Минеральная композиция для применения главным образом в наполнителях бумаги и покрытиях, наносимых на бумагу или пластик
Изобретение относится к минеральной композиции с высокой адсорбционной способностью, которая может быть использована в качестве наполнителя или покрывающего агента для различных субстратов. Минеральная композиция содержит минеральные частицы на основе карбоната кальция. Частицы карбоната кальция, спрессованные в виде пласта, имеют определяемые по объему средний диаметр пор от 0,01 до 0,04 мкм и полидисперсность размеров пор, общий удельный объем пор 0,1-0,3 см3/г и мономодальное распределение пор по диаметрам. Предложенная минеральная композиция обладает регулируемым распределением пор по размерам и капиллярностью, что обеспечивает ей повышенную адсорбционную способность при применении на субстратах. 7 н. и 6 з.п. ф-лы, 4 ил., 6 табл., 12 пр.
Область изобретения
Настоящее изобретение касается минеральной композиции с высокой адсорбционной способностью. В частности, настоящее изобретение касается наполнителей и покрытий для печатной бумаги с высокой адсорбционной способностью.
Предпосылки изобретения
Минеральные наполнители используются в большом масштабе при производстве бумаги. Их функция состоит в основном из увеличения матовости бумаги и уровня яркости. Относительно недорогие минеральные наполнители включают каолин, природный карбонат кальция, такой как измельченный карбонат кальция, осажденный карбонат кальция, тальк и сульфаты кальция. Кроме оптических свойств минеральные наполнители также влияют на массу, объем, пористость, механические свойства, в частности прочность на разрыв, гладкость поверхности и характеристики печати.
В патенте США 5292365 раскрыт один продукт, который можно использовать в равной степени как наполнитель для бумаги и как покрывающий пигмент, имеющий:
a) ромбоэдрическую или круглую форму частиц;
b) коэффициент крутизны (диаметр частиц в мкм при 50% масс./диаметр частиц в мкм при 20% масс.(d50/d20) от 1,1 до 1,4;
c) отношение R (% масс. частиц <1 мкм/% масс. частиц <0,2 мкм), равное 8-19; и
d) средний диаметр частиц от 0,4 до 1,5 мкм. Средний диаметр частиц продуктов по изобретению соответствует диаметру частиц в мкм, получаемому на оси Х при значении по оси Y, соответствующем 50% масс. частиц.
Верхний порог составляет от 4 до 7 мкм. Термин "верхний порог" обозначает размер (в мкм) самых крупных частиц продукта. Например, верхний порог 10 мкм означает, что 100% частиц имеют размер менее 10 мкм. Авторы настоящего изобретения определяют верхний порог как d98, так как фактически граница 100% изменяется, по меньшей мере, на ±0,5% (величина ошибки).
В WO 2009009553 раскрыты композиции осажденного карбоната кальция для покрытия, демонстрирующего улучшенную матовость, глянец листа, печатный глянец и яркость. Композиции осажденного карбоната кальция характеризуются тем, что имеют содержание кристаллического арагонита более чем или равное примерно 30% масс. относительно общей массы композиции. Кроме того, частицы в количестве, меньшем или равном примерно 10% масс., имеют размер частиц, меньший или равный примерно 0,25 мкм. Частицы в количестве, меньшем или равном примерно 4% масс., имеют размер, более чем или равный примерно 2,0 мкм, и коэффициент крутизны распределения частиц по размерам ((d30/d70)*100), больше или равный примерно 50.
В патентной заявке США 2006292305 описана композиция с первым компонентом пигмента, содержащим измельченный порошковый карбонат кальция (GCC), имеющий коэффициент крутизны ((d30/d70)*100) распределения частиц по размерам (psd) в диапазоне от примерно 30 до примерно 45 и второй компонент пигмента, содержащий осажденный порошковый карбонат кальция (РСС), имеющий фактор крутизны psd в диапазоне от примерно 55 до примерно 75 и d50 не более 0,5.
В Канадском патенте 1150908 раскрыта композиция карбоната кальция с соотношением R (% частиц <1 мкм/% частиц <0,2 мкм) больше 3,5.
В EP 1452489 A1 раскрыт материал для придания тиксотропных свойств, причем указанный материал содержит поверхностно-обработанный карбонат кальция. Карбонат кальция с обработанной поверхностью получают обработкой карбоната кальция жирными кислотами, смоляными кислотами, такими как абиетиновая кислота, дегидроабиетиновая кислота и дигидроабиетиновая кислота; силановыми связующими агентами, такими как винилсилан, аминосилан и меркаптосилан; смолами, такими как полиэтиленовые, полипропиленовые и уретановые смолы; и полимерными диспергирующими агентами.
Краткое содержание изобретения
Хотя прототипы сфокусированы почти исключительно на размерах частиц, авторы настоящего изобретения обнаружили, что средний диаметр пор минеральной композиции имеет исключительно важное значение для оптимальной адсорбции.
Заявители настоящего изобретения неожиданно обнаружили, что разделение более крупных частиц и более мелких в процессе применения, например, нанесения покрытия на различные подложки, может приводить к различной пористой структуре конечного покрытия. Следовательно, пористая структура не может регулироваться только распределением частиц по размерам.
Кроме того, разделению больших молекул чернил/красителя на поверхности бумаги способствует исключение размеров на поверхности и покрытие с большим объемом пор, позволяющее проходить растворителю чернил в бумажную основу и удерживающее молекулы чернил на поверхности. Это предполагает необходимость получения пористого состава покрытия. Следовательно, одной целью настоящего изобретения является введение минеральных композиций с тщательно регулируемым распределением пор по размерам и капиллярностью.
Другая цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы ввести такую оптимальную абсорбцию растворителя чернил в бумажную массу посредством добавления в качестве наполнителя для бумаги минеральных композиций с тщательно регулируемым распределением пор по размерам и капиллярностью.
Таким образом, один аспект настоящего изобретения касается обеспечения минеральной композиции, содержащей минеральные частицы, где указанные минеральные частицы, если они плотно спрессованы в виде пласта, имеют определяемый объемом средний диаметр пор от 0,01 до 0,04 мкм и имеют общий внедренный удельный объем пор 0,1-0,3 см3/г.
Другим аспектом настоящего изобретения является создание минеральной суспензии для композиций покрытия, где указанная суспензия содержит частицы минерала, причем указанные минеральные частицы, если они плотно спрессованы в виде пласта, имеют определяемый объемом средний диаметр пор от 0,01 до 0,04 мкм и имеют общий внедренный удельный объем пор 0,1-0,3 см3/г.
Еще один аспект настоящего изобретения касается обеспечения композиции покрытия, включающей минеральную композицию, которая содержит минеральные частицы, где указанные минеральные частицы, если они плотно спрессованы в виде пласта, имеют определяемый по объему средний диаметр пор от 0,01 до 0,04 мкм и имеют общий внедренный удельный объем пор 0,1-0,3 см3/г.
Еще один аспект настоящего изобретения касается обеспечения наполнителя для бумажных составов, где указанный наполнитель содержит минеральную композицию, которая включает минеральные частицы, где указанные минеральные частицы, если они плотно спрессованы в виде пласта, имеют определяемый по объему средний диаметр пор от 0,01 до 0,04 мкм и имеют общий внедренный удельный объем пор 0,1-0,3 см3/г.
Еще один аспект настоящего изобретения касается обеспечения бумаги, включающей композицию покрытия, где указанная композиция покрытия содержит минеральную композицию, которая включает минеральные частицы, где указанные минеральные частицы, если они плотно спрессованы в виде пласта, имеют определяемый по объему средний диаметр пор от 0,01 до 0,04 мкм и имеют общий внедренный удельный объем пор 0,1-0,3 см3/г.
Другой аспект настоящего изобретения касается получения бумаги, включающей наполнитель, где указанный наполнитель содержит минеральную композицию, которая включает минеральные частицы, где указанные минеральные частицы, если они плотно спрессованы в виде пласта, имеют определяемый по объему средний диаметр пор от 0,01 до 0,04 мкм и имеют общий внедренный удельный объем пор 0,1-0,3 см3/г.
Один аспект настоящего изобретения касается способа получения мелкодисперсной фракции минеральных частиц из загружаемого материала, где мелкодисперсная фракция минеральных частиц, если они плотно спрессованы в виде пласта, имеет определяемый по объему средний диаметр пор от 0,01 до 0,04 мкм, а также имеет общий внедренный удельный объем пор 0,1-0,3 см3/г, при этом способ включает:
- подачу сырья на измельчающее устройство, производящее первый измельченный загружаемый материал;
- загрузку первого измельченного загружаемого материала в дисковую стековую центрифугу, производящую две фракции минеральных частиц, одна из которых представляет собой мелкодисперсную фракцию минеральных частиц, и вторая представляет собой грубую фракцию минеральных частиц;
- загрузку части или всей грубой фракции минеральных частиц на измельчающее устройство и/или в дисковую стековую центрифугу и/или удаление части или всей грубой фракции минеральных частиц.
Другой аспект настоящего изобретения касается способа получения мелкодисперсной фракции минеральных частиц, где мелкодисперсная фракция минеральных частиц, если они плотно спрессованы в виде пласта, имеет определяемый по объему средний диаметр пор от 0,01 до 0,04 мкм и имеет общий внедренный удельный объем пор 0,1-0,3 см3/г, при этом способ включает:
- подачу сырья на одно или несколько измельчающих устройств для сухой и/или влажной обработки, производящих указанную мелкодисперсную фракцию минеральных частиц за одну или более стадий измельчения.
Краткое описание фигур
На фигуре 1 показаны кривые внедрения ртути для образцов 1-7.
На фигуре 2 показаны кривые распределения пор по размерам для образцов 1-7.
На фигуре 3 показан пример способа получения минеральных частиц по настоящему изобретению.
И на фигуре 4 показаны кривые проявления связующей силы для покрытий, полученных на основе примеров 3 и 6.
Далее настоящее изобретение будет описано более подробно.
Подробное описание изобретения
Оба типа бумаги, офсетная и для струйных принтеров, произведены со свойствами, которые препятствуют растеканию чернил и, следовательно, способствуют хорошим печатным свойствам. Тем не менее, в настоящее время многоцелевая офисная бумага часто имеет качество, неудовлетворительное для струйной печати, ротационной глубокой печати или офсетной печати.
Таким образом, существует потребность в многоцелевой бумаге с покрытием и, в частности, в бумаге, пригодной для струйной печати, ротационной глубокой печати или офсетной печати, которая дает улучшенное качество печати без соответствующего увеличения производственных затрат.
Известно, что для содействия адсорбции красителя, как правило, используют различие зарядов адсорбента и адсорбата, соответственно, поверхности бумаги и молекул красителя. Если минеральные частицы присутствуют в составе покрытия, собственные адсорбционные свойства минеральных частиц в отношении красителей для чернил могут предложить альтернативу по снижению количества катионных добавок, необходимых для обеспечения заданной оптической плотности. Хотя прототипы сфокусированы почти исключительно на размерах частиц, авторы настоящего изобретения обнаружили, что для оптимальной адсорбции исключительно важное значение имеет средний диаметр пор минеральной композиции.
Отделению больших молекул чернил/красителя на поверхности бумаги способствует исключение размера на поверхности и покрытие с большим объемом пор, позволяющее проходить растворителю чернил в бумажную основу и удерживающее молекулы чернил на поверхности. Это предполагает необходимость получения пористого состава покрытия. Таким образом, одной из целей настоящего изобретения является введение минеральных композиций с тщательно регулируемым распределением пор по размерам и капиллярностью.
В данном контексте, термин "капиллярность" следует понимать как явление, при котором растворитель чернил самопроизвольно протекает в поры, образованные минеральными частицами.
В качестве типичной тестовой системы для описания минеральной композиции, содержащей минеральные частицы, получают плотно спрессованный пласт в устройстве для влажного прессования таблеток (Gane и другие 2000, Ridgway и другие 2004) из водной суспензии минеральных частиц, прилагая постоянное давление (15 бар) к суспензии/пасте, пока не освободятся от воды посредством фильтрования через мелкий 0,025 мкм мембранный фильтр. Этим способом производят таблетки диаметром около 4 см, толщиной 1,5-2,0 см, которые можно дробить и придавать образцам конфигурацию, подходящую для последующего анализа. Таблетки вынимают из устройства и сушат в сушильном шкафу при 60°С в течение 24 час. Типичная тестовая система является общепринятой и раскрыта в работах (1) Ridgway, C. J., Gane P. A. C, Schoelkopf, J. (2004): "Модифицированные покрытия из карбоната кальция с быстрой абсорбцией и большой способностью поглощения жидкости", Colloids and Surfaces A, 236 (1-3), 91; (2) Gane, P.A.C., Kettle, J. P., Matthews, G. P. and Ridgway CJ. (1996): "Пористая структура сжимаемых полимерных сфер и консолидированных препаратов карбоната кальция для покрытия бумаги", Industrial & Engineering Chemistry Research Journal 35 (5), 1753-1764; (3) Gane, P.A.C., J. Schoelkopf, D.C. Spielmann, G.P. Matthews, C.J. Ridgway, Tappi J. 83 (2000) 77.
Части каждой таблетки характеризуют методом ртутной порозиметрии на пористость, общий внедренный удельный объем пор и распределение пор по размерам, используя ртутный порозиметр Micromeritics Autopore IV. Эксперимент методом ртутной порозиметрии включает откачку пористого образца для удаления захваченного газа, после чего образец погружают в ртуть. Количество ртути, вытесненное образцом, позволяет рассчитать общий объем образца Vобщ. Затем прилагают давление к ртути, чтобы она внедрилась в образец через поры, связанные с внешней поверхностью.
Максимальное приложенное к ртути давление составляет 414 МПа, что эквивалентно диаметру канала по Лапласу 0,004 мкм. Данные корректируют, используя программу Pore-Comp для ртути и эффектов пенетрометра, а также для компрессии образца. Взяв первую производную кривых совокупного внедрения, выявляют распределение пор по размерам на основе эквивалентного диаметра Лапласа, неминуемо включающее экранирование пор. Рассчитывают определяемый по объему средний диаметр пор из кривой внедрения ртути и рассчитывают FWHM из кривой распределения пор по размерам. В данном контексте выражение "внедренный общий удельный объем пор» следует понимать как объем пор, измеренный описанным выше способом (ртутной порозиметрией).
В контексте настоящего изобретения выражение "минеральная композиция" относится к композиции, содержащей минеральные частицы в виде отдельных частиц, т.е. не в гранулированном виде. Термин "минеральный" относится к элементу или химическому соединению, которое обычно является кристаллическим, например к карбонату кальция.
В контексте настоящего изобретения термин "пора" следует понимать как описывающий пространство, которое обнаруживается между минеральными частицами, т.е. формируется минеральными частицами, и которое позволяет прохождение или абсорбцию жидкостей. Поры можно определять средним диаметром пор.
Другой целью настоящего изобретения является введение такой оптимальной абсорбции растворителя чернил в бумажную массу посредством добавления в качестве наполнителя для бумаги минеральных композиций с тщательно регулируемым распределением пор по размерам и капиллярностью.
В данном контексте выражение "определяемый объемом средний диаметр пор" относится к размеру пор, ниже которого 50% удельных объемов пор меньше эквивалентного диаметра капилляра, определяемого уравнением Янга-Лапласа, где уравнение Янга-Лапласа применяют к данным по порозиметрии с внедрением ртути (процедура описана выше).
Также в контексте настоящего изобретения выражение "внедренный общий удельный объем пор" следует понимать как описывающее измеренный объем пор (который обнаруживают между минеральными частицами) на единицу массы минеральных частиц.
Настоящее изобретение включает открытие, состоящее в том, что улучшенные свойства можно получить, если на субстрат, например на бумагу, нанести покрытие из композиции покрытия, которая содержит минеральную композицию, включающую минеральные частицы, где указанные минеральные частицы, если они плотно спрессованы в виде пласта, имеют определяемый по объему средний диаметр пор от 0,01 до 0,04 мкм и имеют внутренний суммарный удельный объем пор 0,1-0,3 см3/г.
В контексте настоящего изобретения термин "субстрат" следует понимать как любой материал, имеющий поверхность, пригодную для печати или рисования, такой как бумага, картон, пластик, ткань, дерево, металл, бетон или мазь.
В контексте настоящего изобретения термин «пластик» относится к природному или синтетическому полимерному материалу. Неограничительными примерами являются полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид, сложный полиэфир, например полиэфир акриловой кислоты, гомо- или сополимеры или их смеси. Пластик может необязательно иметь минеральный наполнитель, органический пигмент, неорганический пигмент или их смеси.
В данном контексте термин "ткань" относится к гибкому материалу, состоящему из сетки из природного или искусственного волокна.
Таким образом, один аспект настоящего изобретения касается получения минеральной композиции, содержащей минеральные частицы, где указанные минеральные частицы, если они плотно спрессованы в виде пласта, имеют определяемый по объему средний диаметр пор от 0,01 до 0,04 мкм и имеют внедренный общий удельный объем пор 0,1-0,3 см3/г.
В одном варианте настоящего изобретения определяемый по объему средний диаметр пор составляет величину в диапазоне от 0,01 мкм до 0,039 мкм и внедренный общий удельный объем пор в диапазоне от 0,10 см3/г до 0,28 см3/г; например определяемый объемом средний диаметр пор в диапазоне от 0,015 мкм до 0,035 мкм и общий внедренный удельный объем пор в диапазоне от 0,15 см3/г до 0,27 см3/г, например определяемый объемом средний диаметр пор в диапазоне от 0,017 до 0,033 мкм и внедренный общий удельный объем пор в диапазоне от 0,20 см3/г до 0,25 см3/г, например определяемый объемом средний диаметр пор в диапазоне от 0,019 до 0,030 мкм и имеет внедренный общий удельный объем пор в диапазоне от 0,21 см3/г до 0,24 см3/г.
В другом варианте настоящего изобретения определяемый по объему средний диаметр пор составляет величину в диапазоне от 0,013 мкм до 0,038 мкм, например в диапазоне от 0,018 мкм до 0,036 мкм, такую как величина в диапазоне от 0,021 мкм до 0,034 мкм, например в диапазоне от 0,023 мкм до 0,028 мкм.
Еще в одном варианте настоящего изобретения внедренный общий удельный объем пор равен объему в диапазоне от 0,10 см3/г до 0,29 см3/г, например в диапазоне от 0,11 см3/г до 0,28 см3/г, такому как объем в диапазоне от 0,12 см3/г до 0,27 см3/г, например в диапазоне от 0,13 см3/г до 0,26 см3/г, такому как объем в диапазоне от 0,14 см3/г до 0,26 см3/г, например в диапазоне от 0,15 см3/г до 0,25 см3/г, такому как объем в диапазоне от 0,16 см3/г до 0,25 см3/г, например в диапазоне от 0,17 см3/г до 0,24 см3/г, такому как объем в диапазоне от 0,18 см3/г до 0,23 см3/г, например в диапазоне от 0,19 см3/г до 0,22 см3/г, такому как объем в диапазоне от 0,20 см3/г до 0,21 см3/г.
Выражение "мономодальное распределение пор по размерам", которое здесь используют, относится к коллекции пор, которые имеют один четко различимый максимум на кривой распределения пор по размерам (интенсивность по оси ординат или Y-оси и размер пор по оси абсцисс или X-оси). Бимодальное распределение пор по размерам относится к коллекции пор, имеющих два четко заметных максимума на кривой распределения пор по размерам. Таким образом, общее определение «n-модальное распределение пор по размерам» относится к коллекции пор, имеющих n четко распознаваемых максимумов на кривой распределения пор по размерам, где n равно целому числу. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что можно получить лучшее регулирование скорости абсорбции посредством минеральной композиции мультивязких смесей растворителей чернил, используя n-модальное распределение пор по размерам, где n≥2 (больше или равно двум).
Выражение "определяемая объемом полидисперсность размера пор" следует понимать как характеристику, описывающую ширину распределения пор по величине диаметров, которые можно найти среди минеральных частиц. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что можно получить лучшее регулирование скорости абсорбции посредством минеральной композиции, когда определяемая объемом полидисперсность размера пор, выраженная как полная ширина при максимальной высоте (FWMH), соответствует диапазону от 0,01 до 0,03 мкм.
Полная ширина на половине максимальной высоты (FWHM) является выражением величины функции, определяемой разностью между двумя экстремальными значениями независимой переменной, при которых зависимая переменная равна половине максимального значения. Технический термин «полная ширина на половине максимальной высоты» или FWHM используют для аппроксимации распределения большинства пор по диаметрам, т.е. полидисперсности размеров пор. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что можно получить лучшее регулирование скорости абсорбции растворителя чернил в порах/капиллярах, если поры имеют одинаковый размер, по сравнению с более широким распределением по размерам.
В одном варианте настоящего изобретения минеральные частицы, если плотно спрессованы в виде пласта, имеют мономодальное распределение пор по диаметрам и определяемую объемом полидисперсность размера пор, выраженную как полная ширина на максимальной высоте (FWMH), менее или равную до 0,035 мкм, такую как полидисперсность в диапазоне от 0,005 мкм до 0,033 мкм, например 0,030 мкм, такую как полидисперсность от 0,01 мкм до 0,028 мкм, например 0,025 мкм, такую как полидисперсность от 0,015 мкм до 0,021 мкм, например 0,020 мкм, такую как полидисперсность от 0,016 мкм до 0,019 мкм.
В одном варианте настоящего изобретения минеральные частицы, если плотно спрессованы в виде пласта, имеют бимодальное или мультимодальное распределение пор по диаметрам.
В другом варианте настоящего изобретения минеральные частицы, если плотно спрессованы в виде пласта, имеют мономодальное распределение пор по диаметрам.
Еще в одном варианте настоящего изобретения минеральные частицы содержат карбонат кальция, в частности выбранный из природного карбоната кальция или осажденного карбоната кальция или их смесей. Предпочтительно, если минеральные частицы содержат такой карбонат кальция, как PCC (осажденный карбонат кальция), модифицированный карбонат кальция (в частности, в WO 00/39222, WO 2004/083316, WO 2005/121257) или GCC (измельченный карбонат кальция) и их комбинации.
В контексте настоящего изобретения термин "минеральная суспензия» относится к суспензии частиц минеральной композиции в жидкости, предпочтительно в воде. Предпочтительно, чтобы минерал имел более высокую удельную массу, выраженную в г/мл, относительно жидкости.
Другой аспект настоящего изобретения касается получения минеральной суспензии для композиций покрытий, где указанная суспензия содержит минеральные частицы, и указанные минеральные частицы, если плотно спрессованы в виде пласта, имеют определяемый объемом средний диаметр пор от 0,01 до 0,04 мкм и имеют общий внедренный удельный объем пор 0,1-0,3 см3/г.
Еще один аспект настоящего изобретения касается получения композиции покрытия, содержащей минеральную композицию, которая включает минеральные частицы, где указанные минеральные частицы, если плотно спрессованы в виде пласта, имеют определяемый объемом средний диаметр пор от 0,01 до 0,04 мкм и имеют общий внедренный удельный объем пор 0,1-0,3 см3/г.
Еще один аспект настоящего изобретения касается получения наполнителя для бумажных составов, где указанный наполнитель содержит минеральную композицию, которая включает минеральные частицы, и указанные минеральные частицы, если плотно спрессованы в виде пласта, имеют определяемый объемом средний диаметр пор от 0,01 до 0,04 мкм и имеют внутренний суммарный удельный объем пор 0,1-0,3 см3/г.
Еще один аспект настоящего изобретения касается получения бумаги, включающей композицию покрытия, где указанная композиция покрытия содержит минеральную композицию, которая включает минеральные частицы, и указанные минеральные частицы, если плотно спрессованы в виде пласта, имеют определяемый объемом средний диаметр пор от 0,01 до 0,04 мкм и имеют внутренний суммарный удельный объем пор 0,1-0,3 см3/г.
Другой аспект настоящего изобретения касается получения бумаги, включающей наполнитель, где указанный наполнитель содержит минеральную композицию, которая включает минеральные частицы, где указанные минеральные частицы, если плотно спрессованы в виде пласта, имеют определяемый объемом средний диаметр пор от 0,01 до 0,04 мкм и имеют общий внедренный удельный объем пор 0,1-0,3 см3/г.
В другом варианте настоящего изобретения состав минеральной композиции выбран из группы, включающей композицию покрытия, наполнитель, поверхностный наполнитель и минеральную суспензию, где указанная минеральная композиция содержит минеральные частицы, и указанные минеральные частицы, если плотно спрессованы в виде пласта, имеют определяемый объемом средний диаметр пор от 0,01 до 0,04 мкм и имеют общий внедренный удельный объем пор 0,1-0,3 см3/г.
Еще один аспект настоящего изобретения касается подложки, содержащей минеральную композицию, которая включает минеральные частицы, где указанные минеральные частицы, если плотно спрессованы в виде пласта, имеют определяемый объемом средний диаметр пор от 0,01 до 0,04 мкм и имеют внедренный общий удельный объем пор 0,1-0,3 см3/г.
В одном варианте настоящего изобретения субстрат содержит один или несколько составов минеральных композиций, причем указанный состав выбран из группы, включающей композицию покрытия, наполнитель, поверхностный наполнитель и минеральную суспензию или их смеси.
В другом варианте настоящего изобретения субстрат выбран из группы, включающей бумагу, картон, пластик, ткань, дерево, металл, бетон или мазь.
Один аспект настоящего изобретения касается применения минеральной композиции, которая включает минеральные частицы, где указанные минеральные частицы, если плотно спрессованы в виде пласта, имеют определяемый объемом средний диаметр пор от 0,01 до 0,04 мкм и имеют внедренный общий удельный объем пор 0,1-0,3 см3/г в бумаге, картоне, пластике, ткани, дереве, металле, бетоне или мази.
Другой аспект настоящего изобретения касается применения минеральной композиции, которая включает минеральные частицы, где указанные минеральные частицы, если плотно спрессованы в виде пласта, имеют определяемый объемом средний диаметр пор от 0,01 до 0,04 мкм и имеют общий внедренный удельный объем пор 0,1-0,3 см3/г при использовании в отношении бумаги, например при производстве бумаги, в покрытии бумаги, верхнем покрытии бумаги для струйной печати, при офсетной печати.
Еще один аспект настоящего изобретения касается применения минеральной композиции, которая включает минеральные частицы в приложении к ткани и картону, где указанные минеральные частицы, если плотно спрессованы в виде пласта, имеют определяемый объемом средний диаметр пор от 0,01 до 0,04 мкм и имеют общий внедренный удельный объем пор 0,1-0,3 см3/г.
В другом варианте настоящего изобретения субстрат содержит одну или более смесей композиций минеральных частиц по настоящему изобретению.
Один аспект настоящего изобретения касается способа получения мелкодисперсной фракции минеральных частиц из загружаемого материала, где мелкодисперсная фракция минеральных частиц, если плотно спрессована в виде пласта, имеет определяемый объемом средний диаметр пор от 0,01 до 0,04 мкм, а также имеет внедренный общий удельный объем пор 0,1-0,3 см3/г, при этом способ включает:
- подачу сырья на измельчающее устройство, производящее первый измельченный загружаемый материал;
- загрузку первого измельченного загружаемого материала в дисковую стековую центрифугу, производящую две фракции минеральных частиц, одна из которых представляет собой мелкодисперсную фракцию минеральных частиц и вторая представляет собой грубую фракцию минеральных частиц;
- загрузку части или всей грубой фракции минеральных частиц на измельчающее устройство и/или в дисковую стековую центрифугу и/или удаление части или всей грубой фракции минеральных частиц.
В одном варианте настоящего изобретения грубая фракция минеральных частиц, если плотно спрессована в виде пласта, имеет определяемый объемом средний диаметр пор от 0,01 до 0,04 мкм и имеет внедренный общий удельный объем пор от 0,1-0,3 см3/г.
В другом варианте настоящего изобретения грубая фракция минеральных частиц имеет меньшую удельную площадь поверхности (м2/г), чем мелкодисперсная фракция минеральных частиц, например в 0,1-100 раз меньше, например в 2 раза меньше, такую как площадь поверхности в 5-95 раз меньше, например в 10 раз меньше, такую как площадь поверхности в 15-85 раз меньше, например в 20 раз меньше, такую как площадь поверхности в 25-75 раз меньше, например в 30 раз меньше, такую как площадь поверхности в 35-65 раз меньше, например в 50 раз меньше, чем мелкодисперсная фракция минеральных частиц.
Еще в одном варианте настоящего изобретения, загружаемый материал имеет содержание загружаемых твердых веществ менее 99% от массы загружаемого материала, такое как 5%-90%, например 10%, предпочтительно 15%-85%, например 19%, такое как 20%-80%, например 25%, более предпочтительно 30%-75%, например 35%, такое как 40%-70%, например 45%, предпочтительно 50%-65%, например 55% от массы загружаемого материала.
Конкретный вариант настоящего изобретения характеризуется тем, что способ получения мелкодисперсной фракции минеральных частиц, где мелкодисперсная фракция минеральных частиц, если плотно спрессована в виде пласта, имеет определяемый объемом средний диаметр пор от 0,01 до 0,04 мкм и имеет общий внедренный удельный объем пор 0,1-0,3 см3/г, включает следующие стадии:
- подачу сырья на измельчающее устройство, производящее первый измельченный загружаемый материал;
- загрузку первого измельченного загружаемого материала в дисковую стековую центрифугу, производящую две фракции минеральных частиц, одна из которых представляет собой мелкодисперсную фракцию минеральных частиц, и вторая представляет собой грубую фракцию минеральных частиц,
где первый измельченный загружаемый материал имеет содержание твердых частиц в диапазоне 20%-80% масс., предпочтительно в диапазоне 30%-75% масс., более предпочтительно в диапазоне 38%-70% масс.
В некоторых вариантах стадию загрузки грубой фракции минеральных частиц в дисковую стековую центрифугу можно повторять до тех пор, когда будет больше невозможно или невыгодно отделять мелкодисперсную фракцию минеральных частиц от грубой фракции минеральных частиц. Мелкодисперсная минеральная фракция повторно загружаемой в дисковую стековую центрифугу грубой фракции минеральных частиц может быть идентична предыдущей фракции, более грубой или более мелкой. Различные мелкодисперсные фракции минеральных частиц можно использовать отдельно или в виде смеси различных мелкодисперсных фракций минеральных частиц.
Другой аспект настоящего изобретения касается способа получения мелкодисперсной фракции минеральных частиц, где мелкодисперсная фракция минеральных частиц, если плотно спрессована в виде пласта, имеет определяемый объемом средний диаметр пор от 0,01 до 0,04 мкм и имеет общий внедренный удельный объем пор 0,1-0,3 см3/г, при этом указанный способ включает:
- подачу сырья на одно или более измельчающих устройств для сухой и/или влажной обработки, производящих указанную мелкодисперсную фракцию минеральных частиц за одну или более стадий измельчения.
В одном варианте настоящего изобретения способ осуществляют в непрерывном режиме.
Пример способа получения минеральных частиц по настоящему изобретению показан на фигуре 3, где сырье (1) подают в измельчающее устройство (6), производящее первый измельченный загружаемый материал (3). Затем первый измельченный загружаемый материал (3) подают в дисковую стековую центрифугу (7), производящую мелкодисперсную фракцию минеральных частиц (4) и грубую фракцию минеральных частиц (2). Грубую фракцию минеральных частиц (2) можно отделить как грубую фракцию продукта (5) или подать обратно на измельчающее устройство (6).
В одном варианте настоящего изобретения мелкодисперсная фракция минеральных частиц, если плотно спрессована в виде пласта, имеет мономодальное распределение пор по диаметрам. В другом варианте настоящего изобретения мелкодисперсная фракция минеральных частиц, если плотно спрессована в виде пласта, имеет определяемую объемом полидисперсность размеров пор, выражаемую как полная ширина при максимальной высоте (FWMH), в диапазоне от 0,01 до 0,03 мкм.
Еще в одном варианте настоящего изобретения мелкодисперсная фракция минеральных частиц, если плотно спрессована в виде пласта, имеет двух- или мультимодальное распределение пор по диаметрам.
Следует отметить, что варианты и отличительные признаки, описанные в контексте одного из аспектов настоящего изобретения, также применимы к другим аспектам данного изобретения.
Все патентные и непатентные материалы, цитированные в настоящем описании, включены тем самым в качестве ссылок во всей своей полноте.
Теперь изобретение будет описано более подробно в следующих неограничительных примерах.
Примеры
Общая информация по примерам:
все размеры частиц и средние диаметры определяют, используя анализаторы Malvern Mastersizer 2000 S, Malvern Instruments Ltd., Enigma Business Park, Grovewood Road, Malvern, Worcestershire, UK. WR14 1XZ при следующих параметрах.
Процедура определения PSD (распределение частиц по размерам) для образца
Необходимые условия:
инструмент: Malvern Mastersizer 2000S с пробоотборником HydroS.
В качестве воды для разбавления используют воду ASTM типа II.
Malvern Mastersizer очищен и не имеет загрязнений из катионного заряженного материала.
Инструмент правильно установлен и отрегулирован.
Управление прибором осуществляет опытный и обученный оператор.
До проведения определений проводят проверочный стандартный эксперимент на материале, аналогичном материалу, предназначенному к определению.
Образец, предназначенный к определению, полностью гомогенизируют.
Устанавливают следующие параметры инструментальных измерений:
показатель преломления частиц: 1,570;
показатель преломления синего света частиц: 1,570;
название диспергатора: вода;
модель анализа: общепринятый, нестандартный;
абсорбция: 0,005;
абсорбция синего света: 0,005;
показатель преломления диспергатора: 1,330;
чувствительность: стандартная;
диапазон размеров: 0,020-2000,000;
количество результирующих полос: 66;
результирующая эмуляция: не возможна;
результирующие единицы: мкм;
время измерения фона и фона для синего света: 15 с;
время тестирования: 15 с.
1.1. Подготовка оборудования
1.1.1. Выполнить 3 цикла очистки Malvern.
1.1.2. По завершении циклов очистки во вспомогательном модуле нажать кнопку "Выпуск" и разрешить осушение Hydro S.
1.1.3. Когда Hydro S осушен, закрыть сливной клапан, нажав на кнопку "сливной клапан".
1.1.4. Медленно добавить воду ASTM типа II в Hydro S, пока камера, следующая за "обнаруживаемая жидкость", не станет зеленой.
1.1.5. Скорость работы линейного насоса 3010 об/мин. Поддерживать эту скорость в течение измерений.
1.1.6. Продолжать заполнение полости водой ASTM типа II.
1.1.7. Перед нажатием кнопки «старт» добавить в пробоотборник Hydro S небольшое количество (~1 мл) диспергатора полиакрилата натрия/кальция с концентрацией ~35% масс., имеющего молекулярную массу (Mw) 5500 и полидисперсность 2,7.
1.1.8. Разрешить диспергатору циркулировать в течение не менее 1 мин перед добавлением образца, подлежащего определению.
1.2. Пример измерения
1.1. Не применять обработку ультразвуком до или во время определения образца.
1.2. Когда инструмент готов для определения, добавить образец, используя шприц на 3 мл, пока не будет достигнуто потемнение 13-25, предпочтительно 20.
1.3. При добавлении образца обращаться с ним аккуратно, чтобы не разбрызгивать образец или не сделать что-то еще, что может впустить пузырьки воздуха.
1.4. Начать анализ.
1.5. В случае сомнительных результатов, выполнить стандартную проверку инструмента, убедиться, что прибор работает должным образом.
В примере 5 также используют Sedigraph 5100 для получения результатов, приведенных в % масс.
Удельную площадь поверхности по БЭТ в м2/г измеряют согласно стандартному способу ISO 4652 (1994).
Все массы, молекулярные массы (Mw), числовые молекулярные массы (Mn) и соответствующие полидисперсности различных полимеров определяют для 100% мольн. натриевой соли при рН 8 методом водной гель-проникающей хроматографии (ГПХ), откалиброванным по сериям из пяти стандартных полиакрилатов натрия, поставляемых Polymer Standard Service и обозначенных PSS-PAA 18 K, PSS-PAA 8K, PSS-PAA 5K, PSS-PAA 4K and PSS-PAA 3K.
Примеры, представляющие прототипы
Пример 1
Дробленый сухим способом на молотковой мельнице и далее измельченный сухим способом и отсортированный воздушным циклонным способом мрамор из области Villach, Austria, демонстрирующий d50 3,0 мкм, d98 12,5 мкм и удельную площадь поверхности 2,3 м2/г. Процесс сухого измельчения в шаровой мельнице с применением гранул Silpex 2,5 см включает использование 1000 млн.д. (относительно сухого карбоната кальция) вспомогательного средства на основе триэтаноламина для сухого измельчения. Фракция <2 мкм составляет 30,3% об., и фракция <1 мкм составляет 5,6% об.
Пример 2
Аутогенный измельченный влажным способом мрамор Vermont, имеющий d50 45 мкм, подвергают влажному измельчению до d50 2,2 мкм. Влажное измельчение проводят при 78% масс. твердых веществ в водопроводной воде в вертикальной мельнице тонкого помола для объема 1500 л в непрерывном режиме, используя гранулы 1-1,5 мм из силиката циркония и диспергатор 0,63% масс. полиакрилат натрия/кальция, имеющий молекулярную массу (Mw) 5500 и полидисперсность 2,7. Это соответствует в общей сложности 0,70% масс. полиакрилата натрия/кальция относительно сухого карбоната кальция. Конечный продукт имеет d98 13,0 мкм и удельную площадь поверхности 6,0 м2/г. Фракция <2 мкм составляет 46,3% об., и фракция <1 мкм составляет 22,6% об.
Пример 3
Продукт из примера 2 дополнительно измельчают влажным способом при тех же условиях помола, как в примере 2, до d50 0,31 мкм. Влажное измельчение выполняют при 72% масс. твердых веществ в водопроводной воде в вертикальной мельнице тонкого помола для объема 1500 г в непрерывном режиме с использованием гранул 1-1,5 мм силиката циркония и 0,42% масс. диспергатора полиакрилата натрия/кальция, имеющего молекулярную массу (Mw) 5500 и полидисперсность 2,7. Конечный продукт имеет d98 3,4 мкм и удельную площадь поверхности 10,5 м2/г. Фракция <2 мкм составляет 87,7% об., и фракция <1 мкм соответствует 60,3% об.
Примеры, представляющие данное изобретение
Пример 4
Мелко размолотый мрамор из примера 2 обрабатывают в сепараторе Westfalia "Teller-Dusen Separator" при загрузке 38% твердых веществ после разбавления водопроводной водой до достижения d98 0,25 мкм, d90 0,20 мкм и d50 0,125 мкм. Процедуру выполняют, как описано в работе Erich Muller, Mechanische Trennverfahren, Band 2, Otto Salle Verlag, Frankfurth, 1983, part 4.3 Zentrifugen in Tellerseparatoren, p. 65 ff, главным образом на стр. 78 Abb. 4.31.
Пример 5
Мелко размолотый мрамор из примера 2 обрабатывают в сепараторе Westfalia "Teller-Dusen Separator" при загрузке 60,9% твердых веществ после разбавления водопроводной водой до достижения d98 0,225 мкм и d50 0,123 мкм. Процедуру выполняют, как описано в работе Erich Muller, Mechanische Trennverfahren, Band 2, Otto Salle Verlag, Frankfurth, 1983, part 4.3 Zentrifugen in Tellerseparatoren, p. 65 ff, главным образом на стр. 78 Abb. 4.31.
Пример 6
Мелко размолотый мрамор из примера 2 обрабатывают в сепараторе Westfalia "Teller-Dusen Separator" при загрузке 68,6% твердых веществ после разбавления водопроводной водой до достижения d98 0,295 мкм и d50 0,122 мкм. Процедуру выполняют, как описано в работе Erich Muller, Mechanische Trennverfahren, Band 2, Otto Salle Verlag, Frankfurth, 1983, part 4.3 Zentrifugen in Tellerseparatoren, p. 65 ff, главным образом на стр. 78 Abb. 4.31.
Пример 7
Продукт из примера 1 помещают в водопроводную воду до 75% масс. твердых веществ, используя 0,25% масс. диспергатора полиакрилата натрия/кальция, имеющего молекулярную массу (Mw) 5500 и полидисперсность 2,7, и далее измельчают влажным способом при тех же условиях помола, как в примере 2, до d50 0,12 мкм. Влажное измельчение выполняют при 45% масс. твердых веществ в водопроводной воде в вертикальной мельнице тонкого помола для объема 1500 л в непрерывном режиме, используя гранулы силиката циркона (Cermill) менее 0,315 мм и 1,4% масс. диспергатора полиакрилата натрия/кальция, имеющего молекулярную массу (Mw) 5500 и полидисперсность 2,7. Конечный продукт имеет d98 0,57 мкм и удельную площадь поверхности 35,8 м2/г. Фракция <0,5 мкм составляет 97,5% об., и фракция <0,1 мкм составляет 37,5% об. Конечный продукт имеет d90 0,90 мкм. Фракция менее 0,5 мкм составляет 96% масс., и фракция <0,2 мкм составляет 71% масс., оба результата получены седиментацией с использованием Sedigraph 5100, Micromeritics.
Пример 8
Мелко размельченный мрамор из примера 3 обрабатывают в сепараторе Westfalia "Teller-Dusen Separator" при подаче 38% масс. твердых веществ до достижения d98 0,25 мкм, d90 0,2 мкм и d50 0,12 мкм. Процедуру выполняют, как описано в работе Erich Muller, Mechanische Trennverfahren, Band 2, Otto Salle Verlag, Frankfurth, 1983, part 4.3 Zentrifugen in Tellerseparatoren, стр. 65 ff, главным образом на стр. 78 Abb. 4.31. Фракция <0,5 мкм составляет >99,5% об.
Пример 9
50 тонн аутогенного размельченного сухим способом канадского мрамора (область происхождение Perth) с d50 45 мкм и первоначальной частью нерастворимых в кислоте силикатов и диоксида кремния 6,5% масс. подвергают процессу пенной флотации для уменьшения нерастворимой в кислоте части до >1% масс., используя 500 млн.д. имидазолина таллового масла (относительно общей массы сырого мрамора) как коллектора силиката, размельчают влажным способом при 72% масс. твердых веществ в присутствии 3,0% масс. диспергатора полиакрилата натрия/магния (Mw 5500, полидисперсность 2,7) в пакетном режиме на такой же мельнице тонкого помола, как в примере 2, до такой степени тонкости, пока 99% масс. частиц не будут иметь диаметр менее 1 мкм, 88% масс. - диаметр <0,5 мкм, 69% масс. частиц - диаметр <0,2 мкм и 28% масс. частиц - диаметр <0,1 мкм. Определяют удельную площадь поверхности 28,2 м2/г (БЭТ), d90 0,58 мкм и d50 0,12 мкм.
Результаты:
Формирование плотно спрессованного пласта (прессованная таблетка)
В качестве типичной тестовой системы для описания минеральной композиции, содержащей минеральные частицы, получают плотно спрессованный пласт на аппарате для влажного прессования таблеток из водной суспензии минеральных частиц, прилагая постоянное давление (15 бар) к суспензии/пасте, пока не освободятся от воды посредством фильтрации через мелкий 0,025 мкм мембранный фильтр. Этим способом производят таблетки диаметром около 4 см, толщиной 1,5-2,0 см, которые можно дробить и придавать образцам конфигурацию, подходящую для последующего анализа. Таблетки вынимают из устройства и сушат в сушильном шкафу при 60°С в течение 24 час.
Части каждой таблетки характеризуют методом ртутной порозиметрии на пористость, общий внедренный удельный объем пор и распределение пор по размерам, используя ртутный порозиметр Micromeritics Autopore IV. Максимальное приложенное к ртути давление составляет 414 МПа, что эквивалентно диаметру канала по Лапласу 0,004 мкм. Данные корректируют с использованием программы Pore-Comp для ртути и эффектов пенетрометра, а также для компрессии образца. Беря первую производную кумулятивных кривых внедрения, получают распределение пор по размерам на основании эквивалентного диаметра Лапласа, неизбежно включая экранирование пор. Определяемый объемом средний диаметр пор рассчитывают из кривой внедрения ртути и FWHM рассчитывают из кривой распределения пор по размерам (фиг. 1 и 2).
| Таблица 1 | |||
| Собранные данные из примеров 1-9 | |||
| Образец CaCO3 | Общий внедренный удельный объем пор, см3г-1 | Определяемый объемом средний диаметр пор, мкм | Полная ширина на половине максимальной высоты, мкм Показывает степень однородности среднего диаметра пор |
| 1 | 0,292 | 0,50 | 0,440 |
| 2 | 0,114 | 0,09 | 0,067 |
| 3 | 0,140 | 0,06 | 0,051 |
| 4 | 0,271 | 0,04 | 0,026 |
| 7 | 0,211 | 0,02 | 0,019 |
| 8 | 0,258 | 0,03 | 0,022 |
| 9 | 0,150 | 0,02 | 0,018 |
Пример 10
Использование продукта из примера 4 для нанесения верхнего покрытия на предварительное пористое покрытие бумаги для струйных принтеров (применение для высококачественной струйной печати).
Предварительное покрытие бумаги
Используют установку для нанесения покрытий на бумагу: установку для нанесения многослойных покрытий Erichsen K 303 и соответствующие стержни для оборудования от компании Ericrson, D-58675 Hemen, Germany.
На бумагу-основу для струйной печати 112 г/м2, Schoeller, Osnabruck, Germany, используя стержень № 3, наносят предварительное покрытие 10 г/м2 следующего состава:
86,5% масс. Omyajet B6606 - FL 31% (модифицированный карбонат кальция), Omya AG, Швейцария
4,5% масс. PVA BF-05**
4,5% масс. C-Film 05978, Cargill SA, Женева (катионный крахмал)
4,5% масс. Certrex, Mobil (PolyDADMAC)
Покрывающие цветные твердые вещества составляют приблизительно 30% масс. Покрытие сушат при 110°С в течение 10 мин. Все % масс. рассчитывают для сухого вещества на сухую общую массу.
Поверх этого предварительного покрытия наносят продукт прототипа или продукт по изобретению, используя стержни с №1 по №3.
Получение верхнего покрытия
Красители покрытия соединяют с таким же количеством связующего и разбавляют примерно до 25-30% масс. для получения хороших реологических свойств и соответствующей массы покрытия. *Белую сажу, по-видимому, довольно трудно нанести на бумагу при 30% масс. твердых веществ.
| Таблица 2 | ||
| Препараты верхних покрытий прототипов и по настоящему изобретению | ||
| Прототип (% масс. сухое вещество на сухую массу) | Изобретение (% масс. сухое вещество на сухую массу) | |
| Продукт из примера 4 | 0 | 85,5 |
| Aerodisp W 7330N* | 85,5 | 0 |
| PVA BF-05** | 14,5 | 14,5 |
| Твердые красители для покрытий | 25,3 | 30,2 |
* Белая сажа Aerosil®, Evonic,
** 98% мольн. гидролизованный поливиниловый спирт, низкая вязкость,
ChangChun Groupe, Южная Корея.
Результаты
Оптическая плотность печати
Сумма OD (/) ***
| Таблица 3 | |||
| Оптическая плотность напечатано на Canon | |||
| Масса покрытия 3 г/м2 |
Масса покрытия 6 г/м2 |
Масса покрытия 10 г/м2 | |
| Пример 4 | 14 | 15 | 15 |
| Прототип | 11 | 13 | 14 |
***Оптическая плотность Spectrolino™, спектрофотометр, система Handhel, GretagMacbeth™ (OD сумма = сумма циан, маджента и желтый)
Сумма OD (/) ***
| Таблица 4 | ||
| Оптическая плотность напечатано на HP | ||
| Масса покрытия 6 г/ м2 |
Масса покрытия 10 г/ м2 |
|
| Пример 4 | 13,5 | 13,5 |
| Прототип | 12 | 11,5 |
***Оптическая плотность Spectrolino™, спектрофотометр, система Handhel, GretagMacbeth™ (OD сумма = сумма циан, маджента и желтый)
Глянец
Некаландрированная Tappi 75° (%) ISO Norm 8254-1
| Таблица 5 | ||
| Глянец некаландрированной бумаги | ||
| Масса покрытия 6 г/м2 | Масса покрытия 10 г/м2 |
|
| Пример 4 | 43 | 52 |
| Прототип | 20 | 18 |
Представленные результаты ясно показывают эффективность продукта по изобретению из примера 4 по сравнению с белой сажей, используемой в качестве сравнительных пигментов.
Результаты показывают, что плотность печати улучшена по сравнению с белой сажей. Кроме того, продукты на основе карбоната кальция по настоящему изобретению можно наносить, используя связующее PVOH без реологических проблем.
Проявление глянца карбонатных продуктов по настоящему изобретению более чем в два раза лучше, чем у коммерческих сравнительных образцов белой сажи.
Пример 11
Применение продуктов из примеров 3 и 8 при офсетной печати
Используют установку для нанесения покрытий на бумагу: установку для нанесения многослойных покрытий Erichsen K 303, D-58675 Hemen, Germany.
На синтетическую бумагу (YUPO Synteape, полипропилен, 62 г/м2, 80 мкм, полуматовую, белую) Fischer Papier, 9015 St. Gallen, Switzerland) наносят покрытие указанного ниже состава в количестве примерно 10 г/ м2, используя стержень № 2, и 45 г/ м2, используя стержень № 5:
86,5% масс. продукта (из примера 3 или 8),
13,5% масс. стирол-акрилатного связующего (Acronal® S 360 D, BASF)
Твердые красители для покрытий составляют примерно 60% масс.
Покрытие сушат при 110°С в течение 30 мин. Все % масс. рассчитывают как сухое вещество на сухую массу. Массы полученных покрытий в м2/г соответствуют следующим величинам:
| Пример 8 | Пример 3 | |
| Стержень 2: | 9,6 м2/г | 10,9 м2/г |
| Стержень 5: | 42,6 м2/г | 45,0 м2/г |
Результаты представляют средние значения из 3 измерений.
Измеряют проявление силы прилипания для четырех покрытий, используя тестер взаимодействия чернил с поверхностью Ink Surface Interaction Tester (ISIT) для сравнения и оценки характеристик прилипания.
Прикрепление чернил к бумаге измеряют специальным приспособлением (SeGan Ltd.), которое состоит из соленоида, спиральной пружины, датчика нагрузки и контактного диска. Контактный диск прижимают к отпечатку на поверхности образца посредством электромагнитной силы, действующей на соленоид. Это действие прилагает экстенсиональную силу к спиральной пружине, смонтированной параллельно с соленоидом. Время контакта и силу можно варьировать посредством электронного управления для оптимизации адгезии между диском контакта и отпечатком. При отключении электромагнитной силы контактный диск отводят от отпечатка посредством силы упругости растянутой спиральной пружины, достаточно сильной, чтобы отделить диск от пленки чернил. Тензодатчик, фиксированный между диском и спиральной пружиной, генерирует зависимый от нагрузки сигнал, который регистрируют как измеренную силу прилипания. Последовательность автоматически повторяется в течение заданного количества циклов, выбранного таким образом, чтобы охватить диапазоны силы прилипания, подлежащей изучению. Увеличение растягивающего усилия, необходимого для достижения каждого индивидуального разделения, регистрируют во времени, и его можно проанализировать с помощью специально разработанных программ. Максимальный уровень силы растяжения в каждой точке испытания наносят на график как измеренное проявление силы прилипания во времени.
Результаты (фигура 4) ясно показывают, что сила прилипания покрытия с продуктом по изобретению из примера 8 уменьшается до уровня ниже 1 Н всего за 40 с. По прошествии этого периода времени отпечаток больше не является липким, тогда как покрытие прототипа из примера 3 не отстает даже через 150 с и все еще является липким.
Пример 12
Применение продукта из примера 7 в верхних покрытиях для перерабатываемого картона
Готовят три цветных покрытия для сравнения частичной замены диоксида титана из стандартной композиции на карбонат кальция по изобретению из примера 7.
Состав цветного покрытия № 1 - стандартный состав цветного покрытия:
72,0% масс. глины Hydrafin от Kamin LLC;
8,0% масс. кальцинированной глины Ansilex 93 от Engelhard;
20,0% масс. рутила TiO2;
16% масс. латекса P308 от Rohm & Haas;
5% масс. белкового связующего Procote 200 от Protein Technologies International;
0,7% масс. сшивающего агента ACZ 5800M от Akzo Nobel/Eka Chemicals;
0,15% масс. полиакрилатного диспергатора Colloids 211 от Kemira Chemicals, Inc.
Содержание твердых веществ в цветном покрытии составляет примерно 43% масс.
Состав цветного покрытия № 2 по изобретению:
72,0% масс. глины Hydrafin от Kamin LLC;
8,0% масс. кальцинированной глины Ansilex 93 от Engelhard;
18,0% масс. рутила TiO2;
2,0% масс. карбоната кальция по примеру 7;
16% масс. латекса P308 от Rohm & Haas;
5% масс. белкового связующего Procote 200 от Protein Technologies International;
0,7% масс. сшивающего агента ACZ 5800M от Akzo Nobel/Eka Chemicals;
0,15% масс. полиакрилатного диспергатора Colloids 211 от Kemira Chemicals, Inc.
Содержание твердых веществ в цветном покрытии составляет примерно 43% масс.
Состав цветного покрытия № 3 по изобретению:
72,0% масс. глины Hydrafin от Kamin LLC;
8,0% масс. кальцинированной глины Ansilex 93 от Engelhard;
16,0% масс. рутила TiO2;
4,0% масс. карбоната кальция по примеру 7;
16% масс. латекса P308 от Rohm & Haas;
5% масс. белкового связующего Procote 200 от Protein Technologies International;
0,7% масс. сшивающего агента ACZ 5800M от Akzo Nobel/Eka Chemicals;
0,15% масс. полиакрилатного диспергатора Colloids 211 от Kemira Chemicals, Inc.
Содержание твердых веществ в цветном покрытии составляет примерно 43% масс.
Состав цветного покрытия № 4 по изобретению:
70,2% масс. глины Hydrafin от Kamin LLC;
7,8% масс. кальцинированной глины Ansilex 93 от Engelhard;
16,0% масс. рутила TiO2;
8,0% масс. карбоната кальция по примеру 7;
16% масс. латекса P308 от Rohm & Haas;
5% масс. белкового связующего Procote 200 от Protein Technologies International;
0,7% масс. сшивающего агента ACZ 5800M от Akzo Nobel/Eka Chemicals;
0,15% масс. полиакрилатного диспергатора Colloids 211 от Kemira Chemicals, Inc.
Содержание твердых веществ в цветном покрытии составляет примерно 43% масс.
Состав цветного покрытия № 5 по изобретению:
72,0% масс. глины Hydrafin от Kamin LLC;
8,0% масс. кальцинированной глины Ansilex 93 от Engelhard;
14,0% масс. рутила TiO2;
6,0% масс. карбоната кальция по примеру 7;
16% масс. латекса P308 от Rohm & Haas;
5% масс. белкового связующего Procote 200 от Protein Technologies International;
0,7% масс. сшивающего агента ACZ 5800M от Akzo Nobel/Eka Chemicals;
0,15% масс. полиакрилатного диспергатора Colloids 211 от Kemira Chemicals, Inc.
Содержание твердых веществ в цветном покрытии составляет примерно 43% масс.
Состав цветного покрытия № 6 по изобретению:
72,0% масс. глины Hydrafin от Kamin LLC;
8,0% масс. кальцинированной глины Ansilex 93 от Engelhard;
12,0% масс. рутила TiO2;
8,0% масс. карбоната кальция по примеру 7;
16% масс. латекса P308 от Rohm & Haas;
5% масс. белкового связующего Procote 200 от Protein Technologies International;
0,7% масс. сшивающего агента ACZ 5800M от Akzo Nobel/Eka Chemicals;
0,15% масс. полиакрилатного диспергатора Colloids 211 от Kemira Chemicals, Inc.
Содержание твердых веществ в цветном покрытии составляет примерно 43% масс. (Все % масс. рассчитывают для сухого вещества на сухую общую массу минеральных материалов).
Три верхних покрытия для переработанного картона выполняют, нанося на лист картона высушенную массу покрытия каждого состава в количестве, указанном в таблице 6, используя устройство для нанесения покрытий РК Printcoat Instruments K Control Coater Model K202 и применяя следующую методику:
1.1 Образцы следует выдержать в течение как минимум 24 час. в стандартных условиях TAPPI (относительная влажность 50% ±2% и температура 23°C ±1° или 73,4°F ±1,8°).
1.2 Следуйте инструкциям по настройке прибора для тестирования и проведите калибровку прибора в соответствии с инструкциями.
1.3 Поместите листы кондиционированных образцов так, чтобы машинное направление платы было параллельно лицевой стороне Brightimeter, поверх отверстия для образца в верхней части прибора, поместите массу 1 кг на образец и нажмите клавишу ПЕЧАТЬ для одного прохода или, если требуется среднее значение, запустите режим СРЕДНЕЕ и следуйте рекомендациям по работе на приборе.
1.4 Все описанные ниже тесты могут быть доступны при программировании прибора в соответствии с указаниями, приведенными в руководстве.
1.5 Проводите анализ в среднем десяти (10) образцов и регистрируйте среднее значение ± стандартное отклонение.
Результаты по яркости
Яркость, когда образец с покрытием помещают на черную сторону Leneta FiberBoard от Leneta Company (форма N2C-2 B# 3701 открытые диаграммы матовости Unsealed Opacity Charts (194×260 мм) или 7-5/8 × 10-1/4 дюймов), определяют следующим способом.
Метод мазка
1. Поместить картон Leneta на устройство для нанесения покрытий методом мазка, удерживая его в положении вниз при помощи металлического зажима (как на планшете с зажимом).
2. Разместить стержень Мейера нужного размера под поворотные рычаги и поверх картона Leneta.
3. Нанести каплю покрытия на переднюю часть стержня, используя шприц на 10 см3 или большего объема.
4. Включить устройство для нанесения покрытий и щелкнуть выключателем, чтобы стержень "двигался вниз" по длине картона Leneta.
5. Отрегулировать скорость и размер стержня для достижения желательной массы покрытия и однородности пленки (может потребоваться несколько повторов).
6. Отложить стержень Мейера для его очистки и перейти к сушке картона Leneta со свежим покрытием.
Сушка
1. С помощью тепловой пушки (Veritemp Heat Gun Model VT-750C Master Appliance Corp.) сушить картон Leneta "обдувом" пока он находится на месте в устройстве для нанесения покрытий методом мазка.
2. Сушить, пока покрытие не поменяет влажный вид на матовый сухой вид.
3. Включить войлочную барабанную сушилку (Felt Roll Drum Dryer Adiron dack Machine Corp.).
4. Затем, используя войлочную барабанную сушилку, поместить картон Leneta покрытой стороной к барабану (цель сушки дутьем - избежать прилипания этого покрытия к барабану).
5. Поворот войлочной барабанной сушилки позволит картону Leneta пройти в зазор (между барабаном и войлоком) и повернуть вокруг на другую сторону, где он выходит.
6. Положить высушенный картон Leneta на боковую сторону для тестирования яркости или определения массы покрытия.
Результаты приведены в следующей таблице 6.
| Таблица 6 | ||||||
| Яркость R457 TAPPI измеряют посредством Technidyne Corp. Brightimeter Micro S 5, модель S-5/BOC, серийный номер 452266 | ||||||
| Стандартный состав № 1 |
Состав по изобретению № 2 |
Состав по изобретению № 3 |
Состав по изобретению № 4 |
Состав по изобретению № 5 |
Состав по изобретению № 6 |
|
| Яркость R457 TAPPI | 69,3 | 77,0 | 75,9 | 76,6 | 74,7 | 73,3 |
| Стандартное отклонение | 1,2 | 0,6 | 0,6 | 0,6 | 0,6 | 0,6 |
| Масса покрытия г/ м2 |
3,1 | 3,2 | 3,2 | 3,4 | 3,3 | 3,3 |
Представленные результаты ясно показывают эффективность продукта по изобретению.
Результаты показывают, что яркость переработанного картона с покрытием улучшают при замене части диоксида титана карбонатом кальция по настоящему изобретению. Кроме того, продукты на базе карбоната кальция по настоящему изобретению можно наносить без реологических проблем.
.
1. Минеральная композиция, содержащая минеральные частицы, где указанные минеральные частицы содержат карбонат кальция, причем указанные минеральные частицы, если они плотно спрессованы в виде пласта, имеют определяемый по объему средний диаметр пор от 0,01 до 0,04 мкм, имеют внедренный общий удельный объем пор 0,1-0,3 см3/г, имеют мономодальное распределение пор по диаметрам и имеют определяемую по объему полидисперсность размеров пор, выраженную как полная ширина на половине высоты максимума (FWHM), в диапазоне от 0,01 до 0,03 мкм.
2. Минеральная композиция по п. 1, где указанный карбонат кальция выбран из природного карбоната кальция и осажденного карбоната кальция или их смесей.
3. Минеральная композиция по п. 1 или 2, где состав на основе минеральной композиции выбран из группы, включающей кроющую композицию, наполнитель, поверхностный наполнитель и минеральную суспензию.
4. Субстрат, содержащий минеральную композицию, которая включает минеральные частицы, где указанные минеральные частицы содержат карбонат кальция, причем указанные минеральные частицы, если они плотно спрессованы в виде пласта, имеют определяемый по объему средний диаметр пор от 0,01 до 0,04 мкм, имеют внедренный общий удельный объем пор 0,1-0,3 см3/г, имеют мономодальное распределение пор по диаметрам и имеют определяемую по объему полидисперсность размеров пор, выраженную как полная ширина на половине высоты максимума (FWHM), в диапазоне от 0,01 до 0,03 мкм.
5. Субстрат по п. 4, содержащий один или несколько составов на основе минеральных композиций, где указанный состав выбран из группы, включающей кроющую композицию, наполнитель, поверхностный наполнитель и минеральную суспензию или их смеси.
6. Субстрат по любому из пп. 4 или 5, где указанный субстрат выбран из группы, включающей бумагу, картон, пластик, ткань, дерево, металл, бетон или мазь.
7. Способ получения мелкодисперсной фракции минеральных частиц из сырья, где минеральные частицы содержат карбонат кальция, где мелкодисперсная фракция минеральных частиц, если она плотно спрессована в виде пласта, имеет определяемый по объему средний диаметр пор от 0,01 до 0,04 мкм, имеет внедренный общий удельный объем пор 0,1-0,3 см3/г, имеет мономодальное распределение пор по диаметрам и имеет определяемую по объему полидисперсность размеров пор, выраженную как полная ширина на половине высоты максимума (FWHM), в диапазоне от 0,01 до 0,03 мкм, где данный способ включает:
- подачу сырья на измельчающее устройство, производящее первый измельченный загружаемый материал, где указанный первый измельченный загружаемый материал имеет содержание твердых частиц в диапазоне 20-80% мас.,
- загрузку первого измельченного загружаемого материала в тарельчатый сепаратор, производящий две фракции минеральных частиц, одна из которых представляет собой мелкодисперсную фракцию минеральных частиц <1 мкм, а вторая представляет собой грубую фракцию минеральных частиц,
- загрузку части или всей грубой фракции минеральных частиц на измельчающее устройство и/или в тарельчатый сепаратор и/или удаление части или всей грубой фракции минеральных частиц.
8. Способ получения мелкодисперсной фракции минеральных частиц по п. 7, где указанный первый измельченный загружаемый материал имеет содержание твердых частиц в диапазоне 30-75% мас., предпочтительно в диапазоне 38-70% мас.
9. Способ получения мелкодисперсной фракции минеральных частиц, где минеральные частицы содержат карбонат кальция, где мелкодисперсная фракция минеральных частиц, если она плотно спрессована в виде пласта, имеет определяемый по объему средний диаметр пор от 0,01 до 0,04 мкм, имеет внедренный общий удельный объем пор 0,1-0,3 см3/г, имеет мономодальное распределение пор по диаметрам и имеет определяемую по объему полидисперсность размеров пор, выраженную как полная ширина на половине высоты максимума (FWHM), в диапазоне от 0,01 до 0,03 мкм, где данный способ включает:
подачу сырья на одно или более измельчающих устройств для сухой и/или влажной обработки, производящих указанную мелкодисперсную фракцию минеральных частиц <1 мкм за одну или несколько стадий измельчения.
10. Способ по любому из пп. 7-9, где указанный способ работает в непрерывном режиме.
11. Применение минеральной композиции по любому из пп. 1-3 в составе бумаги, покрытия для бумаги, наружного покрытия бумаги для струйной печати, бумаги для офсетной печати.
12. Применение минеральной композиции по любому из пп. 1-3 в составе тканей и картона.
13. Применение минеральной композиции по любому из пп. 1-3 в составе дерева, металла, бетона или мазей.
