осажденный кальциево-карбонатный пигмент, особенно применимый в качестве покрытия для бумаги, предназначенной для краскоструйного печатания

Формула изобретения

1. Способ получения осажденного карбоната кальция, пригодного для покрытия бумаги, используемой для краскоструйного печатания,

согласно которому суспензию гидроксида кальция вначале получают смешиванием негашеной извести (СаО) с водой в реакторе с мешалкой или баке, затем суспензию гидроксида кальция фильтруют, например, через 100-мкм фильтр, для удаления всех остаточных загрязняющих веществ и/или нереакционноспособной необожженной извести, затем отфильтрованную суспензию направляют в реактор из нержавеющей стали, оборудованный мешалкой;

температуру обычно устанавливают на уровне от 10 до 70°С, после чего суспензию направляют в реактор или бак для карбонизации, где через суспензию барботируют содержащий диоксид углерода газ; суспензию выпускают из бака тогда, когда электропроводность достигнет минимального уровня, а рН упадет ниже 8; крупные частицы удаляют на 45-мкм фильтре таким образом, чтобы суспензия содержала только ультратонкие агломераты осажденного карбоната кальция согласно данному изобретению,

отличающийся осуществлением стадий способа, включающих:

А первая стадия, получение осажденного карбоната кальция:

А1

стадию карбонизации осуществляют при скорости потока карбонизационного газа, составляющего менее 30 литров в минуту при нормальных условиях на килограмм гидроксида кальция во время осаждения, и

за стадией А следует стадия В:

В повышение концентрации осажденного карбоната кальция, полученного во время стадии А: стадии обезвоживания/повторного диспергирования после вышеуказанной "стадии А",

повышение концентрации осажденного карбоната кальция, полученного во время стадии А, осуществляют в достаточно умеренных или мягких условиях, не вызывающих существенного разрушения агрегатов/агломератов,

указанное повышение концентрации осуществляют без использования способствующего диспергированию средства либо с использованием катионного диспергатора, и

добавляемый катионный диспергатор добавляют таким образом, чтобы всего лишь покрыть агломераты/агрегаты осажденного карбоната кальция, полученные на стадии А, без чрезмерного повышения вязкости суспензии,

до достижения концентрации от 15 до 50%, предпочтительно в диапазоне от 20 до 30%, наиболее предпочтительно от 23 до 26 маc.% твердых веществ.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что

А2

суспензию гидроксида кальция, покидающую упомянутый реактор из нержавеющей стали после упомянутого отделения упомянутых остаточных загрязняющих веществ и/или нереакционноспособной необожженной извести, обрабатывают сульфатом магния и сульфатами металлов группы II и группы III,

наиболее предпочтительно в присутствии кислоты,

при этом упомянутая кислота наиболее предпочтительно представляет собой серную кислоту,

до получения устойчивых, пористых агломератов/агрегатов, содержащих от 5 до 25% твердых веществ, предпочтительно от 15 до 20% твердых веществ ("предшественник").

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что

A3

упомянутую суспензию гидроксида кальция вначале получают смешиванием негашеной извести с водой в баке или реакторе с мешалкой при весовом соотношении СаО:вода, составляющем от 1:3 до 1:20, предпочтительно от 1:5 до 1:12, наиболее предпочтительно от 1:7 до 1:10.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что

А4

температуру предпочтительно устанавливают на уровне от 15 до 50°С, наиболее предпочтительно от 15 до 30°С, до подачи суспензии в реактор или бак для карбонизации.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что на стадии А осуществляют по меньшей мере одно из следующих действий:

скорость потока карбонизационного газа предпочтительно выбирают в диапазоне от 1 до 30, предпочтительно от 10 до 20, наиболее предпочтительно около 19,7 литров в минуту при нормальных условиях на килограмм гидроксида кальция во время осаждения,

упомянутый карбонизационный газ представляет собой СО₂ или смесь СО₂ и одного или более других газов, таких как воздух и/или азот, суспензию гидроксида кальция наиболее предпочтительно обрабатывают сульфатом магния и сульфатом алюминия,

либо сульфатом магния и сульфатом цинка.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что на стадии А осуществляют по меньшей мере одно из следующих действий:

сульфат цинка может быть добавлен к сочетанию сульфата магния и сульфата алюминия,

сульфат алюминия может быть добавлен к сочетанию сульфата магния и сульфата цинка,

добавление сульфата магния наиболее предпочтительно осуществляют до карбонизации,

согласно менее предпочтительному варианту сульфат магния может быть добавлен либо до добавления других сульфатов, либо во время такого добавления,

согласно менее предпочтительному варианту сульфат магния может быть добавлен во время карбонизации вместе с сульфатом алюминия и/или сульфатом цинка,

сульфат магния может быть добавлен во время карбонизации либо в начале карбонизации,

добавление сульфата алюминия и/или сульфата цинка происходит во время карбонизации,

добавление кислоты, в частности серной кислоты, наиболее предпочтительно в виде 10 маc.% H₂SO₄, происходит предпочтительно в начале карбонизации,

наиболее предпочтительно добавление H₂SO₄ происходит одновременно с добавлением сульфата алюминия или сульфата цинка,

во всех вышеприведенных вариантах сульфаты группы II и/или III могут быть добавлены помимо сульфата алюминия и/или сульфата цинка, либо вместо сульфата алюминия и/или сульфата цинка,

температуру в баке для карбонизации поднимают под наблюдением до уровня от 40 до 80°С, предпочтительно от 50 до 60°С, наиболее предпочтительно от 56 до 57°С,

удаление остаточных загрязняющих примесей и/или нереакционноспособной негашеной извести производят при помощи фильтра с размером ячеек 45 мкм в том случае, если вязкость по Брукфильду материала, удаляемого из бака для карбонизации, достаточно низка, в частности менее 100 мПа·с при 100 об/мин,

конечный суспензионный продукт, по существу, состоит из устойчивых, пористых агломератов/агрегатов.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что на стадии В

под "умеренными или мягкими условиями" подразумевается, что деагломерацию/деагрегацию агломератов/агрегатов сводят к минимуму таким образом, что агломераты/агрегаты не подвергаются "существенному разрушению", т.е. во время стадий повышения концентрации:

увеличение фракции частиц размером менее 2 мкм ограничено менее чем 30%, предпочтительно менее чем 20%, наиболее предпочтительно менее чем 10%, и/или

уменьшение среднего диаметра агрегатов ограничено менее чем 20%, предпочтительно менее чем 15%, наиболее предпочтительно менее чем 10%, согласно измерениям, проведенным на приборе Helos,

под "деагломерацией/деагрегацией" подразумевается, что агломераты/агрегаты, полученные в конце стадии А конкретным способом согласно данному изобретению, распадаются,

стадия повышения концентрации может быть осуществлена с использованием любой методики термического или механического разделения для суспензий при условии, что агрегаты/агломераты, полученные на стадии А ("предшественник"), достаточно устойчивы и не подвержены "существенному разрушению" в результате использования такой методики.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что

повышение концентрации осуществляют в центрифуге или фильтре под давлением, или путем вакуумной фильтрации, или путем выпаривания или нагрева, и

отличающийся тем, что концентрация конечной суспензии составляет приблизительно от 23 до 26 маc.% твердых веществ.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что

повышение концентрации, например, концентрированием на фильтре под давлением или в центрифуге, или путем вакуумной фильтрации, ведет к образованию осадка на фильтре, после чего:

материал с повышенной концентрацией необязательно промывают водой,

осуществляют его повторное диспергирование,

до тех пор, пока конечный материал, по существу, не превратится в устойчивые, пористые агломераты/агрегаты, идентичные или очень похожие на агломераты/агрегаты, полученные на стадиях А пп.1-4,

повышение концентрации может быть осуществлено на стадии термического испарения, при этом конечный материал, по существу, остается в виде устойчивых, пористых агломератов/агрегатов, полученных на стадиях А пп.1-4.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что

повышение концентрации части или всего предшественника ведет к образованию сухого продукта, после чего:

осуществляют его повторное диспергирование,

до тех пор, пока конечный материал, по существу, не превратится в устойчивые, пористые агломераты/агрегаты, идентичные или очень похожие на агломераты/агрегаты, полученные на стадиях А пп.1-4.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что приблизительно от 3 до 15 маc.% катионного диспергатора, такого как катионный сополимер хлорида [2-(метакрилоилокси)этил]триметиламмония и хлорида [3-(метакриламидо)пропил]триметиламмония в расчете на сухой карбонат кальция наряду с гидроксиэтилцеллюлозой добавляют к суспензии, содержащей пигмент, полученный по любому из пп.1-4 (стадии А).

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что концентрацию конечной суспензии частично или полностью получают в результате добавления одного или более дополнительных пигментов или суспензий пигментов во время стадии В.

13. Устойчивые, пористые агрегаты/агломераты из осажденного карбоната кальция, отличающиеся тем, что они были получены по любому из пп.1-12.

14. Устойчивые, пористые агрегаты/агломераты из осажденного карбоната кальция, отличающиеся тем, что они обладают следующими свойствами: удельная поверхность составляет от 30 до 100 м²/г, предпочтительно от 50 до 80 м²/г, и/или

средний диаметр агрегатов составляет от 1 до 5 мкм, а усредненный диаметр - 2 мкм, и/или

мелкоизмельченная фракция размером менее 2 мкм составляет менее 20%, предпочтительно менее 15% (согласно измерениям на Helos Sympatec), и/или

первичный размер игольчатых частиц составляет от 20 до 50 нм, при этом их отношение ширины к длине составляет от 1:2 до 1:10, и/или

содержание твердых веществ, в расчете на массу, составляет от 5 до 25%, предпочтительно от 15 до 20%, в конце стадии А, и содержание твердых веществ составляет от 15 до 50%, предпочтительно от 20 до 30% твердых веществ, в частности от 23 до 26% твердых веществ, в конце стадии В.

15. Пигменты, отличающиеся тем, что они включают устойчивые, пористые агрегаты/агломераты из осажденного карбоната кальция по п.13 или 14.

16. Суспензии осажденного карбоната кальция, отличающиеся тем, что они включают устойчивые, пористые агрегаты/агломераты из осажденного карбоната кальция по п.13 или 14.

17. Суспензии осажденного карбоната кальция по п.16, отличающиеся тем, что содержание твердых веществ в них составляет, в расчете на массу:

от 5 до 25%, предпочтительно от 15 до 20% твердых веществ в виде "предшественника" в конце стадии А,

от 15 до 50% твердых веществ, предпочтительно от 20 до 30% твердых веществ, в частности от 23 до 26% твердых веществ, в конце стадии В.

18. Составы для покрытий, применимые в производстве бумаги, отличающиеся тем, что они включают новые агрегаты/агломераты из осажденного карбоната кальция, новые пигменты и/или новые суспензии по любому из пп.15-17.

19. Составы для покрытий по п.18, отличающиеся тем, что содержащаяся в них суспензия осажденного карбоната кальция обладает следующими свойствами:

содержание твердых веществ от 15 до 50%, предпочтительно от 20 до 30%, в частности, приблизительно от 23 до 26 маc.%, и/или

удельная поверхность осажденного карбоната кальция составляет от 30 до 100 м²/г, предпочтительно от 50 до 80 м² /г.

20. Применение составов для покрытий по любому из пп.18 или 19 для покрытия бумаги для краскоструйного печатания, а именно, для специальной высококачественной бумаги для краскоструйного печатания.

21. Применение составов для покрытий по любому из пп.18 или 19 для покрытия матовой бумаги для краскоструйного печатания.

22. Бумага для краскоструйного печатания, а именно, специальная высококачественная бумага для краскоструйного печатания, отличающаяся тем, что ее покрывают по меньшей мере одним составом для покрытий по п.18 или 19.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к новым минеральным пигментам из осажденных разновидностей карбоната кальция (РСС).

Более конкретно, данное изобретение относится к новым и инновационным пигментам из РСС, которые могут быть использованы в составах для покрытия бумаги с целью получения высококачественной матовой бумаги с покрытием, особенно предназначенной для краскоструйного печатания, печатные качества которой такие же, как и коммерчески доступной высококачественной матовой бумаги с покрытием для краскоструйного печатания, но покрытие на которую нанесено с использованием пигментов, требующих меньших производственных затрат.

Данное изобретение также относится к получению упомянутых новых минеральных пигментов из разновидностей РСС, присутствующих в качестве твердой фракции, в виде суспензии, подходящей для нанесения покрытий на бумагу, предназначенную для краскоструйного печатания, при помощи устройства для нанесения покрытий, такого как Varibar , с использованием воздушного шабера, полива или автономного устройства с ракельным ножом для нанесения покрытий.

Технические проблемы

Существует потребность в высококачественной матовой бумаге с покрытием, в частности, в бумаге, пригодной для краскоструйного печатания, обеспечивающей такое же качество печати, как и коммерческая бумага такого же сорта, но с меньшими производственными затратами.

Традиционно на высококачественную матовую бумагу для краскоструйного печатания наносили покрытие из дорогостоящего коллоидального или осажденного диоксида кремния, что существенно повышает стоимость бумаги.

Одной из основных трудностей при повышении качества печати является повышение оптической плотности печатной краски, наносимой на поверхность бумаги, в частности, после нанесения печатной краски, включающей четырехкрасочный краситель.

Краскоструйные печатные машины формируют изображения, нанося серию точек печатной краски на поверхность бумаги. Содержащие красители печатные краски, используемые для краскоструйного печатания, обычно представляют собой анионный состав с низким содержанием твердых веществ и, естественно, очень подвижный. Хорошее качество печати может быть получено только в том случае, если краситель печатной краски остается на поверхности бумаги, когда растворитель печатной краски проникает в бумагу, оставляя равномерную круглую точку на нужном месте.

Известно, что разность зарядов между адсорбентом и адсорбатом, соответственно поверхностью бумаги и молекулами красителя, обычно используют для улучшения адсорбирования красителя.

Следовательно, один из способов повышения оптической плотности заключается в увеличении количества катионных сайтов вблизи поверхности бумаги. В том случае, если на поверхность бумаги нанесено покрытие, количество катионов, присутствующих вблизи поверхности, может быть увеличено путем добавления катионных добавок к составу для покрытий. Однако добавление катионных добавок для получения заданной оптической плотности существенно повышает конечную стоимость бумаги.

Повышение доли катионной добавки, задерживающейся в тонком слое вблизи поверхности бумаги, характеризуемое удержанием покрытия, представляет собой второй способ повышения оптической плотности. Более высокая степень удержания покрытия может быть достигнута путем более узкого распределения частиц покрытия по размерам, что является технически сложным и дорогостоящим решением.

При использовании РСС в составе для покрытий присущие РСС адсорбирующие свойства по отношению к содержащимся в печатной краске красителям способны обеспечить иную альтернативу для снижения количества катионных добавок, необходимых для получения заданной оптической плотности. При одинаковом содержании данного пигмента снижение первичного размера частиц РСС увеличивает положительно заряженную площадь поверхности пигмента, способную взаимодействовать с содержащимся в печатной краске красителем и связывать его. Это способствует адсорбции содержащегося в печатной краске красителя на частицах РСС поблизости от места нанесения печатной краски, что ведет к повышению оптической плотности.

Сегрегации больших молекул красителя на поверхности бумаги также способствует эксклюзия размера поверхности и покрытие с большим объемом пор, обеспечивающим проникновение растворителя в основу бумаги, удерживая при этом молекулы красителя на поверхности. Это порождает потребность в составе для пористого покрытия; следовательно, одно из теоретических решений включает введение агрегатов/агломератов, таких как возможно агрегированные/агломерированные пигменты, в состав для покрытий, с тщательно контролируемым распределением размера пор и капиллярностью. Однако, как известно специалисту в данной области техники, конкретное осуществление такого теоретического решения является достаточно затруднительным; согласно относящемуся к данной конкретной области патенту США USP 5750086 (описан ниже), а также другим многочисленным патентам, может быть получен мелкоизмельченный РСС, но не пористые продукты из агрегатов/агломератов.

Второй трудностью при повышении качества печати является уменьшение явления миграции, наблюдаемого после нанесения печатной краски на поверхность бумаги. Миграция содержащегося в печатной краске красителя одного цвета в другой, соседний цвет происходит в результате скрытого сцепления содержащегося в печатной краске красителя с поверхностью бумаги и высыхания на ней, а также, частично, из-за замедленной абсорбции растворителя печатной краски в основу бумаги, что обеспечивает контакт содержащегося в печатной краске красителя с поверхностью для быстрого связывания. Следствием такой миграции является искажение и снижение резкости печатных изображений.

Подобным образом расплывание также приводит к получению нечетких изображений и происходит в том случае, когда нанесенная печатная краска повторяет контуры бумаги. Как и при миграции печатной краски, расплывание предотвращают путем быстрой сушки печатной краски, при этом предпочтительной является абсорбция красителя, а не адсорбция с использованием пористой среды.

Как следует из вышесказанного, необходимо уравновешивать и контролировать адсорбцию печатной краски на поверхности пигмента, а не абсорбцию в объем пустот пор пигмента, поскольку сильная абсорбция ведет к снижению степени миграции и расплывания, однако, с сопутствующим снижением оптической плотности, в то время как сильная адсорбция ведет к улучшению оптической плотности, повышая при этом степень миграции и расплывания.

Третьей трудностью при получении высокого качества печати является снижение неровности печати на конечном бумажном продукте. Неровность печати является результатом неоднородности проникновения связывающих печатную краску элементов (катионная добавка или пигмент покрытия) состава для покрытий в основную бумагу. Составы для покрытий, имеющие низкое содержание твердых веществ, подвержены повышенному риску, заключающемуся в том, что растворитель уносит связывающие печатную краску элементы с поверхности бумаги во время двух следующих явлений: тогда, когда растворитель состава проходит в основную бумагу после нанесения покрытия для бумаги, и во время дальнейшего движения растворителя к поверхности бумаги во время сушки. Такая неровность поверхности может быть ограничена путем использования суспензии, имеющей высокое содержание твердых веществ, ограничивающее количество растворителя, проходящего в основную бумагу и выходящего из нее. Однако такое содержание твердых веществ несовместимо с некоторыми из вышеуказанных задач или теоретических решений.

Перечисленные выше ограничения вызывают необходимость фиксации красителей на сайтах, равномерно распределенных по поверхности бумаги. Очевидна важность того, чтобы состав для покрытий имел высокое содержание твердых веществ, однако, как известно в данной области техники, повышение концентрации содержащих агрегаты суспензий часто приводит к потере важного объема пор.

Было признано, что, как таковые, теоретические решения вышеперечисленных проблем неспособны их решить, напротив, перечисление данных проблем заставляет предположить, что они должны быть осторожно взвешены и что должны быть найдены чрезвычайно трудные, если не невозможные, компромиссы; тем не менее, они составляют одну из целей данного изобретения, существом которого является в конце концов достижение глобального решения.

Второй проблемой, вызывающей беспокойство специалистов в данной области техники, является достижение такого равновесия при помощи экономически эффективного решения. Любой специалист согласится с тем, что такое требование всегда представляет собой фактор, сильно осложняющий определение технического решения, особенно в обсуждаемой области.

Известные виды универсальной бумаги для краскоструйного печатания, характеризуемые поверхностным проклеиванием или легким окрашиванием, обычно подвергают поверхностному проклеиванию или нанесению покрытия на экономически эффективном неавтономном устройстве для нанесения покрытий, таком как контролирующий размер пресс (MSP) или пленочный пресс, обеспечивающем высокую скорость нанесения покрытия и наносящем покрытие меньшей массы, чем такие же автономные устройства.

Сорт специальной бумаги для краскоструйного печатания характеризуется намного лучшим качеством печати высокого разрешения по сравнению с универсальной бумагой. На такую бумагу обычно наносят покрытие, имеющее большую массу, с использованием составов, включающих специальные высококачественные связующие добавки, при помощи более дорогостоящего оборудования для нанесения покрытий, такого как, например, Varibar , устройства для нанесения покрытий с использованием воздушного шабера, полива или автономное устройство с ракельным ножом.

Благодаря стоимости сырья, норме выработки, массе и составу покрытия, а также типу устройства для нанесения покрытий, стоимость известной универсальной бумаги для краскоструйного печатания ниже стоимости матовой бумаги высокого разрешения для краскоструйного печатания на порядок величин, приблизительно в диапазоне от 6 до 20 раз. Следовательно, специалист в данной области техники должен признать преимущества получения высококачественного покрытия для бумаги с использованием недорогого способа.

Как упомянуто выше, снижение потребности в катионной добавке к составу для покрытий современных специальных пигментов для краскоструйного печатания также является желательным из экономических соображений.

Кроме того, интерес представляет снижение количества необходимого связующего вещества, поскольку данный компонент составляет дорогостоящую часть состава для нанесения покрытий и его присутствие на поверхности бумаги уменьшает активную площадь, способную взаимодействовать с печатной краской. Один из вариантов включает использование агрегатов/агломератов, имеющих подходящие небольшие поры; в таком случае необходимо только добавить достаточное количество связующего, адсорбирующегося на поверхности агрегатов/агломератов, поскольку связующее не способно достичь поверхности первичных частиц, находящейся внутри пор. Однако, как указано выше, такое предложение является всего лишь теоретическим.

Что касается процесса нанесения покрытия на бумагу, снижение его стоимости может быть достигнуто путем осуществления более быстрой стадии сушки бумаги после нанесения покрытия. Более быстрая сушка способствует более высокой скорости бумагоделательной машины и ее повышенной производительности, поскольку риск налипания влажных остатков материала для покрытий на бумагоделательную машину снижается. Более быстрая сушка становится возможной в результате использования состава для покрытий с максимальным содержанием твердых веществ.

Состав для покрытий с максимальным содержанием твердых веществ также снижает расходы, связанные с транспортировкой упомянутого состава для покрытий от производителя пигмента до бумажной фабрики, соответственно, установки для нанесения покрытий.

Завершающей проблемой специалиста в данной области техники является обеспечение равных или улучшенных эксплуатационных свойств (количество листов, полученных без повреждений) машин для нанесения покрытий, таких как Varibar или устройство с использованием воздушного шабера. Известно, что такие устройства для нанесения покрытий демонстрируют улучшенные эксплуатационные свойства при использовании суспензий для покрытий с повышенным содержанием твердых веществ и одновременным поддержанием низкой (от 500 до 1500 мПа*с) вязкости суспензии.

Как понятно специалисту в данной области техники, такие дополнительные технические проблемы тоже требуют решений. Специалисту также понятно, что многие из упомянутых проблем требуют конфликтных или противоречивых решений, которые при отсутствии правильного равновесия создают тяжелые ситуации; именно в этом и состояла трудная проблема, решенная при помощи данного изобретения.

Как упомянуто выше, общей технической проблемой и техническим вызовом является разработка нового класса пигментов из РСС, структурированных таким образом, чтобы стать пригодными для использования в процессе нанесения покрытия на бумагу для получения бумаги, которая, говоря техническим языком, представляет собой высококачественную матовую бумагу с покрытием, в частности, для краскоструйного печатания, но с более низкими затратами по сравнению с другой бумагой с покрытием такого же сорта, сохраняя при этом качество печати.

И последнее по порядку, но не по важности: такое решение должно, безусловно, подходить для как можно большего количества, если не для всех видов печатных устройств, что устраняет еще одну сложность.

Любой специалист в данной области техники должен признать как коммерческую необходимость такой инновационной технологии, бросаемый ею первостепенный технический вызов, так и обеспечиваемый ею существенный технический, коммерческий и финансовый прогресс.

Предшествующий уровень техники

Варианты пигментов, используемых для нанесения высококачественных покрытий на бумагу для краскоструйного печатания, предлагаемую на рынке в настоящее время, включают специальные краскоструйные пигменты из РСС, описанные, например, в ЕР 0815174, либо дорогостоящий коллоидальный или осажденный диоксид кремния.

Известно, что помимо его высокой стоимости в качестве материала для покрытий, диоксид кремния обычно ограничен составом для покрытий с низким содержанием твердых веществ и его использование существенно снижает скорость линии для нанесения покрытий, дополнительно повышая общую стоимость покрытия. Поэтому для специалистов в данной области техники есть мотив для поиска альтернатив с более низкой стоимостью покрытия, обеспечиваемых составами с более высоким содержанием твердых веществ.

Согласно ЕР 0815174, относящемуся к нанесению РСС в виде покрытия, фосфонатоорганическое соединение, такое как содержащая амин фосфорная кислота или этаноламин бис-(метиленфосфоновая кислота), добавляют к суспензии РСС в количестве, соответствующем от 0,4 до 0,85 мас.% в расчете на массу РСС. Затем упомянутую суспензию подвергают термическому старению в течение достаточного периода времени (от 1 до 10 часов при температуре более 75°С, или от 2 до 5 часов при температуре от 80 до 85°С), чтобы получить удельную поверхность более 60 м²/г.

Квасцы или иные неорганические содержащие алюминий соединения могут быть совместно осаждены во время синтеза РСС. В примере 1 данного патента добавление октадекагидрата сульфата алюминия осуществляют непосредственно перед введением диоксида углерода. Может быть также необязательно введено до 10 мас.% гидратированного сульфата алюминия.

Термическое старение и/или измельчение РСС считаются важными для достижения соответствующего уровня связывания печатной краски с РСС.

В данном изобретении, как будет проиллюстрировано ниже, напротив, не требуется ни дорогостоящего длительного термического старения, ни измельчения; на самом деле, в настоящем изобретении термическое старение даже приводит к недопустимой потере площади поверхности РСС.

В ЕР 1246729 предложено усовершенствование по сравнению с вышеупомянутым патентом, заключающееся в том, что продукт, полученный согласно данному патенту, имеет площадь поверхности, составляющую от 60 до 65 м²/г, предпочтительно - от 80 до 90 м² /г, и, как правило, не превышающую диапазон от 95 до 100 м ²/г. Подчеркивается, что такую площадь поверхности получают, как указано выше, в результате термического старения в присутствии фосфонатоорганического соединения. Утверждается, что частицы РСС имеют индивидуальную сферическую форму с диаметром порядка от 0,02 до 0,03 мкм. Такую высокую удельную поверхность РСС, представляющую узкий диапазон размера частиц, получают в суспензии с 25% содержанием твердых веществ.

Предполагаемая инновация в ЕР 1246729 основана на сочетании большей части тонкоизмельченного РСС, имеющего площадь поверхности более 60 м²/г, и меньшей части гелеобразного диоксида кремния наряду со связующим.

На полученную композицию может быть нанесено покрытие при помощи ракельного ножа или, менее предпочтительно, при помощи воздушного шабера и планки Мейера (Meyer).

Обязательное присутствие дорогостоящего диоксида кремния является основным недостатком данного патента.

В USP 5750086 описан способ получения ультратонких частиц коллоидального карбоната кальция (РСС), согласно которому сульфат магния добавляют к 3-14 мас.% водной суспензии гидроксида кальция с последующей карбонизацией только сульфата цинка или вместе с серной кислотой.

В приведенных примерах вводимые растворы солей металлов или серной кислоты имеют концентрацию, составляющую 10 мас.%

Утверждается, что данный способ обеспечивает получение ультратонких частиц коллоидального карбоната кальция с цепочечной структурой, имеющих средний диаметр, составляющий 0,01 мкм или менее, среднюю длину, составляющую 0,05 мкм или менее, и удельную поверхность BET, составляющую 70 м²/г или более.

Подчеркивается, что получаемые ультратонкие частицы имеют "более низкое сродство к агрегации". В самом деле, заявитель в первую очередь нацелен на использование, требующее неагрегированных наполнителей, такое как пластмассы, в которых важной является диспергируемость конечного продукта. Настоящее изобретение, напротив, нацелено на агрегированный/агломерированный продукт для краскоструйного печатания на бумаге.

Однако, как указано в примерах USP 5750086, удельная скорость потока газа, составляющая 120 литров в минуту на килограмм гидроксида кальция, как следует из нижеизложенного, существенно выше по сравнению с условиями способа согласно настоящему изобретению.

В самом деле, согласно настоящему изобретению и в отличие от описанных в данной области техники и общеизвестных способов, было обнаружено, что в результате сильного снижения удельной скорости потока газа до менее приблизительно 30 или менее приблизительно 20 литров в минуту на килограмм гидроксида кальция во время осаждения может быть получен не дискретный пигмент, описанный в USP 5750086, а довольно крупные, механически устойчивые пористые сферические агломераты/агрегаты, состоящие из упомянутого коллоидального карбоната кальция.

Как упомянуто выше, до тех пор, пока имелась возможность теоретизировать относительно потенциального интереса к пористому РСС с подходящим распределением размера пор, возможно, получаемого в результате процесса агломерации, он оставался теоретическим до совершения вышеописанного удивительного открытия. Следует также отметить, что в описаниях известного уровня техники или общих знаний отсутствуют какие-либо упоминания о том, что изменение в процессе получения РСС одного параметра среди десятков приведет к получению пористых агломератов. Имеется еще меньше подтверждений того, что такие агломераты являются устойчивыми. И имеется еще меньше упоминаний о том, что подлежащим модификации параметром является именно упомянутая скорость потока.

Описанный в USP 5750086 способ был воспроизведен с вышеупомянутой модификацией скорости потока газа, а свойства полученного продукта представлены в таблице 2, пример 1.

Как следует из таблицы 2, продукт, полученный путем изменения USP 5750086, согласно данному изобретению, к удивлению, представляет собой не дискретный пигмент, описанный в USP 5750086, а довольно крупные агрегаты/агломераты.

Однако проблема, связанная с суспензией, полученной в примере 1, заключается в низком содержании твердых веществ, подходящем для многих видов применения в соответствующих отраслях промышленности, но не подходящем в качестве покрытия для высококачественной бумаги. Как показано ниже, это является дополнительной, требующей решения проблемой.

Полученный удивительный результат является одним из ключевых исходных пунктов настоящего изобретения.

Дополнительные известные способы:

В Японском патенте 2004-299302 описан вид краскоструйной записи, включающий "принимающий печатную краску слой", при этом упомянутой слой включает карбонат кальция в качестве основного пигмента, что ведет к снижению уровня его расплывания и миграции. Отсутствует конкретное описание свойств или структуры упомянутого используемого карбоната кальция. Вместо этого в центре внимания данного документа находится использование диспергатора и плотность катионного заряда такого диспергатора.

В ЕР 0761782, Японском патенте 10-265725 и Японском патенте 2004-197055 описаны улучшенные печатные краски для краскоструйного печатания, а именно краски, используемые для улучшения оптической плотности, снижения уровня их миграции и/или расплывания в процессе печатания. Ни в одном из упомянутых патентов не содержится конкретных указаний относительно пигмента для покрытий, который должен быть использован во время получения листа бумаги.

В патенте US 2003/0227531 А1 описано нанесение покрытия для бумаги из соли многовалентного металла, такого как кальций, магний или алюминий, на поверхность основной бумаги с целью снижения уровня расплывания и миграции.

Сущность изобретения

Цели данного изобретения могут быть полностью достигнуты только путем сочетания конкретного способа получения пористых, устойчивых агломератов из РСС с существенным снижением скорости потока газа на стадии карбонизации и выбранных стадий повышения концентрации для получения суспензии РСС с высоким содержанием твердых веществ, которая может быть использована для нанесения покрытия на бумагу, предназначенную для краскоструйного печатания.

Напомним вкратце, что согласно известным способам, получение РСС обычно включает следующие стадии: вначале путем гашения получают суспензию гидроксида кальция, содержащую около 13% твердых веществ; оксид кальция (также называемый негашеной известью) смешивают с водой в реакторе или баке для перемешивания. Затем упомянутую суспензию гидроксида кальция фильтруют, например, на 100-мкм фильтре, для удаления всех остаточных загрязняющих веществ и/или нереакционно-способной необожженной извести, а затем направляют в реактор из нержавеющей стали, оборудованный мешалкой. Температуру обычно устанавливают на уровне около 20°С, а затем суспензию направляют в реактор или бак для карбонизации, где диоксид углерода подвергают барботированию, необязательно воздухом, осаждая РСС. Суспензию РСС выпускают из бака для карбонизации после соответствующего падения рН и/или электропроводности.

Вышеизложенные стадии известны специалисту в данной области техники; в данном описании в качестве ссылки упоминаются следующие патенты: ЕР 0768344, WO 98/52870 (PCT/US98/09019) и WO 99/51691 (PCT/US99/07233).

Вообще говоря, настоящее изобретение основано на серии первых стадий (стадии А), ведущих к получению суспензии РСС с низким содержанием твердых веществ, включающей по существу пористые, устойчивые агломераты/агрегаты из частиц РСС, с последующим повышением концентрации упомянутой суспензии (стадии В) без потери упомянутых агломератов/агрегатов.

Стадии А согласно данному изобретению относятся к способу получения пористых, устойчивых агломератов/агрегатов из РСС в виде суспензии с низким содержанием твердых веществ и к получаемому таким образом РСС продукту, представляющему собой новый промышленный продукт.

Следовательно, данное изобретение относится к новому способу получения суспензии РСС путем карбонизации, отличающемуся тем, что стадию карбонизации осуществляют при сильном снижении скорости течения карбонизационного газа до уровня менее 30 литров в минуту при нормальных условиях на килограмм гидроксида кальция во время осаждения (стадии А).

Данное изобретение также относится к новому способу получения суспензии РСС путем карбонизации, дополнительно отличающемуся тем, что получение РСС, описанное в предыдущем абзаце, осуществляют в присутствии сульфата магния в сочетании с одним или более сульфатов металлов II или III групп, при этом упомянутый сульфат(ы) металла, имеет, в частности, основу из алюминия и/или цинка, предпочтительно, основу из алюминия или цинка. Данные стадии основаны на стадиях, описанных в USP 5750086, однако, как упомянуто выше, с намного более низкой скоростью потока карбонизационного газа.

Удивительный результат заключается в том, что получаемый пигмент не является неагломерирующим, ультратонким, микроизмельченным, дискретным продуктом, а представляет собой достаточно крупные (от 1 до 5 мкм) пористые и устойчивые агломераты/агрегаты.

Получаемые агломераты/агрегаты неожиданно являются настолько устойчивыми, что они по существу сохраняют агломерированную/агрегированную форму во время последующей стадии "повышения концентрации", и, к удивлению, конечные агломераты/агрегаты из РСС при введении в высококачественные матовые покрытия для бумаги, предназначенной для краскоструйного печатания, обеспечивают такие же характеристики печати, как и печатные качества других видов рыночной бумаги, полученной с более высокими производственными затратами.

Согласно наиболее предпочтительным вариантам, стадии А настоящего изобретения дополнительно отличаются использованием предложенного сочетания сульфата магния и сульфата алюминия или сульфата магния и сульфата цинка.

Согласно менее предпочтительным вариантам, в способе согласно настоящему изобретению использовано сочетание сульфата магния и сульфата цинка, к которому добавляют сульфат алюминия, либо сочетание сульфата магния и сульфата алюминия, к которому добавляют сульфат цинка. Далее, менее предпочтительный вариант включает использование сульфата магния и одного или более сульфатов металлов группы II и/или III.

Кроме того, данное изобретение включает сочетание способа получения РРС (стадии А) с последующими стадиями повышения концентрации (обезвоживание/повторное диспергирование) макрочастиц без диспергатора либо в присутствии катионного диспергатора (стадии В).

Абсолютно новым является использование следующего сочетания: получение РРС (стадии А) с процессом повышения концентрации (стадии В) для данного вида краскоструйного печатания.

Конечным продуктом является, к удивлению, РСС в виде устойчивых агломератов/агрегатов, имеющих средний диаметр в микрометровом диапазоне, а именно, от 1 до 5 мкм, образующий пигмент из РСС, который при использовании в стандартном составе для нанесения высококачественного матового покрытия для краскоструйного печатания обеспечивает такие же или подобные печатные качества с меньшими затратами.

Данное изобретение также касается новых пигментов из РРС per se, в качестве новых промышленных продуктов, в виде устойчивых агломератов/агрегатов в микрометровом диапазоне, а именно, от 1 до 5 мкм, получаемых в конце стадий А или в конце стадий А и В. Это совершенно отличается от коммерческих технологий и известных патентов.

Данное изобретения также касается суспензий из новых пигментов, содержащих упомянутые пигменты в качестве новых промышленных продуктов, а именно суспензии с низким содержанием твердых веществ, получаемых в конце стадий А, и суспензии с высоким содержанием твердых веществ, получаемых в конце стадий А и В.

Данное изобретение дополнительно касается новых составов для покрытия бумаги для краскоструйного печатания, содержащей упомянутые пигменты или суспензии пигментов.

Данное изобретение также касается бумаги с покрытием для краскоструйного печатания, покрытой такими новыми составами для покрытий.

Подробное описание изобретения

Данное изобретение относится к:

- способу получения РСС, который может быть использован для различных видов краскоструйного печатания,

- согласно которому суспензию гидроксида кальция вначале получают смешиванием негашеной извести (СаО) с водой в перемешиваемом реакторе или баке ("гашение"). Затем суспензию гидроксида кальция фильтруют, например, через 100-мкм фильтр, для удаления всех остаточных загрязняющих веществ и/или нереакционно-способной необожженной извести. Затем отфильтрованную суспензию направляют в реактор из нержавеющей стали, оборудованный мешалкой; температуру обычно устанавливают на уровне от 10 до 70°С, после чего суспензию направляют в реактор или бак для карбонизации, где через суспензию барботируют газ, содержащий диоксид углерода. Суспензию выпускают из бака в нужное время с учетом электропроводности и рН, обычно тогда, когда электропроводность достигнет минимального уровня, а рН упадет ниже 8. Крупные частицы удаляют на фильтре, таком как 45-мкм фильтр, таким образом, чтобы суспензия содержала только ультратонкие агломераты РСС согласно данному изобретению,

- отличающийся осуществлением стадий способа, включающих серию первых стадий, относящихся к получению РСС, во время которых:

А1 В вышеописанном способе получения РСС стадию карбонизации осуществляют при скорости потока карбонизационного газа, составляющей менее 30 литров в минуту при нормальных условиях на килограмм гидроксида кальция во время осаждения.

Данное изобретение также относится к вышеописанному способу, включающему:

А2 В вышеописанном способе получения РСС на стадиях А1 или А2 суспензию гидроксида кальция, покидающую упомянутый реактор из нержавеющей стали после упомянутого отделения упомянутых остаточных загрязняющих веществ и/или нереакционно-способной необожженной извести, обрабатывают сочетанием сульфата магния и сульфатами металлов группы II и/или группы III, наиболее предпочтительно, в присутствии кислоты, при этом упомянутая кислота наиболее предпочтительно представляет собой серную кислоту, до получения устойчивых, пористых агломератов/агрегатов, содержащих от 5 до 25% твердых веществ, предпочтительно - от 15 до 20% твердых веществ ("предшественник").

Данное изобретение также относится к вышеописанному способу, включающему:

A3 В вышеописанном способе получения РСС на стадиях Al, А2 или A3 суспензию гидроксида кальция вначале получают смешиванием негашеной извести с водой в перемешиваемом реакторе или баке ("гашение") при весовом соотношении СаО:вода, составляющем от 1:3 до 1:20, предпочтительно - от 1:5 до 1:12, наиболее предпочтительно - от 1:7 до 1:10.

Данное изобретение также относится к вышеописанному способу, включающему:

А4 В вышеописанном способе получения РСС на стадии А1 температуру предпочтительно устанавливают на уровне от 15 до 50°С, наиболее предпочтительно - от 15 до 30°С, до подачи суспензии в реактор или бак для карбонизации.

Данные стадии схематически представлены на прилагаемой фиг.1, где ссылки имеют следующие значения:

I: Вода

II: Негашеная известь

III: Реактор, такой как перемешиваемый реактор или бак

IV: Фильтр, такой как 100-мкм фильтр

V: Остаточные загрязняющие вещества и/или

нереакционно-способная необожженная известь

VI: Суспензия гидроксида кальция

VII: Реактор, такой как карбонизационный реактор или бак

VIII: Раствор сульфата магния

IX: Сульфат(ы) металлов группы II и/или группы III

X: Кислота, такая как серная кислота

XI: Содержащий диоксид углерода газ

XII: Фильтр, такой как 45-мкм фильтр

XIII: Крупные частицы

XIV: Суспензия РСС согласно данному изобретению (в пористом, агломерированном виде)

После стадии А следует повышение концентрации РСС, полученного во время стадии А, без диспергатора либо в присутствии катионного диспергатора, в достаточно мягких или умеренных условиях, чтобы избежать существенного разрушения агрегатов/агломератов, до достижения концентрации от 15 до 50%, предпочтительно в диапазоне от 20 до 30%, наиболее предпочтительно от 23 до 26 мас.% твердых веществ. Количество любого добавляемого катионного диспергатора контролируют таким образом, чтобы всего лишь покрыть агломераты/агрегаты РСС предшественника, при этом такое количество соответствует количеству, добавленному до повышения вязкости суспензии.

В том случае, если повышение концентрации приводит к образованию осадка на фильтре, например, такого как после повышения концентрации при помощи работающего под давлением фильтра или центрифуги, или путем вакуумной фильтрации, концентрированный материал необязательно промывают водой и подвергают его повторному диспергированию до тех пор, пока конечный материал по существу не будет состоять из устойчивых, пористых агломератов/агрегатов, таких же или очень близких к агломератам/агрегатам, полученным на стадиях А.

Повышение концентрации может быть осуществлено на стадии термического выпаривания, при этом конечный материал по существу остается в виде устойчивых, пористых агломератов/агрегатов, полученных на стадиях А.

Повышение концентрации части или всей массы предшественника может привести к получению сухого продукта, в таком случае сухой продукт подвергают повторному диспергированию до тех пор, пока конечный материал по существу не будет состоять из устойчивых, пористых агломератов/агрегатов, таких же или очень близких к агломератам/агрегатам, полученным на стадиях А.

На фиг.2 представлен процесс стадии В, обезвоживания в центрифуге, включающий:

XXI: Суспензию РСС со стадий А

XXII: Обезвоживающую центрифугу

XXIII: Фильтрат

XXIV: Осадок на фильтре

XXV: Диспергирующую установку

XXVI: Необязательное добавление раствора катионного, способствующего диспергированию средства

XXVII: Суспензию РСС повышенной концентрации

На фиг.3 представлен альтернативный процесс обезвоживания в

центрифуге на стадии В, включающий:

XXI: Суспензию РСС со стадий А

XXII: Обезвоживающую центрифугу

XXIII: Фильтрат

XXIV: Осадок на фильтре

XXV: Диспергирующую установку

XXVI: Необязательное добавление раствора катионного, способствующего диспергированию средства

XXVII: Суспензию РСС повышенной концентрации

На фиг.4 представлена стадия В термического повышения концентрации в вакууме, включающая:

XXI: Суспензию РСС со стадий А

XXXII: Термический испаритель

XXIII: Суспензию РСС повышенной концентрации

На фиг.5 представлена стадия В термического повышения концентрации на нагревательной плите, включающая:

XXI: Суспензию РСС со стадий А

XLII: Нагревательную плиту

XLIII: Необязательное добавление раствора катионного, способствующего диспергированию средства

XXIV: Суспензию РСС повышенной концентрации

Ниже описаны необязательные и/или предпочтительные характеристики стадий А, осуществляемые по отдельности или в сочетании.

Скорость карбонизационного газа предпочтительно выбирают в диапазоне от 1 до 30, предпочтительно - от 10 до 20, наиболее предпочтительно - около 19,7 литров в минуту при нормальных условиях на килограмм гидроксида кальция во время осаждения. Упомянутый карбонизационный газ представляет собой СO₂ или смесь СО₂ и одного или более других газов, таких как воздух и/или азот.

Суспензию гидроксида кальция наиболее предпочтительно обрабатывают сочетанием сульфата магния и сульфата алюминия либо сочетанием сульфата магния и сульфата цинка.

Согласно менее предпочтительным вариантам сульфат цинка может быть добавлен к сочетанию сульфата магния и сульфата алюминия, либо сульфат алюминия может быть добавлен к сочетанию сульфата магния и сульфата цинка.

Добавление сульфата магния наиболее предпочтительно осуществляют до карбонизации. Согласно менее предпочтительному варианту, сульфат магния может быть добавлен либо до добавления других сульфатов, либо во время такого добавления. Согласно второму, менее предпочтительному варианту, сульфат магния может быть добавлен во время карбонизации вместе с сульфатом алюминия и/или цинка. Согласно наименее предпочтительному варианту осуществления данного изобретения, сульфат магния может быть добавлен во время карбонизации либо в самом начале карбонизации.

Добавление сульфата алюминия и/или сульфата цинка наиболее предпочтительно происходит в процессе карбонизации.

Добавление кислоты, в частности серной кислоты, наиболее предпочтительно в виде 10 мас.% раствора серной кислоты, происходит предпочтительно в начале карбонизации. Однако наиболее предпочтительно добавление серной кислоты происходит одновременно с добавлением сульфата алюминия или сульфата цинка.

Не ограничиваясь какой-либо теорией, заявитель придерживается того мнения, что в настоящем изобретении присутствие, как описано ниже, серной кислоты необходимо для достижения нужных результатов.

Во всех вышеприведенных вариантах сульфаты группы II и/или III могут быть добавлены помимо сульфата алюминия и/или сульфата цинка либо вместо сульфата алюминия и/или сульфата цинка.

Температуру в баке для карбонизации поднимают под наблюдением до уровня от 40 до 80°С, предпочтительно - от 50 до 60°С, наиболее предпочтительно - от 56 до 57°С.

Удаление остаточных загрязняющих примесей и/или нереакционно-способной негашеной извести производят при помощи фильтра с размером ячеек, составляющим 4 5 мкм, в том случае, если вязкость по Брукфильду материала, удаляемого из бака для карбонизации, достаточно низка, в частности менее 100 мПа*с при 100 об./мин.

Конечный суспензионный продукт по существу состоит из устойчивых пористых агломератов/агрегатов.

Следующие характеристики являются необязательными и/или предпочтительными на стадии В по отдельности или в сочетании.

Под терминами "деагломерация/деагрегация" подразумевается, что агломераты/агрегаты, полученные в конце стадий А конкретным способом согласно данному изобретению, распадаются, при этом продукт распада представляет собой ультратонкий РСС такого же вида (за исключением содержащихся или осажденных солей металлов), как и РСС, полученный в USP '086.

Под "умеренными или мягкими условиями" подразумевается, что деагломерацию/деагрегацию агломератов/агрегатов сводят к минимуму таким образом, что агломераты/агрегаты не подвергаются "существенному разрушению". Точнее, это означает, что наиболее предпочтительно, чтобы во время стадий повышения концентрации увеличение фракции частиц размером менее 2 мкм было ограничено менее чем 30%, предпочтительно менее чем 20%, наиболее предпочтительно менее чем 10%, и/или снижение среднего диаметра агрегатов было ограничено менее чем 20%, предпочтительно менее чем 15%, наиболее предпочтительно менее чем 10%, согласно измерениям, проведенным описанными ниже способами.

Изображения РЭМ до и после повышения концентрации по существу идентичны, а это означает, что присутствующие агломераты/агрегаты (такие, как полученный на стадии А "предшественник") заметно не изменяются во время повышения концентрации.

Стадия повышения концентрации может быть осуществлена в виде любой методики термического или механического разделения для твердых/жидких суспензий при условии, что агрегаты/агломераты, полученные на стадии А ("предшественник"), достаточно устойчивы и не подвергаются "существенному разрушению" в результате использования такой методики.

Во время процесса повышения концентрации простой катионный диспергатор может быть добавлен в обычных пропорциях для повышения содержания твердых веществ в суспензии без общего повышения вязкости суспензии. Количество любого добавляемого катионного диспергатора регулируют таким образом, чтобы покрыть агломераты/агрегаты РСС предшественника, при этом данное количество соответствует количеству, добавленному до повышения вязкости суспензии. Например, от 3 до 15% мас./маc. 20% раствора катионного сополимера, такого как катионный сополимер хлорида {2-(метакрилоилокси)этил]триметиламмония и хлорида [3-(метакриламидо)пропил]триметиламмония в расчете на сухой карбонат кальция, добавляют к суспензии, содержащей пигмент согласно данному изобретению, что соответствует приблизительно от 0,6 до 3 мас.% сухого катионного диспергатора в расчете на сухой карбонат кальция.

Наиболее предпочтительно, повышение концентрации с катионным диспергатором или без диспергатора осуществляют вакуумной фильтрацией или путем термического повышения концентрации, либо при помощи центрифуги или фильтра под давлением.

Степень разрушения агломератов/агрегатов является ожидаемой. Такие агломераты/агрегаты пигмента часто удерживаются вместе относительно слабыми ван-дер-ваальсовыми или электростатическими силами притяжения, преодолеваемыми центробежными и/или поперечными усилиями, создаваемыми внутри оборудования, предназначенного для коммерческого повышения концентрации, а именно в центрифуге, быстро вращающемся декантаторе или фильтр-прессе высокого давления. Поэтому тот факт, что заметного разрушения агломератов/агрегатов при полном достижении нужной степени повышения концентрации не наблюдается, не является полностью очевидным.

Настоящее изобретение касается устойчивых, пористых агрегатов/агломератов из РСС, получаемых в конце только стадий А ("предшественник"), и конечных устойчивых, пористых агрегатов/агломератов из РСС, получаемых вышеописанными способами в конце стадий А в сочетании со стадиями В, при этом упомянутый РСС приобретает совершенно новые свойства, которые, в свою очередь, делают его особенно ценным для различных видов краскоструйного печатания.

Устойчивые, пористые агрегаты/агломераты из РСС, получаемые в конце стадий А, а также агрегаты/агломераты, получаемые после повышения концентрации на стадиях В, могут быть охарактеризованы набором следующих свойств: удельная поверхность составляет от 30 до 100 м²/г, предпочтительно - от 50 до 80 м ²/г, и/или средний диаметр агрегатов составляет от 1 до 5 мкм, а усредненный диаметр 2 мкм, и/или фракция мелкоизмельченных веществ размером менее 2 мкм составляет менее 20%, предпочтительно менее 15%, и/или первичный размер игольчатых частиц составляет от 20 до 50 нм, при этом их отношение ширины к длине составляет от 1:2 до 1:10, и/или содержание твердых веществ, в расчете на массу, составляет от 5 до 25%, предпочтительно от 15 до 20%, в конце стадий А, и содержание твердых веществ составляет от 15 до 50%, предпочтительно от 20 до 30% твердых веществ, в частности от 23 до 2 6% твердых веществ, в конце стадий В.

Конечная концентрация суспензии может быть частично или полностью получена добавлением одного или более дополнительных пигментов или суспензий пигментов во время стадий В.

Данное изобретение касается новых пигментов, отличающихся тем, что они включают описываемые здесь устойчивые, пористые агрегаты/агломераты из РСС, а также нового пигмента или суспензий РСС, отличающихся тем, что они включают описываемые здесь устойчивые, пористые агрегаты/агломераты из РСС.

Данное изобретение также касается новых пигментов и суспензий из РСС, отличающихся тем, что содержание твердых веществ в них, в расчете на массу, составляет от 5 до 25%, предпочтительно от 15 до 20%, твердых веществ в конце стадий А, и от 15 до 50%, предпочтительно от 20 до 30% твердых веществ, в частности, от 23 до 26% твердых веществ, в конце стадий В.

Согласно предпочтительному варианту, функциональный пигмент или суспензию пигмента с высокой площадью поверхности и интегрированными катионами вводят в состав покрытия способом, известным специалисту, с целью повышения, в частности, оптической плотности при печатании без усиления миграции или расплывания пигмента, что является одним из основных достижений данного изобретения.

Поэтому данное изобретение также касается новых составов для покрытий, применимых в производстве бумаги, отличающихся тем, что они включают описываемые здесь новые агрегаты/агломераты из РСС, новые пигменты и/или новые суспензии.

Данное изобретение также касается описываемых здесь составов для покрытий, отличающихся тем, что содержащаяся в них суспензия РСС, имеет следующие свойства: содержание твердых веществ от 15 до 50%, предпочтительно от 20 до 30% твердых веществ, в частности, от 23 до 26%, и/или высокую площадь поверхности РСС, а именно удельную поверхность, составляющую от 30 до 100 м²/г, предпочтительно от 50 до 80 м²/г.

Данное изобретение также касается различных видов применения составов для покрытий по любому из пп.19 или 20, относящихся к нанесению покрытий на бумагу для краскоструйного печатания, а именно к нанесению покрытий на "универсальную" бумагу для краскоструйного печатания или на специальную высококачественную бумагу.

Подводя итог вышесказанному, наиболее предпочтительное (согласно его наилучшему варианту на дату данного изобретения) изобретение основано на выборе более низкой скорости потока карбонизационного газа во время осаждения РСС; специфического сочетания катионов, вводимых в кристаллическую решетку РСС во время синтеза РСС; использовании суспензии для покрытий с высоким содержанием твердых веществ, концентрация которой повышена диспергатором до уровня от 15 до 50%, предпочтительно от 20 до 30% твердых веществ, в частности, от 23 до 26 мас.%; особенно применимой для нанесения покрытий на бумагу на таких устройствах для нанесения покрытий, как Varibar, с использованием воздушного шабера или автономного устройства с ракельным ножом; использовании РСС с высокой площади поверхности, составляющей от 30 до 100 м ²/г, предпочтительно от 50 до 80 м²/г, в конце стадий А и в конце стадий В; использовании первичных кристаллов РСС небольшого диаметра, агломерированных/агрегированных для получения пористого агломерата РСС.

Поскольку площадь поверхности зависит от распределения размера частиц, такое распределение должно быть соответствующим образом отрегулировано.

Получаемые химические свойства поверхности функционального пигмента обеспечивают повышенную фиксацию содержащегося в печатной краске красителя и увеличенную площадь поверхности пигмента, что приводит к повышению оптической плотности либо к снижению содержания катионной добавки в составе для покрытий, обеспечивающем равную оптическую плотность. Не наблюдается никакого повышения или даже понижения уровня миграции и/или расплывания пигмента по сравнению с коммерческими альтернативами.

Возможность получения суспензии с высоким содержанием твердых веществ с пигментом согласно данному изобретению обеспечивает улучшение эксплуатационных свойств при его введении в состав для покрытия бумаги и нанесении на основную бумагу. Высокое содержание твердых веществ способствует снижению потребности в энергии для сушки, а также более легкой и быстрой сушке; скорость бумагоделательной машины может быть повышена без увеличения отложений на валках в секции бумагоделательной машины, расположенной после сушки.

Данное изобретение обеспечивает возможность получения суспензии с высоким содержанием твердых веществ, позволяющей сократить количество потребляемой энергии во время стадии сушки, тем самым снижая стоимость производства.

Кроме того, использование агрегатов/агломератов согласно данному изобретению ограничивает количество используемого связующего, тем самым ограничивая производственную стоимость.

Поскольку данное изобретение нацелено на агломераты/агрегаты, его применение ограничено матовой бумагой для краскоструйного печатания. Агломераты/агрегаты согласно данному изобретению являются слишком крупными для получения глянцевой поверхности.

Различные процессы данного изобретения станут более понятными после ознакомления со следующей частью описания и следующими неограничивающими примерами.

ПРИМЕРЫ

Примеры получения нового краскоструйного пигмента и характеристики пигмента для соответствующих продуктов:

Примеры 1, 5, 7 и 10 осуществляют согласно стадиям А данного изобретения. Примеры 2, 3, 4, 6, 8, 9, 11 и 12 иллюстрируют повышение концентрации продуктов из примеров 1, 5, 7 и 10, концентрацию которых повышают согласно данному изобретению (стадии В).

Пример 1

Способ согласно данному изобретению, стадии А с сульфатом магния и сульфатом цинка:

150 кг негашеной извести добавляют к 1300 литрам водопроводной воды в реактор с мешалкой. Перед добавлением извести температуру воды доводят до 40°С.

Негашеную известь гасят в течение 25 минут при непрерывном перемешивании, а затем полученную суспензию гидроксида кальция ("известковое молоко"), содержащее 13,1% мас./мас. твердых веществ фильтруют через 100-мкм фильтр.

Осаждение карбоната кальция осуществляют в 1000-литровом цилиндрическом реакторе из нержавеющей стали с отбойными перегородками, оборудованном газовой мешалкой и включающем устройство для диспергирования газа, трубку для карбонизации из нержавеющей стали для подачи потока газа из диоксида углерода/воздуха на импеллер, а также зонды для регулирования рН и электропроводности суспензии.

700 литров суспензии гидроксида кальция, полученной на вышеописанной стадии гашения, добавляют в реактор для карбонизации, и температуру реакционной смеси доводят до желаемой исходной температуры, составляющей 20°С.

Перед карбонизацией в известковое молоко добавляют 30 кг 10% мас./мас. водного раствора сульфата магния (MgSO₄ · 7Н₂O).

Затем скорость мешалки устанавливают на уровне 1480 об./мин и суспензию карбонизируют, пропуская газовую смесь, содержащую 26 об.% диоксида углерода в воздухе при 118 норм.м³ /час, что соответствует прохождению через суспензию 19,7 литров в минуту при нормальных условиях на килограмм гидроксида кальция. Во время карбонизации к реакционной смеси в течение всего периода карбонизации непрерывно добавляют 100 кг 10% водного раствора сульфата цинка (ZnSO₄ · 7H₂O) и 30 кг 10% мас./мас. водного раствора серной кислоты.

Карбонизация завершается через 1 час 55 минут времени реакции, при этом признаком ее завершения является падение электропроводности до минимального уровня, сопровождающееся падением рН до постоянной величины ниже 8,0.

Во время карбонизации температуре суспензии позволяют повышаться из-за экзотермической природы реакции до конечной температуры суспензии, составляющей 57°С.

Остаточные загрязняющие примеси и/или нереакционно-способную необожженную известь затем удаляют, пропуская водную суспензию через 45-мкм фильтр.

Продуктом вышеописанной карбонизации является водная суспензия, содержащая 15,6% мас./маc. твердых веществ, таких как ультратонкие первичные частицы карбоната кальция, связанные вместе и образующие устойчивые пористые сферические агрегаты.

Согласно изображениям РЭМ, отдельные кристаллы в качестве компонентов агрегатов имеют диаметр частиц, составляющий от 20 до 50 нм, и отношение ширины к длине, составляющее от 1:2 до 1:10. Также согласно изображениям РЭМ, пористые агрегаты, сформированные из таких отдельных кристаллов, имеют диаметры, составляющие от 1 до 5 мкм, при этом средний диаметр составляет 2 мкм.

Характеристики пигмента продукта, полученного в соответствии с вышеописанным способом, приведены в колонке "Пример 1" в таблице 2.

Представленные в таблице результаты по примеру 1 подтверждают высокую площадь поверхности агрегата и соответствующие размеры агрегата, но недостаточное содержание твердых веществ для последующего нанесения покрытий. В самом деле, испытания по нанесению покрытий с использованием состава с низким содержанием твердых веществ, проводимые согласно общим, описываемым ниже условиям нанесения покрытий, показывают, что при одинаковом содержании твердых веществ на площадь поверхности бумаги покрытие составом с более низким содержанием твердых веществ ведет к снижению оптической плотности (таблица 1).

Поэтому повышение концентрации должно быть осуществлено без заметных потерь или разрушения агрегатов.

Таблица 1
Действие общего содержания твердых веществ в суспензии на 100% черную оптическую плотность
Общее содержание твердых веществ в суспензии ( мас.%)	Содержание сульфата металла во всех твердых веществах суспензии ( мас.%)	Вид сульфата металла	100% черная оптическая плотность
13,7	10	ZnSO4*7H2O	2,44
36,7	10	ZnSO4*7H2O	2,72

Пример 2

Способ согласно данному изобретению, повышение концентрации (стадии В) продукта из примера 1

2210 г суспензии осажденного карбоната кальция, полученного согласно стадиям А способа, описанным в примере 1, охлаждают до 25°С и обезвоживают на стадиях В при помощи фильтра под давлением.

Получают осадок на фильтре, содержащий около 43% мас./мас. твердых веществ.

Фильтрат собирают и используют для повторного диспергирования фильтровального осадка.

50 г фильтрата, полученного на вышеописанной стадии обезвоживания, помещают в диспергирующее устройство объемом 1 литр, оборудованное импеллером, и повторно диспергируют без использования какого-либо диспергатора.

В полученную в диспергирующем устройстве смесь при постоянном перемешивании по частям добавляют фильтровальный осадок, остаточное содержание влаги в котором составляет 57% мас./мас.

После каждого добавления фильтровального осадка и последующей гомогенизации определяют вязкость суспензии по Брукфильду при 100 об./мин. Добавление фильтровального осадка прекращают, когда вязкость по Брукфильду достигает определенной максимальной величины, составляющей приблизительно 1000 мПа*с.

В этот момент добавляют 97 г фильтровального осадка.

Продуктом вышеописанного процесса повышения концентрации является водная суспензия, содержащая 28,4% мас./мас. твердых веществ, таких как ультратонкие первичные частицы карбоната кальция, связанные вместе и образующие устойчивые пористые сферические агрегаты размером от 1 до 5 мкм.

Кристаллическую структуру продукта определяют при помощи изображений РЭМ.

Характеристики пигмента продукта, полученного в соответствии с вышеописанным способом, приведены в колонке "Пример 2" в таблице 2.

Из приведенных данных следует, что полученный пигмент имеет высокое значение удельной поверхности БЭТ, подтверждающей получение большой поверхности, необходимой для взаимодействия и связывания печатной краски, наряду с соответствующими размерами агрегата (от 1 до 2 мкм согласно РЭМ) и индексом пожелтения.

Кроме того, конечный продукт дополнительно имеет достаточное содержание твердых веществ для последующего нанесения покрытий на бумагу для краскоструйного печатания.

Пример 3

Способ согласно данному изобретению, повышение концентрации (стадии В) продукта из примера 1

2210 г суспензии осажденного карбоната кальция, полученного согласно способу, описанному в примере 1, охлаждают до 25°С и обезвоживают при помощи фильтра под давлением. Фильтрат собирают и используют для повторного диспергирования фильтровального осадка.

30 г фильтрата, полученного на вышеописанной стадии обезвоживания, помещают в диспергирующее устройство объемом 1 литр, оборудованное импеллером, и повторно диспергируют без использования какого-либо диспергатора.

В полученную смесь при постоянном перемешивании по частям добавляют фильтровальный осадок, полученный на вышеописанной стадии обезвоживания, остаточное содержание влаги в котором составляет 36,4% мас./мас. После каждого добавления фильтровального осадка и последующей гомогенизации определяют вязкость суспензии по Брукфильду при 100 об./мин. Добавление фильтровального осадка прекращают тогда, когда вязкость по Брукфильду достигнет определенной максимальной величины, составляющей приблизительно 1000 мПа*с.

В этот момент добавляют 49 г фильтровального осадка.

Продуктом вышеописанного процесса повышения концентрации является водная суспензия, содержащая 22,5% мас./мас. твердых веществ, таких как ультратонкие первичные частицы карбоната кальция, связанные вместе и образующие устойчивые пористые сферические агрегаты.

Кристаллическую структуру продукта определяют при помощи изображений РЭМ.

Характеристики пигмента продукта, полученного в соответствии с вышеописанным способом, приведены в колонке "Пример 3" в таблице 2.

Комментарии к полученным результатам такие же, как и в примере 2.

Пример 4

Способ согласно данному изобретению, получение РСС (стадия А, вариант с сульфатом магния и сульфатом цинка) и повышение его концентрации (стадии В):

150 кг негашеной извести добавляют к 1300 литрам водопроводной воды в реактор с мешалкой. Перед добавлением извести температуру воды доводят до 40°С.

Негашеную известь гасят в течение 25 минут при непрерывном перемешивании, а затем полученную суспензию гидроксида кальция ("известковое молоко"), содержащую 12,8% мас./маc. твердых веществ, фильтруют через 100-мкм фильтр.

Осаждение карбоната кальция осуществляют в 1000-литровом цилиндрическом реакторе из нержавеющей стали с отбойными перегородками, оборудованном газовой мешалкой и включающем устройство для диспергирования газа, трубку для карбонизации из нержавеющей стали для подачи потока газа из диоксида углерода/воздуха на импеллер, а также зонды для регулирования рН и электропроводности суспензии.

700 литров суспензии гидроксида кальция, полученной на вышеописанной стадии гашения, добавляют в реактор для карбонизации и температуру реакционной смеси доводят до желаемой исходной температуры, составляющей 20°С.

Перед началом карбонизации к известковому молоку добавляют 30 кг 10% мас./мас. водного раствора сульфата магния (MgSO₄ · 7Н ₂O).

Затем скорость мешалки устанавливают на уровне 1480 об./мин и суспензию карбонизируют, пропуская газовую смесь, содержащую 26 об.% диоксида углерода в воздухе при 118 норм. м³/час, что соответствует прохождению через суспензию 19,7 литров в минуту при нормальных условиях на килограмм гидроксида кальция.

Во время карбонизации к реакционной смеси в течение всего периода карбонизации непрерывно добавляют 100 кг 10% водного раствора сульфата цинка (ZnSO₄ · 7H₂O) и 30 кг 10% мас./маc. водного раствора серной кислоты.

Карбонизация завершается через 1 час 50 минут времени реакции, при этом признаком ее завершения является падение электропроводности до минимального уровня, сопровождаемое падением рН до постоянной величины ниже 8,0.

Во время карбонизации температуре суспензии позволяют повышаться, что приводит к подъему температуры конечной суспензии до 58°С из-за теплоты, выделяемой во время экзотермической реакции.

Стадия повышения концентрации:

Затем суспензию фильтруют через 45-мкм фильтр перед ее подачей в обезвоживающую центрифугу (работающую при 4440 об/мин) со скоростью 350 л/час. К полученному фильтровальному осадку диспергатор не добавляют. Полученный фильтровальный осадок собирают, а затем повторно диспергируют в устройстве для перемешивания и выделяют продукт с повышенной концентрацией в виде водной суспензии пигмента.

Продуктом вышеописанных стадий карбонизации и повышения концентрации является водная суспензия, содержащая 19,5% мас./мас. твердых веществ, таких как ультратонкие первичные частицы карбоната кальция, связанные вместе и образующие устойчивые пористые сферические агрегаты. Отдельные кристаллы в качестве компонентов агрегатов имеют игольчатую форму частиц диаметром от 20 до 50 нм и отношения ширины к длине от 1:2 до 1:10. Пористые агрегаты, сформированные из таких отдельных кристаллов, имеют диаметры, составляющие от 1 до 5 мкм, при этом средний диаметр составляет 2 мкм.

Кристаллическую структуру продукта определяют при помощи изображений РЭМ.

Характеристики пигмента продукта, полученного в соответствии с вышеописанным способом, приведены в колонке "Пример 4" в таблице 2.

Комментарии к полученным результатам такие же, как и в примерах 2 и 3.

Пример 5

Способ согласно данному изобретению, стадии А, вариант с сульфатом магния и сульфатом алюминия:

115 кг негашеной извести добавляют к 1000 литрам водопроводной воды в реактор с мешалкой. Перед добавлением извести температуру воды доводят до 40°С.

Негашеную известь гасят в течение 25 минут при непрерывном перемешивании, а затем полученную суспензию гидроксида кальция ("известковое молоко"), содержащую 12,7% мас./мас. твердых веществ, фильтруют через 100-мкм фильтр.

Осаждение карбоната кальция осуществляют в 1000-литровом цилиндрическом реакторе из нержавеющей стали с отбойными перегородками, оборудованном газовой мешалкой и включающем устройство для диспергирования газа, трубку для карбонизации из нержавеющей стали для подачи потока газа, состоящего из диоксида углерода/воздуха, на импеллер, а также зонды для регулирования рН и электропроводности суспензии.

700 литров суспензии гидроксида кальция, полученной на вышеописанной стадии гашения, добавляют в реактор для карбонизации и температуру реакционной смеси доводят до желаемой исходной температуры, составляющей 20°С.

Перед началом карбонизации к известковому молоку добавляют 30 кг 10% мас./маc. водного раствора сульфата магния (MgSO₄. 7Н₂ O).

Затем скорость мешалки устанавливают на уровне 14 80 об./мин и суспензию карбонизируют, пропуская газовую смесь, содержащую 26 об.% диоксида углерода в воздухе при 118 норм. м³/час, что соответствует прохождению через суспензию 19,7 литров в минуту при нормальных условиях на килограмм гидроксида кальция.

Во время карбонизации к реакционной смеси в течение всего периода карбонизации непрерывно добавляют 100 кг 10% водного раствора сульфата алюминия (Al₂ (SO₄)₃ · 18Н₂O) и 30 кг 10% мас./мас. водного раствора серной кислоты.

Карбонизация завершается через 1 час 4 8 минут времени реакции, при этом признаком ее завершения является падение электропроводности до минимального уровня, сопровождаемое падением рН до постоянной величины ниже 8,0.

Во время карбонизации температуре суспензии позволяют повышаться, что приводит к подъему температуры конечной суспензии до 61°С из-за теплоты, выделяемой во время экзотермической реакции.

Затем суспензию фильтруют через 45-мкм фильтр, и продукт выделяют в виде водной суспензии пигмента.

Продуктом вышеописанной стадии карбонизации является водная суспензия, содержащая 14,3% мас./мас. твердых веществ, таких как ультратонкие первичные частицы карбоната кальция, связанные вместе и образующие устойчивые пористые сферические агрегаты.

Отдельные кристаллы в виде компонентов агрегатов имеют игольчатую форму частиц диаметром от 20 до 50 нм и отношения ширины к длине от 1:2 до 1:10.

Пористые агрегаты, сформированные из таких отдельных кристаллов, имеют диаметры, составляющие от 1 до 5 мкм, при этом средний диаметр составляет 2 мкм.

Кристаллическую структуру продукта определяют при помощи изображений РЭМ.

Характеристики пигмента продукта, полученного в соответствии с вышеописанным способом, приведены в колонке "Пример 5" в таблице 2.

Пример 6

Способ согласно данному изобретению, повышение концентрации (стадии В) продукта примера 5:

10 литров суспензии осажденного карбоната кальция, полученного согласно описанному в примере 5 способу, фильтруют через 45-мкм фильтр перед подачей на термический испаритель. Испаритель включает цилиндрическую емкость из нержавеющей стали, оборудованную мешалкой и нагревательным устройством с двойным кожухом, работающим на горячем синтетическом масле с температурой 120°С в качестве нагревательной среды.

Перед испарением 194 г 20% раствора катионного сополимера хлорида [2-метакрилоилокси)этил]триметиламмония и хлорида [3-(метакриламидо)пропил]триметиламмония вместе с 10,8 г гидроксиэтилцеллюлозы (НЕС, Tylose H6000YP2, препятствующий оседанию агент от Clariant ) добавляют к суспензии осажденного карбоната кальция и перемешивают.

Термическое повышение концентрации осуществляют в результате испарения в упомянутом лабораторном испарителе при атмосферном давлении и температурах суспензии от 90 до 95°С.

Испарение прекращают, когда вязкость по Брукфильду достигнет установленного максимального предела, составляющего приблизительно 1000 мПа*с.

Продуктом вышеописанного процесса карбонизации является водная суспензия, содержащая 23,8% мас./мас. твердых веществ, таких как ультратонкие первичные частицы карбоната кальция, связанные вместе и образующие устойчивые пористые сферические агрегаты.

Кристаллическую структуру продукта определяют при помощи изображений РЭМ.

Характеристики пигмента продукта, полученного в соответствии с вышеописанным способом, приведены в колонке "Пример 6" в таблице 2.

Пример 7

Способ согласно данному изобретению, стадии А (вариант с сульфатом магния и сульфатом цинка):

115 кг негашеной извести добавляют к 1000 литрам водопроводной воды в реактор с мешалкой. Перед добавлением извести температуру воды доводят до 40°С.

Негашеную известь гасят в течение 25 минут при непрерывном перемешивании, а затем полученную суспензию гидроксида кальция ("известковое молоко"), содержащую 12,5% мас./маc. твердых веществ, фильтруют через 100-мкм фильтр.

Осаждение карбоната кальция осуществляют в 1000-литровом цилиндрическом реакторе из нержавеющей стали с отбойными перегородками, оборудованном газовой мешалкой и включающем устройство для диспергирования газа, трубку для карбонизации из нержавеющей стали для подачи потока газа, состоящего из диоксида углерода/воздуха, на импеллер, а также зонды для регулирования рН и электропроводности суспензии.

700 литров суспензии гидроксида кальция, полученной на вышеописанной стадии гашения, добавляют в реактор для карбонизации, и температуру реакционной смеси доводят до желаемой исходной температуры, составляющей 20°С.

Перед началом карбонизации к известковому молоку добавляют 30 кг 10% мас./маc. водного раствора сульфата магния (MgSO₄ · 7Н₂O).

Затем скорость мешалки устанавливают на уровне 1480 об./мин и суспензию карбонизируют, пропуская газовую смесь, содержащую 26 об.% диоксида углерода в воздухе при 118 норм. м³ /час, что соответствует прохождению через суспензию 19,7 литров в минуту при нормальных условиях на килограмм гидроксида кальция.

Во время карбонизации к реакционной смеси в течение всего периода карбонизации непрерывно добавляют 100 кг 10% мас./маc. водного раствора сульфата цинка (ZnSO₄ · 7H ₂O) и 30 кг 10% мас./маc. водного раствора серной кислоты.

Карбонизация завершается через 1 час 4 3 минуты времени реакции, при этом признаком ее завершения является падение электропроводности до минимального уровня, сопровождаемое падением рН до постоянной величины ниже 8,0.

Во время карбонизации температуре суспензии позволяют повышаться, что приводит к подъему температуры конечной суспензии до 62°С из-за теплоты, выделяемой во время экзотермической реакции.

Затем суспензию фильтруют на 45-мкм фильтре, и продукт выделяют в виде водной суспензии пигмента.

Продуктом вышеописанной стадии карбонизации является водная суспензия, содержащая 13,7% мас./мас. твердых веществ, таких как ультратонкие первичные частицы карбоната кальция, связанные вместе и образующие устойчивые пористые сферические агрегаты.

Отдельные кристаллы в виде компонентов агрегатов имеют игольчатую форму частиц диаметром от 20 до 50 нм и отношения ширины к длине от 1:2 до 1:10.

Пористые агрегаты, сформированные из таких отдельных кристаллов, имеют диаметры, составляющие от 1 до 5 мкм, при этом средний диаметр составляет 2 мкм.

Кристаллическую структуру продукта определяют при помощи изображений РЭМ.

Характеристики пигмента продукта, полученного в соответствии с вышеописанным способом, приведены в колонке "Пример 1" в таблице 2.

Комментарии к полученным результатам такие же, как и в примере 1.

Пример 8

Способ согласно данному изобретению, повышение концентрации (стадии В) продукта примера 7:

10 литров суспензии осажденного карбоната кальция, полученного согласно описанному в примере 7 способу, фильтруют через 45-мкм фильтр перед его подачей в термический испаритель. Испаритель включает цилиндрическую емкость из нержавеющей стали, оборудованную мешалкой и нагревательным устройством с двойным кожухом, работающим на горячем синтетическом масле с температурой 120°С в качестве нагревательной среды.

Термическое повышение концентрации осуществляют без диспергатора в результате испарения в упомянутом лабораторном испарителе при атмосферном давлении и температурах суспензии от 90 до 95°С.

Испарение прекращают, когда вязкость по Брукфильду достигнет установленного максимального предела, составляющего приблизительно 1000 мПа*с.

Продуктом вышеописанного процесса карбонизации является водная суспензия, содержащая 27,1% мас./мас. твердых веществ, таких как ультратонкие первичные частицы карбоната кальция, связанные вместе и образующие устойчивые пористые сферические агрегаты.

Кристаллическую структуру продукта определяют при помощи изображений РЭМ.

Характеристики пигмента продукта, полученного в соответствии с вышеописанным способом, приведены в колонке "Пример 8" в таблице 2.

Пример 9

Способ согласно данному изобретению, получение РСС (стадия А, вариант с сульфатом магния и сульфатом цинка) и повышение его концентрации (стадии В):

115 кг негашеной извести добавляют к 1000 литрам водопроводной воды в реактор с мешалкой. Перед добавлением извести температуру воды доводят до 40°С.

Негашеную известь гасят в течение 25 минут при непрерывном перемешивании, а затем полученную суспензию гидроксида кальция ("известковое молоко"), содержащую 13,5% мас./мас. твердых веществ, фильтруют через 100-мкм фильтр.

Осаждение карбоната кальция осуществляют в 1000-литровом цилиндрическом реакторе из нержавеющей стали с отбойными перегородками, оборудованном газовой мешалкой и включающем устройство для диспергирования газа, трубку для карбонизации из нержавеющей стали для подачи потока газа, состоящего из диоксида углерода/воздуха, на импеллер, а также зонды для регулирования рН и электропроводности суспензии.

700 литров суспензии гидроксида кальция, полученной на вышеописанной стадии гашения, добавляют в реактор для карбонизации и температуру реакционной смеси доводят до желаемой исходной температуры, составляющей 20°С.

Перед началом карбонизации к известковому молоку добавляют 30 кг 10% мас./мас. водного раствора сульфата магния (MgSO₄ · 7Н₂O).

Затем скорость мешалки устанавливают на уровне 1480 об./мин и суспензию карбонизируют, пропуская газовую смесь, содержащую 26 об.% диоксида углерода в воздухе при 118 норм. м³ /час, что соответствует прохождению через суспензию 19,7 литров в минуту при нормальных условиях на килограмм гидроксида кальция. Во время карбонизации к реакционной смеси в течение всего периода карбонизации непрерывно добавляют 100 кг 10% мас./мас. водного раствора сульфата цинка (ZnSO₄ · 7H₂ O) и 30 кг 10% мас./мас. водного раствора серной кислоты.

Карбонизация завершается через 1 час 44 минуты времени реакции, при этом признаком ее завершения является падение электропроводности до минимального уровня, сопровождаемое падением рН до постоянной величины ниже 8,0.

Во время карбонизации температуре суспензии позволяют повышаться, что приводит к подъему температуры конечной суспензии до 56°С из-за теплоты, выделяемой во время экзотермической реакции.

Затем суспензию фильтруют через 45-мкм фильтр.

Стадия повышения концентрации:

Отфильтрованную суспензию затем подают со скоростью 400 л/ч в обезвоживающую центрифугу, работающую при 4440 об./мин. К фильтровальному осадку, выгруженному из обезвоживающей центрифуги, диспергатор не добавляют.

Затем смесь повторно диспергируют в устройстве для перемешивания и выделяют продукт повышенной концентрации в виде водной суспензии пигмента.

Продуктом вышеописанных стадий карбонизации и повышения концентрации является водная суспензия, содержащая 24,9% мас./мас. твердых веществ, таких как ультратонкие первичные частицы карбоната кальция, связанные вместе и образующие устойчивые пористые сферические агрегаты. Отдельные кристаллы в виде компонентов агрегатов имеют игольчатую форму частиц диаметром от 20 до 50 нм и отношения ширины к длине от 1:2 до 1:10. Пористые агрегаты, сформированные из таких отдельных кристаллов, имеют диаметры, составляющие от 1 до 5 мкм, при этом средний диаметр составляет 2 мкм.

Кристаллическую структуру продукта определяют при помощи изображений РЭМ.

Характеристики пигмента продукта, полученного в соответствии с вышеописанным способом, приведены в колонке "Пример 9" в таблице 2.

Пример 10

Способ согласно данному изобретению, получение РСС (стадия А, вариант с сульфатом магния и сульфатом алюминия)

150 кг негашеной извести добавляют к 1300 литрам водопроводной воды в реактор с мешалкой. Перед добавлением извести температуру воды доводят до 40°С.

Негашеную известь гасят в течение 25 минут при непрерывном перемешивании, а затем полученную суспензию гидроксида кальция ("известковое молоко"), содержащую 12,9% мас./мас. твердых веществ, фильтруют через 100-мкм фильтр.

Осаждение карбоната кальция осуществляют в 1000-литровом цилиндрическом реакторе из нержавеющей стали с отбойными перегородками, оборудованном газовой мешалкой и включающем устройство для диспергирования газа, трубку для карбонизации из нержавеющей стали для подачи потока газа, состоящего из диоксида углерода/воздуха, на импеллер, а также зонды для регулирования рН и электропроводности суспензии.

700 литров суспензии гидроксида кальция, полученной на вышеописанной стадии гашения, добавляют в реактор для карбонизации и температуру реакционной смеси доводят до желаемой исходной температуры, составляющей 20°С.

Перед началом карбонизации к известковому молоку добавляют 30 кг 10% мас./мас. водного раствора сульфата магния (MgSO₄ · 7H₂O).

Затем скорость мешалки устанавливают на уровне 1480 об./мин и суспензию карбонизируют, пропуская газовую смесь, содержащую 26 об.% диоксида углерода в воздухе при 100 норм. м³ /час, через суспензию. Во время карбонизации к реакционной смеси в течение всего периода карбонизации непрерывно добавляют 100 кг 10% мас./мас. водного раствора Al₂(SO₄ )₃ · 18Н₂O и 30 кг 10% мас./мас. водного раствора серной кислоты.

Карбонизация завершается через 1 час 46 минут времени реакции, при этом признаком ее завершения является падение электропроводности до минимального уровня, сопровождаемое падением рН до постоянной величины ниже 8,0.

Во время карбонизации температуре суспензии позволяют повышаться, что приводит к подъему температуры конечной суспензии до 56°С из-за теплоты, выделяемой во время экзотермической реакции. Затем осажденный карбонат кальция фильтруют на 45-мкм фильтре, и отфильтрованный продукт выделяют в виде водной суспензии пигмента.

Продуктом вышеописанной стадии карбонизации является водная суспензия, содержащая 13,8% мас./мас. твердых веществ, таких как ультратонкие первичные частицы карбоната кальция, связанные вместе и образующие устойчивые пористые сферические агрегаты. Отдельные кристаллы в виде компонентов агрегатов имеют игольчатую форму частиц диаметром от 20 до 50 нм и отношения ширины к длине от 1:2 до 1:10. Пористые агрегаты, сформированные из таких отдельных кристаллов, имеют диаметры, составляющие от 1 до 5 мкм, при этом средний диаметр составляет 2 мкм.

Кристаллическую структуру продукта определяют при помощи изображений РЭМ.

Характеристики пигмента продукта, полученного в соответствии с вышеописанным способом, приведены в колонке "Пример 10" в таблице 3.

Пример 11

Способ согласно данному изобретению, получение РСС (стадия А, вариант с сульфатом магния и сульфатом алюминия) и повышение его концентрации (стадии В)

500 литров суспензии осажденного карбоната кальция, полученного согласно описанному в примере 10 способу, фильтруют через 4 5-мкм фильтр перед его подачей в термический испаритель.

Термическое повышение концентрации осуществляют без диспергатора в результате выпаривания в вакууме, составляющем от -700 до -800 мбар, при температурах продукта от 50 до 80°С. Выпаривание прекращают, когда вязкость по Брукфильду достигает установленного максимального предела, составляющего приблизительно 1000 мПа*с.

Продуктом вышеописанного процесса карбонизации является водная суспензия, содержащая 28,1% мас./мас. твердых веществ, таких как ультратонкие первичные частицы карбоната кальция, связанные вместе и образующие устойчивые пористые сферические агрегаты.

Кристаллическую структуру продукта определяют при помощи изображений РЭМ.

Характеристики пигмента продукта, полученного в соответствии с вышеописанным способом, приведены в колонке "Пример 11" в таблице 3.

Пример 12

Способ согласно данному изобретению, получение РСС (стадия А, вариант с сульфатом магния и сульфатом алюминия) и повышение его концентрации (стадии В)

1000 г суспензии осажденного карбоната кальция, полученного согласно описанному в примере 10 способу, помещают в 2-л емкость из нержавеющей стали. К 1000 г суспензии пигмента добавляют 19 г 20% мас./мас. катионного диспергатора и 1 г гидроксиэтилцеллюлозы (НЕС) и смешивают при постоянном перемешивании.

Затем смесь помещают на нагревательную плиту с целью термического повышения концентрации в результате выпаривания.

Выпаривание прекращают, когда вязкость по Брукфильду достигнет установленного максимального предела, составляющего приблизительно 1000 мПа*с.

Продуктом такого вышеописанного процесса карбонизации является водная суспензия, содержащая 21,3% мас./мас. твердых веществ, таких как ультратонкие первичные частицы карбоната кальция, связанные вместе и образующие устойчивые пористые сферические агрегаты.

Кристаллическую структуру продукта определяют при помощи изображений РЭМ.

Характеристики пигмента продукта, полученного в соответствии с вышеописанным способом, приведены в колонке "Пример 12" в таблице 3.

Указанную в таблицах 2 и 3 удельную поверхность (SSA) измеряют при помощи анализатора Tristar 3000, распределение размера частиц (PSD) - при помощи Helos Sympatec, яркость - при помощи Datacolor Elrepho 3000 Jerics, содержание твердых веществ при помощи галогеновых весов Mettler Toledo НВ43 и вязкость -при помощи вискозиметра Брукфильда DVII в соответствии с рекомендациями производителя.

Таблица 2
Характеристики пигментов и содержащих пигменты суспензий согласно данному изобретению
Испытание	Ед.	Пример 1	Пример 2	Пример 3	Пример 4	Пример 5	Пример 6	Пример 7	Пример 8	Пример 9
Удельная поверхность BET	м2/г	58,9	60,1	56,4	63,5	59,5	62,3	75,2	65,5	74,2
PSD (Helos Sympatec)
<2 мкм	%	31	35	33	33	16	18	12	18	17
<1 мкм	%	8	9	8	10	5	10	4	6	5
Средний размер частиц d50	мкм	2,72	2,60	2,57	2,65	3,73	2,62	4,25	3,95	4,01
Яркость (DIN 53140)
R457 (ISO 2469)	%	96,1	95,5	94,6	95,6	95,7	95,6	95,6	94,9	95,5
Индекс пожелтения (DIN 6167)		1,5	1,4	1,5	1,5	1,6	1,4	1,6	1,5	1,5
Содержание твердых веществ	%	15,6	28,4	22,5	19,5	14,3	23,8	13,7	27,1	24,9
Вязкость	мПа*с	34	1300	840	460	33	745	22	782	850

Таблица 3
Характеристики пигментов и содержащих пигменты суспензий согласно данному изобретению
Испытание	Единицы	Пример 10	Пример 11	Пример 12
Удельная поверхность BET	м2/г	63,5	60,8	41,9
PSD (Helos Sympatec)
<2 мкм	%	37	37	45
<1 мкм	%	11	10	11
Средний диаметр частиц d50	мкм	2,45	2,43	2,16
Яркость (DIN 53140)
R457 (ISO 2469)	%	95,7	94,6	94,7
Индекс пожелтения (DIN 6167)		1,4	1,5	1,9
Содержание твердых веществ	%	13,86	28,1	21,3
Вязкость	мПа*с	35	1370	604

Испытание покрытий

Выбранные вышеуказанные продукты согласно данному изобретению вводят в суспензии для покрытия бумаги и наносят на бумагу.

Испытание покрытий на основе суспензий из примеров 3, 9, 11 и 12 на К-образном устройстве для нанесения покрытий с рифленым стержнем

Состав покрытия

Получают четыре суспензии для нанесения покрытий на бумагу, каждая из которых представляет собой одну из четырех суспензий РСС, полученных согласно данному изобретению, вместе со стандартными добавками для покрытия Varibar. Такие добавки (Moviol 26-88, Printofix, Cartafix VXT01 и Cartabond TS1) могут быть получены от Clariant.

Таблица 4
Составы суспензий для покрытий (части)
Суспензия для покрытий	Содержание твердых веществ (% мас./мас.)	Суспензия 1 для покрытий	Суспензия 2 для покрытий	Суспензия 3 для покрытий	Суспензия 4 для покрытий
Пример 3	22,5	100
Пример 9	24,9		100
Пример 11	28Д			100
Пример 12	21,3				100
Добавки
Mowiol 26-88	7,6	12	12	12	12
Printofix	43,0	5	5	5	5
Cartafix VXT01	20,0	3	3	3	3
Cartabond TS1	43,0	1,5	1,5	1,5	1,5
Характеристики конечной суспензии
рН конечной суспензии	%	8,1	8,2	8,2	8,0
Содержание твердых веществ в конечной суспензии		27,8	27,8	27,8	27,8
Вязкость по Брукфильду конечной суспензии при 20°С	мПа*с	140	220	300	100

Таблица 5
Характеристики основной бумаги, суспензии для покрытий 1-4
Граммы	8 9,2 г/м2
Содержание наполнителя (отро)	12,9%
Длина растяжения	5,26 км
Угол контакта с поверхностью OS (1 )	109, 3
Угол контакта с поверхностью OS (10 )	106,4
Индекс пожелтения OS	-18,3%

Таблица 6
Условия работы К-образного устройства для нанесения покрытий с рифленым стержнем
Масса нанесенного покрытия	8 г/м2
Содержание влаги в покрытии	5%
Температура цвета покрытия во время его нанесения	23°С
Условия сушки бумаги	Сушат в лабораторной печи при 80°С в течение 4 минут

Нанесение на основную бумагу суспензий для покрытия 1-4 приводит, соответственно, к следующим результатам испытаний покрытий 1-4.

Испытания краскоструйной печати

Печатные испытания проводят на таких же трех различных устройствах для краскоструйной печати, как и ранее, а именно, Epson Stylus Photo 950, HP Deskjet 5550 и Canon i950. Оценивают оптическую плотность печатной карточки, а также степень расплывания и миграции пигментов.

Бумагу HP Bright White предлагают на рынке в качестве универсальной бумаги для краскоструйного печатания. Считается, что сорта бумаги Zweckform 2585 и Epson S041061 являются высококачественными сортами матовой бумагой, обеспечивающими более высокое качество печати, чем стандартная универсальная бумага для краскоструйного печатания.

Оптическую плотность измеряют при помощи денситометра Gretag D 186 согласно стандартной методике, описанной производителем. При одинаковом количестве наносимой печатной краски, чем выше оптическая плотность, тем лучше покрытие удерживает красители на поверхности бумаги.

Бумага, покрытая суспензиями 1-4 для покрытий:

Степень миграции и расплывания пигмента измеряют при помощи измерительной аппаратуры Personal IAS® (система для анализа изображений) от Quality Engineering Association, Inc., согласно стандартной методике, описанной производителем. Чем ниже получаемая в результате измерения величина, тем лучше миграция и расплывание.

Таблица 7
Оптическая плотность и результаты миграции/расплывания на бумаге с нанесенным на нее пигментом для покрытий согласно данному изобретению по сравнению с предлагаемой на рынке бумагой
Вид принтера	Оптическая плотность Gretag-Macbeth D186
Epson stylus Photo 950	черный 100%	черный 80%	бирюзовый (с), 100%	магента (м) 100%	желтый (у), 100%	Зеленый, с 100% у 100%	Голубой, м 100% с 100%	Красный, у 100% м 100%	Миграция	Расплывание
Zweckform 2585	2,38	1,29	2,25	1,64	1,54	1,66	2,04	1,55	164,14	58,00
Epson S041061	2,45	1,23	2,09	1,59	1,49	1,54	1,85	1,51	166,34	67,83
HP Bright White	2,09	1,06	1,72	1,42	1,34	1,32	1,61	1,31	239,20	104,37
Испытание 1 покрытий	2,40	1,21	2,13	1,49	1,51	1,60	2,01	1,49	172,49	72,01
Испытание 2 покрытий	2,38	1,19	2,09	1,45	1,48	1,55	1,94	1,42	185,32	63,89
Испытание 3 покрытий	2,40	1,23	2,15	1,52	1,48	1,67	2,13	1,52	167,20	82,45
Испытание 4 покрытий	2,27	1,17	2,11	1,42	1,42	1,46	1,79	1,38	198,45	79,55

Из вышеприведенной таблицы следует, что оптическая плотность, полученная в результате испытания продукта согласно данному изобретению, приближается к качеству высокосортной бумаги для краскоструйного печатания. Миграция пигмента, полученная в результате испытания продукта согласно данному изобретению, такая же или ниже миграции пигмента других, равноценных видов предлагаемой на рынке бумаги. Уровень расплывания полученного в результате испытания продукта согласно данному изобретению, ниже уровня расплывания других видов предлагаемой на рынке бумаги.

Улучшенная оптическая плотность, уровни миграции и расплывания пигмента свидетельствуют об улучшенном балансе абсорбционных/адсорбционных свойств по сравнению с конкурирующими рыночными продуктами.

Данные по оптической плотности покрытия согласно данному изобретению превосходят аналогичные данные сравнимых, предлагаемых на рынке видов бумаги. Отмечается также понижение уровня миграции и повышение уровня расплывания пигмента относительно сравнимых видов бумаги.

Данные по оптической плотности покрытия согласно настоящему изобретению приближаются к данным, полученным в результате испытания бумаги высшего качества. Отмечается понижение уровня миграции и такой же уровень расплывания пигмента относительно сравнимых видов предлагаемых на рынке видов бумаги.

Настоящее изобретение также включает в себя технические эквиваленты вышеизложенного описания, а также дополнения, которые могут с легкостью быть внесены специалистом при прочтении настоящей заявки.