Fibras orgánicas con superficie mineralizada.

Fibras orgánicas con superficie mineralizada, que comprenden fibras orgánicas recubiertas por lo menosparcialmente con una composición que comprende nanopartículas de carbonato alcalino térreo por medio de unaglutinante,

caracterizadas porque

- la longitud de las fibras orgánicas sostenibles es de orden milimétrico y el diámetro esférico equivalente delas nanopartículas de carbonato alcalino térreo es de orden nanométrico; y

- el aglutinante es un copolímero que comprende como monómeros uno o más ácidos dicarboxílicos; uno omás monómeros del grupo de diaminas, triaminas, dialcanolaminas o trialcanolaminas; y epiclorhidrina.

Fibras orgánicas con superficie mineralizada Descripción [0001] La presente invención se refiere a fibras orgánicas con superficie mineralizada, que comprenden fibras orgánicas que tienen una longitud de orden milimétrico, estando recubierta su superficie por lo menos parcialmente con partículas de carbonato alcalino térreo finamente divididas, de orden nanométrico, por medio de aglutinantes, a un método para producir dichas fibras orgánicas con superficie mineralizada, a suspensiones (slurries) acuosas de las mismas, a su uso en la fabricación de papel, en el acabado de la superficie del papel, en y/o sobre plásticos, superficies de cemento y de arcilla, en pinturas y tintas, y al uso de aglutinantes de la invención para recubrir las fibras orgánicas con nanopartículas de carbonatos alcalino térreos.

Los pigmentos y/o sustancias de carga basados en partículas de carbonato de calcio de orden nanométrico (las denominadas “nanopartículas”) son conocidos y se utilizan en numerosas aplicaciones incluyendo aplicaciones en papel, tinta y plástico. Dichos pigmentos y sustancias de carga finos se fabrican de forma económica por medio de molienda húmeda en presencia de dispersantes. Opcionalmente, también se conectan aguas abajo una o más etapas de fraccionamiento, por ejemplo, por medio de centrífugas. Los dispersantes y los medios auxiliares de molienda incluyen, por ejemplo, poliacrilatos de sodio y polifosfatos fuertemente aniónicos.

Las fibras de materiales de partida renovables, denominadas fibras orgánicas “sostenibles”, por ejemplo, fibras de madera, fibras de celulosa, fibras de algodón, también son conocidas y se utilizan en aplicaciones iguales o similares. También se conoce la combinación de las mismas como una mezcla en la fabricación de papel.

Se sabe también que los pigmentos o sustancias de carga muy finos de orden nanométrico, tales como los nanocarbonatos alcalino térreos en mezcla con fibras están sujetos a una segregación notable, especialmente bajo la influencia de un flujo. El término “segregación” se refiere al proceso de separación de diferentes elementos en un campo de observación con una tendencia a una distribución espacial de los elementos de acuerdo con ciertas propiedades. Por ejemplo, el material de fibra se separa del nanocarbonato alcalino térreo al tamizar una mezcla de fibras y nanocarbonatos alcalino térreos. Se produce una separación, “segregándose” los nanocarbonatos alcalino térreos o una fracción parcial de los mismos con respecto al conjunto.

Esta segregación conduce a una distribución heterogénea de la sustancia de carga en el eje Z del papel, por ejemplo, o en el recubrimiento sobre una superficie porosa, y esto a su vez es una desventaja al imprimir el papel. El contenido de sustancia de carga que se obtiene también depende en gran medida de la segregación de los dos componentes en la fabricación de papel.

La segregación de mezclas de fibras de pigmento y/o de sustancia de carga también da como resultado un contenido de sustancia de carga diferente en el papel, y también un volumen diferente de poros del papel, por ejemplo en la fabricación de papel, porque las nanopartículas libres se segregan de las fibras y se separan de estas últimas, alterando de ese modo los poros del papel, lo cual es importante en particular cuando el papel debe absorber un cierto volumen de líquido de la tinta de impresión en un cierto período de tiempo en la posterior operación de impresión.

En el estado de la técnica se conocen varias de estas mezclas, y su producción y su uso en la fabricación de papel. Se sabe que se pueden utilizar agentes de retención basados en polímeros de vinilo tales como poliacrilamidas, que sirven principalmente como floculantes. También se conocen sistemas duales en los cuales se utilizan minerales de arcilla hinchables tales como bentonitas o silicatos en combinación con poliacrilamidas.

Un método para mejorar la blancura de acuerdo con el documento WO 97/32934 consiste en recubrir las partículas de pigmento con otras partículas de pigmento tales como partículas de carbonato de calcio precipitado divididas finamente, pero utilizándolo sin ningún aglutinante, lo cual puede conducir a los problemas mencionados anteriormente. Además, la partícula interna consta de una composición mineralógica muy especial de feldespatos formada calcinando carbonato de calcio y caolín.

El documento EP 0 403 849 A2 describe una estructura de papel que tiene tanto una alta opacidad como una alta resistencia a la tracción debido a la introducción de fibras expandidas y a un pigmento mineral opacificante tal como dióxido de titanio o carbonato de calcio. La adición de fibras expandidas a la estructura del papel permite un aumento de la opacidad del papel debido al uso de pigmentos minerales convencionales sin tener una influencia negativa sobre la resistencia a la tracción del papel. Sin embargo, no se describe ninguna mineralización de la superficie de las fibras por medio del pigmento, ya sea con o sin aglutinantes. Durante la fabricación de papel las fibras y el pigmento se adicionan a la pulpa independientemente uno del otro, y por lo tanto están sujetos al efecto de segregación.

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El documento WO 97/01670 A1 se refiere a una sustancia de carga utilizada en la fabricación de papel y que consta primordialmente de carbonato de calcio, así como también a su producción. La sustancia de carga consta de agregados porosos de partículas de carbonato de calcio que se precipitan sobre la superficie de fibras, por ejemplo fibras de celulosa. Las sustancias de carga descritas en la presente se basan en el hecho de que el carbonato de calcio se puede precipitar sobre las fibras muy finas de manera que se adhiere a las fibras. Entre otras cosas, esto se debe a la gran finura de las fibras, que tienen una longitud máxima de 400 μm. En este caso, no se hace ninguna mención a aglutinante alguno para aglutinar sustancias de carga con fibras.

Los documentos EP 0 930 345 A2 y EP 0 935 029 A1 describen sustancias de carga similares a aquellas descritas en el documento WO 97/01670 A1, pero en este caso el carbonato de calcio no se precipita sobre la superficie de las fibras, sino que en su lugar se mezcla con ellas, en donde se puede utilizar no sólo el carbonato de calcio precipitado previamente sino que también se puede utilizar carbonato de calcio natural molido. Las fibras tienen una finura similar a la mencionada anteriormente, es decir como máximo una fracción de tamiz P50, es decir, una longitud máxima de aproximadamente 300 μm. Una vez más, en este caso no se utiliza o menciona aglutinante alguno para formar fibras con superficie mineralizada. Las fibras y los pigmentos se adicionan a la pulpa de forma independiente entre sí, de manera que los componentes están en gran medida separados unos de los otros en la pulpa y presentan las desventajas asociadas a la segregación.

El documento WO 2007/063182 A2 se refiere al control de diferentes fracciones de fibra en la fabricación de papel, y describe la producción de papel a partir de un material de partida de fibra que se fracciona en una fracción de fibra larga y una fracción de fibra corta las cuales se mezclan con aditivos, se combinan nuevamente y a continuación se suministran a los procesos de fabricación de papel. Los aditivos incluyen sustancias de carga, sustancias que capturan sustancias aniónicas interferentes, medios auxiliares de retención, etc. En la presente se menciona que la retención de sustancias de carga se puede aumentar mezclándolas con la fracción de fibras finas, y adicionando agentes de retención tales como almidón, ya que las fibras finas forman aglomerados con las sustancias de carga. No se menciona el uso de aglutinantes que permiten una distribución uniforme de las sustancias de carga sobre las fibras y evitan la aglomeración.

El documento WO 98/35095 describe un método para fabricar papel que comprende mezclar una suspensión (slurr y ) acuosa de sustancia de carga mineral con una suspensión (slurr y ) acuosa de fibras de madera y la adición de floculantes, en donde una parte esencial de la sustancia de carga se encuentra en el interior de las fibras de celulosa. La sustancia de carga y el floculante se adicionan a las fibras de pulpa de manera independiente entre sí. Las sustancias de carga floculan dentro de las fibras y se mantienen en el interior, mientras que la sustancia de carga forma aglomerados fuera de las fibras. Tampoco se menciona aquí el uso de un aglutinante que produce una distribución uniforme de la sustancia de carga sobre la superficie de las fibras.

El documento WO 96/32448 describe un método para producir... [Seguir leyendo]

1. Fibras orgánicas con superficie mineralizada, que comprenden fibras orgánicas recubiertas por lo menos parcialmente con una composición que comprende nanopartículas de carbonato alcalino térreo por medio de un aglutinante, caracterizadas porque -la longitud de las fibras orgánicas sostenibles es de orden milimétrico y el diámetro esférico equivalente de las nanopartículas de carbonato alcalino térreo es de orden nanométrico; y -el aglutinante es un copolímero que comprende como monómeros uno o más ácidos dicarboxílicos; uno o más monómeros del grupo de diaminas, triaminas, dialcanolaminas o trialcanolaminas; y epiclorhidrina.

2. Fibras orgánicas con superficie mineralizada de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizadas porque las fibras orgánicas constan de materiales sostenibles, y preferentemente porque las fibras orgánicas se seleccionan del grupo que comprende fibras de madera, fibras de celulosa y fibras de algodón.

3. Fibras orgánicas con superficie mineralizada de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizadas porque las fibras orgánicas esencialmente tienen una longitud de aproximadamente 0, 1 mm a aproximadamente 9, 9 mm, preferentemente de aproximadamente 0, 5 mm a aproximadamente 7, 5 mm, en particular de aproximadamente 1 mm a aproximadamente 5 mm, preferentemente 3 mm o mezclas de las mismas.

4. Fibras orgánicas con superficie mineralizada de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizadas porque la anchura o el espesor de las fibras orgánicas está en un intervalo de 10 μm a aproximadamente 1.000 μm, preferentemente de aproximadamente 20 μm a aproximadamente 750 μm, en particular de aproximadamente 50 μm a aproximadamente 200 μm, preferentemente 100 μm.

5. Fibras orgánicas con superficie mineralizada de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizadas porque la relación de longitud/anchura o la relación de longitud/altura de las fibras orgánicas es de 1:1 a 100:1; para la celulosa es preferentemente por lo menos 25:1, más preferentemente por lo menos 50:1, mejor aún, por lo menos 75:1, de la forma más preferente por lo menos 100:1 y para la pulpa de madera es preferentemente de 2:1 a 10:1.

6. Fibras orgánicas con superficie mineralizada de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizadas porque las nanopartículas de carbonato alcalino térreo se seleccionan del grupo que comprende carbonato de calcio molido natural, carbonato de calcio precipitado natural y/o sintético, carbonatos mixtos tales como dolomita y mezclas de los mismos, seleccionándose preferentemente dicho carbonato de calcio molido natural del grupo compuesto por mármol, piedra caliza, creta y mezcla de los mismos, presentando preferentemente dicho carbonato de calcio precipitado natural y/o sintético una estructura cristalina vaterítica, calcítica o aragonítica, y siendo preferentemente dicha dolomita roca de dolomita natural molida que contiene por lo menos 50% en peso, preferentemente más de 75% en peso de mineral de dolomita, más preferentemente más de 90% en peso, en especial preferentemente más de 98% en peso de mineral de dolomita.

7. Fibras orgánicas con superficie mineralizada de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizadas porque 90% a 100%, preferentemente 92% a 99%, más preferentemente 94% a 98%, en especial preferentemente 96% a 98%, de la forma más preferente 97 ± 0, 5% de las nanopartículas de carbonato alcalino térreo, basadas en el número N de las nanopartículas de carbonato alcalino térreo, tienen un diámetro 45 esférico equivalente menor que 200nm, especialmente en un intervalo de 20 nm a 200 nm ó de 50 nm a 180 nm, preferentemente menor que 150 nm, más preferentemente en un intervalo de 70 nm a 150 nm, aún más preferentemente menor que 100 nm.

8. Fibras orgánicas con superficie mineralizada de acuerdo con la reivindicación 1 a 7, caracterizadas porque la 50 composición que comprende nanopartículas de carbonato alcalino térreo comprende dispersantes y/o medios auxiliares de molienda en una cantidad de 0, 2 a 1 mg/m2 del área superficial de las nanopartículas de carbonato alcalino térreo, preferentemente en una cantidad de 0, 3 a 0, 7 mg/m2 del área superficial de las nanopartículas de carbonato alcalino térreo.

9. Fibras orgánicas con superficie mineralizada de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizadas porque la relación de la cantidad de dispersante a la cantidad de aglutinante en las fibras orgánicas con superficie mineralizada, cada una basada en el contenido de sólidos, es de 1:5 a 1:20, por ejemplo 1:10.

10. Fibras orgánicas con superficie mineralizada de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9,

caracterizadas porque contienen, basándose en el peso total seco de las fibras y las nanopartículas, de 5 a 50% en peso, preferentemente de 10 a 30% en peso, más preferentemente de 17 a 27% en peso, de la forma más preferente 25% en peso de fibras.

EP 2227597

11. Fibras orgánicas con superficie mineralizada de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizadas porque contienen, basándose en el peso total seco de las fibras y las nanopartículas de 95% en peso a 50% en peso, preferentemente de 90% en peso a 70% en peso, más preferentemente de 87% en peso a 73% en peso, de la forma más preferente 75% en peso de nanopartículas de carbonato alcalino térreo.

12. Fibras orgánicas con superficie mineralizada de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizadas porque las fibras y el nanocarbonato alcalino térreo están presentes en una relación de preferentemente 1:20, en particular en una relación de 1:4, más preferentemente en una relación de 1:3 ó 1:2, en particular en una relación de 1:1 ó 1:10, basándose en el peso seco.

13. Fibras orgánicas con superficie mineralizada de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizadas porque, como monómero de ácido dicarboxílico del aglutinante se utilizan ácidos dicarboxílicos C2-C10, preferentemente ácidos dicarboxílicos C3-C9, ácidos dicarboxílicos C4-C8, ácidos dicarboxílicos C5-C7, en particular ácido adípico, saturados o insaturados, ramificados o no ramificados.

14. Fibras orgánicas con superficie mineralizada de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizadas porque como monómeros de diamina, triamina, dialcanolamina o trialcanolamina del aglutinante se utilizan diaminas y triaminas lineales y ramificadas, sustituidas y no sustituidas, y dialcanolaminas y trialcanolaminas, en particular N- (2-aminoetil) -1, 2-etanodiamina, dietanolamina, N-alquil-dialcanolaminas tales como N-metil y N-etil-dietanolamina, y trietanolamina.

15. Fibras orgánicas con superficie mineralizada de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizadas porque el aglutinante es un copolímero de ácido adípico con N- (2-aminoetil) -1, 2-etanodiamina y epiclorhidrina.

16. Fibras orgánicas con superficie mineralizada de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizadas porque el aglutinante está cargado catiónicamente.

17. Fibras orgánicas con superficie mineralizada de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16,

caracterizadas porque el aglutinante está parcial o completamente neutralizado por polímeros aniónicos, preferentemente poliacrilatos de sodio que tienen un Mw de 25.000 g/mol a 28.000 g/mol o polivinil sulfatos de sodio.

18. Fibras orgánicas con superficie mineralizada de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17,

caracterizadas porque, basándose en el peso total seco de las fibras orgánicas con superficie mineralizada, contienen de aproximadamente 0, 3% en peso a aproximadamente 10% en peso, preferentemente de aproximadamente 0, 5% en peso a aproximadamente 5% en peso, en especial preferentemente de aproximadamente 1% en peso a aproximadamente 3% en peso de aglutinante.

19. Método para producir las fibras orgánicas con superficie mineralizada de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18, que comprende las etapas de: a) proporcionar las fibras orgánicas; b) proporcionar la composición de nanocarbonato alcalino térreo; c) proporcionar el aglutinante en forma acuosa;

d) mezclar las fibras orgánicas y la composición de nanocarbonato alcalino térreo de a) y b) ; en donde el aglutinante se adiciona a las fibras orgánicas de a) o a la composición de nanocarbonato alcalino térreo de b) antes de la etapa d) , y la mezcla de la reacción resultante se homogeneiza.

20. Método para producir las fibras orgánicas con superficie mineralizada de acuerdo con una cualquiera de las 50 reivindicaciones 1 a 18, que comprende las etapas de: a) proporcionar las fibras orgánicas; b) proporcionar la composición de nanocarbonato alcalino térreo; c) proporcionar el aglutinante en forma acuosa; d) mezclar las fibras orgánicas y la composición de nanocarbonato alcalino térreo de a) y b) ;

en donde el aglutinante se adiciona a la mezcla de fibras orgánicas de a) y a la composición de nanocarbonato alcalino térreo de b) después de la etapa d) , y la mezcla de la reacción resultante se homogeneiza.

21. Método para producir las fibras orgánicas con superficie mineralizada de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18, que comprende las etapas de:

a) proporcionar las fibras orgánicas; b) proporcionar la composición de nanocarbonato alcalino térreo; c) proporcionar el aglutinante en forma acuosa;

en donde el aglutinante se adiciona primero, y a continuación se mezcla con las fibras orgánicas de a) y con la composición de nanocarbonato alcalino térreo de b) , y la mezcla de la reacción resultante se homogeneiza.

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22. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 19 a 21, caracterizado porque se adicionan uno o más dispersantes después de combinar el aglutinante con las fibras orgánicas de a) , o la composición de carbonato alcalino térreo de b) , u opcionalmente la mezcla de d) . 5

23. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 19 a 22, caracterizado porque uno o más dispersantes se adicionan antes de combinar el aglutinante con las fibras orgánicas de a) , o la composición de carbonato alcalino térreo de b) , u opcionalmente la mezcla de d) .

24. Fibras orgánicas con superficie mineralizada de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18, caracterizadas porque están en forma de una suspensión (slurr y ) acuosa.

25. Uso de fibras orgánicas con superficie mineralizada de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18 ó la reivindicación 24, caracterizado porque las fibras orgánicas con superficie mineralizada se usan como 15 sustancias de carga o pigmentos.

26. Uso de fibras orgánicas con superficie mineralizada de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18 ó la reivindicación 24 en la fabricación de papel, usándose preferentemente dichas fibras orgánicas con superficie mineralizada en cantidades de 5 a 70% en peso, preferentemente de 10 a 50% en peso, basándose en el peso total del papel.

27. Uso de acuerdo con la reivindicación 25, caracterizado porque las fibras orgánicas con superficie mineralizada se usan en cantidades por m2 de papel de 0, 5 a 500 g/m2, más preferentemente 2 a 100 g/m2, en especial preferentemente 5 a 50 g/m2.

28. Uso de fibras orgánicas con superficie mineralizada de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18 ó la reivindicación 24 en pinturas y masillas para su aplicación en un sustrato poroso tal como una arcilla, cemento o madera.

29. Uso de fibras orgánicas con superficie mineralizada de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18 ó la reivindicación 24 en plásticos.

30. Uso de fibras orgánicas con superficie mineralizada de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18 ó la reivindicación 24 como medios auxiliares de filtración. 35

31. Uso de un copolímero que comprende, como monómero, uno o más ácidos dicarboxílicos y uno o más monómeros del grupo de diaminas, triaminas, dialcanolaminas o trialcanolaminas; y epiclorhidrina para el recubrimiento por lo menos parcial de fibras orgánicas que tienen una longitud de orden milimétrico con una composición que comprende partículas de carbonato alcalino térreo que tienen un diámetro esférico equivalente de orden nanométrico, comprendiendo preferentemente dicho copolímero, como monómeros, ácido adípico, N (2-aminoetil) -1, 2-etanodiamina y epiclorhidrina.

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