.

13. Uso de la suspensión acuosa según una de las reivindicaciones 1 a 8 para aplicaciones en el extremo húmedo, aplicaciones de recubrimiento, aplicaciones de pintura, aplicaciones de llenado, hormigón y/o selladores.

14. Uso según la reivindicación 13, en el que la aplicación de recubrimiento es recubrimiento de papel.

15. Uso del material mineral según la reivindicación 9 en aplicaciones de plásticos.