Tratamiento de materiales que contienen carbonato de calcio para carga de agente de relleno aumentada en papel.

Procedimiento para preparar partículas pigmentarias autoligantes que comprende los siguientes pasos:

a) proporcionar una suspensión acuosa que comprende por lo menos un material que contiene carbonato de calcio,

b) proporcionar por lo menos un ácido o sal de ácido en una cantidad entre 0,001 y 40 % en p. en base al peso total del material que contiene carbonato de calcio seco, donde el anión del ácido o sal de ácido es capaz de formar sales de calcio insolubles en agua,

c) proporcionar un ligante polimérico aniónico en una cantidad entre 0,001 y 20 % en p. en base al peso total del material que contiene carbonato de calcio seco, donde dicho ligante comprende por lo menos un polisacárido modificado,

d) proporcionar por lo menos un polímero catiónico en una cantidad entre 0,001 y 20 % en p. en base al peso total del material que contiene carbonato de calcio seco,

e) mezclar la suspensión acuosa del paso a) con el por lo menos un ácido o sal de ácido del paso b), y

f) mezclar la suspensión del paso e), el ligante polimérico aniónico del paso c) y el por lo menos un polímero catiónico del paso d).

Tratamiento de materiales que contienen carbonato de calcio para carga de agente de relleno aumentada en papel La invención se refiere a un procedimiento para preparar partículas pigmentarias autoligantes, a una suspensión de partículas pigmentarias autoligantes así como también a un producto de papel que comprende partículas pigmentarias autoligantes y al uso de la suspensión de partículas pigmentarias autoligantes.

Los materiales minerales y los ligantes están entre los constituyentes principales empleados en la manufactura de numerosos productos tales como pinturas, materiales de papel y de plástico. En los mismos, los materiales minerales contribuyen a las propiedades mecánicas y ópticas, mientras que el ligante, generalmente a base de látex y en forma de suspensiones o dispersiones acuosas, proporciona la adhesión y cohesión necesarias para los respectivos constituyentes del producto final que va a producirse.

A fin de evitar las dificultades logísticas de la manipulación de materiales minerales y ligantes por separado, y además evitar interacciones físicas y químicas no deseadas desarrolladas en mezclas comparables de materiales minerales y ligantes, se han desarrollado y se conocen en la industria partículas pigmentarias autoligantes. Con respecto a esto, las partículas pigmentarias autoligantes que tienen tanto las propiedades del material mineral como del ligante pueden ser directamente implementadas en una variedad de aplicaciones. Este producto único denominado partículas pigmentarias autoligantes se refiere a partículas sólidas distintivas, formadas por material mineral y ligante que están íntimamente unidos entre sí. Las fuerzas de cohesión internas son tales como para proporcionar a las partículas pigmentarias autoligantes una excelente estabilidad mecánica.

Las partículas pigmentarias autoligantes pueden ser producidas a partir de materiales minerales que contienen carbonato de calcio, por ejemplo, a partir de materiales pigmentarios minerales naturales los cuales son comúnmente preparados mediante un procedimiento que implementa por lo menos un paso de trituración de materiales minerales en presencia de ligante. Trituración se refiere a una operación que conduce a una reducción del tamaño de partícula, es decir, los materiales minerales en las partículas pigmentarias autoligantes tienen un diámetro más pequeño que el material mineral inicial empleado para producirlas. Dichas partículas pigmentarias autoligantes son descritas en una cantidad de documentos, que incluyen WO 2006/008657, WO 2006/128814, y WO 2008/139292.

Por ejemplo, WO 2006/008657 se refiere a un método para producir partículas pigmentarias que son autoligantes, secas o en una suspensión o dispersión acuosa, y contienen al menos un material inorgánico y al menos un agente ligante.

La patente estadounidense N° 5.384.013 da a conocer una composición de revestimiento de papel acuosa que comprende al menos 45 % en peso de un pigmento de partículas dispersado con un agente de dispersión, y un adhesivo, caracterizada porque dicho agente de dispersión comprende un polielectrolito aniónico y un polielectrolito catiónico, estando el polielectrolito catiónico presente en una cantidad suficiente como para hacer que las partículas sean catiónicas, porque dicho adhesivo es un adhesivo catiónico o no iónico y porque dicho pigmento de partículas es uno que no puede dispersarse en agua con alto contenido de sólidos.

Para concluir, el solicitante desearía mencionar las siguientes solicitudes en su nombre, las cuales se refieren también a procedimientos para preparar partículas pigmentarias autoligantes: solicitudes de patente europea no publicadas con números de presentación 11 160 900.4, 11 160 926.9, 11 179 604.1, y 11 179 572.0.

Los procedimientos para preparar partículas pigmentarias minerales autoligantes conocidos en la técnica están limitados, con frecuencia, a la preparación o a la cotrituración de suspensiones que tienen un bajo contenido de sólidos. Sin embargo, la preparación de suspensiones con bajo contenido de sólidos tiene la desventaja de que el producto de trituración obtenido debe ser concentrado antes de ser transportado a otras instalaciones para el procesamiento adicional. Durante el paso de concentración que consume mucho tiempo y energía, a menudo se observa una pérdida no deseada de ligante polimérico, y, adicionalmente, se forman aglomerados no deseados. Adicionalmente, los procedimientos del estado de la técnica a menudo conducen a una suspensión que tiene un elevado contenido de materiales orgánicos total de la fase acuosa de la suspensión triturada. Adicionalmente, la adición de dispersante, sin embargo, entre otras cosas, afecta a la adsorción del ligante a las partículas durante la co-trituración.

Las partículas pigmentarias autoligantes que contienen ligantes que están basados en polímeros los cuales son derivados de recursos naturales o renovables son un punto particular de interés por razones medioambientales. Sin embargo, dichas partículas pigmentarias autoligantes son a menudo formadas a partir de polisacáridos modificados negativamente cargados, lo cual puede ser desfavorable para algunos campos de aplicación. Por ejemplo, debido a su carga superficial negativa dichas partículas pigmentarias son difíciles de retener durante los procedimientos de producción de papel. Esto conduce a un elevado consumo de partículas pigmentarias autoligantes y adyuvante de

retención adicional durante la producción de papel para obtener la carga deseada de agente de relleno en el papel.

Un problema adicional, el cual a menudo tiene un impacto significativo sobre las propiedades mecánicas y ópticas de papeles y revestimientos de papel preparados a partir de dichas partículas pigmentarias autoligantes, es encontrado con respecto a la unión entre las fibras y dichas partículas pigmentarias autoligantes. Las suspensiones de partículas pigmentarias autoligantes a menudo disminuyen las propiedades mecánicas y ópticas de los productos finales correspondientes.

Un motivo para esto puede ser la forma de las partículas pigmentarias autoligantes, la cual podría dificultar la interacción entre las partículas pigmentarias autoligantes y las fibras del papel. Por lo tanto, para producir artículos de papel con propiedades mecánicas y ópticas bien ajustadas, los límites de las interacciones entre las partículas pigmentarias autoligantes y las fibras en el papel deben ser optimizados.

Por añadidura, los niveles elevados de agente de relleno son deseables puesto que los mismos proporcionarían la posibilidad de reducir la cantidad de fibras de madera en el papel. Adicionalmente, los papeles con contenido elevado de agente de relleno se secarán más rápidamente, y, como resultado, la máquina de papel puede funcionar más rápido. Por lo tanto, la adición de niveles elevados de agente de relleno puede reducir los costos de producción de papel y puede ahorrar recursos naturales. Sin embargo, dichos niveles elevados de agente de relleno a menudo reducen el área de contacto entre las fibras remanentes. Como resultado, la retención de cantidades elevadas de agente de relleno con una forma subóptima produce una hoja más débil que puede romperse más fácilmente en las máquinas de papel, prensas de encolado, revestidores, bobinadoras, prensas de imprimir, impresoras, o fotocopiadoras.

La patente estadounidense N° 5.611.890 se refiere a un papel de seda fuerte, relleno suave que comprende un agente de relleno en partículas no celulósico, donde dicho agente de relleno comprende entre 5 y 50 % en p. de dicho papel de seda. WO 03/087472 describe un tratamiento de agente de relleno que comprende la preparación de composiciones de almidón - látex dilatadas, y la adición de dichas composiciones a una suspensión de agente de relleno. El uso de estos agentes de relleno tratados durante la fabricación del papel mejora la retención del agente de relleno y produce papeles cargados, donde la adición del agente de relleno tiene solamente un efecto negativo mínimo sobre las propiedades de resistencia. Un material de relleno de la fabricación de papel el cual ha sido tratado superficialmente con un polímero catiónico es descrito en CA 2.037.525. El artículo "Mejora de las propiedades del papel usando agente de relleno de carbonato de calcio precipitado modificado con almidón" ("Improvement of paper properties using starch-modified precipitated calcium carbonate filler") de Zhao et al., TAPPI Journal 2005, vol. 4 (2) , se refiere a agentes de relleno de carbonato de calcio precipitado comerciales que han sido modificados con almidones en bruto de maíz y de patata. Estos agentes de relleno modificados fueron empleados como agentes... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para preparar partículas pigmentarias autoligantes que comprende los siguientes pasos:

a) proporcionar una suspensión acuosa que comprende por lo menos un material que contiene carbonato de calcio, b) proporcionar por lo menos un ácido o sal de ácido en una cantidad entre 0, 001 y 40 % en p. en base al peso total del material que contiene carbonato de calcio seco, donde el anión del ácido o sal de ácido es capaz de formar sales de calcio insolubles en agua, c) proporcionar un ligante polimérico aniónico en una cantidad entre 0, 001 y 20 % en p. en base al peso total del material que contiene carbonato de calcio seco, donde dicho ligante comprende por lo menos un polisacárido modificado, d) proporcionar por lo menos un polímero catiónico en una cantidad entre 0, 001 y 20 % en p. en base al peso total del material que contiene carbonato de calcio seco, e) mezclar la suspensión acuosa del paso a) con el por lo menos un ácido o sal de ácido del paso b) , y f) mezclar la suspensión del paso e) , el ligante polimérico aniónico del paso c) y el por lo menos un polímero catiónico del paso d) .

2. Procedimiento según la reivindicación 1, donde en el paso f) la suspensión obtenida mediante el paso e) es, en un primer paso, mezclada con el ligante polimérico aniónico del paso c) , y luego, en un segundo paso, se mezcla con el por lo menos un polímero catiónico del paso d) .

3. Procedimiento según la reivindicación 1, donde en el paso f) la suspensión obtenida mediante el paso e) se mezcla con el ligante polimérico aniónico del paso c) y el por lo menos un polímero catiónico del paso d) en un paso.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, donde en el paso f) la suspensión obtenida mediante el paso e) es, en un primer paso, mezclada con el por lo menos un polímero catiónico del paso d) , y luego, en un segundo paso, se mezcla con el ligante polimérico aniónico del paso c) .

5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde la suspensión obtenida mediante el paso e) se concentra antes del paso f) .

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el por lo menos un material que contiene carbonato de calcio se selecciona entre carbonato de calcio, minerales que contienen carbonato de calcio, agentes de relleno a base de carbonato de calcio mixto, o sus mezclas, preferentemente el material que contiene carbonato de calcio es carbonato de calcio, más preferentemente carbonato de calcio precipitado (PCC) y, con máxima preferencia es PCC escalenoédrico (S-PCC) , PCC romboédrico (R-PCC) , PCC prismático (P-PCC) , PCC cúbico (C-PCC) , o una mezcla de los mismos.

7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el por lo menos un material que contiene carbonato de calcio del paso a) se proporciona en forma de partículas que tienen un valor d50 de diámetro de partícula medio en peso entre 0, 1 y 100 µm, preferentemente entre 0, 2 y 50 µm, más preferentemente entre 0, 5 y 25 µm, y con máxima preferencia entre 1, 0 y 10 µm.

8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el por lo menos un material que contiene carbonato de calcio del paso a) se proporciona en forma de partículas que tienen un área superficial específica entre 0, 1 y 200 m2/g, preferentemente entre 0, 5 y 100 m2/g, más preferentemente entre 1, 0 y 50 m2/g, y con máxima preferencia entre 2, 0 y 10 m2/g.

9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde la suspensión acuosa del paso a) tiene un contenido de sólidos entre 1 y 99 % en p., preferentemente entre 15 y 70 % en p., más preferentemente entre 10 y 50 % en p., y con máxima preferencia entre 12 y 40 % en p., en base al peso total de la suspensión.

10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde la suspensión del paso a) comprende minerales adicionales tales como, talco, caolín, TiO2, bentonita y las mezclas de los mismos.

11. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el por lo menos un ácido o sal de ácido del paso b) se agrega en una cantidad entre 0, 005 y 20 % en p., preferentemente entre 0, 01 y 10 % en p., y más preferentemente entre 0, 05 y 5 % en p., en base al peso total del material que contiene carbonato de calcio

seco.

12. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el por lo menos un ácido o sal de ácido del paso b) se selecciona entre el grupo que comprende ácido cítrico, ácido oxálico, ácido fosfórico, ácido sulfúrico, ácido arsénico y ácido yódico o sus sales, y las mezclas de los mismos.

13. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde la suspensión obtenida mediante el paso e) tiene un contenido de sólidos entre 2 y 99 % en p., preferentemente entre 10 y 60 % en p., más preferentemente entre 15 y 45 % en p., y con máxima preferencia entre 20 y 30 % en p., en base al peso total de la suspensión.

14. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el por lo menos un polisacárido modificado es un derivado de carboximetilo y/o un derivado de carboximetilhidroxipropilo y/o un derivado de carboximetilhidroxietilo de un polisacárido, preferentemente una carboximetilcelulosa, una goma guar aniónica, un almidón aniónico o goma de xantano.

15. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el por lo menos un polisacárido modificado tiene un grado de sustitución de los grupos hidroxilo en el rango entre 0, 4 y 2, 0, preferentemente entre 0, 5 y 1, 8, más preferentemente entre 0, 6 y 1, 6, y con máxima preferencia entre 0, 7 y 1, 5.

16. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde la viscosidad intrínseca del por lo menos un polisacárido modificado está en el rango entre 5 y 500 ml/g, preferentemente entre 10 y 450 ml/g, más preferentemente entre 50 y 350 ml/g, y con máxima preferencia entre 100 y 200 ml/g.

17. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el ligante del paso c) está en forma de una solución acuosa o material seco, preferentemente en forma de una solución que tiene una concentración de ligante entre 1 y 70 % en p., preferentemente entre 2 y 55 % en p., más preferentemente entre 5 y 50 % en p., y con máxima preferencia entre 30 y 50 % en p., en base al peso total de la solución.

18. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el ligante del paso c) se agrega en una cantidad entre 0, 005 y 15 % en p., preferentemente entre 0, 01 y 10 % en p., y más preferentemente entre 0, 05 y 5 % en p., en base al peso total del material que contiene carbonato de calcio seco.

19. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el por lo menos un polímero catiónico del paso d) se selecciona entre el grupo que comprende polietileniminas, poliacrilamidas, resinas de epiclorohidrina catiónica, almidón catiónico, goma guar catiónica, y las mezclas de los mismos.

20. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el por lo menos un polímero catiónico del paso d) está en forma de una solución o material seco, preferentemente en forma de una solución que tiene una concentración entre 0, 5 y 70 % en p., preferentemente entre 1 y 25 % en p., más preferentemente entre 1, 5 y 20 % en p., y con máxima preferencia entre 2 y 10 % en p., en base al peso total de la solución.

21. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el por lo menos un polímero catiónico del paso d) se agrega en una cantidad entre 0, 005 y 15 % en p., preferentemente entre 0, 01 y 10 % en p., y más preferentemente entre 0, 05 y 5 % en p., en base al peso total del material que contiene carbonato de calcio seco.

22. Suspensión de partículas pigmentarias autoligantes, obtenible mediante un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 21.

23. Uso de la suspensión de partículas pigmentarias autoligantes según la reivindicación 22 en aplicaciones de papel, plásticos, pintura, revestimientos, hormigón y/o agrícolas, donde preferentemente la suspensión de partículas pigmentarias autoligantes se usa en un procedimiento final en húmedo de una máquina de papel, en aplicaciones de papel de cigarrillo, cartón, y/o revestimiento, o como un soporte para rotograbado y/o impresión offset y/o por chorro de tinta y/o impresión por chorro de tinta continua y/o flexografía y/o electrofotografía y/o superficies de decoración,

o la suspensión de partículas pigmentarias autoligantes se usa para reducir la exposición a la luz solar y UV de hojas de plantas.

24. Producto de papel que comprende partículas pigmentarias autoligantes, donde las partículas pigmentarias comprenden partículas de material que contiene carbonato de calcio las cuales están por lo menos parcialmente revestidas con una sal de calcio insoluble en agua formada a partir de un ácido o sal de ácido, un ligante aniónico que comprende por lo menos un polisacárido modificado, y por lo menos un polímero catiónico.

25. Producto de papel según la reivindicación 24, donde el producto de papel tiene un índice de tracción superior en

comparación con un producto de papel, donde las partículas pigmentarias autoligantes inventivas se reemplazan por la misma cantidad de partículas de material que contiene carbonato de calcio, preferentemente el índice de tracción es por lo menos 5% superior, más preferentemente por lo menos 7% superior, y con máxima preferencia por lo menos 10% superior en comparación con el índice de tracción de un producto de papel, donde las partículas pigmentarias autoligantes inventivas son reemplazadas por la misma cantidad de partículas de material que contiene carbonato de calcio.