Обработка материалов, содержащих карбонат кальция, для повышения количества наполнителя в бумаге

Обработка материалов, содержащих карбонат кальция, для повышения количества наполнителя в бумаге

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к способу получения суспензии самосвязывающихся пигментных частиц, а также к бумажной продукции, содержащей самосвязывающиеся пигментные частицы, и к применению суспензии самосвязывающихся пигментных частиц.

Минеральные материалы и связывающие вещества являются одними из главных составляющих, применяемых в производстве различных продуктов, таких как краски, бумага и пластмасса. В этом отношении минеральные материалы придают механические и оптические свойства, в то время как связующее вещество, как правило, на основе латекса и в форме водных суспензий или дисперсий, обеспечивают необходимую адгезию и когезию для соответствующих составляющих для производства конечного продукта.

Разработка самосвязывающихся пигментных частиц, известных в индустрии, позволит избежать логистических трудностей, связанных с использованием с минеральными веществами и связующими по отдельности, а также избежать нежелательных физических и химических взаимодействий, проявляющихся в соизмеримых смесях минералов и связующих веществ. В этом отношении, самосвязывающиеся пигментные частицы со свойствами как минерального материала, так и связующего вещества, могут быть непосредственно использованы в различных областях применения. Этот уникальный продукт под названием самосвязывающиеся пигментные частицы относится к отдельным твердым частицам, образованным из минерального материала и связующего вещества, тесно связанных друг с другом. Внутренние силы когезии таковы, что обеспечивают отличную механическую стабильность самосвязывающихся пигментных частиц.

Самосвязывающиеся пигментные частицы можно получать из минеральных материалов, содержащих карбонат кальция, из материалов с природным минеральным пигментом, которые, как правило, получают посредством процесса, обеспечивающего, по меньшей мере, одну стадию измельчения минеральных материалов в присутствии связующего вещества. Измельчение относится к процессу, приводящему к уменьшению размера частиц, т.е. минеральные материалы в самосвязывающихся пигментных частицах имеют меньший диаметр, чем исходный минеральный материал, используемый для их производства. Такие самосвязывающиеся пигментные частицы описаны в ряде документов, включая WO 2006/008657, WO 2006/128814 и WO 2008/139292.

Для полноты, заявитель хотел бы упомянуть следующие заявки, которые также относятся к способам получения самосвязывающихся пигментных частиц: неопубликованные европейские патентные заявки, поданные под номерами 11 160 900,4, 11 160 926,9, 11 179 604,1 и 11 179 572,0.

Способы получения самосвязывающихся минеральных пигментных частиц, известных в данной области, часто ограничены получением или соизмельчением суспензий с низким содержанием твердых веществ. Однако получение суспензий с низким содержанием твердых веществ имеет недостаток, заключающийся в том, что полученный измельченный продукт должен быть концентрирован перед транспортировкой на другие установки для дальнейшей обработки. Очень часто во время стадии концентрирования, требующей больших затрат времени и энергии, наблюдается нежелательная потеря полимерного связующего вещества, и, дополнительно, образование нежелательных агломератов. Кроме того, процессы известного уровня техники часто приводят к суспензии с высоким общим содержанием органических веществ в водной фазе измельченной суспензии. Кроме того, добавление дисперсанта, однако, в числе прочего, оказывает воздействие на адсорбцию связующего вещества с частицами во время соизмельчения.

Самосвязывающиеся пигментные частицы, содержащие связующие вещества, основанные на полимерах, полученных из природных или возобновляемых ресурсов, представляют особый интерес с экологической точки зрения. Однако такие самосвязывающиеся пигментные частицы часто образуются из отрицательно заряженных модифицированных полисахаридов, которые могут быть невыгодны для некоторых областей применения. Например, в связи с отрицательным поверхностным зарядом, удерживаемость таких пигментных частиц представляет сложности во время процессов производства бумаги. Это приводит к высокому потреблению самосвязывающихся пигментных частиц и применению дополнительного вещества для повышения удерживаемости во время производства бумаги для получения необходимого количества наполнителя в бумаге.

Обнаружена еще одна проблема, которая очень часто оказывает значительное воздействие на механические и оптические свойства бумаги и бумажных покрытий из таких самосвязывающихся пигментных частиц, в отношении связывания волокон с такими самосвязывающимися пигментными частицами. Суспензии самосвязывающихся пигментных частиц часто снижают механические и оптические свойства соответствующих конечных продуктов. Одна из причин этого может заключаться в форме самосвязывающихся пигментных частиц, которая может препятствовать взаимодействию между самосвязывающимися пигментными частицами и бумажными волокнами. Таким образом, для получения бумажных изделий с хорошо сбалансированными механическими и оптическими свойствами, необходимо обеспечить оптимальные границы взаимодействия между самосвязывающимися пигментными частицами и бумажными волокнами.

Кроме того, высокий уровень наполнителя в бумаге необходим, так как он обеспечит возможность уменьшения количества древесных волокон в бумаге. Кроме того, бумага с высоким содержанием наполнителя быстрее сохнет, и, в результате это приводит к ускорению работы бумагоделательной машины. Таким образом, добавление высокого уровня наполнителя может снизить издержки производства бумаги и сэкономить природные ресурсы. Однако такой высокий уровень наполнителя часто уменьшает контактную площадь между оставшимися волокнами. В результате удерживания большого количества наполнителя с субоптимальной формой получают более хрупкий лист, который может легче разорваться на бумагоделательных машинах, клеильных машинах, устройствах для нанесения покрытий, намоточных устройствах, печатных машинах, печатных станках или копировальных устройствах.

Документ США 5611890 относится к прочной, мягкой бумаге санитарно-гигиенического назначения, содержащей нецеллюлозный дисперсный наполнитель, где указанный наполнитель содержит 5 до 50 мас.% указанной бумаги санитарно-гигиенического назначения. В WO 03/087472 описана обработка наполнителя, содержащая получение набухших крахмально-лактексных композиций, и добавление указанных композиций к суспензии наполнителя. Благодаря применению этих обработанных наполнителей во время производства бумаги улучшается удерживаемость наполнителя и получают наполненную бумагу, при этом добавление наполнителя оказывает только минимальное отрицательное воздействие на свойства прочности. Наполнитель для производства бумаги, поверхностно обработанный катионным полимером, описан в CA 2037525. В статье «Improvement of paper properties using starch-modified precipitated calcium carbonate filler» Zhao et al., TAPPI Journal 2005, vol. 4(2), затронута тема наполнителей из коммерческого осажденного карбоната кальция, модифицированных сырыми кукурузными и картофельными крахмалами. Эти модифицированные наполнители использовали в качестве наполнителе для производства бумаги для улучшения прочности бумаги с высоким содержанием наполнителя.

В свете вышеизложенного, для специалиста в данной области по-прежнему представляет интерес усовершенствование процесса получения самосвязывающихся пигментных частиц. В особенности необходимо обеспечить процесс получения самосвязывающихся минеральных пигментных частиц, в котором нет необходимости в соизмельчении минеральных пигментных частиц со связующим веществом, так как перемалывание является стадией, требующей больших материальных затрат и времени. Кроме того, структура частиц минеральных пигментных частиц может меняться во время перемалывания и, таким образом, характеристики минеральных пигментных частиц могут отличаться после перемалывания. Дополнительно, также существует необходимость в обеспечении процесса получения самосвязывающихся пигментных частиц, которые можно применять к минеральным пигментным суспензиям с высоким содержанием твердых веществ, таким образом, позволяя избежать стадии концентрирования, требующей затрат энергии и времени, и, например, образования значительного количества нежелательных агломератов. Кроме того, необходимо обеспечение самосвязывающихся пигментных частиц, улучшающих связывание между бумажными волокнами и бумажным покрытием и самосвязывающимися минеральными пигментными частицами, и, таким образом, позволяющих производить бумажные изделия с хорошо сбалансированными механическими и оптическими свойствами. В частности, необходимо обеспечение процесса получения самосвязывающихся пигментных частиц, позволяющий получить наполнитель, проявляющий хорошую удерживаемость в процессах производства бумаги без необходимости применения большого количества веществ для повышения удерживаемости наполнителя.

Указанные выше и другие задачи решаемы с помощью объекта изобретения, как определено в настоящем документе в независимых пунктах формулы изобретения.

В соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения, представлен способ получения самосвязывающихся пигментных частиц, который содержит следующие стадии:

a) обеспечения водной суспензии, содержащей, по меньшей мере, один материал, содержащий карбонат кальция,

b) обеспечения, по меньшей мере, одной кислоты или кислой соли, где анион кислоты или кислой соли способен к образованию нерастворимых в воде солей кальция,

c) обеспечения анионного полимерного связующего вещества, где указанное связующее вещество содержит, по меньшей мере, один модифицированный полисахарид,

d) обеспечения, по меньшей мере, одного катионного полимера,

e) смешивания водной суспензии стадии a) с, по меньшей мере, одной кислотой или кислой солью стадии b), и

f) смешивания суспензии стадии e), анионного полимерного связующего вещества стадии c) и, по меньшей мере, одного катионного полимера стадии d).

По другому аспекту настоящее изобретение относится к суспензии самосвязывающихся пигментных частиц, которую можно получить посредством процесса по настоящему изобретению.

Другой аспект настоящего изобретения относится к применению суспензии самосвязывающихся пигментных частиц по изобретению в производстве бумаги, пластмассы, краски, покрытий, цемента и/или сельскохозяйственной продукции.

Еще один аспект настоящего изобретения относится к бумажной продукции, содержащей самосвязывающиеся пигментные частицы, в которой частицы, по меньшей мере, частично покрыты нерастворимой в воде солью кальция, образованной кислотой или кислой солью, анионное связующее вещество, содержащее, по меньшей мере, один модифицированный полисахарид, и, по меньшей мере, один катионный полимер.

Эффективные варианты осуществления способа по изобретению определены в соответствующих зависимых пунктах формулы изобретения.

По одному из вариантов осуществления на стадии f) процесса по изобретению суспензию, полученную на стадии e), на первой стадии смешивают с анионным полимерным связующим веществом стадии c), а затем на второй стадии смешивают с, по меньшей мере, одним катионным полимером стадии d). По другому варианту осуществления на стадии f) процесса по изобретению суспензию, полученную на стадии e), одностадийно смешивают с анионным полимерным связующим веществом стадии c) и, по меньшей мере, одним катионным полимером стадии d). В соответствии с еще одним вариантом осуществления на стадии f) процесса по изобретению суспензию, полученную на стадии e) на первой стадии смешивают с, по меньшей мере, одним катионным полимером стадии d), а затем на второй стадии смешивают с анионным полимерным связующим веществом стадии c).

По одному из вариантов осуществления суспензию, полученную на стадии e), концентрируют перед проведением стадии f). Стадию концентрирования можно проводить посредством использования термических и/или механических способов, хорошо известных квалифицированному специалисту.

По одному из вариантов осуществления, по меньшей мере, один материал, содержащий карбонат кальция, выбран из карбоната кальция, минералов, содержащих карбонат кальция, смешанных наполнителей на основе карбоната кальция или их смесей, предпочтительно материалом, содержащим карбонат кальция, является карбонат кальция, более предпочтительно осажденный карбонат кальция (PCC) и наиболее предпочтительно скаленоэдрический PCC (S-PCC), ромбоэдрический PCC (R-PCC), призматический PCC (P-PCC), кубический PCC (C-PCC) или их смесь. По другому варианту осуществления, по меньшей мере, один материал, содержащий карбонат кальция стадии a) представлен в форме частиц с массовым срединным диаметром со значением d₅₀ - от 0,1 до 100 мкм, предпочтительно - от 0,2 до 50 мкм, более предпочтительно - от 0,5 до 25 мкм и наиболее предпочтительно от - от 1,0 до 10 мкм.

Согласно еще одному варианту осуществления, по меньшей мере, материал, содержащий карбонат кальция, стадии a) представлен в форме частиц с удельной площадью поверхности от 0,1 до 200 м²/г, предпочтительно от 0,5 до 100 м²/г, более предпочтительно от 1,0 до 50 м²/г и наиболее предпочтительно от 2,0 до 10 м²/г.

По одному из вариантов осуществления водная суспензия на стадии a) имеет содержание твердых веществ от 1 до 99 мас.%, предпочтительно от 15 до 70 мас.%, более предпочтительно от 10 до 50 мас.% и наиболее предпочтительно от 12 до 40 мас.%, исходя из общей массы суспензии. По другому варианту осуществления суспензия на стадии a) содержит дополнительные минералы, такие как тальк, каолин, TiO₂, бентонит и их смеси.

По одному из вариантов осуществления, по меньшей мере, одну кислоту или кислую соль стадии b) добавляют в количестве от 0,001 до 40 мас.%, предпочтительно от 0,005 до 20 мас.%, более предпочтительно от 0,01 до 10 мас.% и наиболее предпочтительно от 0,05 до 5 мас.%, исходя из общей массы сухого материала, содержащего карбонат кальция.

По другому варианту осуществления, по меньшей мере, одна кислота или кислая соль стадии b) выбрана из группы, содержащей лимонную кислоту, щавелевую кислоту, фосфорную кислоту, серную кислоту, арсиновую кислоту и йодноватую кислоту или их соли, и их смеси.

По одному из вариантов осуществления суспензия, полученная на стадии e), имеет содержание твердых веществ от 2 до 99 мас.%, предпочтительно от 10 до 60 мас.%, более предпочтительно от 15 до 45 мас.% и наиболее предпочтительно от 20 до 30 мас.%, исходя из общей массы суспензии.

По одному из вариантов осуществления, по меньшей мере, один модифицированный полисахарид является производным карбоксиметила и/или производным карбоксиметилгидроксипропила и/или производным полисахаридного карбоксиметилагидроксиэтила, предпочтительно карбоксиметилцеллюлозой, анионным гуаром, анионным крахмалом или ксантановой камедью. По другому варианту осуществления, по меньшей мере, один модифицированный полисахарид имеет степень замещения гидроксильных групп в диапазоне от 0,4 до 2,0, предпочтительно от 0,5 до 1,8, более предпочтительно от 0,6 до 1,6 и наиболее предпочтительно от 0,7 до 1,5.

Согласно еще одному варианту осуществления внутренняя вязкость, по меньшей мере, одного модифицированного полисахарида находится в диапазоне от 5 до 500 мл/г, предпочтительно от 10 до 450 мл/г, более предпочтительно от 50 до 350 мл/г и наиболее предпочтительно от 100 до 200 мл/г.

По одному из вариантов осуществления связующее вещество стадии c) представлено в форме водного раствора или сухого материала, предпочтительно в форме раствора с концентрацией связующего вещества от 1 до 70 мас.% предпочтительно от 2 до 55 мас.%, более предпочтительно от 5 до 50 мас.% и наиболее предпочтительно от 30 до 50 мас.%, исходя из общей массы раствора. По другому варианту осуществления связующее вещество стадии c) добавляют в количестве от 0,001 до 20 мас.%, предпочтительно от 0,005 до 15 мас.%, более предпочтительно от 0,01 до 10 мас.% и наиболее предпочтительно от 0,05 до 5 мас.%, исходя из общей массы сухого материала, содержащего карбонат кальция.

По одному из вариантов осуществления, по меньшей мере, один катионный полимер стадии d) выбран из группы, содержащей полиэтиленимины, полиакриламиды, катионные эпихлоргидринные смолы, катионный крахмал, катионный гуар и их смеси. В соответствии с еще одним вариантом осуществления, по меньшей мере, один катионный полимер стадии d) представлен в форме раствора или сухого материала, предпочтительно в форме раствора с концентрацией от 0,5 до 70 мас.% предпочтительно от 1 до 25 мас.%, более предпочтительно от 1,5 до 20 мас.% и наиболее предпочтительно от 2 до 10 мас.%, исходя из общей массы раствора. В соответствии с еще одним вариантом осуществления, по меньшей мере, один катионный полимер стадии d) добавляют в количестве от 0,001 до 20 мас.%, предпочтительно от 0,005 до 15 мас.%, более предпочтительно от 0,01 до 10 мас.% и наиболее предпочтительно от 0,05 до 5 мас.%, исходя из общей массы сухого материала, содержащего карбонат кальция.

По одному из вариантов осуществления суспензию самосвязывающихся пигментных частиц используют в мокрой части бумагоделательной машины, производстве папиросной бумаги, картона и/или покрытия или в качестве поддержки глубокой и/или офсетной печати и/или струйной печати и/или непрерывной струйной печати и/или флексографической печати и/или электрофотографии и/или отделки поверхности. По другому варианту осуществления суспензию самосвязывающихся пигментных частиц используют для сокращения солнечного света и воздействия УФ-лучей на листья растения.

По одному из вариантов осуществления бумажная продукция по изобретению имеет более высокий индекс прочности при растяжении по сравнению с бумажной продукцией, в которой самосвязывающиеся пигментные частицы по изобретению заменены таким же количеством частиц материала, содержащего карбонат кальция, предпочтительно индекс прочности при растяжении является, по меньшей мере, на 5%, более предпочтительно, по меньшей мере, на 7% выше и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, на 10% выше по сравнению с индексом прочности при растяжении бумажной продукции, в которой самосвязывающиеся пигментные частицы по изобретению заменены таким же количеством частиц материала, содержащего карбонат кальция.

Следует понимать, что в целях настоящего изобретения следующие термины имеют следующие значения:

«Суспензия» или «взвесь» в значении по настоящему изобретению, содержит нерастворимые твердые вещества и воду, и необязательно дополнительные добавки, и, как правило, содержит большое количество твердых веществ и, таким образом, является более вязкой и может обладать более высокой плотностью, чем жидкость, из которой она образована.

«Материалом, содержащим карбонат кальция» в значении по настоящему изобретению, может быть минеральный материал или синтетический материал с содержанием карбоната кальция, по меньшей мере, 50 мас.%, предпочтительно 75 мас.%, более предпочтительно 90 мас.% и наиболее предпочтительно 95 мас.%, исходя из общей массы материала, содержащего карбонат кальция. Под термином «сухой материал, содержащий карбонат кальция» понимается частицы материала, содержащего карбоната кальция, с общей поверхностной влажностью менее 0,5 мас.%, предпочтительно менее 0,2 мас.% и более предпочтительно менее 0,1 мас.%, исходя из общей массы частиц.

«Измельченным карбонатом кальция» (GCC) в значении по настоящему изобретению является карбонат кальция, полученный из природных источников, таких как известняк, мрамор, кальцит или мел, и обработанный посредством мокрой и/или сухой обработки, такой как измельчение, сортирование и/или фракционирование, например, посредством циклона или классификатор.

«Осажденным карбонат кальция» (PCC) в значению по настоящему изобретению является синтезированный, как правило, полученный посредством осаждения после реакции диоксида углерода и гидроксида кальция (гидратированной извести) в водной среде или посредством осаждения кальция и источника карбоната в воде. Дополнительно, осажденным карбонатом кальция может также быть продукт введения кальция и карбоната соли, хлорида кальция и карбоната натрия, например, в водной среде.

«Кислота» в значении по настоящему изобретению определена кислота по Бренстед-Лоури, то есть, обеспечивает H₃O⁺-ион. «Кислотный анион» определен как депротонированная форма поставщика H₃O⁺-иона, т.е. является конъюгированной основой кислоты. «Кислая соль» определена как поставщик H₃O⁺-иона, то есть, по меньшей мере, частично нейтрализованный неводородным катионом. «Соль» определена как электрически нейтральное ионогенное соединение, образованное из анионов и неводородных катионов. «Соль» может содержать безводную форму, а также формы, содержащие кристаллическую воду (гидрат).

В целях настоящей заявки «нерастворимые в воде» материалы определены как материалы, которым необходимо более 100 мл воды на грамм материала для растворения материала при 20°C, как определено Европейской фармакопеей. Предпочтительно материалы растворяют при уровне pH от 7,5 до 14.

«Анионное полимерное связующее вещество» в значении по настоящему изобретению определено как полимер, способный к связыванию с поверхностью материала, содержащего карбонат кальция, и с самим с собой и/или с определенными другими материалами при сушке. Связывание включает ионные взаимодействия и/или мостиковые связи водород-водород между группами на поверхности частиц материала, содержащего карбонат кальция, и функциональными группами полимера. Кроме того, термин «анионный полимер» или «анионное полимерное связующее вещество» в значении по настоящему изобретению относится к полимеру с чисто отрицательным зарядом. Указанное соединение, как правило, модифицировано анионными группами. Термин «анионный» не исключает присутствие катионных групп, при условии отрицательной суммы единичных зарядов.

Термин «катионный полимер» в значении по настоящему изобретению относится к полимеру с чисто положительным зарядом. Указанное соединение, как правило, модифицировано катионными группами. Термин «катионный» не исключает присутствие анионных групп, при условии положительной суммы единичных зарядов.

«Размер частиц» материала, содержащего карбонат кальция, в значении по настоящему изобретению определен посредством распределения размеров частиц. Значение d_x представляет диаметр относительно которого x% по массе частиц имеют диаметры менее чем d_x. Это означает, что значение d₂₀ является размером частиц, при котором 20 мас.% всех частиц является меньше, и значение d₇₅ является размером частиц, при котором 75 мас.% всех частиц является меньше. Значение d₅₀ является, таким образом, средним медианным размером частиц, т.е. 50 мас.% всех гранул больше или меньше этого размера частиц. В целях настоящего изобретения размер частиц определен как средний медианный размер частиц d₅₀, если не указано иначе. Для определения значения среднего медианного размера частиц d₅₀ для частиц со значением d₅₀ от 0,2 и 5 мкм, можно использовать устройство Sedigraph 5120 от компании Micromeritics, США.

«Удельная площадь поверхности БЭТ-методом» (SSA) в значении по настоящему изобретению определена как площадь поверхности минерального пигмента, разделенного на массу минерального пигмента. В рамках изобретения удельную площадь поверхности измеряют посредством адсорбции азота с использованием БЭТ-изотермы (ISO 9277:2010), и она указана в м²/г.

В целях настоящего изобретения термин «вязкость» в отношении составов покрытия, относится к вязкости по Брукфилду. Вязкость по Брукфилду можно измерять с помощью вискозиметра Брукфилда с 100 об./мин. при 23°C и, она указана в мПа·с.

Термин «внутренняя вязкость» при использовании в контексте настоящего изобретения является изменением способности полимера в растворе повышать вязкость раствора, и она указана в мл/г.

Термин «степень замещения» при использовании в контексте настоящего изобретения указан относительно общего количества замещенных или модифицированных групп на немодифицированную мономерную единицу исходного полисахарида.

«Модифицированными полисахаридами» в значении по настоящему изобретению являются полисахариды, в которых, по меньшей мере, часть гидроксильных групп карбоксилирована. Дополнительно, модифицированные полисахариды могут содержать другие модификации, такие как альдегидные группы.

В случаях использования термина «содержащий» в настоящем описании и формуле изобретения, он не исключает другие элементы. В целях настоящего изобретения термин «состоящий из» считается предпочтительным вариант осуществления термина «содержащий». Если далее в настоящем документе указано, что группа содержит, по меньшей мере, определенное количество вариантов осуществления, под этим описанием также следует понимать группу, которая предпочтительно состоит только из этих вариантов осуществления.

Употребление существительного в единственном числе также включает множественное число существительного, если не указано что-либо иное.

Такие термины как «получаемый» или «определяемый» и «полученный» или «определенный» используют взаимозаменяемо. Это, например, означает то, что, если из контекста явно не следует иначе, термин «полученный» не означает указания на то, что, например, вариант осуществления должен быть получен посредством, например, последовательности стадий, руководствуясь термином «полученный», несмотря на то, что такое ограниченное понимание всегда включается в термины «полученный» или «определенный» как предпочтительный вариант осуществления.

Процесс получения по изобретению самосвязывающихся пигментных частиц обеспечивает несколько преимуществ. Во-первых, процесс по изобретению обеспечивает хорошую адсорбцию связующего вещества с поверхностью частиц, и, таким образом, не требует проведения дополнительной стадии соизмельчения материала, содержащего карбонат кальция, вместе со связующим веществом. Во-вторых, самосвязывающиеся минеральные пигментные частицы, полученные посредством процесса по изобретению, проявляют улучшенное связывание с бумажным волокнами в процесса производства бумаги, и, таким образом, может быть увеличено количество наполнителя с сохранением при этом свойств механической прочности бумаги. Дополнительно, посредством применения процесса по изобретению снижается образование нежелательных агломератов, так как можно избежать последующей стадии концентрирования в связи с обработкой суспензии с высоким содержанием твердых вещество, как изложено выше.

Далее будут более подробно изложены предпочтительные варианты осуществления процесса по изобретению. Следует понимать, что эти технические подробности и варианты осуществления также применимы к суспензиям самосвязывающихся пигментных частиц по изобретению и их использованию.

Стадия a)

На стадии a) процесса по настоящему изобретению представлена водная суспензия, содержащая, по меньшей мере, один материал, содержащий карбонат кальция. По одному из вариантов осуществления настоящего изобретения водную суспензию получают посредством смешивания частиц материала, содержащего карбонат кальция, с водой.

Материал, содержащий карбонат кальция, можно выбирать из карбоната кальция, минералов, содержащих карбонат кальция, смешанного наполнителя на основе карбоната или их смесей.

По одному из вариантов осуществления настоящего изобретения материалом, содержащим карбонат кальция, является карбонат кальция. Карбонат кальция можно выбирать из измельченного карбоната кальция и/или осажденного карбоната кальция.

Под измельченным (или природным) карбонатом кальция (GCC) понимают природную форму карбоната кальция, добытого из осадочных пород, таких как известняк или мел, или из метаморфических пород мрамора. Известно, что карбонат кальция существует в виде трех видов кристаллических полиморфов: кальцита, арагонита и фатерита. Кальцит, наиболее распространенный кристаллический полиморф, считается самой стабильной кристаллической формой карбоната кальция. Менее распространенным является арагонит, имеющий дискретную или кластерно-игольчатую ромбическую кристаллическую структуру. Фатерит является самым редким полиморфом карбоната кальция и, как правило, является нестабильным. Измельченный карбонат кальция почти всегда является полиморфным кальцитом, который, как заявлено, является тригонально-ромбоэдрическим и является наиболее стабильным из полиморфов карбоната кальция. Термин «источник» карбоната кальция в значении, употребляемом в настоящей заявке, относится к природному минеральному материалу, из которого получают карбонат кальция. Источник карбоната кальция может содержать дополнительные природные компоненты, такие как карбонат магния, алюмосиликат и т.д.

По одному из вариантов осуществления настоящего изобретения GCC получают посредством сухого измельчения. По другому варианту осуществления настоящего изобретения GCC получают посредством мокрого измельчения и последующей сушки.

Как правило, стадию измельчения можно проводить с помощью любого общепринятого устройства для измельчения, например, при таких условиях, при которых усовершенствование преимущественно происходит в результате удара о вспомогательный корпус, т.е. в одной или нескольких из следующих: шаровой мельнице, стержневой мельнице, вибрационной мельнице, валковой дробилке, турбинной мельнице, вертикальной шаровой мельнице, рафинаторе, штифтовой мельнице, молотковой мельнице, распылителе, устройстве для измельчения бумаги, устройстве для распределения комков, листорезальном устройстве или другом таком оборудовании, известном квалифицированному специалисту. В случае содержания в минеральном порошке, содержащем карбонат кальция, минерального материала, содержащего карбонат кальция, обработанного с помощью мокрого измельчения, стадию измельчения можно проводить при таких условиях, при которых происходит самоизмельчение, и/или посредством измельчения на горизонтальной шаровой мельнице, и/или посредством других таких процессов, известных квалифицированному специалисту. Полученный таким образом минеральный материалом, содержащий карбонат кальция, обработанный с помощью мокрого измельчения, можно промыть или можно удалить из него воду с помощью хорошо известных процессов, таких как, например, флоккуляция, фильтрация или принудительное испарение перед сушкой. Последующую стадию сушки можно проводить в одну стадию, такую как сушка распылением, или в, по меньшей мере, две стадии. Также, как правило, такой минеральный материал проходит стадию обогащения (такую как стадия флотации, отбеливания или магнитного разделения) для удаления примесей.

По одному из вариантов осуществления настоящего изобретения источник измельченного карбоната кальция (GCC) выбран из мрамора, мела, кальцита, доломита, известняка или их смесей. Предпочтительно, источник измельченного карбоната кальция выбран из мрамора.

По одному из вариантов осуществления суспензия стадии процесса a) содержит один измельченный карбонат кальция. По другому варианту осуществления настоящего изобретения суспензия стадии процесса a) содержит смесь двух или более измельченных карбонатов кальция, выбранных из различных источников измельченного карбоната кальция. Например, суспензия, по меньшей мере, одного измельченного карбоната кальция может содержать один GCC, выбранный из доломита, и один GCC, выбранный из мрамора.

По одному из вариантов осуществления настоящего изобретения суспензия стадии процесса a) состоит из, по меньшей мере, одного измельченного карбоната кальция. Суспензия стадии процесса a) может состоять из одного измельченного карбоната кальция, или может состоять из двух или более измельченных карбонатов кальция, выбранных из различных источников измельченного карбоната кальция.

«Осажденный карбонат кальция» (PCC) в значении, употребляемом по настоящему изобретению, является синтезированным материалом, как правило, полученным посредством осаждения следующей реакции диоксида углерода и извести в водной среде или посредством осаждения кальция и источника в воде или посредством осаждения кальция и карбонат-ионов, например, из CaCl₂ и Na₂CO₃, из раствора. Осажденный карбонат кальция существует в трех первичных кристаллических формах: кальците, арагоните и фатерите, и могут быть различные полиморфы (кристаллические формы) для каждой из этих кристаллических форм. Кальцит имеет тригональную структуру с типичной кристаллической формой, такой как скаленоэдрическая (S-PCC), ромбоэдрическая (R-PCC), гексагонально-призматическая, пинакоидальная, коллоидальная (C-PCC), кубическая и призматическая (P-PCC). Арагонит имеет ромбическую структуру с типичной кристаллической формой сдвоенных гексагонально-призматических кристаллов, а также с разнообразием форм тонких продолговато-призматических, изогнутых пластинчатых, крутых пирамидальных, остроконечных кристаллов, формой ветвящегося дерева и кораллообразной или червеобразной формами.

По предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения материал, содержащий карбонат кальция, осаждают карбонат кальция (PCC).

Осажденный карбонат кальция может обладать дополнительными преимуществами по сравнению с измельченным карбонатом кальция. Например, в отличие от измельченного карбоната кальция, который добывают из крупных природных рудных месторождений, частицы PCC получают синтетически и, таким образом, размер и распределение размера частиц можно корректировать во время получения. Кроме того, в зависимости от условий реакции можно корректировать форму и кристалличность частиц PCC. Дополнительно, минеральные пигментные PCC частицы не загрязнены примесями и, таким образом, могут показывать лучшую яркость по сравнению с GCC.

Другим преимуществом PCC является тот факт, что частицы PCC, как правило, имеют много заостренных концов на внешней поверхности, и таким образом, являются относительно шероховатыми. Полагают, что эти заостренные концы частиц PPC могут соединяться с бумажными волокнами, приводя в результате к улучшению связывания между частицами и волокнами. Таким образом, применение PCC в качестве наполнителя в бумажной отрасли может более оптимально контролировать бумажную структуру, и, таким образом, может улучшить механические свойства бумаги.

По одному из вариантов осуществления суспензия стадии процесса a) содержит один осажденный карбонат кальция. По предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения осажденный карбонат кальция содержит скаленоэдрический осажденный карбонат кальция (S-PCC).

По другому варианту осуществления настоящего изобретения суспензия стадии процесса a) содержит смесь двух или более осажденных карбонатов кальция, выбранных из различных источников осажденного карбоната кальция. Например, суспензия, по меньшей мере, одного осажденного карбоната кальция может содержать один PCC, выбранный из S-PCC, и один PCC, выбранный из R-PCC.

Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения суспензия стадии процесса a) состоит из, по меньшей мере, одного осажденного карбоната кальция. Суспензия стадии a) может состоять из одного вида PCC, или может состоять из смеси двух или более видов PCC.

По одному из вариантов осуществления настоящего изобретения минералы, содержащие карбонат кальция, содержат доломит.

По одному из вариантов осуществления смешанные наполнители на основе карбоната выбраны из кальция, связанного с магнием и аналогами или производными, различных веществ, таких как глина или тальк или аналоги или производные, и смесей этих наполнителей, таких как, например, смеси тальк-карбонат кальция или карбонат кальция-каолин, или смесей природного карбоната кальция с гидроксидом алюминия, слюдой или с синтетическими или натуральными волокнами, или соструктур минералов, таких как соструктуры тальк-карбонат кальция или тальк-диоксид титана или карбонат кальция-диоксид титана.

По другому варианту ос