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

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

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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 усовершенствованным пигментам из осажденного карбоната кальция, которые могут быть использованы в составах для покрытия бумаги с целью получения «универсальной» бумаги с покрытием, особенно предназначенной для краскоструйного печатания, печатные качества которой такие же или подобны печатным свойствам коммерчески доступной бумаги высокого разрешения, требующей меньших производственных затрат. Универсальную бумагу обычно используют в качестве бумаги для различных видов печати, включая получение черно-белых копий, лазерное печатание и в качестве бумаги для факсов.

Данное изобретение дополнительно относится к получению указанных 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 недорогого устройства для нанесения покрытий на бумагу, такого как контролирующий размер пресс (MSP).

Технические проблемы

Существует потребность в универсальной бумаге с покрытием, в частности, в бумаге, пригодной для краскоструйного печатания, обеспечивающей улучшенное качество печати без соответствующего повышения производственных затрат.

Используемая в настоящее время универсальная офисная бумага часто ассоциируется с неудовлетворительным качеством краскоструйного печатания.

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 краситель полного цветового спектра.

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 адсорбции красителя.

Следовательно, один из способов повышения оптической плотности заключается в увеличении количества катионных центров вблизи от поверхности бумаги. 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 вблизи 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 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 US 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.

Аналогично 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 быстрого высушивания 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 следующий явлений: 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 за счет 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.

Если состав для покрытий включает пигмент, использование суспензии пигмента с высоким содержанием твердых веществ является желательным, поскольку известно, что крахмальное связующее и другие добавки, обычно добавляемые к составам для покрытия универсальной бумаги, находятся в виде раствора с низким содержанием твердых веществ. Если содержание твердых веществ в суспензии для покрытий не является максимальным, разбавление после добавления связующего и других добавок будет слишком существенным.

Перечисленные выше ограничения вызывают необходимость фиксации красителей на центрах, 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 суспензий, содержащих агрегаты, 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 достижение, в конце концов, 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 поверхностной проклейкой или слабым качеством пигментирования, обычно подвергают поверхностной проклейке или нанесению покрытия при помощи экономически эффективного неавтономного устройства для нанесения покрытий, такого как MSP или пленочный пресс, обеспечивающего высокую скорость нанесения покрытия и наносящего покрытие меньшей массы, чем такие же автономные устройства.

Сорта специальной бумаги для краскоструйного печатания характеризуются 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 дорогостоящих способов нанесения покрытий, с использованием, например, автономных устройств для нанесения покрытий Varibar™, с воздушным шабером, поливом или 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, относительно 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 обеспечивает более высокую скорость бумагоделательной машины и ее повышенную производительность, 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 указанного состава для покрытий от производителя пигмента до бумажной фабрики, соответственно установки для нанесения покрытий.

Завершающей задачей специалиста в данной области техники является обеспечение равных или улучшенных эксплуатационных свойств (количество листов, полученных без повреждений) машин для нанесения покрытий. Известно, что такие устройства для нанесения покрытий, как MSP или пленочный пресс, 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 указанных проблем требуют конфликтных или противоречивых решений, которые при отсутствии правильного равновесия порождают 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 универсальную бумагу с покрытием, в частности, для краскоструйного печатания, но печатные свойства которой будут улучшены по сравнению с другой бумагой с покрытием такого же сорта, с сохранением при этом низкой производственной стоимости.

Последнее, но не в последнюю очередь, 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 новой 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 составами для покрытий с низким содержанием твердых веществ, использование которых 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, которая относится к нанесению РСС в виде покрытия, органофосфонатное соединение, такое как содержащая амин фосфорная кислота или этаноламин-бис-(метиленфосфоновая кислота), добавляют к РСС суспензии в количестве, соответствующем 0,4-0,85 мас.% в расчете на массу РСС. Затем указанную 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) для получения удельной поверхность более 60 м²/г.

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

Термическое старение и/или измельчение РСС считаются важным 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; фактически, в настоящем изобретении термическое старение даже приводит к недопустимой потере площади поверхности РСС. Более того, содержание твердых веществ в суспензии, используемой в примерах, было низким, около 20%.

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

Предполагаемая новизна 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 и низкое содержание твердых веществ в суспензии являются основными недостатками.

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 совместно с серной кислотой.

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

Утверждается, что данный способ обеспечивает получение ультратонких частиц коллоидального карбоната кальция с цепочечной структурой, имеющих средний диаметр 0,01 мкм или менее, среднюю длину 0,05 мкм или менее и удельную поверхность BET 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 виды использования, требующие неагрегированных наполнителей, такие как пластмассы, в которых важной является диспергируемость конечного продукта. Настоящее изобретение, напротив, нацелено на агрегированный продукт для краскоструйного печатания на бумаге.

Однако, как указано в примерах патента US 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 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 патенте US 5750086, а довольно крупные, механически устойчивые пористые сферические агломераты/агрегаты, состоящие из указанного 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 вышеупомянутого 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 указаний на то, что подлежащим модификации параметром является именно указанная скорость потока.

Описанный в патенте US 5750086 способ был воспроизведен с вышеупомянутой решающей модификацией скорости потока газа, и свойства полученного продукта представлены в таблице 2, пример 1.

Как следует из таблицы 2, продукт, полученный путем изменения способа по патенту US 5750086 согласно данному изобретению, к удивлению, представляет собой не дискретный пигмент, описанный в патенте US 5750086, а довольно крупные агломераты.

Однако проблема, связанная с суспензией, полученной в примере 1, заключается в низком содержании твердых веществ, подходящем для некоторых видов применения в соответствующих отраслях промышленности, но не подходящем в качестве покрытия для универсальной бумаги, наносимого на таких установках, как MSP. 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 указанный слой включает карбонат кальция в качестве основного пигмента, что ведет к снижению уровня его расплывания и миграции. Отсутствует конкретное описание свойств или структуры указанного 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 этих патентов не содержится конкретных указаний относительно того, какой пигмент для покрытий должен быть использован во время получения листа бумаги.

В заявке на патент 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 использованием существенного снижения скорости потока газа на стадии карбонизации и выбранных стадий повышения концентрации для получения суспензии РСС с высоким содержанием твердых веществ, подходящей для нанесения покрытия на бумагу, предназначенную для краскоструйного печатания.

Следует кратко напомнить, 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 указанную суспензию гидроксида кальция фильтруют, например, на 100-мкм фильтре для удаления всех остаточных загрязняющих веществ и/или нереакционноспособной 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, и в данном описании в качестве ссылки включены следующие документы: 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 указанной суспензии (стадии В) без потери указанных 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 продукту из РСС, представляющему собой новый промышленный продукт.

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

Данное изобретение также относится к новому способу получения суспензии РСС методом 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 группы, при этом указанный 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 патенте US 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 покрытия для бумаги, предназначенной для краскоструйного печатания, обеспечивают улучшенные печатные свойства по сравнению с качеством печати других видов представленной на рынке бумаги такого же сорта.

Согласно наиболее предпочтительным вариантам осуществления стадии А по настоящему изобретению дополнительно характеризуются использованием предложенного сочетания сульфата магния и сульфата алюминия или сульфата магния и сульфата цинка.

Согласно менее предпочтительным вариантам осуществления в способе по 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. Кроме того, менее предпочтительный вариант осуществления 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 в присутствии 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, образуя пигмент из РСС, который при использовании в стандартном составе для нанесения покрытий обеспечивает превосходные 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 изобретение также касается суспензий из новых пигментов, содержащих указанные пигменты в качестве новых промышленных продуктов, а именно суспензий с низким содержанием твердых веществ, получаемых в конце стадий А, и суспензий 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 указанные 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 реакторе с мешалкой или баке («гашение»). 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 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 до ниже 8. Крупные частицы удаляют с фильтра, такого как 45-мкм фильтр, таким образом, чтобы суспензия содержала только ультратонкие агломераты РСС согласно данному изобретению,

- отличающемуся 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 на килограмм гидроксида кальция при нормальных условиях во время осаждения.

Данное изобретение также относится к вышеописанному способу, отличающемуся тем, что:

А2 в вышеописанном способе получения РСС на стадии А1 суспензию гидроксида кальция, покидающую указанный реактор из нержавеющей стали после указанного отделения указанных остаточных загрязняющих веществ и/или нереакционноспособной необожженной извести, обрабатывают сочетанием сульфата магния и сульфатами металлов группы II и/или группы III наиболее предпочтительно в присутствии кислоты, при этом указанная 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, отличающемуся тем, что:

A3 в вышеописанном способе получения РСС на стадиях А1 или А2 суспензию гидроксида кальция вначале получают смешиванием негашеной извести с водой в реакторе с мешалкой 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, отличающемуся тем, что:

А4 в вышеописанном способе получения РСС на стадиях A1, А2 или A3 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 реактор с мешалкой или бак

IV: фильтр, такой как 100-мкм фильтр

V: остаточные загрязняющие вещества и/или нереакционноспособная 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: необязательно 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, в присутствии катионного, анионного или комбинированного диспергатора, в достаточно мягких или умеренных условиях, чтобы избежать существенного разрушения агрегатов/агломератов, до достижения концентрации от 25 до 60%, предпочтительно в диапазоне от 35 до 50%, наиболее предпочтительно от 39 до 40 маc.% твердых веществ. Количество добавляемого диспергатора контролируют таким образом, чтобы всего лишь покрыть агломераты/агрегаты РСС предшественника, при этом данное количество соответствует количеству, добавленному до повышения вязкости суспензии.

В том случае, если повышение концентрации приводит к образованию осадка на фильтре, такого как после повышения концентрации при помощи работающего под давлением фильтра или центрифуги, либо 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, и 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 обезвоживания в центрифуге, включающий:

XXI: суспензию РСС со стадий А

XXII: обезвоживающую центрифугу

XXIII: фильтрат

XXIV: осадок на фильтре

XXV: диспергирующую установку

XXVI: раствор диспергирующей добавки (такой как натриевая соль полиакриловой кислоты или смесь цитрат натрия/карбоксиметилцеллюлоза)

XXVII: суспензию РСС повышенной концентрации

На фиг.3 представлен альтернативный процесс обезвоживания в центрифуге, включающий:

XXI: суспензию РСС со стадий А

XXII: обезвоживающую центрифугу

XXIII: фильтрат

XXIV: осадок на фильтре

XXV: диспергирующую установку

XXVI: раствор диспергирующей добавки (такой как натриевая соль полиакриловой кислоты или смесь цитрат натрия/карбоксиметилцеллюлоза)

XXVII: суспензию РСС повышенной концентрации

На фиг.4 представлена стадия 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 термического повышения концентрации на нагревательной плите, включающая:

XXI: суспензию РСС со стадий А

XXII: нагревательную плиту

XXIII: раствор диспергирующей добавки (такой как катионный сополимер/карбоксиметилцеллюлоза)

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 диапаз