Суспензия самосвязывающихся частиц пигментного красителя на основе крахмала

Суспензия самосвязывающихся частиц пигментного красителя на основе крахмала

Реферат

Настоящее изобретение относится к способу получения суспензий самосвязывающихся частиц пигментного красителя, к суспензии самосвязывающихся частиц пигментного красителя, а также к бумажному изделию, включающему самосвязывающиеся частицы пигментного красителя, и к применениям суспензии самосвязывающихся частиц пигментного красителя при изготовлении бумаги, таким как получение меловального покрытия или наполнителя.

Неорганические вещества и связующие вещества являются одними из основных компонентов, которые используются в производстве многочисленных продуктов, таких как краски, бумага и пластические материалы. В указанных продуктах неорганические вещества, такие как карбонат кальция и другие вещества в форме частиц, улучшают механические и оптические свойства, а связующее вещество, как правило, на основе латекса и в виде водных суспензий или дисперсий, обеспечивает необходимую адгезию и сцепление соответствующих компонентов производимого готового продукта.

Чтобы избежать логистических трудностей, связанных с технологической обработкой неорганических веществ и связующих веществ по отдельности, и, кроме того, чтобы избежать нежелательных физических и химических взаимодействий, возникающих в сопоставимых смесях неорганических веществ и связующих, были разработаны самосвязывающиеся частицы пигментного красителя, и они известны в промышленности. Таким образом, самосвязывающиеся частицы пигментного красителя, обладающие как свойствами неорганического вещества, так и свойствами связующего вещества, могут быть непосредственно использованы в различных приложениях. Подобный уникальный продукт, который получил название самосвязывающиеся частицы пигментного красителя, относится к отдельным твердым частицам, образованным неорганическим веществом и связующим веществом, которые тесно связаны друг с другом. Внутренние силы сцепления каждого составляющего компонента и адгезия между ними таковы, что они обеспечивают превосходную стабильность механических свойств самосвязывающихся частиц пигментного красителя.

Самосвязывающиеся частицы пигментного красителя получают способом, в котором проводят, по меньшей мере, одну стадию измельчения неорганических веществ в присутствии связующего вещества, при этом измельчение относится к операции, приводящей к уменьшению размера частиц; неорганические вещества в самосвязывающихся частицах пигментного красителя имеют меньший диаметр, чем исходное неорганическое вещество, используемое для их получения. Подобные самосвязывающиеся частицы пигментного красителя описаны в ряде документов, в том числе WO 2006/008657, WO 2006/128814 и WO 2008/139292. Неопубликованная европейская патентная заявка № 11 160900.4 описывает способ получения самосвязывающихся частиц пигментного красителя, включающий следующие стадии: a) приготовление водной суспензии минерального пигмента, b) приготовление, по крайней мере, одного полимерного связующего, где связующее содержит, по меньшей мере, одну карбоксиметилцеллюлозу, степень карбоксилирования которой находится диапазоне от 0,4 до 2,0, а собственная вязкость находится в интервале от 3 до 300 мл/г, c) смешивание связующего со стадии b) с водной суспензией вещества минерального пигмента со стадии a) и регулирование содержания твердых веществ в полученной суспензии таким образом, чтобы оно составляло от 45 до 80% масс. в пересчете на общую массу суспензии, и d) измельчение водной суспензии неорганического вещества со стадии c). Неопубликованная европейская патентная заявка № 11 160926.9 описывает способ получения самосвязывающихся частиц пигментного красителя, включающий следующие стадии: a) приготовление водной суспензии минерального пигмента, b) приготовление, по меньшей мере, одного полимерного связующего, где связующее содержит, по меньшей мере, один модифицированный полисахарид, степень карбоксилирования которого находится в диапазоне от 0,4 до 2,0, а собственная вязкость находится в диапазоне от 3 до 300 мл/г, при этом атом углерода связующего соединения имеет скорость ядерного превращения ¹⁴С в ¹²С, которая составляет от 900 до 920 преобразований в час на грамм углерода в связующем веществе; c) смешивание связующего вещества со стадии b) с водной суспензией вещества минерального пигмента со стадии a) и регулирования содержания твердых веществ в полученной суспензии таким образом, чтобы оно составляло от 45 до 80% масс. в пересчете на общую массу суспензии, и d) измельчение водной суспензии неорганического вещества со стадии c) до тех пор, пока фракция самосвязывающихся частиц пигментного красителя, имеющих размер частиц меньше чем 1 мкм, не превысит 5% масс. от общей массы частиц пигмента, при этом указанные выше и другие цели достигаются в объекте настоящего изобретения, как определено в данном описании настоящего изобретения. Кроме того, ЕР 1105571 B1 относится к присадочной композиции, применяемой для изготовления бумаги, которая должна быть добавлена к бумажной массе перед формованием бумажного полотна, при этом указанная композиция в качестве своих основных компонентов содержит компоненты, полученные из крахмала, молекулярный размер которого уменьшен таким образом, что уровень вязкости составляет от 10 до 400 мПа·с (5%, 60°С, по Брукфилду), и который катионируют в растворе, при этом катионизацию осуществляют с помощью соединения четвертичного азота до заряда <4 мэкв./г и содержит, по меньшей мере, один дополнительный компонент, который представляет собой 1) дисперсию полимера на основе крахмала, содержащую, в пересчете на содержание сухого вещества в продукте, крахмал и мономерный привитой сополимер a) от 5 до 40% крахмала, катионированного до степени замещения от 0,01 до 1 и собственной вязкости >1,0 дл/г, b) от 60 до 95% смеси мономеров, включающей, по крайней мере, один виниловый мономер с температурой пленкообразования полученного из него полимера, равной от 0 до 70°C, и воду, 2) полиамидную эпихлоргидриновую смолу (PAAE). Кроме того, авторам настоящего изобретения известен продукт компании Specialty Minerals Inc, Бетлехем, США, доступный на международном рынке под названием FullFill™ E-325, который представляет собой большую гранулу крахмала/РСС для большей навески наполнителя в бумажную основу. Благодаря наличию подобных кластеров крупных частиц, размер которых превышает 100 мкм, никаких отдельных самосвязывающихся частиц пигментного красителя не наблюдается. Бумага, наполненная подобными кластерами крупных частиц подвержена истиранию с образованием пыли и царапин в покрытии. Статья "Improvement of paper properties using starch-modified precipitated calcium carbonate filler", Zhao et al., TAPPI Journal 2005, vol. 4(2), касается коммерческих наполнителей из осажденного карбоната кальция, которые были модифицированы с помощью необработанного кукурузного и картофельного крахмала. Указанные модифицированные наполнители были использованы в качестве наполнителей для изготовления бумаги, с целью повысить прочность бумаги с большим содержанием наполнителя.

Для полноты картины, авторы настоящего изобретения хотели бы упомянуть следующие собственные заявки на изобретение, которые также относятся к способам получения самосвязывающихся частиц пигментного красителя: неопубликованные европейские патентные заявки с полученными при подаче номерами 11 160900.4, 11 160926.9, 11 179604.1 и 11 179572.0.

Тем не менее, существует одна конкретная проблема, которая очень часто оказывает существенное влияние на механические и оптические свойства покрытий для бумаги, полученных из подобных самосвязывающихся частиц пигментного красителя. Как указано выше, самосвязывающиеся частицы пигментного красителя содержат однородную комбинацию неорганического вещества и связующего вещества, которая, как правило, готовится в виде водной суспензии. Однако применение суспензии самосвязывающихся частиц пигментного красителя часто приводит к получению покрытий для бумаги, которые придают не лучшие механические и оптические свойства соответствующему готовому продукту. Точнее, механические и оптические свойства ухудшаются вследствие наличия больших количеств свободного растворенного связующего в меловальном пигменте и готовом бумажном изделии, покрытом подобным меловальным пигментом. Таким образом, большое количество свободного растворенного связующего вещества в суспензии самосвязывающихся частиц пигментного красителя приводит к значительному ухудшению механических и оптических свойств готового продукта. Ухудшение свойств наиболее вредно сказывается в таких применениях, как меловальные покрытия, а также для краски и пластические материалы.

Таким образом, в данной области техники все еще существует потребность в способе, который позволяет избежать вышеуказанных недостатков и, в частности, позволяет улучшить механические и оптические свойства покрытия благодаря самосвязывающимся частицам пигментного красителя, полученным из суспензии самосвязывающихся частиц пигментного красителя. Другими словами, было бы желательно разработать способ, который позволяет получить такие суспензии самосвязывающихся частиц пигментного красителя, что готовое бумажное изделие, покрытое указанными суспензиями, обладает лучшими механическими и оптическими свойствами, по сравнению с известными способами.

Таким образом, объектом настоящего изобретения является способ получения суспензии самосвязывающихся частиц пигментного красителя, при этом получаемое из указанной суспензии покрытие для бумаги обладает улучшенными механическими и оптическими свойствами и, в частности, имеет пониженное содержание свободного растворенного связующего вещества. Дальнейшие объекты станут понятны из приведенного ниже описания настоящего изобретения.

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения, предлагается способ получения самосвязывающихся частиц пигментного красителя, включающий следующие стадии:

a) приготовление водной суспензии пигментного вещества;

b) приготовление, по меньшей мере, одного анионного и/или амфотерного крахмала;

c) смешивание крахмала со стадии b) с водной суспензией пигментного вещества со стадии a), при этом указанный крахмал добавляют к указанной водной суспензии пигментного вещества в количестве от 0,5 до 20% масс. от общей массы сухого пигментного вещества в суспензии; и

d) объединение пигментного вещества и крахмала со стадии c) путем измельчения таким образом, чтобы количество свободного крахмала в полученной суспензии составляло меньше чем 50% масс. от общего количества крахмала, добавленного на стадии c), а поверхностный заряд пигментного вещества после стадии d) был нейтральный или анионный.

Авторы настоящего изобретения неожиданно обнаружили, что вышеуказанный способ по настоящему изобретению приводит к получению суспензии самосвязывающихся частиц пигментного красителя, которая придает такие механические и оптические свойства полученному из него покрытиям для бумаги, которые лучше, чем механические и оптические свойства соответствующего покрытия, полученного из суспензии самосвязывающихся частиц пигментного красителя, которая прошла такую же обработку, но не контактировала, по меньшей мере, с одним анионным и/или амфотерным крахмалом (стадия c)).

Следует понимать, что в настоящем изобретении следующие термины имеют следующие значения:

Термин водная суспензия "пигментного вещества" в контексте настоящего изобретения охватывает природные и/или синтетические вещества, такие как карбонат кальция, тальк, мел, доломит, слюда, диоксид титана и т.д.

Термин водная "суспензия" пигментного вещества в контексте настоящего изобретения включает нерастворимые твердые вещества и воду и, необязательно, дополнительные добавки и обычно содержит большое количество твердых частиц и, таким образом, является более вязкой и, как правило, имеет более высокую плотность, чем жидкость, из которой она получена.

Термин "крахмал" в контексте настоящего изобретения относится к полимерным углеводным структурам, образованных множеством единиц глюкозы, которые соединены друг с другом гликозидными связями. Указанные структуры могут быть линейными, но могут также иметь различную степень разветвленности.

Термин "анионный" в контексте настоящего изобретения относится к соединению, имеющему в целом отрицательный заряд. Указанное соединение, как правило, модифицировано с помощью анионных групп. Термин "анионные" не исключает присутствия катионных групп, при условии, что сумма отдельных зарядов является отрицательной.

Термин "амфотерный" или "нейтральный" в контексте настоящего изобретения относится к соединению, модифицированному с помощью анионных групп, а также катионных групп таким образом, что количество отрицательных зарядов в анионных группах приблизительно равно числу положительных зарядов в катионных группах.

Термин "свободный крахмал" в контексте настоящего изобретения относится к количеству крахмала в жидкой фазе суспензии самосвязывающихся частиц пигментного красителя, которое проходит через мембранный фильтр с размером пор 0,2 микрона.

В тех случаях, когда термин "содержащий" используется в настоящем описании и формуле изобретения, он не исключает другие элементы. В настоящем изобретении термин "состоящий из" считается предпочтительным вариантом "содержащий". Если далее в настоящем описании группа определена таким образом, что она содержит, по меньшей мере, определенное количество вариантов осуществления настоящего изобретения, то следует также понимать, что при этом раскрывается группа, которая предпочтительно состоит только из указанных вариантов осуществления настоящего изобретения.

В тех случаях, когда дается ссылка на существительное в единственном числе, она включает в себя и множественное число указанного существительного, если что-либо еще специально не оговорено.

Такие термины, как "получаемый" или "определяемый" и "полученный" или "определенный" используются взаимозаменяемо. Это, в частности, означает, что если из контекста явно не следует иное, термин "полученный" не означает указание на то, что, например, вариант осуществления должен быть получен, в частности, путем последовательности шагов, следующих после термина "полученный", хотя подобное ограниченное понимание всегда включается в термины "полученный" или "определенный" в качестве предпочтительного варианта осуществления.

Еще один аспект настоящего изобретения относится к суспензии самосвязывающихся частиц пигментного красителя, получаемой указанным способом.

Еще один аспект настоящего изобретения относится к бумажным изделиям, включающим самосвязывающиеся частицы пигментного красителя, где частицы пигмента, по крайней мере, частично покрыты, по меньшей мере, одним анионным и/или амфотерным крахмалом.

Еще один аспект настоящего изобретения касается использования суспензии самосвязывающихся частиц пигментного красителя при изготовлении бумаги, например, при получении покрытий для бумаги. Предпочтительно, суспензия самосвязывающихся частиц пигментного красителя используется для мелования бумаги в качестве основы для глубокой печати, и/или офсетной печати, и/или цифровой печати, и/или флексографии, и/или для отделки поверхности. Еще один аспект настоящего изобретения относится к использованию суспензии самосвязывающихся частиц пигментного красителя при изготовлении бумаги, таких как получение наполнителя. Наполнитель, преимущественно, используется при производстве пластмасс, красок, бетона и/или находит применение в сельском хозяйстве. Кроме того, предпочтительно, суспензия самосвязывающихся частиц пигментного красителя используется для снижения воздействия солнечного света и ультрафиолетового облучения на листья растений.

Когда следующая ссылка дается на предпочтительные варианты осуществления или технические детали способа получения суспензий самосвязывающихся частиц пигментного красителя по настоящему изобретению, следует понимать, что указанные предпочтительные варианты и технические детали также относятся к суспензии самосвязывающихся частиц пигментного красителя по настоящему изобретению, бумажному изделию по настоящему изобретению, содержащему пигментное вещество, а также к применению суспензии самосвязывающихся частиц пигментного красителя, определенной в данном описании, и наоборот (насколько это возможно). Если, например, установлено, что водная суспензия пигментного вещества, приготовленная по способу получения суспензий самосвязывающихся частиц пигментного красителя, содержит пигментное вещество, выбранное из группы, которая включает карбонат кальция, содержащие карбонат кальция минералы, смешанные наполнители на основе карбонатов или их смеси, а также суспензию самосвязывающихся частиц пигментного красителя по настоящему изобретению, то бумажное изделие по настоящему изобретению, содержащее пигментное вещество, а также использование суспензии самосвязывающихся частиц пигментного красителя, предпочтительно, содержит пигментное вещество, выбранное из группы, которая включает карбонат кальция, содержащие карбонат кальция минералы, наполнители на основе смешанных карбонатов или их смеси.

В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления способа приготовления суспензий самосвязывающихся частиц пигментного красителя по настоящему изобретению, суспензия пигментного вещества со стадии a) содержит пигментное вещество, выбранное из группы, которая включает карбонат кальция, содержащие карбонат кальция минералы, смешанные наполнители на основе карбонатов или их смеси, при этом содержащие карбонат кальция минералы, предпочтительно, включают доломит, а смешанные наполнители на основе карбонатов, предпочтительно, выбраны из наполнителей, содержащих кальций, связанный с магнием, глины, талька, смесей тальк-карбонат кальция, смесей карбонат кальция-каолин или из смесей природного карбоната кальция с гидроксидом алюминия, слюдой или с синтетическими или натуральными волокнами или совместно образованными структурами минералов, предпочтительно, совместно образованными структурами карбонат кальция-тальк, или тальк-диоксид титана, или карбонат кальция-диоксид титана.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления способа получения суспензий самосвязывающихся частиц пигментного красителя по настоящему изобретению, карбонат кальция представляет собой измельченный природный карбонат кальция, осажденный карбонат кальция, модифицированный карбонат кальция или их смесь.

В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом осуществления способа приготовления суспензий самосвязывающихся частиц пигментного красителя по настоящему изобретению, по крайней мере, один крахмал со стадии b) представляет собой анионный крахмал, содержащий анионные группы, выбранные из группы, которая включает карбоксильные группы, карбоксиметильные группы, карбоксиметилгидроксипропильные группы, карбоксиметилгидрокси-этильные группы, фосфатные группы, сульфонатные группы и их смеси, при этом, предпочтительно, анионная группа выбрана из карбоксильных групп и карбоксиметильных групп.

В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления способа приготовления суспензий самосвязывающихся частиц пигментного красителя по настоящему изобретению, по меньшей мере, один крахмал со стадии b) представляет собой анионный крахмал со степенью карбоксилирования в диапазоне от 0,001 до 0,08, предпочтительно, в диапазоне от 0,0025 до 0,06, более предпочтительно, в диапазоне от 0,0025 до 0,05 и, наиболее предпочтительно, в диапазоне от 0,008 до 0,05.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления способа приготовления суспензий самосвязывающихся частиц пигментного красителя по настоящему изобретению, по меньшей мере, один крахмал со стадии b) представляет собой амфотерный крахмал, содержащий анионные группы, выбранные из группы, которая включает карбоксильные группы, карбоксиметильные группы, карбоксиметилгидроксипропильные группы, карбоксиметилгидроксиэтильные группы, фосфатные группы, сульфонатные группы и их смеси, и содержащий катионные группы, выбранные из группы, которая включает аминогруппы, иммониевые группы, аммониевые группы, сульфониевые группы, фосфониевые группы и их смеси, при этом, предпочтительно, анионные группы выбраны из карбоксильных групп и карбоксиметильных групп, а катионные группы выбраны из третичных аминогрупп и четвертичных аммониевых групп.

В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом осуществления способа приготовления суспензий самосвязывающихся частиц пигментного красителя по настоящему изобретению, по меньшей мере, один крахмал со стадии b) имеет соотношение между степенью анионного замещения и степенью катионного замещения (DS_a/DS_с) гидроксильных групп, которое больше чем 0,8, предпочтительно, больше чем 0,9 и, наиболее предпочтительно, равно 1,0.

В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления способа приготовления суспензий самосвязывающихся частиц пигментного красителя по настоящему изобретению, по меньшей мере, один крахмал со стадии b) находится в виде раствора крахмала, или суспензии крахмала, или сухого вещества, предпочтительно, в виде суспензии крахмала.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления способа приготовления суспензий самосвязывающихся частиц пигментного красителя по настоящему изобретению, по меньшей мере, один крахмал со стадии b) находится в виде раствора крахмала или суспензии крахмала с концентрацией крахмала от 1% масс. до 50% масс., предпочтительно, от 10% масс. до 50% масс., более предпочтительно, от 15% масс. до 45% масс. и, наиболее предпочтительно, от 20% масс. до 45% масс. от общей массы раствора крахмала или суспензии крахмала.

В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом осуществления способа приготовления суспензий самосвязывающихся частиц пигментного красителя по настоящему изобретению, на стадии c) к водной суспензии пигментного вещества добавляют, по меньшей мере, один крахмал в количестве от 1 до 20% масс., предпочтительно, от 1 до 19% масс., более предпочтительно, от 1 до 18% масс. от общей массы сухого пигментного вещества в водной суспензии пигментного вещества.

В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления способа приготовления суспензий самосвязывающихся частиц пигментного красителя по настоящему изобретению, содержание твердых веществ на стадии c) регулируют таким образом, что оно составляет, по меньшей мере, 1% масс., предпочтительно, составляет от 1% масс. до 80% масс., более предпочтительно, от 5% масс. до 60% масс., еще более предпочтительно, от 10% масс. до 50% масс. и, наиболее предпочтительно, от 15% масс. до 45% масс. от общей массы водной суспензии пигментного вещества.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления способа приготовления суспензий самосвязывающихся частиц пигментного красителя по настоящему изобретению, стадию измельчения d) проводят во время и/или после стадии c), предпочтительно, проводят на стадии c).

В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом осуществления способа приготовления суспензий самосвязывающихся частиц пигментного красителя по настоящему изобретению, стадию измельчения d) проводят при температуре от 10°С до 40°С, предпочтительно, от 20°С до 40°С и, наиболее предпочтительно, от 20°С до 30°С, например, при комнатной температуре.

В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления способа приготовления суспензий самосвязывающихся частиц пигментного красителя по настоящему изобретению, стадию измельчения d) проводят до тех пор, пока фракция самосвязывающихся частиц пигментного красителя, имеющих размер частиц менее 1 мкм, не составит больше чем 10% масс., предпочтительно, больше чем 30% масс., более предпочтительно, больше чем 50% масс. и, наиболее предпочтительно, больше чем 70% масс. в пересчете на общую массу частиц пигмента и/или до тех пор, пока фракция самосвязывающихся частиц пигментного красителя, имеющих размер частиц менее 2 мкм, не составит больше чем 20% масс., предпочтительно, больше чем 40% масс., более предпочтительно, больше чем 60% масс. и, наиболее предпочтительно, больше чем 80% масс. от общей массы частиц пигмента.

В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом осуществления способа приготовления суспензий самосвязывающихся частиц пигментного красителя по настоящему изобретению, пигментное вещество в полученной суспензии самосвязывающихся частиц пигментного красителя имеет плотность поверхностного заряда в диапазоне от +2,5 мкэкв./г до -10 мкэкв./г, более предпочтительно в диапазоне от +2 мкэкв./г до -8 мкэкв./г и, наиболее предпочтительно, в диапазоне от +0,5 мкэкв./г до -6 мкэкв./г.

В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления способа приготовления суспензий самосвязывающихся частиц пигментного красителя по настоящему изобретению, полученная суспензия самосвязывающихся частиц пигментного красителя имеет вязкость по Брукфилду в пределах от 1 до 3500 мПа·с, предпочтительно, в диапазоне от 10 до 3000 мПа·с, более предпочтительно, в диапазоне от 50 до 2500 мПа·с и, наиболее предпочтительно, в диапазоне от 50 до 2000 мПа·с.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления способа приготовления суспензий самосвязывающихся частиц пигментного красителя по настоящему изобретению, стадию измельчения d) осуществляют таким образом, что количество свободного крахмала в полученной суспензии самосвязывающихся частиц пигментного красителя составляет меньше чем 45% масс., предпочтительно, меньше чем 40% масс. и, наиболее предпочтительно, меньше чем 35% масс. от общего количества крахмала, добавленного на стадии c).

В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом осуществления способа приготовления суспензий самосвязывающихся частиц пигментного красителя по настоящему изобретению, указанный способ дополнительно включает стадию e) концентрирования полученных суспензий самосвязывающихся частиц пигментного красителя таким образом, что содержание твердых веществ в суспензии составляет, по меньшей мере, 45% масс., предпочтительно от 45% масс. до 80% масс., более предпочтительно, от 50% масс. до 80% масс. и, наиболее предпочтительно, от 55% масс. до 79% масс. от общей массы суспензии самосвязывающихся частиц пигментного красителя.

В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления способа приготовления суспензий самосвязывающихся частиц пигментного красителя по настоящему изобретению, стадию концентрирования e) проводят перед или после стадии d).

В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления способа приготовления суспензий самосвязывающихся частиц пигментного красителя по настоящему изобретению, до стадии, или во время стадии, или после стадии c) и/или стадии d) добавляют диспергирующий агент.

Как указано выше, предложенный способ получения суспензии самосвязывающихся частиц пигментного красителя включает стадии a), b), c) и d). В дальнейшем описании приводится дополнительная информация по данному изобретению и, в частности, о вышеуказанных стадиях способа приготовления суспензий самосвязывающихся частиц пигментного красителя по настоящему изобретению.

Стадия a): приготовление водной суспензии пигментного вещества

В соответствии со стадией a) способа по настоящему изобретению, готовят водную суспензию пигментного вещества.

Водную суспензию пигментного вещества получают путем смешивания частиц пигментного вещества с водой. Пигментное вещество, которое подлежит обработке в соответствии со способом по настоящему изобретению, может быть выбрано из карбоната кальция, содержащих карбонат кальция минералов, смешанных наполнителей на основе карбонатов или их смесей.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, пигментное вещество является карбонатом кальция. Карбонат кальция может быть измельченным природным карбонатом кальция, также называемым тяжелым карбонатом кальция, осажденным карбонатом кальция, также называемым легким карбонатом кальция, модифицированным карбонатом кальция или их смесью.

"Измельченный природный карбонат кальция" (GNCC) в контексте настоящего изобретения представляет собой карбонат кальция, полученный из природных источников, таких как известняк, мрамор, мел и их смеси, и подвергнутый влажной и/или сухой обработке, такой как измельчение, просеивание через сито и/или фракционирование, например, с помощью циклона или классификатора.

"Модифицированный карбонат кальция" (MCC) в контексте настоящего изобретения может представлять собой измельченный природный или осажденный карбонат кальция с внутренней структурной модификацией или является продуктом поверхностной реакции. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, модифицированный карбонат кальция является карбонатом кальция, подвергнутым поверхностной реакции.

"Осажденный карбонат кальция" (PCC) в контексте настоящего изобретения представляет собой синтезированное вещество, которое, как правило, получают осаждением после реакции диоксида углерода и извести в водной среде, или путем осаждения из источника кальция и карбоната в воде, или путем осаждения кальция и карбонат-ионов, например, CaCl₂ и Na₂CO₃, из раствора. Осажденный карбонат кальция существует в трех основных кристаллических формах: кальцит, арагонит и ватерит, а также имеется множество различных полиморфных форм (форм кристаллизации) для каждой из указанных кристаллических форм. Кальцит имеет тригональную структуру с такими типичными формами кристаллизации, как скаленоэдрическая (S-PCC), ромбоэдрическая (R-PCC), гексагонально-призматическая, пинакоидальная, коллоидная (C-PCC), кубическая и призматическая (P-PCC). Арагонит является ромбической структурой с такими типичными формами кристаллизации, как двойные гексагонально-призматические кристаллы, а также с разнообразными тонкими удлиненно-призматическими, изогнуто-пластинчатыми, остро-пирамидальными, остроконечными кристаллами, имеющими форму разветвленного дерева, кораллообразную форму или червеобразную форму.

В одном предпочтительном варианте осуществления способа по настоящему изобретению пигментное вещество представляет собой смесь измельченного природного карбоната кальция, осажденного карбоната кальция или модифицированного карбоната кальция. Например, если пигментное вещество включает смесь измельченного природного карбоната кальция, то пигментное вещество содержит смесь, по меньшей мере, двух пигментных веществ, выбранных из известняка, мрамора и мела.

В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения, содержащим карбонат кальция минералом является доломит.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, наполнители на основе смешанных карбонатов выбраны из кальция, связанного с магнием, и его аналогов или производных, различных веществ, таких как глины или тальк или их аналоги или производные и смесей указанных наполнителей, таких как, например, смеси тальк-карбонат кальций или карбонат кальция-каолин, или смесей природного карбоната кальция с гидроксидом алюминия, слюдой или с синтетическими или натуральными волокнами, или совместно образованных структур минералов, таких как совместно образованные структуры тальк-карбонат кальция, или тальк-диоксид титана, или карбонат кальция-диоксид титана.

Пигментное вещество в виде частиц в водной суспензии пигментного вещества, приготовленное на стадии a), может иметь распределение частиц по размерам, которое обычно используют для веществ, включаемых в состав продуктов подобного типа. В общем случае частицы пигментного вещества в суспензии, предпочтительно, имеют значение средневзвешенного диаметра частиц, d₅₀, от 0,05 мкм до 100 мкм, предпочтительно от 0,1 до 60 мкм, более предпочтительно, от 0,2 мкм до 20 мкм и, наиболее предпочтительно, от 0,3 мкм до 10 мкм, например, от 0,4 мкм до 1 мкм, как определяют с помощью прибора Sedigraph™ 5120 компании Micromeritics Instrument Corporation.

Значение d_x представляет собой диаметр, относительно которого x% масс. частиц имеют диаметр меньше, чем d_x. Это означает, что величина d₂₀ обозначает размер частиц, при котором 20% масс. всех частиц имеют меньший размер, а величина d₇₅ обозначает размер частиц, при котором 75% масс. всех частиц имеют меньший размер. Величина d₅₀ представляет, таким образом, взвешенную среднюю величину размера частиц, при котором 50% масс. всех частиц имеют больший или меньший размер, чем указанный размер частиц.

Указанный метод и указанный прибор известны специалистам в данной области и обычно используются для определения размера зерен наполнителей и пигментов. Измерение проводят в 0,1%-ном водном растворе Na₄P₂O₇. Образцы диспергируют с помощью высокоскоростной мешалки и с применением акустики ультразвуковых частот.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения частицы пигментного вещества в суспензии имеют удельную площадь поверхности по методу БЭТ, равную от 0,1 м²/г до 200 м²/г, более предпочтительно, от 3 м²/г до 25 м²/г, наиболее предпочтительно от 5 м²/г до 20 м²/г и, еще более предпочтительно, от 6 м²/г до 15 м²/г, которую измеряют с использованием азота и метода БЭТ согласно ISO 9277.

Частицы пигментного вещества по настоящему изобретению суспендируют в воде и таким образом получают водную суспензию или взвесь пигментного вещества в воде.

Водная суспензия пигментного вещества, полученная на стадии a), предпочтительно, содержит от 1% масс. до 80% масс. твердых веществ, предпочтительно, от 5% масс. до 60% масс., более предпочтительно, от 10% масс. до 50% масс. и, наиболее предпочтительно, от 15% масс. до 45% масс. от общей массы водной суспензии пигментного вещества.

Водная суспензия пигментного вещества, полученная на стадии a), предпочтительно, имеет температуру ≤40°C, предпочтительно, имеет температуру в диапазоне от 5°С до 40°С, более предпочтительно, от 10°С до 40°С и, наиболее предпочтительно, от 15°С до 30°C. Например, водную суспензию пигментного вещества получают приблизительно при комнатной температуре.

В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения водная суспензия пигментного вещества, полученная на стадии a), имеет температуру от 15°С до 30°С. Например, температура водной суспензии пигментного вещества, полученной на стадии a), приблизительно соответствует комнатной температуре.

Стадия b): приготовление, по меньшей мере, одного амфотерного и/или анионного крахмала

Согласно стадии b) способа по настоящему изобретению, получают, по меньшей мере, один амфотерный и/или анионный крахмал.

В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, один амфотерный и/или анионный крахмал состоит только из крахмала одного типа. В другом предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, один амфотерный и/или анионный крахмал состоит из смеси двух или нескольких видов крахмала. Например, по меньшей мере, один амфотерный и/или анионный крахмал состоит из смеси двух или нескольких типов амфотерного крахмала или, по меньшей мере, один амфотерный и/или анионный крахмал состоит из смеси двух или нескольких типов анионного крахмала. В качестве альтернативы, по меньшей мере, один амфотерный и/или анионный крахмал состоит из смеси двух или нескольких типов амфотерных и анионных крахмалов.

В соответствии с настоящим изобретением, по меньшей мере, один амфотерный и/или анионный крахмал представляет собой гомополисахарид. Предпочтительно, гомополисахарид состоит из множества повторяющихся структурных единиц (по крайней мере, 10) глюкозы. Более предпочтительно, гомополисахарид представляет собой линейную цепь 1,4-связанных α-D-глюкопиранозильных звеньев.

Дополнительно или в качестве альтернативы, гомополисахарид включает α-D-глюкопиранозильные структурные единицы, которые соединены посредством 1,6-связи с линейной цеп