Добавление грубодисперсного пигмента и суспензии с высоким содержанием сухого вещества для создания более высоких концентраций меловального пигмента
Изобретение может быть использовано в бумажной и лакокрасочной отраслях промышленности, строительстве при получении бетонов и герметиков, а также в химии при получении пластмасс. Водная суспензия содержит природный измельченный карбонат кальция, в котором процентное содержание по массе (P5) частиц с диаметром менее 5,0 мкм составляет 98,5-90 %, процентное содержание по массе (P2) частиц с диаметром менее 2,0 мкм составляет 96-80 %, отношение P2/P5 0,98-0,85 и содержание сухого вещества в суспензии более 78 масс.%. При высоком содержании сухого вещества суспензия обладает вязкостью, приемлемой для получения бумаги, в том числе, глянцевой, и не требует дополнительного разбавления. 5 н. и 12 з.п. ф-лы, 1 табл., 5 пр.
Изобретение относится к бумажной и лакокрасочной отраслям промышленности, может быть использовано при получении бетонов и герметиков, а также в химии для получения пластмасс.
В наше время производители мелованной бумаги сталкиваются с огромной проблемой поиска путей рентабельности бизнеса и в то же время находятся под воздействием жесткой рыночной конъюнктуры. В последние годы меловальные составы значительно упростились, а уровни связующих снизились до очень низких уровней.
Содержание сухого вещества в меловальных пигментах в целом рассматривается в качестве одной из важных дополнительных возможностей уменьшения производственных расходов. С точки зрения качества, экологических аспектов и экономических показателей, потенциальные преимущества применения более высокого количества сухого вещества являются многочисленными:
- возможна значительная экономия энергии в процессе сушки или более высокие скорости меловального станка, когда пропускная способность сушилки ограничена. С увеличением содержания сухого вещества, например, до 3% уже в процессе сушки можно обеспечить значительную экономию энергии;
- пониженное осыпание мелованного слоя будет улучшать оптические характеристики бумаги, в частности, улучшать степень покрытия волокон и глянец листа бумаги, когда в системе пигментов применяется 100% измельченного природного карбоната кальция (GCC). Быстрое закрепление мелованного покрытия способствует достижению хорошей степени покрытия;
- более высокая собственная водоудерживающая способность позволяет уменьшать количество добавок, загустителей и т.п.;
- более равномерное распределение связующего вследствие пониженной миграции в бумагу-основу и более мягкая сушка обеспечивают лучшую пригодность для печати.
Исходя из вышеизложенных причин, производители мелованной бумаги постоянно оптимизируют составы мелованных композиций, увеличивая до максимума содержание сухого вещества. Однако если содержание сухого вещества повысится выше определенных пределов, это неблагоприятно скажется на эффективности способа и качестве бумаги. Ограничения по реологии или неудовлетворительная работоспособность шаберного устройства могут приводить к образованию царапин, расплыванию краски или "бахромчатости" штрихов. Кроме того, чрезмерная нагрузка на шаберное устройство при регулировании массы целевого покрытия, наносимого шаберным способом, приводит к более высокому числу обрывов бумажной ленты и повышенному износу шабера. Очень часто концентрация суспензий меловального пигмента является недостаточной для получения сплошных заливок, поскольку другие компоненты (преимущественно связующие) значительно разбавляют концентрацию. Кроме того, более высокая концентрация суспензий приводит к существенной экономии транспортных расходов, площади складских помещений и уменьшает количество добавляемых микробиоцидов.
Для каждого меловального пигмента существует так называемая "точка иммобилизации (пигмента)", которая представляет собой точку, характерную для данного сухого вещества, в которой меловальный пигмент утрачивает любую "пластичность" или способность к деформации, и его вязкость внезапно увеличивается "до бесконечности".
При шаберном способе мелования бумаги в отношении содержания сухого вещества возможны три сценария. Согласно сценарию 1 содержание сухого вещества является слишком низким, и следствием низкой концентрации пигмента является несколько недостатков, таких как неудовлетворительное осыпание пигмента, усадка мелованного покрытия и непостоянство профиля. Сценарий 2 представляет собой узкий рабочий диапазон, где содержание сухого вещества является оптимальным. Последний сценарий 3 иллюстрирует слишком оптимистичное содержание сухого вещества, при котором ожидаются серьезные недостатки, связанные с работоспособностью машины. В общем случае желательно повышать точку иммобилизации (пигмента) насколько возможно.
Как обсуждалось выше, содержание сухого вещества в меловальной композиции должно быть по возможности высоким, в то же время все еще должен сохраняться приемлемый уровень вязкости для того, чтобы избежать неблагоприятных воздействий на работоспособность меловального станка шаберного типа. Однако когда предпринимаются меры для улучшения баланса между высоким содержанием сухого вещества и вязкостью, важно учитывать, что такие меры не должны ухудшать оптические свойства конечного мелованного покрытия бумаги.
Для достижения высоких степеней глянца бумаги требуются очень тонкодисперсные пигменты, чтобы получить сплошную поверхность с высоким зеркальным глянцем.
В патенте США № 3714107 описана водная композиция для мелования бумаги с содержанием сухого вещества, по меньшей мере, 70 масс.%, при этом упомянутое сухое вещество содержит грубодисперсный пигмент, тонкодисперсный пигмент и связующее для мелованного покрытия, где грубодисперсный пигмент содержится в количестве от 25 до 90 масс.% от общего содержания пигмента.
В патенте DE 29 43 653 описано мелованное покрытие с высоким содержанием сухого вещества на основе карбоната кальция, в котором массовое процентное содержание частиц карбоната кальция с диаметром менее 2 мкм составляет 100%.
В патенте DE 39 24 846 A1 описана водная композиция для мелования бумаги, включающая в себя смесь пигментов, содержащую от 60 до 95 масс.% грубодисперсного карбоната кальция со средним диаметром частиц, по меньшей мере, 2 мкм, и от 5 до 40 масс.% синтетического органического пигмента со средним диаметром частиц менее 0,8 мкм.
Обычно производитель пигментов (например, производители карбоната кальция) обеспечивает пигменты, такие как кальцийкарбонатные пигменты, применяемые в процессе мелования бумаги, в форме водной суспензии. Затем производители мелованных бумаг готовят конечную композицию около оборудования для мелования бумаги. Исходя из уже изложенных выше причин, содержание сухого вещества в таких суспензиях должно быть по возможности высоким, в то же время все еще должен сохраняться приемлемый уровень вязкости. Увеличение до максимума содержания сухого вещества означает уменьшение до минимума затрат на транспортировку излишней воды и уменьшение затрат энергии на сушку. Например, максимальное содержание сухого вещества в применяемых в настоящее время водных суспензиях карбоната кальция, которые все еще имеют приемлемую вязкость, дают возможность получать глянцевую бумагу и имеются в продаже, составляет 78 масс.% для частиц в диапазоне от грубодисперсных до очень тонкодисперсных с BPSD ("широким гранулометрическим составом") GCC-материалов (от 60 до 95% < 2 мкм). Ультрадисперсные GCC-материалы (99% < 2 мкм) можно производить при максимальном содержании сухих веществ 75% и NPSD ("узком гранулометрическом составе) GCC-материалов всего лишь 72%.
Целью настоящего изобретения является обеспечение водной минеральной суспензии, такой как суспензия карбоната кальция, которая применима для получения меловального состава с высоким содержанием сухого вещества и при этом также обеспечивает возможность производства глянцевой бумаги. Водная минеральная суспензия (например, суспензия карбоната кальция) должна обеспечивать оптимальный баланс между высоким содержанием сухого вещества, вязкостью, которая все еще находится на приемлемом уровне и не ухудшает технологические характеристики, и хорошими оптическими свойствами, такими как высокая степень глянца.
Цель настоящего изобретения решается путем обеспечения водной суспензии, содержащей минеральный материал, в котором процентное содержание по массе (P5) частиц с диаметром менее 5,0 мкм составляет от 98,5% до 90%, процентное содержание по массе (P2) частиц с диаметром менее 2,0 мкм оставляет от 96% до 80%, в котором отношение P2/P5 находится в диапазоне от 0,98 до 0,85, и где содержание сухого вещества в суспензии составляет более 78 масс.%.
В настоящем изобретении стало понятно, что для получения суспензии с высоким содержанием сухого вещества, которая все еще обладает приемлемым уровнем вязкости, можно применять минеральный материал, такой как карбонат кальция, с конкретным процентным содержанием очень грубодисперсных частиц в комбинации с основной фракцией тонкодисперсных или очень тонкодисперсных частиц. Кроме того, несмотря на то, что минеральный материал содержит очень грубодисперсные частицы, водная суспензия согласно настоящему изобретению все еще обеспечивает возможность производить бумагу с высокой степенью глянца.
В настоящем изобретении термин "суспензия" относится к суспензии, содержащей диспергированные в ней частицы пигмента.
Минеральный материал может быть выбран из карбоната кальция, глины или их смесей.
Минеральный материал предпочтительно представляет собой природный измельченный карбонат кальция.
Природный измельченный карбонат кальция (также известный как "GCC") предпочтительно выбран из мрамора, известняка, мела или их смесей. Он предпочтительно содержит, по меньшей мере, 95 масс.%, более предпочтительно - более 98 масс.% карбоната кальция. GCC-материалы хорошо известны специалисту в данной области и имеются в продаже, например, от компании Omya. Как будет объяснено ниже с дополнительными подробностями, GCC-материал водной суспензии, имеющий гранулометрический состав, описанный выше и дополнительно ниже, можно получать путем смешивания двух или более исходных GCC-материалов. Такие исходные GCC-материалы могут представлять собой материалы, имеющиеся в продаже, или их можно получать, подвергая имеющиеся в продаже GCC-материалы процедуре дополнительного помола.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения в минеральном материале, более предпочтительно в природном измельченном карбонате кальция процентное содержание по массе (P5) частиц с диаметром менее 5,0 мкм составляет от 98,5% до 91%, более предпочтительно - от 98% до 93%.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения в минеральном материале, более предпочтительно в природном измельченном карбонате кальция процентное содержание по массе (P2) частиц с диаметром менее 2,0 мкм составляет от 95% до 82%, более предпочтительно - от 95% до 85%.
Отношение P2/P5 предпочтительно находится в диапазоне от 0,96 до 0,85, более предпочтительно - от 0,94 до 0,89.
Содержание сухого вещества в суспензии предпочтительно составляет, по меньшей мере, 79 масс.%, более предпочтительно, по меньшей мере, 80 масс.%, и еще более предпочтительно, по меньшей мере, 80,5 масс.%. Что касается верхнего предела, содержание сухого вещества может составлять 83 масс.% или менее, например, менее 81 масс.% или менее.
В настоящем изобретении в минеральном материале, таком как природный измельченный карбонат кальция, процентное содержание по массе (P1) частиц с диаметром менее 1,0 мкм может составлять от 88% до 60%, более предпочтительно - от 80% до 65%.
Отношение P1/P5 может находиться в диапазоне от 0,89 до 0,65, более предпочтительно - от 0,85 до 0,70.
Отношение P1/P2 может находиться в диапазоне от 0,92 до 0,75, более предпочтительно - от 0,90 до 0,76.
Предпочтительно минеральный материал, такой как природный измельченный карбонат кальция, имеет средний размер частиц d50 в диапазоне от 0,40 мкм до 0,75 мкм, более предпочтительно от 0,45 мкм до 0,70 мкм.
На всем протяжении настоящего изобретения d50 представляет собой среднемассовый размер частиц, то есть обозначает такой размер частиц, относительно которого 50 масс.% частиц являются более грубодисперсными или более тонкодисперсными. Предпочтительно минеральный материал, такой как природный измельченный карбонат кальция, имеет удельную площадь поверхности, измеренную по способу БЭТ, от 12 м2/г до 19 м2/г, более предпочтительно - от 14 м2/г до 18 м2/г.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения минеральный материал водной суспензии, такой как природный измельченный карбонат кальция, содержит первую фракцию, в которой процентное содержание по массе P2(F1) частиц с диаметром менее 2,0 мкм составляет от 30% до 45%, более предпочтительно - от 35% до 45%, и средний диаметр частиц d50 составляет от 2,0 до 3,0 мкм, более предпочтительно - от 2,2 мкм до 2,6 мкм; и вторую фракцию, в которой процентное содержание по массе P2(F2) частиц с диаметром менее 2,0 мкм составляет от 85% до 100%, более предпочтительно - от 90% до 96%, и средний диаметр частиц d50 составляет от 0,3 до 0,75 мкм, более предпочтительно - от 0,4 мкм до 0,6 мкм.
Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления изобретения минеральный материал (например, природный измельченный карбонат кальция) содержит первую фракцию, в которой процентное содержание по массе P5(F1) частиц с диаметром менее 5,0 мкм составляет от 75% до 85%, более предпочтительно - от 80% до 85%, и средний диаметр частиц d50 составляет от 2,0 до 3,0 мкм, более предпочтительно - от 2,3 мкм до 2,7 мкм; и вторую фракцию, в которой процентное содержание по массе P2(F2) частиц с диаметром менее 2,0 мкм составляет от 85% до 100%, более предпочтительно - от 95% до 100%, и средний диаметр частиц d50 составляет от 0,3 до 0,65 мкм, более предпочтительно - от 0,3 мкм до 0,6 мкм. Предпочтительно в первой фракции процентное содержание по массе P2(F1) частиц с диаметром менее 2,0 мкм составляет от 30% до 45%, более предпочтительно - от 35% до 45%.
В первой фракции процентное содержание по массе P1(F1) частиц с диаметром менее 1,0 мкм может составлять от 20% до 22%.
Предпочтительно отношение среднего диаметра частиц d50 первой фракции к среднему диаметру частиц d50 второй фракции составляет, по меньшей мере, 3,5, более предпочтительно, по меньшей мере, 4,0.
Предпочтительно массовое отношение первой фракции ко второй фракции составляет от 5/95 до 20/80, более предпочтительно - от 7/93 до 15/85.
Первая фракция может иметь удельную площадь поверхности, измеренную по способу БЭТ, от 3,0 м2/г до 4,5 м2/г, более предпочтительно - от 3,5 м2/г до 4,2 м2/г.
Вторая фракция может иметь удельную площадь поверхности, измеренную по способу БЭТ, от 10 м2/г до 22 м2/г, более предпочтительно - от 16 м2/г до 22 м2/г.
Суспензия может дополнительно содержать диспергирующее средство.
Диспергирующее средство может быть выбрано из средств, обычно известных специалисту в данной области. Предпочтительно диспергирующее средство выбрано из полиакрилатов.
Диспергирующее средство может присутствовать в количестве от 0,4 масс.% до 0,9 масс.%, более предпочтительно - от 0,4 масс.% до 0,6 масс.%, в расчете на сухое вещество.
Как уже указывалось выше, после получения минеральной суспензии (например, суспензии карбоната кальция) от производителя минеральных материалов, производитель мелованной бумаги готовит конечную меловальную композицию около меловального оборудования, например, путем добавления дополнительных компонентов, таких как связующее, в частности, путем добавления частиц латекса.
Предпочтительно, чтобы суспензия согласно настоящему изобретению не содержала частиц латекса. Еще более предпочтительно, чтобы суспензия не содержала никакого связующего, такого как крахмал, латекс, соевый белок и/или ПВА.
Необязательно, в добавление к минеральному материалу, такому как глина и/или измельченный природный карбонат кальция, водная суспензия может дополнительно содержать неорганические частицы.
В принципе, суспензия согласно настоящему изобретению также может содержать осажденный карбонат кальция (также известный как PCC). Однако может быть предпочтительно, чтобы суспензия не содержала никакого PCC.
В настоящем изобретении также может быть предпочтительно, чтобы минеральный материал, в частности, природный измельченный карбонат кальция, который описан выше, представлял собой только неорганический материал, который находится в водной суспензии.
Предпочтительно карбонат кальция, в частности, измельченный природный карбонат кальция составляет, по меньшей мере, 90 масс.%, более предпочтительно, по меньшей мере, 95 масс.%, еще более предпочтительно, по меньшей мере, 98 масс.% и наиболее предпочтительно - 100 масс.% минерального материала.
Согласно второму аспекту, настоящее изобретение также обеспечивает минеральный материал, предпочтительно сухой минеральный материал, в котором процентное содержание по массе (P5) частиц с диаметром менее 5,0 мкм составляет от 98,5% до 90%, процентное содержание по массе (P2) частиц с диаметром менее 2,0 мкм составляет от 96% до 80%, и в котором отношение P2/P5 находится в диапазоне от 0,98 до 0,85.
В настоящем изобретении термин "сухой" предпочтительно относится к материалу с содержанием воды менее 10 масс.%, более предпочтительно - менее 5 масс.%, еще более предпочтительно - менее 2 масс.%.
Что касается дополнительных свойств минерального материала согласно второму аспекту настоящего изобретения, можно сослаться на утверждения, приведенные выше при определении первого аспекта настоящего изобретения.
Согласно дополнительному аспекту, настоящее изобретение обеспечивает способ получения водной суспензии с содержанием сухого вещества более 78 масс.%, в котором обеспечивают первую фракцию F1 минерального материала, в которой процентное содержание по массе P5(F1) частиц с диаметром менее 5,0 мкм составляет от 75% до 85%, предпочтительно - от 80% до 85%, и средний диаметр частиц d50 составляет от 2,0 до 3,0 мкм, предпочтительно - от 2,3 до 2,7 мкм; и обеспечивают вторую фракцию F2 минерального материала, в которой процентное содержание по массе P2(F2) частиц с диаметром менее 2,0 мкм составляет от 85% до 100%, предпочтительно - от 95% до 100%, и средний диаметр частиц d50 составляет от 0,3 до 0,65 мкм, предпочтительно - от 0,3 до 0,6 мкм; и обе фракции диспергируют в воде. Предпочтительно в первой фракции процентное содержание по массе P2(F1) частиц с диаметром менее 2,0 мкм составляет от 30% до 45%, более предпочтительно - от 35% до 45%.
В первой фракции процентное содержание по массе P1(F1) частиц с диаметром менее 1,0 мкм может составлять от 20% до 22%.
Предпочтительно массовое отношение первой фракции ко второй фракции составляет от 5/95 до 20/80, более предпочтительно - от 7/93 до 15/20.
Кроме того, первую фракцию Fl можно обеспечивать в виде сухого минерального материала, и в еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретения вторую фракцию можно обеспечивать в виде водной суспензии.
Минеральный материал можно выбрать из карбоната кальция, глины или их смесей. Предпочтительно минеральный материал представляет собой природный измельченный карбонат кальция.
Что касается дополнительных свойств первой и второй фракций, и что касается свойств конечной смеси и водной суспензии, можно сослаться на утверждения, приведенные выше при определении водной суспензии согласно настоящему изобретению. Гранулометрический состав каждой фракции можно регулировать с помощью способов, обычно известных специалисту в данной области, например, путем применения традиционной стадии помола.
В предпочтительном варианте осуществления способа согласно настоящему изобретению к суспензии добавляют диспергирующее средство. Что касается типа и количества диспергирующего средства, можно сослаться на утверждения, приведенные выше при обсуждении водной суспензии.
Согласно дополнительному аспекту, настоящее изобретение обеспечивает применение водной суспензии, которая описана выше, для применений на мокром этапе производства бумаги, для нанесения на бумагу мелованных покрытий, нанесения лакокрасочных покрытий, для областей применения, связанных с заполнением пустот, для бетона и/или герметиков.
Водная суспензия предпочтительно применяется для нанесения мелованных покрытий на бумагу.
Согласно дополнительному аспекту, настоящее изобретение обеспечивает применение минеральной композиции по второму аспекту настоящего изобретения в областях применения, связанных с пластиками, предпочтительно в качестве наполнителя или добавки к пластикам.
Теперь изобретение будет подробно описано дополнительно со ссылкой на следующие примеры.
Примеры
I. Способы измерений
Все параметры, описанные выше для определения продукта и способа согласно настоящему изобретению, определяли с применением следующих способов измерений.
1. Среднемассовый размер частиц d 50 и процентное содержание по массе частиц с диаметром менее 5,0 мкм, менее 2,0 мкм и менее 1,0 мкм, соответственно.
На всем протяжении настоящего изобретения d50 представляет собой среднемассовый размер частиц, то есть обозначает такой размер частиц, относительно которого 50 масс.% частиц являются более грубодисперсными или более тонкодисперсными.
Размер частиц измеряли седиментационным способом. Седиментационный способ представляет собой анализ характера седиментации (осаждения) частиц в гравиметрическом поле. Измерение проводили на седиментометре SedigraphTM 5100 производства компании Micromeritics Instrument Corporation. Седиментационный способ и измерительный прибор известны специалисту в данной области и обычно применяются для определения гранулометрического состава наполнителей и пигментов. Измерение осуществляли в водном растворе, содержащем 0,1 масс.% Na4P2О7. Образцы диспергировали с применением высокоскоростной мешалки и ультразвука.
2. Удельная площадь поверхности, измеренная по способу БЭТ
Удельную площадь поверхности измеряли с применение азота и способа БЭТ согласно стандарту ISO 9277.
3. Содержание сухого вещества
Содержание сухого вещества в суспензии определяли следующим образом. Содержание сухого вещества определяли с применением специальных рычажных весов, обеспечивающих сушку (с помощью ИК-лампы или микроволновой печи). Конечное содержание сухого вещества получали при достижении постоянной массы образца (когда вода уже не удаляется).
4. Вязкость (по Брукфильду)
Вязкость суспензии по Брукфильду определяли следующим образом. Вязкость суспензии оценивали с помощью вискозиметра Брукфильда при 100 об/мин и 20°C.
5. Глянец листа (Tappi 75°)
Глянец листа (Tappi 75°) определяли согласно стандарту ISO 8254-1.
II. Получение минеральных суспензий
Пример 1
Обеспечивали первый GCC-материал, который представлял собой сухой природный измельченный карбонат кальция (GCC1) и имел следующие свойства:
d50: 2,5 мкм
81,4% < 5,0 мкм
42,5% < 2,0 мкм
площадь поверхности, измеренная по способу БЭТ: 3,9 м2/г.
Обеспечивали второй GCC-материал, который представлял собой мокрый природный измельченный карбонат кальция (GCC2) с содержанием сухого вещества 78 масс.% в присутствии полиакрилатного диспергатора и имел следующие свойства:
d50: 0,55 мкм
100% < 5,0 мкм
96,3% < 2,0 мкм
78% < 1,0 мкм
площадь поверхности, измеренная по способу БЭТ: 16 м2/г
Материалы GCC1 и GCC2 смешивали в массовом отношении GCC1/GCC2, равном 5/95.
Конечный GCC-материал имел следующие свойства:
98,1% < 5,0 мкм
93,3% < 2,0 мкм
74,3% < 1,0 мкм
d50: 0,58 мкм
Содержание сухого вещества в водной суспензии AS1 доводили до 80 масс.%. Вязкость по Брукфильду: 440 мПа·сек
Пример 2
В примере 2 применяли те же самые материалы GCC1 и GCC2, которые уже описаны выше в примере 1.
Материалы GCC1 и GCC2 смешивали в массовом отношении GCC1/GCC2, равном 8/92.
Конечный GCC-материал имел следующие свойства:
93,4% < 5,0 мкм
91,8% < 2,0 мкм
72,9% < 1,0 мкм
d50: 0,59 мкм
Содержание сухого вещества в водной суспензии AS2 доводили до 80,3 масс.%. Вязкость по Брукфильду: 400 мПа·сек.
Пример 3
В примере 3 применяли те же самые материалы GCC1 и GCC2, которые уже описаны выше в примере 1.
Материалы GCC1 и GCC2 смешивали в массовом отношении GCC1/GCC2, равном 10/90.
Конечный GCC-материал имел следующие свойства:
96,6% < 5,0 мкм
90,1% < 2,0 мкм
71,2% < 1,0 мкм
d50: 0,60 мкм
Содержание сухого вещества в водной суспензии AS3 доводили до 80,4 масс.%. Вязкость по Брукфильду: 380 мПа·сек.
Пример 4
В примере 4 применяли те же самые материалы GCC1 и GCC2, которые уже описаны выше в примере 1.
Материалы GCC1 и GCC2 смешивали в массовом отношении GCC1/GCC2, равном 16/84.
Конечный GCC-материал имел следующие свойства:
94,8% < 5,0 мкм
88,5% < 2,0 мкм
68,1% < 1,0 мкм
d50: 0,63 мкм
Содержание сухого вещества в водной суспензии AS4 доводили до 80,2 масс.%. Вязкость по Брукфильду: 420 мПа.сек.
Пример 5
В примере 5 применяли те же материалы GCC1 и GCC2, которые уже описаны выше в примере 1.
Материалы GCC1 и GCC2 смешивали в массовом отношении GCC1/GCC2, равном 20/80.
Конечный GCC-материал имел следующие свойства:
93,7% < 5,0 мкм
83,4% < 2,0 мкм
65,1% < 1,0 мкм
d50: 0,66 мкм.
Содержание сухого вещества в водной суспензии AS5 доводили до 80,8 масс.%. Вязкость по Брукфильду: 430 мПа·сек.
Пример для сравнения 1
Обеспечивали второй GCC-материал, который представлял собой мокрый природный измельченный карбонат кальция (GCC6) с содержанием сухого вещества 78 масс.% в присутствии полиакрилатного диспергатора и имел следующие свойства:
100% < 5,0 мкм
95% < 2,0 мкм
80% < 1,0 мкм
d50: 0,55 мкм
Таким образом, в отличие от примеров 1-5, в GCC-материале, применяемом в примере для сравнения 1, присутствовали не очень грубодисперсные частицы (то есть частицы с диаметром более 5,0 мкм).
Содержание сухого вещества в водной суспензии AS6 составляло 78 масс.%. Суспензия имела вязкость по Брукфильду около 300 мПа·сек. Однако, когда содержание сухого вещества повышали примерно до 80 масс.%, наблюдалось сильное увеличение вязкости, и суспензию больше нельзя было перекачивать насосом, то есть больше нельзя было подвергать технологическому процессу.
III. Применение минеральных суспензий для мелования бумаги
Получали меловальные композиции C2 и C4 с применением описанных выше карбонатных суспензий AS2 и AS4 согласно изобретению. Из суспензии AS6 по примеру для сравнения 1, получали меловальную композицию C6.
В добавление к GCC-компоненту каждая меловальная композиция также содержала стирол-бутадиеновое связующее (SB-латекс), поливинилацетатное диспергирующее средство (ПВА) и синтетический загуститель.
В каждом образце массовое отношение GCC, SB-латекса, ПВА загустителя было одно и то же, то есть каждый образец содержал 100 частей GCC, 9 частей SB-латекса, 0,4 частей ПВА и 0,1 частей загустителя.
Для каждой меловальной композиции C2, C4 и C6 определяли максимальное содержание сухого вещества путем проведения испытаний на лабораторном меловальном станке; требуемые разбавления в каждом испытании проводили до тех пор, пока шаберное устройство не было абсолютно чистым, и на шаберном устройстве можно было обеспечить приемлемую нагрузку (максимальный прогиб шабера (нагрузка) 8 мм, жесткий шабер). Результаты приведены в таблице 1.
Меловальные композиции C2, C4 и C6 наносили на бумагу, и для каждого образца бумаги определи степень глянца листа (Tappi 75°). Результаты приведены в таблице 1.
| Таблица 1 Максимальное содержание сухого вещества (меловального пигмента) в меловальных композициях и степень глянца листа бумаги, полученной с применением меловальных композиций |
||
| Меловальная композиция | Максимальное содержание сухого вещества (масс.%) | Степень глянца листа Tappi 75° (%) |
| С4 (получена с применением суспензии AS4) | 71,2 | 77/76 |
| С2 (получена с применением | 70,4 | 78/77 |
| суспензии AS2) | ||
| С6 (получена с применением суспензии AS6) | 69,2 | 78/79 |
1. Водная суспензия, содержащая минеральный материал, в котором процентное содержание по массе (Р5) частиц с диаметром менее 5,0 мкм составляет от 98,5% до 90%, процентное содержание по массе (Р2) частиц с диаметром менее 2,0 мкм составляет от 96% до 80%, в котором отношение P2/P5 находится в диапазоне от 0,98 до 0,85 и где содержание сухого вещества в суспензии составляет более 78 масс.%.
2. Суспензия по п.1, в которой минеральный материал выбран из карбоната кальция, глины или любой их смеси, более предпочтительно - из природного измельченного карбоната кальция.
3. Суспензия по п.2, в которой природный измельченный карбонат кальция выбран из мрамора, известняка, мела или любой их смеси.
4. Суспензия по одному из пп.1-3, в минеральном материале которой процентное содержание по массе (P1) частиц с диаметром менее 1,0 мкм составляет от 88% до 60% и/или в котором отношение P1/P5 находится в диапазоне от 0,75 до 0,65.
5. Суспензия по п.4, где суспензия не содержит частиц латекса.
6. Суспензия по п.5, в которой природный измельченный карбонат кальция содержит первую фракцию, в которой процентное содержание по массе Р5(F1) частиц с диаметром менее 5,0 мкм составляет от 75% до 85% и средний диаметр частиц d50 составляет от 2,0 до 3,0 мкм; и вторую фракцию, в которой процентное содержание по массе P2(F2) частиц с диаметром менее 2,0 мкм составляет от 85% до 100% и средний диаметр частиц d50 составляет от 0,3 до 0,65 мкм.
7. Суспензия по п.6, в которой отношение среднего диаметра частиц d50 первой фракции к среднему диаметру частиц d50 второй фракции составляет по меньшей мере 3,5.
8. Суспензия по п.6 или 7, в которой массовое отношение первой фракции ко второй фракции составляет от 5/95 до 20/80.
9. Минеральный материал, в котором процентное содержание по массе (P5) частиц с диаметром менее 5,0 мкм составляет от 98,5% до 90%, процентное содержание по массе (P2) частиц с диаметром менее 2,0 мкм составляет от 96% до 80%, в котором отношение P2/P5 находится в диапазоне от 0,98 до 0,85.
10. Минеральный материал по п.9, в котором минеральный материал представляет собой сухой минеральный материал.
11. Способ получения водной суспензии с содержанием сухого вещества более 78 масс.%, при котором обеспечивают первую фракцию F1 минерального материала, в которой процентное содержание по массе P5(F1) частиц с диаметром менее 5,0 мкм составляет от 75% до 85% и средний диаметр частиц d50 составляет от 2,0 до 3,0 мкм; и обеспечивают вторую фракцию F2 минерального материала, в которой процентное содержание по массе Р2(F2) частиц с диаметром менее 2,0 мкм составляет от 85% до 100% и средний диаметр частиц d50 составляет от 0,3 до 0,65 мкм; и обе фракции диспергируют в воде.
12. Способ по п.11, в котором массовое отношение первой фракции ко второй фракции находится в диапазоне от 5/95 до 20/80.
13. Способ по п.12, в котором первую фракцию F1 обеспечивают в виде сухого минерального материала.
14. Способ по п.13, в котором вторую фракцию обеспечивают в виде водной суспензии.
15. Способ по п.14, в котором к суспензии добавляют диспергирующее средство.
16. Применение водной суспензии по одному из пп.1-8 для применений на мокром этапе производства бумаги, для нанесения мелованных покрытий, в частности мелованных покрытий на бумагу, для нанесения лакокрасочных покрытий, для областей применения, связанных с заполнением пустот, для бетона и/или герметиков.
17. Применение минерального материала по п.9 или 10 в областях применения, связанных с пластиками.
