Минеральная композиция для применения главным образом в наполнителях бумаги и покрытиях, наносимых на бумагу или пластик

Минеральная композиция для применения главным образом в наполнителях бумаги и покрытиях, наносимых на бумагу или пластик

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область изобретения

Настоящее изобретение касается минеральной композиции с высокой адсорбционной способностью. В частности, настоящее изобретение касается наполнителей и покрытий для печатной бумаги с высокой адсорбционной способностью.

Предпосылки изобретения

Минеральные наполнители используются в большом масштабе при производстве бумаги. Их функция состоит в основном из увеличения матовости бумаги и уровня яркости. Относительно недорогие минеральные наполнители включают каолин, природный карбонат кальция, такой как измельченный карбонат кальция, осажденный карбонат кальция, тальк и сульфаты кальция. Кроме оптических свойств минеральные наполнители также влияют на массу, объем, пористость, механические свойства, в частности прочность на разрыв, гладкость поверхности и характеристики печати.

В патенте США 5292365 раскрыт один продукт, который можно использовать в равной степени как наполнитель для бумаги и как покрывающий пигмент, имеющий:

a) ромбоэдрическую или круглую форму частиц;

b) коэффициент крутизны (диаметр частиц в мкм при 50% масс./диаметр частиц в мкм при 20% масс.(d₅₀/d₂₀) от 1,1 до 1,4;

c) отношение R (% масс. частиц <1 мкм/% масс. частиц <0,2 мкм), равное 8-19; и

d) средний диаметр частиц от 0,4 до 1,5 мкм. Средний диаметр частиц продуктов по изобретению соответствует диаметру частиц в мкм, получаемому на оси Х при значении по оси Y, соответствующем 50% масс. частиц.

Верхний порог составляет от 4 до 7 мкм. Термин "верхний порог" обозначает размер (в мкм) самых крупных частиц продукта. Например, верхний порог 10 мкм означает, что 100% частиц имеют размер менее 10 мкм. Авторы настоящего изобретения определяют верхний порог как d₉₈, так как фактически граница 100% изменяется, по меньшей мере, на ±0,5% (величина ошибки).

В WO 2009009553 раскрыты композиции осажденного карбоната кальция для покрытия, демонстрирующего улучшенную матовость, глянец листа, печатный глянец и яркость. Композиции осажденного карбоната кальция характеризуются тем, что имеют содержание кристаллического арагонита более чем или равное примерно 30% масс. относительно общей массы композиции. Кроме того, частицы в количестве, меньшем или равном примерно 10% масс., имеют размер частиц, меньший или равный примерно 0,25 мкм. Частицы в количестве, меньшем или равном примерно 4% масс., имеют размер, более чем или равный примерно 2,0 мкм, и коэффициент крутизны распределения частиц по размерам ((d₃₀/d₇₀)*100), больше или равный примерно 50.

В патентной заявке США 2006292305 описана композиция с первым компонентом пигмента, содержащим измельченный порошковый карбонат кальция (GCC), имеющий коэффициент крутизны ((d₃₀/d₇₀)*100) распределения частиц по размерам (psd) в диапазоне от примерно 30 до примерно 45 и второй компонент пигмента, содержащий осажденный порошковый карбонат кальция (РСС), имеющий фактор крутизны psd в диапазоне от примерно 55 до примерно 75 и d₅₀ не более 0,5.

В Канадском патенте 1150908 раскрыта композиция карбоната кальция с соотношением R (% частиц <1 мкм/% частиц <0,2 мкм) больше 3,5.

В EP 1452489 A1 раскрыт материал для придания тиксотропных свойств, причем указанный материал содержит поверхностно-обработанный карбонат кальция. Карбонат кальция с обработанной поверхностью получают обработкой карбоната кальция жирными кислотами, смоляными кислотами, такими как абиетиновая кислота, дегидроабиетиновая кислота и дигидроабиетиновая кислота; силановыми связующими агентами, такими как винилсилан, аминосилан и меркаптосилан; смолами, такими как полиэтиленовые, полипропиленовые и уретановые смолы; и полимерными диспергирующими агентами.

Краткое содержание изобретения

Хотя прототипы сфокусированы почти исключительно на размерах частиц, авторы настоящего изобретения обнаружили, что средний диаметр пор минеральной композиции имеет исключительно важное значение для оптимальной адсорбции.

Заявители настоящего изобретения неожиданно обнаружили, что разделение более крупных частиц и более мелких в процессе применения, например, нанесения покрытия на различные подложки, может приводить к различной пористой структуре конечного покрытия. Следовательно, пористая структура не может регулироваться только распределением частиц по размерам.

Кроме того, разделению больших молекул чернил/красителя на поверхности бумаги способствует исключение размеров на поверхности и покрытие с большим объемом пор, позволяющее проходить растворителю чернил в бумажную основу и удерживающее молекулы чернил на поверхности. Это предполагает необходимость получения пористого состава покрытия. Следовательно, одной целью настоящего изобретения является введение минеральных композиций с тщательно регулируемым распределением пор по размерам и капиллярностью.

Другая цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы ввести такую оптимальную абсорбцию растворителя чернил в бумажную массу посредством добавления в качестве наполнителя для бумаги минеральных композиций с тщательно регулируемым распределением пор по размерам и капиллярностью.

Таким образом, один аспект настоящего изобретения касается обеспечения минеральной композиции, содержащей минеральные частицы, где указанные минеральные частицы, если они плотно спрессованы в виде пласта, имеют определяемый объемом средний диаметр пор от 0,01 до 0,04 мкм и имеют общий внедренный удельный объем пор 0,1-0,3 см³/г.

Другим аспектом настоящего изобретения является создание минеральной суспензии для композиций покрытия, где указанная суспензия содержит частицы минерала, причем указанные минеральные частицы, если они плотно спрессованы в виде пласта, имеют определяемый объемом средний диаметр пор от 0,01 до 0,04 мкм и имеют общий внедренный удельный объем пор 0,1-0,3 см³/г.

Еще один аспект настоящего изобретения касается обеспечения композиции покрытия, включающей минеральную композицию, которая содержит минеральные частицы, где указанные минеральные частицы, если они плотно спрессованы в виде пласта, имеют определяемый по объему средний диаметр пор от 0,01 до 0,04 мкм и имеют общий внедренный удельный объем пор 0,1-0,3 см³/г.

Еще один аспект настоящего изобретения касается обеспечения наполнителя для бумажных составов, где указанный наполнитель содержит минеральную композицию, которая включает минеральные частицы, где указанные минеральные частицы, если они плотно спрессованы в виде пласта, имеют определяемый по объему средний диаметр пор от 0,01 до 0,04 мкм и имеют общий внедренный удельный объем пор 0,1-0,3 см³/г.

Еще один аспект настоящего изобретения касается обеспечения бумаги, включающей композицию покрытия, где указанная композиция покрытия содержит минеральную композицию, которая включает минеральные частицы, где указанные минеральные частицы, если они плотно спрессованы в виде пласта, имеют определяемый по объему средний диаметр пор от 0,01 до 0,04 мкм и имеют общий внедренный удельный объем пор 0,1-0,3 см³/г.

Другой аспект настоящего изобретения касается получения бумаги, включающей наполнитель, где указанный наполнитель содержит минеральную композицию, которая включает минеральные частицы, где указанные минеральные частицы, если они плотно спрессованы в виде пласта, имеют определяемый по объему средний диаметр пор от 0,01 до 0,04 мкм и имеют общий внедренный удельный объем пор 0,1-0,3 см³/г.

Один аспект настоящего изобретения касается способа получения мелкодисперсной фракции минеральных частиц из загружаемого материала, где мелкодисперсная фракция минеральных частиц, если они плотно спрессованы в виде пласта, имеет определяемый по объему средний диаметр пор от 0,01 до 0,04 мкм, а также имеет общий внедренный удельный объем пор 0,1-0,3 см³/г, при этом способ включает:

- подачу сырья на измельчающее устройство, производящее первый измельченный загружаемый материал;

- загрузку первого измельченного загружаемого материала в дисковую стековую центрифугу, производящую две фракции минеральных частиц, одна из которых представляет собой мелкодисперсную фракцию минеральных частиц, и вторая представляет собой грубую фракцию минеральных частиц;

- загрузку части или всей грубой фракции минеральных частиц на измельчающее устройство и/или в дисковую стековую центрифугу и/или удаление части или всей грубой фракции минеральных частиц.

Другой аспект настоящего изобретения касается способа получения мелкодисперсной фракции минеральных частиц, где мелкодисперсная фракция минеральных частиц, если они плотно спрессованы в виде пласта, имеет определяемый по объему средний диаметр пор от 0,01 до 0,04 мкм и имеет общий внедренный удельный объем пор 0,1-0,3 см³/г, при этом способ включает:

- подачу сырья на одно или несколько измельчающих устройств для сухой и/или влажной обработки, производящих указанную мелкодисперсную фракцию минеральных частиц за одну или более стадий измельчения.

Краткое описание фигур

На фигуре 1 показаны кривые внедрения ртути для образцов 1-7.

На фигуре 2 показаны кривые распределения пор по размерам для образцов 1-7.

На фигуре 3 показан пример способа получения минеральных частиц по настоящему изобретению.

И на фигуре 4 показаны кривые проявления связующей силы для покрытий, полученных на основе примеров 3 и 6.

Далее настоящее изобретение будет описано более подробно.

Подробное описание изобретения

Оба типа бумаги, офсетная и для струйных принтеров, произведены со свойствами, которые препятствуют растеканию чернил и, следовательно, способствуют хорошим печатным свойствам. Тем не менее, в настоящее время многоцелевая офисная бумага часто имеет качество, неудовлетворительное для струйной печати, ротационной глубокой печати или офсетной печати.

Таким образом, существует потребность в многоцелевой бумаге с покрытием и, в частности, в бумаге, пригодной для струйной печати, ротационной глубокой печати или офсетной печати, которая дает улучшенное качество печати без соответствующего увеличения производственных затрат.

Известно, что для содействия адсорбции красителя, как правило, используют различие зарядов адсорбента и адсорбата, соответственно, поверхности бумаги и молекул красителя. Если минеральные частицы присутствуют в составе покрытия, собственные адсорбционные свойства минеральных частиц в отношении красителей для чернил могут предложить альтернативу по снижению количества катионных добавок, необходимых для обеспечения заданной оптической плотности. Хотя прототипы сфокусированы почти исключительно на размерах частиц, авторы настоящего изобретения обнаружили, что для оптимальной адсорбции исключительно важное значение имеет средний диаметр пор минеральной композиции.

Отделению больших молекул чернил/красителя на поверхности бумаги способствует исключение размера на поверхности и покрытие с большим объемом пор, позволяющее проходить растворителю чернил в бумажную основу и удерживающее молекулы чернил на поверхности. Это предполагает необходимость получения пористого состава покрытия. Таким образом, одной из целей настоящего изобретения является введение минеральных композиций с тщательно регулируемым распределением пор по размерам и капиллярностью.

В данном контексте, термин "капиллярность" следует понимать как явление, при котором растворитель чернил самопроизвольно протекает в поры, образованные минеральными частицами.

В качестве типичной тестовой системы для описания минеральной композиции, содержащей минеральные частицы, получают плотно спрессованный пласт в устройстве для влажного прессования таблеток (Gane и другие 2000, Ridgway и другие 2004) из водной суспензии минеральных частиц, прилагая постоянное давление (15 бар) к суспензии/пасте, пока не освободятся от воды посредством фильтрования через мелкий 0,025 мкм мембранный фильтр. Этим способом производят таблетки диаметром около 4 см, толщиной 1,5-2,0 см, которые можно дробить и придавать образцам конфигурацию, подходящую для последующего анализа. Таблетки вынимают из устройства и сушат в сушильном шкафу при 60°С в течение 24 час. Типичная тестовая система является общепринятой и раскрыта в работах (1) Ridgway, C. J., Gane P. A. C, Schoelkopf, J. (2004): "Модифицированные покрытия из карбоната кальция с быстрой абсорбцией и большой способностью поглощения жидкости", Colloids and Surfaces A, 236 (1-3), 91; (2) Gane, P.A.C., Kettle, J. P., Matthews, G. P. and Ridgway CJ. (1996): "Пористая структура сжимаемых полимерных сфер и консолидированных препаратов карбоната кальция для покрытия бумаги", Industrial & Engineering Chemistry Research Journal 35 (5), 1753-1764; (3) Gane, P.A.C., J. Schoelkopf, D.C. Spielmann, G.P. Matthews, C.J. Ridgway, Tappi J. 83 (2000) 77.

Части каждой таблетки характеризуют методом ртутной порозиметрии на пористость, общий внедренный удельный объем пор и распределение пор по размерам, используя ртутный порозиметр Micromeritics Autopore IV. Эксперимент методом ртутной порозиметрии включает откачку пористого образца для удаления захваченного газа, после чего образец погружают в ртуть. Количество ртути, вытесненное образцом, позволяет рассчитать общий объем образца V_общ. Затем прилагают давление к ртути, чтобы она внедрилась в образец через поры, связанные с внешней поверхностью.

Максимальное приложенное к ртути давление составляет 414 МПа, что эквивалентно диаметру канала по Лапласу 0,004 мкм. Данные корректируют, используя программу Pore-Comp для ртути и эффектов пенетрометра, а также для компрессии образца. Взяв первую производную кривых совокупного внедрения, выявляют распределение пор по размерам на основе эквивалентного диаметра Лапласа, неминуемо включающее экранирование пор. Рассчитывают определяемый по объему средний диаметр пор из кривой внедрения ртути и рассчитывают FWHM из кривой распределения пор по размерам. В данном контексте выражение "внедренный общий удельный объем пор» следует понимать как объем пор, измеренный описанным выше способом (ртутной порозиметрией).

В контексте настоящего изобретения выражение "минеральная композиция" относится к композиции, содержащей минеральные частицы в виде отдельных частиц, т.е. не в гранулированном виде. Термин "минеральный" относится к элементу или химическому соединению, которое обычно является кристаллическим, например к карбонату кальция.

В контексте настоящего изобретения термин "пора" следует понимать как описывающий пространство, которое обнаруживается между минеральными частицами, т.е. формируется минеральными частицами, и которое позволяет прохождение или абсорбцию жидкостей. Поры можно определять средним диаметром пор.

Другой целью настоящего изобретения является введение такой оптимальной абсорбции растворителя чернил в бумажную массу посредством добавления в качестве наполнителя для бумаги минеральных композиций с тщательно регулируемым распределением пор по размерам и капиллярностью.

В данном контексте выражение "определяемый объемом средний диаметр пор" относится к размеру пор, ниже которого 50% удельных объемов пор меньше эквивалентного диаметра капилляра, определяемого уравнением Янга-Лапласа, где уравнение Янга-Лапласа применяют к данным по порозиметрии с внедрением ртути (процедура описана выше).

Также в контексте настоящего изобретения выражение "внедренный общий удельный объем пор" следует понимать как описывающее измеренный объем пор (который обнаруживают между минеральными частицами) на единицу массы минеральных частиц.

Настоящее изобретение включает открытие, состоящее в том, что улучшенные свойства можно получить, если на субстрат, например на бумагу, нанести покрытие из композиции покрытия, которая содержит минеральную композицию, включающую минеральные частицы, где указанные минеральные частицы, если они плотно спрессованы в виде пласта, имеют определяемый по объему средний диаметр пор от 0,01 до 0,04 мкм и имеют внутренний суммарный удельный объем пор 0,1-0,3 см³/г.

В контексте настоящего изобретения термин "субстрат" следует понимать как любой материал, имеющий поверхность, пригодную для печати или рисования, такой как бумага, картон, пластик, ткань, дерево, металл, бетон или мазь.

В контексте настоящего изобретения термин «пластик» относится к природному или синтетическому полимерному материалу. Неограничительными примерами являются полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид, сложный полиэфир, например полиэфир акриловой кислоты, гомо- или сополимеры или их смеси. Пластик может необязательно иметь минеральный наполнитель, органический пигмент, неорганический пигмент или их смеси.

В данном контексте термин "ткань" относится к гибкому материалу, состоящему из сетки из природного или искусственного волокна.

Таким образом, один аспект настоящего изобретения касается получения минеральной композиции, содержащей минеральные частицы, где указанные минеральные частицы, если они плотно спрессованы в виде пласта, имеют определяемый по объему средний диаметр пор от 0,01 до 0,04 мкм и имеют внедренный общий удельный объем пор 0,1-0,3 см³/г.

В одном варианте настоящего изобретения определяемый по объему средний диаметр пор составляет величину в диапазоне от 0,01 мкм до 0,039 мкм и внедренный общий удельный объем пор в диапазоне от 0,10 см³/г до 0,28 см³/г; например определяемый объемом средний диаметр пор в диапазоне от 0,015 мкм до 0,035 мкм и общий внедренный удельный объем пор в диапазоне от 0,15 см³/г до 0,27 см³/г, например определяемый объемом средний диаметр пор в диапазоне от 0,017 до 0,033 мкм и внедренный общий удельный объем пор в диапазоне от 0,20 см³/г до 0,25 см³/г, например определяемый объемом средний диаметр пор в диапазоне от 0,019 до 0,030 мкм и имеет внедренный общий удельный объем пор в диапазоне от 0,21 см³/г до 0,24 см³/г.

В другом варианте настоящего изобретения определяемый по объему средний диаметр пор составляет величину в диапазоне от 0,013 мкм до 0,038 мкм, например в диапазоне от 0,018 мкм до 0,036 мкм, такую как величина в диапазоне от 0,021 мкм до 0,034 мкм, например в диапазоне от 0,023 мкм до 0,028 мкм.

Еще в одном варианте настоящего изобретения внедренный общий удельный объем пор равен объему в диапазоне от 0,10 см³/г до 0,29 см³/г, например в диапазоне от 0,11 см³/г до 0,28 см³/г, такому как объем в диапазоне от 0,12 см³/г до 0,27 см³/г, например в диапазоне от 0,13 см³/г до 0,26 см³/г, такому как объем в диапазоне от 0,14 см³/г до 0,26 см³/г, например в диапазоне от 0,15 см³/г до 0,25 см³/г, такому как объем в диапазоне от 0,16 см³/г до 0,25 см³/г, например в диапазоне от 0,17 см³/г до 0,24 см³/г, такому как объем в диапазоне от 0,18 см³/г до 0,23 см³/г, например в диапазоне от 0,19 см³/г до 0,22 см³/г, такому как объем в диапазоне от 0,20 см³/г до 0,21 см³/г.

Выражение "мономодальное распределение пор по размерам", которое здесь используют, относится к коллекции пор, которые имеют один четко различимый максимум на кривой распределения пор по размерам (интенсивность по оси ординат или Y-оси и размер пор по оси абсцисс или X-оси). Бимодальное распределение пор по размерам относится к коллекции пор, имеющих два четко заметных максимума на кривой распределения пор по размерам. Таким образом, общее определение «n-модальное распределение пор по размерам» относится к коллекции пор, имеющих n четко распознаваемых максимумов на кривой распределения пор по размерам, где n равно целому числу. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что можно получить лучшее регулирование скорости абсорбции посредством минеральной композиции мультивязких смесей растворителей чернил, используя n-модальное распределение пор по размерам, где n≥2 (больше или равно двум).

Выражение "определяемая объемом полидисперсность размера пор" следует понимать как характеристику, описывающую ширину распределения пор по величине диаметров, которые можно найти среди минеральных частиц. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что можно получить лучшее регулирование скорости абсорбции посредством минеральной композиции, когда определяемая объемом полидисперсность размера пор, выраженная как полная ширина при максимальной высоте (FWMH), соответствует диапазону от 0,01 до 0,03 мкм.

Полная ширина на половине максимальной высоты (FWHM) является выражением величины функции, определяемой разностью между двумя экстремальными значениями независимой переменной, при которых зависимая переменная равна половине максимального значения. Технический термин «полная ширина на половине максимальной высоты» или FWHM используют для аппроксимации распределения большинства пор по диаметрам, т.е. полидисперсности размеров пор. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что можно получить лучшее регулирование скорости абсорбции растворителя чернил в порах/капиллярах, если поры имеют одинаковый размер, по сравнению с более широким распределением по размерам.

В одном варианте настоящего изобретения минеральные частицы, если плотно спрессованы в виде пласта, имеют мономодальное распределение пор по диаметрам и определяемую объемом полидисперсность размера пор, выраженную как полная ширина на максимальной высоте (FWMH), менее или равную до 0,035 мкм, такую как полидисперсность в диапазоне от 0,005 мкм до 0,033 мкм, например 0,030 мкм, такую как полидисперсность от 0,01 мкм до 0,028 мкм, например 0,025 мкм, такую как полидисперсность от 0,015 мкм до 0,021 мкм, например 0,020 мкм, такую как полидисперсность от 0,016 мкм до 0,019 мкм.

В одном варианте настоящего изобретения минеральные частицы, если плотно спрессованы в виде пласта, имеют бимодальное или мультимодальное распределение пор по диаметрам.

В другом варианте настоящего изобретения минеральные частицы, если плотно спрессованы в виде пласта, имеют мономодальное распределение пор по диаметрам.

Еще в одном варианте настоящего изобретения минеральные частицы содержат карбонат кальция, в частности выбранный из природного карбоната кальция или осажденного карбоната кальция или их смесей. Предпочтительно, если минеральные частицы содержат такой карбонат кальция, как PCC (осажденный карбонат кальция), модифицированный карбонат кальция (в частности, в WO 00/39222, WO 2004/083316, WO 2005/121257) или GCC (измельченный карбонат кальция) и их комбинации.

В контексте настоящего изобретения термин "минеральная суспензия» относится к суспензии частиц минеральной композиции в жидкости, предпочтительно в воде. Предпочтительно, чтобы минерал имел более высокую удельную массу, выраженную в г/мл, относительно жидкости.

Другой аспект настоящего изобретения касается получения минеральной суспензии для композиций покрытий, где указанная суспензия содержит минеральные частицы, и указанные минеральные частицы, если плотно спрессованы в виде пласта, имеют определяемый объемом средний диаметр пор от 0,01 до 0,04 мкм и имеют общий внедренный удельный объем пор 0,1-0,3 см³/г.

Еще один аспект настоящего изобретения касается получения композиции покрытия, содержащей минеральную композицию, которая включает минеральные частицы, где указанные минеральные частицы, если плотно спрессованы в виде пласта, имеют определяемый объемом средний диаметр пор от 0,01 до 0,04 мкм и имеют общий внедренный удельный объем пор 0,1-0,3 см³/г.

Еще один аспект настоящего изобретения касается получения наполнителя для бумажных составов, где указанный наполнитель содержит минеральную композицию, которая включает минеральные частицы, и указанные минеральные частицы, если плотно спрессованы в виде пласта, имеют определяемый объемом средний диаметр пор от 0,01 до 0,04 мкм и имеют внутренний суммарный удельный объем пор 0,1-0,3 см³/г.

Еще один аспект настоящего изобретения касается получения бумаги, включающей композицию покрытия, где указанная композиция покрытия содержит минеральную композицию, которая включает минеральные частицы, и указанные минеральные частицы, если плотно спрессованы в виде пласта, имеют определяемый объемом средний диаметр пор от 0,01 до 0,04 мкм и имеют внутренний суммарный удельный объем пор 0,1-0,3 см³/г.

Другой аспект настоящего изобретения касается получения бумаги, включающей наполнитель, где указанный наполнитель содержит минеральную композицию, которая включает минеральные частицы, где указанные минеральные частицы, если плотно спрессованы в виде пласта, имеют определяемый объемом средний диаметр пор от 0,01 до 0,04 мкм и имеют общий внедренный удельный объем пор 0,1-0,3 см³/г.

В другом варианте настоящего изобретения состав минеральной композиции выбран из группы, включающей композицию покрытия, наполнитель, поверхностный наполнитель и минеральную суспензию, где указанная минеральная композиция содержит минеральные частицы, и указанные минеральные частицы, если плотно спрессованы в виде пласта, имеют определяемый объемом средний диаметр пор от 0,01 до 0,04 мкм и имеют общий внедренный удельный объем пор 0,1-0,3 см³/г.

Еще один аспект настоящего изобретения касается подложки, содержащей минеральную композицию, которая включает минеральные частицы, где указанные минеральные частицы, если плотно спрессованы в виде пласта, имеют определяемый объемом средний диаметр пор от 0,01 до 0,04 мкм и имеют внедренный общий удельный объем пор 0,1-0,3 см³/г.

В одном варианте настоящего изобретения субстрат содержит один или несколько составов минеральных композиций, причем указанный состав выбран из группы, включающей композицию покрытия, наполнитель, поверхностный наполнитель и минеральную суспензию или их смеси.

В другом варианте настоящего изобретения субстрат выбран из группы, включающей бумагу, картон, пластик, ткань, дерево, металл, бетон или мазь.

Один аспект настоящего изобретения касается применения минеральной композиции, которая включает минеральные частицы, где указанные минеральные частицы, если плотно спрессованы в виде пласта, имеют определяемый объемом средний диаметр пор от 0,01 до 0,04 мкм и имеют внедренный общий удельный объем пор 0,1-0,3 см³/г в бумаге, картоне, пластике, ткани, дереве, металле, бетоне или мази.

Другой аспект настоящего изобретения касается применения минеральной композиции, которая включает минеральные частицы, где указанные минеральные частицы, если плотно спрессованы в виде пласта, имеют определяемый объемом средний диаметр пор от 0,01 до 0,04 мкм и имеют общий внедренный удельный объем пор 0,1-0,3 см³/г при использовании в отношении бумаги, например при производстве бумаги, в покрытии бумаги, верхнем покрытии бумаги для струйной печати, при офсетной печати.

Еще один аспект настоящего изобретения касается применения минеральной композиции, которая включает минеральные частицы в приложении к ткани и картону, где указанные минеральные частицы, если плотно спрессованы в виде пласта, имеют определяемый объемом средний диаметр пор от 0,01 до 0,04 мкм и имеют общий внедренный удельный объем пор 0,1-0,3 см³/г.

В другом варианте настоящего изобретения субстрат содержит одну или более смесей композиций минеральных частиц по настоящему изобретению.

Один аспект настоящего изобретения касается способа получения мелкодисперсной фракции минеральных частиц из загружаемого материала, где мелкодисперсная фракция минеральных частиц, если плотно спрессована в виде пласта, имеет определяемый объемом средний диаметр пор от 0,01 до 0,04 мкм, а также имеет внедренный общий удельный объем пор 0,1-0,3 см³/г, при этом способ включает:

- подачу сырья на измельчающее устройство, производящее первый измельченный загружаемый материал;

- загрузку первого измельченного загружаемого материала в дисковую стековую центрифугу, производящую две фракции минеральных частиц, одна из которых представляет собой мелкодисперсную фракцию минеральных частиц и вторая представляет собой грубую фракцию минеральных частиц;

- загрузку части или всей грубой фракции минеральных частиц на измельчающее устройство и/или в дисковую стековую центрифугу и/или удаление части или всей грубой фракции минеральных частиц.

В одном варианте настоящего изобретения грубая фракция минеральных частиц, если плотно спрессована в виде пласта, имеет определяемый объемом средний диаметр пор от 0,01 до 0,04 мкм и имеет внедренный общий удельный объем пор от 0,1-0,3 см³/г.

В другом варианте настоящего изобретения грубая фракция минеральных частиц имеет меньшую удельную площадь поверхности (м²/г), чем мелкодисперсная фракция минеральных частиц, например в 0,1-100 раз меньше, например в 2 раза меньше, такую как площадь поверхности в 5-95 раз меньше, например в 10 раз меньше, такую как площадь поверхности в 15-85 раз меньше, например в 20 раз меньше, такую как площадь поверхности в 25-75 раз меньше, например в 30 раз меньше, такую как площадь поверхности в 35-65 раз меньше, например в 50 раз меньше, чем мелкодисперсная фракция минеральных частиц.

Еще в одном варианте настоящего изобретения, загружаемый материал имеет содержание загружаемых твердых веществ менее 99% от массы загружаемого материала, такое как 5%-90%, например 10%, предпочтительно 15%-85%, например 19%, такое как 20%-80%, например 25%, более предпочтительно 30%-75%, например 35%, такое как 40%-70%, например 45%, предпочтительно 50%-65%, например 55% от массы загружаемого материала.

Конкретный вариант настоящего изобретения характеризуется тем, что способ получения мелкодисперсной фракции минеральных частиц, где мелкодисперсная фракция минеральных частиц, если плотно спрессована в виде пласта, имеет определяемый объемом средний диаметр пор от 0,01 до 0,04 мкм и имеет общий внедренный удельный объем пор 0,1-0,3 см³/г, включает следующие стадии:

- подачу сырья на измельчающее устройство, производящее первый измельченный загружаемый материал;

- загрузку первого измельченного загружаемого материала в дисковую стековую центрифугу, производящую две фракции минеральных частиц, одна из которых представляет собой мелкодисперсную фракцию минеральных частиц, и вторая представляет собой грубую фракцию минеральных частиц,

где первый измельченный загружаемый материал имеет содержание твердых частиц в диапазоне 20%-80% масс., предпочтительно в диапазоне 30%-75% масс., более предпочтительно в диапазоне 38%-70% масс.

В некоторых вариантах стадию загрузки грубой фракции минеральных частиц в дисковую стековую центрифугу можно повторять до тех пор, когда будет больше невозможно или невыгодно отделять мелкодисперсную фракцию минеральных частиц от грубой фракции минеральных частиц. Мелкодисперсная минеральная фракция повторно загружаемой в дисковую стековую центрифугу грубой фракции минеральных частиц может быть идентична предыдущей фракции, более грубой или более мелкой. Различные мелкодисперсные фракции минеральных частиц можно использовать отдельно или в виде смеси различных мелкодисперсных фракций минеральных частиц.

Другой аспект настоящего изобретения касается способа получения мелкодисперсной фракции минеральных частиц, где мелкодисперсная фракция минеральных частиц, если плотно спрессована в виде пласта, имеет определяемый объемом средний диаметр пор от 0,01 до 0,04 мкм и имеет общий внедренный удельный объем пор 0,1-0,3 см³/г, при этом указанный способ включает:

- подачу сырья на одно или более измельчающих устройств для сухой и/или влажной обработки, производящих указанную мелкодисперсную фракцию минеральных частиц за одну или более стадий измельчения.

В одном варианте настоящего изобретения способ осуществляют в непрерывном режиме.

Пример способа получения минеральных частиц по настоящему изобретению показан на фигуре 3, где сырье (1) подают в измельчающее устройство (6), производящее первый измельченный загружаемый материал (3). Затем первый измельченный загружаемый материал (3) подают в дисковую стековую центрифугу (7), производящую мелкодисперсную фракцию минеральных частиц (4) и грубую фракцию минеральных частиц (2). Грубую фракцию минеральных частиц (2) можно отделить как грубую фракцию продукта (5) или подать обратно на измельчающее устройство (6).

В одном варианте настоящего изобретения мелкодисперсная фракция минеральных частиц, если плотно спрессована в виде пласта, имеет мономодальное распределение пор по диаметрам. В другом варианте настоящего изобретения мелкодисперсная фракция минеральных частиц, если плотно спрессована в виде пласта, имеет определяемую объемом полидисперсность размеров пор, выражаемую как полная ширина при максимальной высоте (FWMH), в диапазоне от 0,01 до 0,03 мкм.

Еще в одном варианте настоящего изобретения мелкодисперсная фракция минеральных частиц, если плотно спрессована в виде пласта, имеет двух- или мультимодальное распределение пор по диаметрам.

Следует отметить, что варианты и отличительные признаки, описанные в контексте одного из аспектов настоящего изобретения, также применимы к другим аспектам данного изобретения.

Все патентные и непатентные материалы, цитированные в настоящем описании, включены тем самым в качестве ссылок во всей своей полноте.

Теперь изобретение будет описано более подробно в следующих неограничительных примерах.

Примеры

Общая информация по примерам:

все размеры частиц и средние диаметры определяют, используя анализаторы Malvern Mastersizer 2000 S, Malvern Instruments Ltd., Enigma Business Park, Grovewood Road, Malvern, Worcestershire, UK. WR14 1XZ при следующих параметрах.

Процедура определения PSD (распределение частиц по размерам) для образца

Необходимые условия:

инструмент: Malvern Mastersizer 2000S с пробоотборником HydroS.

В качестве воды для разбавления используют воду ASTM типа II.

Malvern Mastersizer очищен и не имеет загрязнений из катионного заряженного материала.

Инструмент правильно установлен и отрегулирован.

Управление прибором осуществляет опытный и обученный оператор.

До проведения определений проводят проверочный стандартный эксперимент на материале, аналогичном материалу, предназначенному к определению.

Образец, предназначенный к определению, полностью гомогенизируют.

Устанавливают следующие параметры инструментальных измерений:

показатель преломления частиц: 1,570;

показатель преломления синего света частиц: 1,570;

название диспергатора: вода;

модель анализа: общепринятый, нестандартный;

абсорбция: 0,005;

абсорбция синего света: 0,005;

показатель преломления диспергатора: 1,330;

чувствительность: стандартная;

диапазон размеров: 0,020-2000,000;

количество результирующих полос: 66;

результирующая эмуляция: не возможна;

результирующие единицы: мкм;

время измерения фона и фона для синего света: 15 с;

время тестирования: 15 с.

1.1. Подготовка оборудования

1.1.1. Выполнить 3 цикла очистки Malvern.

1.1.2. По завершении циклов очистки во вспомогательном модуле нажать кнопку "Выпуск" и разрешить осушение Hydro S.

1.1.3. Когда Hydro S осушен, закрыть сливной клапан, нажав на кнопку "сливной клапан".

1.1.4. Медленно добавить воду ASTM типа II в Hydro S, пока камера, следующая за "обнаруживаемая жидкость", не станет зеленой.

1.1.5. Скорость работы линейного насоса 3010 об/мин. Поддерживать эту скорость в течение измерений.

1.1.6. Продолжать заполнение полости водой ASTM типа II.

1.1.7. Перед нажатием кнопки «старт» добавить в пробоотборник Hydro S небольшое количество (~1 мл) диспергатора полиакрилата натрия/кальция с концентрацией ~35% масс., имеющего молекулярную массу (Mw) 5500 и полидисперсность 2,7.

1.1.8. Разрешить диспергатору циркулировать в течение не менее 1 мин перед добавлением образца, подлежащего определению.

1.2. Пример измерения

1.1. Не применять обработку ультразвуком до или во время определения образца.

1.2. Когда инструмент готов для определения, добавить образец, используя шприц на 3 мл, пока не будет достигнуто потемнение 13-25, предпочтительно 20.

1.3. При добавлении образца обращаться с ним аккуратно, чтобы не разбрызгивать образец или не сделать что-то еще, что может впустить пузырьки воздуха.

1.4. Начать анализ.

1.5. В случае сомнительных результатов, выполнить стандартную проверку инструмента, убедиться, что прибор работает должным образом.

В примере 5 также используют Sedigraph 5100 для получения результатов, приведенных в % масс.

Удельную площадь поверхности по БЭТ в м²/г измеряют согласно стандартному способу ISO 4652 (1994).

Все