Составы покрытий из карбоната кальция для придания высокого лоска и бумага и картон с покрытием, образованным из вышеуказанных составов
Продукт из карбоната кальция предназначен для покрытия бумаги, который включает в себя смесь первых и вторых отдельных частиц карбоната кальция, осажденного в виде арагонита. При этом разность первых и вторых частиц смешанного пигмента составляет от приблизительно 0,1 микрон до приблизительно 0,2 микрон и весовое соотношение первых частиц карбоната кальция и вторых составляет от приблизительно 50:50 до приблизительно 80:20. Пигмент предназначен для покрытия бумаги и выполнен из вышеуказанного продукта. Способ касается получения бумаги с покрытием, который включает в себя приготовление смешанного пигмента на основе карбоната кальция, осажденного в виде арагонита вышеуказанного состава, добавление связующего и нанесение пигмента на бумагу-основу в виде суспензии, содержащей связующее, сушку и каландрирование бумаги. Описаны: бумага, полученная вышеуказанным способом; способ повышения лоска листа бумаги, включающий в себя операцию включения вышеуказанного продукта в суспензию для покрытия бумаги-основы; способ повышения лоска листа бумаги, включающий в себя операцию включения продукта из карбоната кальция, в котором первые частицы карбоната кальция имеют средний размер частиц, составляющий приблизительно 0,4 микрона, и вторые частицы карбоната кальция, имеющие средний размер частиц, составляющий приблизительно 0,5 микрон, при соотношении первых и вторых частиц, соответственно равном 60:40; способ повышения лоска листа бумаги, включающий в себя операцию включения пигмента на основе карбоната кальция в виде арагонита при разности первой и второй средних величин его частиц от приблизительно 0,1 микрона до приблизительно 0,2 микрона и их весовом соотношении от приблизительно 50:50 до приблизительно 80:20 в суспензию для покрытия бумаги-основы. Техническим результатом является повышение лоска и глянца листов бумаги с покрытием. 7 н. и 17 з.п. ф-лы, 3 табл.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к смесям частиц карбоната кальция, которые используются при производстве высококачественной бумаги с покрытием, имеющей высокий лоск листов.
Предпосылки создания изобретения
При производстве бумаги карбонат кальция благодаря его очень высокой степени белизны используется для покрытия бумаги с целью улучшения различных свойств, таких как глянец поверхности и степень белизны бумаги. В бумажной промышленности используются как природные, так и синтетические карбонаты кальция. Природный карбонат кальция, или известняк, измельчают до малого размера частиц перед его использованием в бумаге, в то время как синтетический карбонат кальция получают реакцией осаждения, и он называется осажденным карбонатом кальция. Осажденные карбонаты кальция, как правило, более предпочтительны по сравнению с измельченными карбонатами кальция при производстве бумаги вследствие того, что можно регулировать морфологию, размер и гранулометрический состав, а также контролировать чистоту получаемого таким образом карбоната кальция.
При использовании осажденных карбонатов кальция в качестве добавки в бумажной промышленности их обычно получают карбонизацией, с использованием газообразного диоксида углерода водной суспензии гидроксида кальция ("известкового молока"). После этого пигменты на основе осажденного карбоната кальция наносят на бумагу, покрывая бумагу водной суспензией, содержащей осажденный карбонат кальция и связующее.
Карбонат кальция может быть осажден из водного раствора в трех различных разновидностях кристалла: в виде фатерита, который является термодинамически нестабильным, в виде кальцита, который является наиболее стабильным и наиболее распространенным в природе, и в виде арагонита, который является метастабильным при нормальных условиях окружающей среды с точки зрения температуры и давления, но превращается в кальцит при повышенной температуре. Арагонит имеет ромбическую форму кристалла, который кристаллизуется в виде длинных тонких игл, которые могут быть или агрегированными, или неагрегированными. Кальцит существует в нескольких различных формах, из которых наиболее широко распространена ромбовидная форма с кристаллами, которые могут быть или агрегированными, или неагрегированными, и форма скаленоэдра с кристаллами, которые, как правило, не агрегированы. Все эти разновидности карбоната кальция могут быть получены путем карбонизации известкового молока за счет соответствующего изменения условий технологического процесса, как известно в данной области техники.
Несмотря на то, что обычные пигменты на основе карбоната кальция обладают отличными свойствами с точки зрения белизны и способности абсорбировать типографские краски по сравнению с каолиновой глиной, состоящей из частиц в виде пластин, эти пигменты имеют недостаток, проявляющийся в том, что бумага, покрытая с использованием данных пигментов, как правило, имеет низкий лоск листов. До настоящего времени применение высоких уровней содержания осажденного карбоната кальция в составах покрытий, в особенности в случаях применения одного [слоя] покрытия, приводило к недостаточному лоску по сравнению с составами на основе каолина. Поэтому частицы осажденного карбоната кальция использовали в качестве пигментов в составах на основе каолина в небольших количествах, то есть в количествах, соответствующих 25 процентам по массе или менее.
Известный уровень техники
В патенте США No. 5861209 описаны пигменты на основе карбоната кальция, осажденного в виде арагонита, предназначенные для покрытия типографской бумаги для глубокой печати, способ получения пигмента, бумага, покрытая покрывающим пигментом, и способ получения такой бумаги. Частицы осажденного карбоната кальция имеют отношение размеров от приблизительно 3:1 до приблизительно 15:1, предпочтительно от приблизительно 4:1 до приблизительно 7:1 и мультимодальное распределение частиц по размерам, которое предпочтительно является бимодальным или тримодальным. Предпочтительно карбонат кальция, осажденный в виде арагонита, присутствует в покрывающем пигменте в количестве от приблизительно 20 процентов по массе до приблизительно 100 процентов по массе. Пигмент также может быть использован с диоксидом титана, тальком, обожженной глиной, сатинитом (белым пигментом), пигментами на основе пластиков, тригидратом алюминия, слюдой или их смесями.
В научном докладе J.Drechsel "In Search of Synergy: Engineering Coatings for Maximum Performance: Optimizing Pigment Blends for Maximum Performance" (1999 Coating Conference, pp.413-432) описано использование каолинов с малыми размерами частиц и тонко измельченных карбонатов в покрытиях для повышения глянца печати на бумаге с покрытием.
В статье L.Jarnstrom и др. "Structure of the Coating Layer and Optical Properties of Coated Paper", Wochenblatt f. Papierfabrikation 17, 736-741, (1996), описана бумага с более высокой степенью непрозрачности и положительные синергетические эффекты, достигаемые при смешивании пигмента на основе осажденного карбоната кальция с пластинчатым каолином для составов покрытий.
В научном докладе R.Knappich и др. "Optimized Binder Systems for Natural Calcium Carbonate Pigments with Narrow Particle Size Distribution", PTS Coating Symposium (1999), pp.13E-13E-16, описано использование пигментов на основе природного измельченного карбоната кальция с узкими распределениями частиц по размерам с указанием на то, что данные пигменты обеспечивают сочетание высокой степени белизны, высокой степени непрозрачности и отличной кроющей способности для бумаги и картона с покрытием.
В научном докладе P.G.Drage и др. "Factors Governing Print Performance in Offset Printing of Matt Papers", 1998 TAPPI Coating/Papermakers Conference, pp.413-433, описано получение матовых пигментов для матовой бумаги и бумаги с низким лоском путем использования бимодальных смесей крупнозернистых и сверхтонких компонентов с GCC (измельченным карбонатом кальция), рассматриваемым как крупнозернистая фракция.
В заявке на патент Японии No. 10232253 описана бумага с многослойным покрытием для рулонной ротационной офсетной печати, имеющая прочность в сухом состоянии, лоск в состоянии белой бумаги, глянец при многоцветной печати и стойкость к образованию пузырьков. Многослойная бумага имеет слои бумаги с полыми или полусферическими полимерными частицами.
В заявке на патент Японии No. 10-340790 описана бумага с покрытием для офсетной печати, обладающая свойствами глянцевитости белой бумаги, полученной путем использования жидкого грунтовочного покрывающего слоя из компонента пигмента, содержащего тонко измельченный в мокром состоянии, игольчатый или столбикообразный осажденный карбонат кальция в количестве от 40 процентов по массе до 100 процентов по массе от массы пигмента.
В заявке на патент Японии No. 11-065703 описана бумага с покрытием для офсетной печати, имеющая глянцевитость при печати, обеспечиваемую с помощью слоя покрытия, главным образом состоящего из пигмента, содержащего веретеновидный, полученный путем мокрого дробления, подвергнутый подщелачиванию, осажденный карбонат кальция и латекс на основе сополимера, имеющий средний размер частиц от 50 нм до 80 нм, в количестве от 60 процентов по массе до 90 процентов по массе и гель в качестве связующего в количестве от 30 процентов по массе до 50 процентов по массе.
В заявке на патент Японии No. 11-008162 описана бумага с матовым покрытием для глубокой печати, имеющая чрезвычайно низкую глянцевитость белой бумаги. По меньшей мере, одна сторона бумаги-основы покрыта составом, содержащим агглютинированный, веретеновидный осажденный карбонат кальция, имеющий средний диаметр частиц от 3,0 мкм до 5,0 мкм в форме частиц вторичных фаз, в количестве от 75 процентов по массе до 85 процентов по массе и каолин, имеющий средний диаметр частиц от 1,0 мкм до 2,0 мкм, в количестве от 15 процентов по массе до 25 процентов по массе.
В заявке на патент Японии No. 11-069426 описана бумага с неплотным покрытием для офсетной печати, имеющая глянцевитость в состоянии чистого листа бумаги и глянцевитость при печати. Бумага имеет два слоя покрытия, которые оба содержат пигмент и связующее, при этом верхний покрывающий слой имеет от 50 весовых частей до 85 весовых частей карбоната кальция, имеющего средний диаметр частиц не менее 0,2 мкм и менее 0,5 мкм, в качестве пигмента, и от 8 весовых частей до 15 весовых частей латекса на основе сополимера, имеющего средний диаметр частиц от 50 нм до 70 нм и уровень содержания геля от 50 процентов до 70 процентов, в качестве связующего, при этом для указания содержания обоих компонентов за основу взяты 100 весовых частей пигмента.
Таким образом, по-прежнему существует необходимость в пигментах на основе карбоната кальция для получения покрытий повышенного качества при производстве бумаги с высоким лоском листов.
Краткое изложение сущности изобретения
Настоящее изобретение относится к продукту из карбоната кальция, предназначенному для использования в составах покрытий для обеспечения отделки поверхности с высоким лоском листа, при этом продукт содержит:
первые частицы карбоната кальция, имеющие первое распределение частиц по размерам с первой средней величиной, и
вторые частицы карбоната кальция, имеющие второе распределение частиц по размерам со второй средней величиной, при этом разность первой и второй средних величин составляет от приблизительно 0,1 микрона до приблизительно 0,2 микрона,
причем первые частицы карбоната кальция и вторые частицы карбоната кальция соответственно находятся в весовом соотношении от приблизительно 50:50 до приблизительно 80:20.
Продукт из карбоната кальция характеризуется весовым соотношением первых частиц карбоната кальция и вторых частиц карбоната кальция, которое предпочтительно составляет приблизительно 60:40.
В продукте из карбоната кальция первые частицы карбоната кальция и вторые частицы карбоната кальция предпочтительно представляют собой частицы карбоната кальция, осажденного в виде арагонита.
Далее предпочтительно, что в продукте из карбоната кальция первые частицы карбоната кальция имеют средний размер частиц, составляющий приблизительно 0,4 микрона, и вторые частицы карбоната кальция имеют средний размер частиц, составляющий приблизительно 0,5 микрона.
Далее изобретение предоставляет пигмент для покрытия бумаги. Указанный пигмент содержит:
первые частицы карбоната кальция, имеющие первое распределение частиц по размерам с первой средней величиной, и
вторые частицы карбоната кальция, имеющие второе распределение частиц по размерам со второй средней величиной, при этом разность первой и второй средних величин составляет от приблизительно 0,1 микрона до приблизительно 0,2 микрона,
причем первый пигмент на основе карбоната кальция и второй пигмент на основе карбоната кальция соответственно предусмотрены в весовом соотношении от приблизительно 50:50 до приблизительно 80:20.
Предпочтительно, когда в пигменте для покрытия бумаги весовое соотношение первого пигмента на основе карбоната кальция и второго пигмента на основе карбоната кальция составляет приблизительно 60:40.
Также предпочтительно, когда в пигменте для покрытия бумаги первый пигмент на основе карбоната кальция и второй пигмент на основе карбоната кальция представляют собой пигменты на основе карбоната кальция, осажденного в виде арагонита.
Далее предпочтительно, чтобы в пигменте для покрытия бумаги первые частицы карбоната кальция имели средний размер частиц, составляющий приблизительно 0,4 микрона, и вторые частицы карбоната кальция имели средний размер частиц, составляющий приблизительно 0,5 микрона.
Изобретение также обеспечивает способ получения бумаги, имеющей высокий лоск листа, включающий в себя следующие операции:
а) обеспечение наличия первых частиц карбоната кальция, имеющих первое распределение частиц по размерам с первой средней величиной, и
b) обеспечение наличия вторых частиц карбоната кальция, имеющих второе распределение частиц по размерам со второй средней величиной, при этом разность первой и второй средних величин составляет от приблизительно 0,1 микрона до приблизительно 0,2 микрона,
c) смешивание первых частиц карбоната кальция и вторых частиц карбоната кальция соответственно в весовом соотношении от приблизительно 50:50 до приблизительно 80:20 для образования пигментной смеси,
d) смешивание пигментной смеси, по меньшей мере, с одним связующим для образования суспензии для покрытия,
e) нанесение суспензии для покрытия на бумагу с целью образования покрытия, и
f) сушку и каландрирование бумаги для образования бумаги с покрытием, имеющей высокий лоск листа.
В наиболее предпочтительных вариантах способа весовое соотношение первых частиц карбоната кальция и вторых частиц карбоната кальция составляет приблизительно 60:40, а первые частицы карбоната кальция и вторые частицы карбоната кальция представляют собой частицы карбоната кальция, осажденного в виде арагонита.
Указанный способ дополнительно может включать в себя операции обеспечения наличия глины и смешивания глины со смесью для покрытия на операции с) в количестве, находящемся в диапазоне от приблизительно 15 процентов по массе до приблизительно 70 процентов по массе.
Изобретение также относится к бумаге, полученной способом, указанным выше, а также к способам повышения лоска листа бумаги, которые включают в себя операцию включения продукта по п.п.1, 5 и 9 в суспензию для покрытия бумаги-основы.
Подробное описание изобретения
Если не указано иное, все приведенные здесь ссылки на части или проценты относятся к весовым процентам.
Настоящее изобретение относится к составу для покрытия бумаги, содержащему смесь частиц карбоната кальция, к способу использования данного состава для повышения лоска листа и к способу получения бумаги, имеющей высокий лоск листа, и к бумаге, полученной данным способом. Карбонат кальция предпочтительно представляет собой осажденный арагонит (то есть кристаллы с орторомбической формой). При использовании в составах пигментов красящая смесь на основе карбоната кальция по настоящему изобретению обеспечивает повышение лоска листов по сравнению с карбонатами, используемыми для типовых сортов покрытий по известному уровню техники, и особенно предпочтительна при производстве бумаги с высоким лоском, включая картон.
Повышение лоска листов бумаги с покрытием при использовании смешанного пигмента явилось неожиданным и объясняется синергетическим эффектом, возникающим за счет использования частиц, имеющих распределения частиц по размерам со средними значениями, разность которых составляет от приблизительно 0,1 микрона до приблизительно 0,2 микрона, в смешанном пигменте. Кроме того, пигмент на основе карбоната кальция по настоящему изобретению имеет другие явные преимущества по сравнению с другими пигментами на основе карбоната кальция, включая легкость его использования при каландрировании листа бумаги и полученный в результате лоск листа и глянец печати на бумаге с покрытием при использовании смешанного пигмента.
Частицы карбоната кальция, пригодные для использования их в смешанном пигменте на основе карбоната кальция по изобретению, предпочтительно синтезированы (то есть осаждены) карбонизацией, с использованием газообразного диоксида углерода, водной суспензии гидроксида кальция ("известкового молока") для получения отдельных частиц арагонита. В предпочтительном варианте осуществления изобретения приготовление смеси карбонатов кальция по изобретению выполняют путем смешивания составляющих смесь частиц, имеющих средние размеры частиц 0,4 микрона и 0,5 микрона, которые производятся в промышленных масштабах и поставляются на рынок компанией Minerals Technologies Inc., Нью-Йорк, Нью-Йорк, соответственно в виде частиц OPACARB® A40 РСС и OPACARB® A50 РСС.
Более точно, частицы OPACARB® A40 РСС и OPACARB® A50 РСС представляют собой частицы карбоната кальция, осажденного в виде арагонита, со средними размерами частиц, составляющими соответственно приблизительно 0,4 микрона и 0,5 микрона, при этом частицы имеют узкие распределения частиц по размерам [с отклонением размеров] ±0,02 микрона относительно среднего значения.
Средний размер частиц в соответствии с настоящим изобретением был определен путем использования анализатора Micromeritics Sedigraph 5100, прибора для определения гранулометрических составов с использованием закона Стокса (см. CRC Handbook of Chemistry and Physics, 69-е издание, 1988-89, страница F-105), который позволяет получить скорость погружения небольшой сферы в вязкую текучую среду. Исходя из этого определяют гранулометрические составы, исходя из веса, и средний размер частиц.
Улучшенные покрытия получают при использовании пигмента на основе карбоната кальция, осажденного в виде арагонита, по настоящему изобретению или в виде отдельного пигмента, или в смесях с любыми другими обычными пигментами для покрытия. Уровень содержания пигмента на основе осажденного карбоната кальция при смешивании его с глиной может варьироваться от приблизительно 30 процентов по массе до приблизительно 85 процентов по массе от массы всего состава покрытия, при этом предпочтителен уровень содержания, соответствующий 60 процентам по массе. Смешанный пигмент по настоящему изобретению особенно предпочтителен для использования при производстве типографской бумаги с высоким лоском и может быть смешан с одним или несколькими обычными связующими, сгустителями и/или смазками, как известно в данной области техники. Покрытие также может содержать разбавляющую воду в количестве, необходимом для доведения конечного уровня содержания твердых частиц в покрытиях до диапазона от приблизительно 50 весовых процентов до приблизительно 70 весовых процентов.
Далее будут описаны варианты осуществления настоящего изобретения только в качестве примера со ссылкой на нижеприведенные примеры. Нижеприведенные неограничивающие примеры просто иллюстрируют реализацию настоящего изобретения, и их не следует рассматривать как ограничивающие изобретение, объем которого определяется приложенной формулой изобретения.
В каждом экспериментальном составе всего 40 частей пигмента на основе осажденного карбоната кальция было использовано и смешано с глиной такого сорта, какой используется для покрытий, имеющей 72 процента твердых частиц, с использованием обычной мешалки конструкции Коулса с плоскими лопастями. Глина, использованная для всех нижеприведенных примеров, представляла собой глину ALPHAGLOSS®, поставляемую компанией Huber Corporation. Частицы OPACARB® A40 РСС, OPACARB® A50 РСС и ALPHAGLOSS® S РСС были использованы по отдельности и в комбинации для оценки влияния различных частиц карбоната кальция.
В частности, смеси для покрытия No.No. 1 и 7 были использованы для оценки влияния соответственно частиц OPACARB® A40 РСС в виде арагонита и частиц OPACARB® A50 РСС в виде арагонита при использовании их по отдельности с глиной ALPHAGLOSS®. Смеси для покрытия No.No. 2, 3 и 4 были использованы для оценки влияния частиц OPACARB® A40 РСС в виде арагонита при использовании их в различных весовых соотношениях от приблизительно 40:60 до приблизительно 60:40 с частицами ALPHAGLOSS® S РСС в виде кальцита, традиционно используемыми вместе с составами покрытий для бумаги на основе глины. Смеси для покрытия No.No.6 и 5 были использованы для оценки влияния смешанных пигментов на основе карбоната кальция, осажденного в виде арагонита, имеющий частицы OPACARB® А40 PPC в виде арагонита и частицы OPACARB® А50 PPC в виде арагонита в весовых соотношениях согласно настоящему изобретению.
Составы приготовления смесей для покрытия приведены ниже в таблице 1 с количествами используемых частиц кальция и глины, приведенными в процентах по массе.
| ТАБЛИЦА 1 | |||||||
| Пигментная смесь No | 1 | 2 | 3 | 4 | 5* | 6* | 7 |
| ALPHAGLOS® S РСС (весовой процент) | 25 | 20 | 15 | ||||
| OPACARB® A40 РСС (весовой процент) | 40 | 15 | 20 | 25 | 25 | 20 | |
| OPACARB® A50 РСС (весовой процент) | 15 | 20 | 40 | ||||
| Глина ALPHAGLOSS® (весовой процент) | 60 | 60 | 60 | 60 | 60 | 60 | 60 |
| * Пигмент на основе карбоната кальция согласно настоящему изобретению |
После смешивания вышеприведенных составов покрытий в каждый из них было добавлено связующее, и снова было проведено перемешивание с использованием обычной мешалки конструкции Коулса с плоскими лопастями. Каждый состав пигмента на основе карбоната кальция содержал одно и то же связующее, содержащее 11 частей бутадиенстирольного латекса GENFLO® 5905, поставляемого компанией Gencorp Corporation (в настоящее время Omnova Corporation), 3 части оксиэтилированного крахмала, поставляемого компанией Penford Starch Corporation как PENFORD® 280 Gum, и 1 часть смазки из стеарата кальция. Стандартный сгуститель для бумаги, поставляемый компанией Hercules Corporation как ADMIRAL® 3089, был добавлен в каждый образец покрытия для достижения заданной вязкости по Брукфилду при 100 оборотах в минуту, составляющей 1200 сантипуаз. Как правило, количество загустителя, используемого для достижения заданных значений вязкости, увеличивалось при повышении уровня содержания карбоната.
Составы покрытий из пигментов были заданы такими, что в них входило приблизительно 60 процентов твердых частиц, и они были подвергнуты испытаниям для проверки содержания твердых частиц в процентах и влагопоглощения при определении их по методу AA-GWR (Kaltec Scientific, США). Вязкости при малых значениях сдвига в сантипуазах были определены при 10 оборотах в минуту, 20 оборотах в минуту, 50 оборотах в минуту и 100 оборотах в минуту с использованием вискозиметра Брукфилда модели RVT. Измерения вязкости при высоких значениях сдвига были выполнены с использованием вискозиметра Hercules для высоких значений сдвига, поставляемого Kaltec Scientific, США. Вязкости, измеряемые с помощью вискозиметра Hercules, были определены с использованием следующих условий: груз Е, жесткость пружины 400000 дина-см/см, 0 оборотов в минуту - 4400 оборотов в минуту, комнатная температура. Данные по составам покрытий, подвергнутых испытаниям, приведены в таблице 2.
| ТАБЛИЦА 2 | |||||||
| Покрытие No | 1 | 2 | 3 | 4 | 5* | 6* | 7 |
| Твердые частицы, в процентах | 60,4 | 60,2 | 60,5 | 60,3 | 60,2 | 60,1 | 60,2 |
| AA-GWR, в граммах на квадратный метр (г/м2) | 89 | 90 | 84 | 91 | 94 | 88 | 97 |
| Вязкость, измеренная с помощью вискозиметра Hercules, сантипуаз при 4400 оборотах в минуту | 50,0 | 47,9 | 46,5 | 42,5 | 45,1 | 41,0 | 38,9 |
| Вязкость по Брукфилду, сантипуаз при 100 оборотах в минуту | |||||||
| 1420 | 1100 | 1200 | 1060 | 1310 | 1310 | 1120 | |
| сантипуаз при 50 оборотах в минуту | 2560 | 1800 | 1940 | 1720 | 2090 | 2240 | 1840 |
| сантипуаз при 20 оборотах в минуту | 5250 | 3650 | 3900 | 3500 | 4275 | 4700 | 3800 |
| сантипуаз при 10 оборотах в минуту | 9600 | 6600 | 7000 | 6400 | 7600 | 8600 | 7000 |
| Водородный показатель рН (установлен в пределах 8,5-9,5 с помощью NaOH) | 8,5 | 8,5 | 8,5 | 8,5 | 8,5 | 8,5 | 8,5 |
| Добавленный загуститель | 27 | 30 | 30 | 30 | 25 | 30 | 25 |
| * Пигмент на основе карбоната кальция, осажденного в виде арагонита, согласно настоящему изобретению |
После приготовления покрытия были нанесены на бумагу-основу с массой стопы бумаги стандартного формата 51,1 фунта/рим (70 граммов на м2) путем использования цилиндрического лабораторного устройства для нанесения покрытий (Cylindrical Laboratory Coater - CLC-6000). Заданная масса покрытия составляла 9 фунтов на 3300 квадратных футов. После этого бумага с покрытием была подвергнута каландрированию при 150 градусах по Фаренгейту на лабораторном суперкаландре, имеющем две группы валков с зазорами, обеспечивающих приложение давления, составляющего 800 фунтов на квадратный дюйм.
Стандартные испытания листов с покрытием включали в себя испытания для оценки лоска листа бумаги, для оценки глянца печати, степени белизны и непрозрачности. Данные по испытаниям листов с покрытием приведены в таблице 3, при этом характеристики глянца печати были определены путем использования метода испытаний Нэнси Плауман (NPA), а все остальные данные были определены путем использования стандартных методов испытаний, определяемых Технической ассоциацией бумагоделательной промышленности (США) (TAPPI - Technical Association of Pulp and Paper Industry), которые хорошо знакомы специалистам в данной области техники.
| ТАБЛИЦА 3 | |||||||
| Покрытие No | 1 | 2 | 3 | 4 | 5* | 6* | 7 |
| Лоск листа, в процентах | 73,6 | 72,6 | 72,1 | 72,7 | 75,7 | 74,6 | 73,3 |
| Глянец печати по NPA, в процентах Rapida SFO Black | 90,6 | 92,8 | 92,1 | 91,2 | 91,8 | 91,6 | 92,4 |
| Степень белизны, определенная в соответствии с методом, утвержденным Технической ассоциацией бумагоделательной промышленности, в процентах | 86,0 | 85,7 | 86,0 | 85,8 | 86,0 | 85,9 | 85,9 |
| Непрозрачность, определенная в соответствии с методом, утвержденным Технической ассоциацией бумагоделательной промышленности, в процентах | 89,6 | 90,2 | 89,7 | 89,9 | 90,1 | 90,0 | 90,0 |
| Цвет | |||||||
| HUNTER L | 92,4 | 92,4 | 92,4 | 92,4 | 92,5 | 92,4 | 92,4 |
| HUNTER A | 0,0 | 0,0 | 0,0 | 0,0 | -0,1 | -0,1 | -0,1 |
| HUNTER В | 2,3 | 2,3 | 2,3 | 2,3 | 2,4 | 2,4 | 2,4 |
| Пористость по Герли (секунд при 10 см3) | 83 | 93 | 86 | 91 | 94 | 91 | 95 |
| Шероховатость, измеренная с использованием прибора Паркера для измерения шероховатости бумаги PPS-10 | 1,32 | 1,41 | 1,45 | 1,36 | 1,34 | 1,37 | 1,42 |
| Прием IGT (см при 3,0 м/с) | 91 | 91 | 91 | 76 | 82 | 82 | 76 |
| Твердые частицы, в процентах | 60,4 | 60,2 | 60,5 | 60,3 | 60,2 | 60,1 | 60,2 |
| * Пигмент на основе карбоната кальция согласно настоящему изобретению |
Эти данные показывают, что пигмент для покрытия по настоящему изобретению обеспечивает повышенный лоск листа, а также показывают, что пигмент для покрытия на основе карбоната кальция также может быть использован в комбинации с глиной в больших количествах без ухудшения характеристик глянца печати. При сравнении лоска листа, получаемого при использовании покрытий No.No. 6 и 5, видно, что заметное улучшение имеет место при использовании смешанных пигментов на основе карбоната кальция согласно настоящему изобретению, имеющих частицы OPACARB® A40 РСС в виде арагонита и частицы OPACARB® A50 РСС в виде арагонита в весовых соотношениях от приблизительно 50:50 до приблизительно 80:20 и предпочтительно приблизительно 60:40.
Более того, данные смеси частиц обеспечивают повышенный лоск листа без сопутствующего уменьшения глянца печати, обычно связанного с использованием более высокого уровня содержания карбонатов.
В частности, лоск листа и глянец печати изменяются в диапазонах от 74,6 процента до 75,7 процента и от 91,6 процента Rapida SFO Black до 91,8 процента Rapida SFO Black, достигаемых при использовании частиц OPACARB® A40 РСС и частицы OPACARB® A50 РСС в весовых соотношениях согласно настоящему изобретению, при этом полученные характеристики выше соответствующих лоска листа и глянца печати, достигаемых при использовании только частиц OPACARB® A40 РСС в покрытии No. 1 (73,6 процента, 90,6 процента Rapida SFO Black), и выше лоска листа и сравнимы с глянцем печати, достигаемых при использовании только частиц OPACARB® A50 РСС в покрытии No. 7 (73,3 процента, 92,4 процента Rapida SFO Black). Более того, синергетический эффект наблюдается при использовании более высокого весового отношения частиц OPACARB® А40 РСС к частицам OPACARB® A50 РСС в отличие от значительно более низкой степени глянцевитости печати (90,6 процента Rapida SFO Black), достигаемой при использовании только частиц OPACARB® А40 РСС вместе с клеем (покрытие No. 1), и глянца печати (92,4 процента Rapida SFO Black), достигаемого при использовании только частиц OPACARB® A50 РСС вместе с клеем (покрытие No. 7).
При сравнении использования смешанного пигмента на основе арагонита по настоящему изобретению со смесями частиц арагонита, содержащими частицы кальцита, также наблюдается повышение лоска листов. В частности, при использовании частиц OPACARB® А40 РСС и частицы OPACARB® A50 РСС в весовых соотношениях согласно настоящему изобретению (покрытия No.No. 6 и 5) значения лоска листа, находящиеся в диапазоне от 74,6 процента до 75,7 процента, были заметно выше по сравнению со значениями лоска листа, составляющими от 72,1 процента до 72,7 процента и полученными при использовании частиц OPACARB® А40 РСС в виде арагонита в весовых соотношениях, находящихся в диапазоне от 40:60 до 60:40, с частицами ALPHAGLOSS® S РСС в виде кальцита (покрытия No.No. 2-4). Кроме того, это заметное повышение лоска листа при использовании смешанного пигмента на основе арагонита было получено при обеспечении характеристик глянца печати, сравнимых с характеристиками, получаемыми при использовании покрытий, содержащих пигмент из смеси арагонита и кальцита.
Следует отметить, что частицы, используемые в смесях согласно настоящему изобретению, имеют распределения частиц по размерам со средними значениями, разность которых составляет от приблизительно 0,1 микрона до приблизительно 0,2 микрона. Предполагается, что другие смеси, имеющие аналогичные различия распределения частиц по размерам, будут оказывать аналогичное синергетическое влияние на свойства листов с покрытием. Кроме того, ожидается, что помимо смесей на основе арагонита/арагонита другие подобные смеси морфологий карбоната кальция (например, смеси на основе кальцита/кальцита), отвечающие указанным критериям с точки зрения распределения частиц по размерам, будут оказывать аналогичное синергетическое влияние на свойства листов с покрытием.
Несмотря на то, что были показаны и описаны варианты осуществления и случаи применения данного изобретения, для специалистов в данной области техники очевидно, что могут быть выполнены модификации и варианты осуществления, не отходя от описанных здесь идей изобретения. Следовательно, предусмотрено, что приложенная формула изобретения охватывает все подобные модификации и варианты осуществления, которые находятся в пределах истинной сущности и объема настоящего изобретения.
1. Продукт из карбоната кальция, предназначенный для использования в составах покрытий для обеспечения отделки поверхности с высоким лоском листа, при этом продукт содержит
первые частицы карбоната кальция, имеющие первое распределение частиц по размерам с первой средней величиной, и
вторые частицы карбоната кальция, имеющие второе распределение частиц по размерам со второй средней величиной, при этом разность первой и второй средних величин составляет от приблизительно 0,1 до приблизительно 0,2 мкм,
причем первые частицы карбоната кальция и вторые частицы карбоната кальция соответственно находятся в весовом соотношении от приблизительно 50:50 до приблизительно 80:20.
2. Продукт из карбоната кальция по п.1, в котором весовое соотношение первых частиц карбоната кальция и вторых частиц карбоната кальция составляет приблизительно 60:40.
3. Продукт из карбоната кальция по п.1, в котором первые частицы карбоната кальция и вторые частицы карбоната кальция представляют собой частицы карбоната кальция, осажденного в виде арагонита.
4. Продукт из карбоната кальция по п.1, в котором первые частицы карбоната кальция имеют средний размер частиц, составляющий приблизительно 0,4 мкм, и вторые частицы карбоната кальция имеют средний размер частиц, составляющий приблизительно 0,5 мкм.
5. Продукт из карбоната кальция по п.2, в котором первые частицы карбоната кальция имеют средний размер частиц, составляющий приблизительно 0,4 мкм, и вторые частицы карбоната кальция имеют средний размер частиц, составляющий приблизительно 0,5 мкм.
6. Продукт из карбоната кальция по п.3, в котором первые частицы карбоната кальция имеют средний размер частиц, составляющий приблизительно 0,4 мкм, и вторые частицы карбоната кальция имеют средний размер частиц, составляющий приблизительно 0,5 мкм.
7. Пигмент для покрытия бумаги, содержащий первые частицы карбоната кальция, имеющие первое распределение частиц по размерам с первой средней величиной, и вторые частицы карбоната кальция, имеющие второе распределение частиц по размерам со второй средней величиной, при этом разность первой и второй средних величин составляет от приблизительно 0,1 до приблизительно 0,2 мкм, причем первый пигмент на основе карбоната кальция и второй пигмент на основе карбоната кальция соответственно предусмотрены в весовом соотношении от приблизительно 50:50 до приблизительно 80:20.
8. Пигмент для покрытия бумаги по п.7, в котором весовое соотношение первого пигмента на основе карбоната кальция и второго пигмента на основе карбоната кальция составляет приблизительно 60:40.
9. Пигмент для покрытия бумаги по п.7, в котором первый пигмент на основе карбоната кальция и второй пигмент на основе карбоната кальция представляют собой пигменты на основе карбоната кальция, осажденного в виде арагонита.
10. Пигмент для покрытия бумаги по п.7, в котором первые частицы карбоната кальция имеют средний размер частиц, составляющий приблизительно 0,4 мкм, и вторые частицы карбоната кальция имеют средний размер частиц, составляющий приблизительно 0,5 мкм.
11. Пигмент для покрытия бумаги по п.8, в котором первые частицы карбоната кальция имеют средний размер частиц, составляющий приблизительно 0,4 мкм, и вторые частицы карбоната кальция имеют средний размер частиц, составляющий приблизительно 0,5 мкм.
12. Пигмент для покрытия бумаги по п.9, в котором первые частицы карбоната кальция имеют средний размер частиц, составляющий приблизительно 0,4 мкм, и вторые частицы карбоната кальция имеют средний размер частиц, составляющий приблизительно 0,5 мкм.
13. Способ получения бумаги, имеющей высокий лоск листа, включающий в себя следующие операции:
а) обеспечение наличия первых частиц карбоната кальция, имеющих первое распределение частиц по размерам с первой средней величиной, и
b) обеспечение наличия вторых частиц карбоната кальция, имеющих второе распределение частиц по размерам со второй средней величиной, при этом разность первой и второй средних величин составляет от приблизительно 0,1 до приблизительно 0,2 мкм,
c) смешивание первых частиц карбоната кальция и вторых частиц карбоната кальция соответственно в весовом соотношении от приблизительно 50:50 до приблизительно 80:20 для образования пигментной смеси,
d) смешивание пигментной смеси, по меньшей мере, с одним связующим для образования суспензии для покрытия,
е) нанесение суспензии для покрытия на бумагу с целью образования покрытия и
f) сушку и каландрирование бумаги для образования бумаги с покрытием, имеющей высокий лоск листа.
14. Способ по п.13, в котором весовое соотношение первых частиц карбоната кальция и вторых частиц карбоната кальция составляет приблизительно 60:40.
15. Способ по п.13, в котором первые частицы карбоната кальция и вторые частицы карбоната кальция представляют собой частицы карбоната кальция, осажденного в виде арагонита.
16. Способ по п.13, дополнительно включающий в себя операции обеспечения наличия глины и смешивания глины со смесью для покрытия на операции с) в количестве, находящемся в диапазоне от приблизительно 15 до приблизительно 70% по массе.
17. Способ по п.13, в котором первые частицы карбоната кальция имеют средний размер частиц, составляющий приблизительно 0,4 мкм, и вторые частицы карбоната кальция имеют средний размер частиц, составляющий приблизительно 0,5 мкм.
18. Способ по п.14, в котором первые частицы карбоната кальция имеют средний размер частиц, составляющий приблизительно 0,4 мкм, и вторые частицы карбоната кальция имеют средний размер частиц, составляющий приблизительно 0,5 мкм.
19. Способ по п.15, в котором первые частицы карбоната кальция имеют средний размер частиц, составляющий приблизительно 0,4 мкм, и вторые частицы карбоната кальция имеют средний размер частиц, составляющий приблизительно 0,5 мкм.
20. Способ по п.16, в котором первые частицы карбоната кальция имеют средний размер частиц, составляющий приблизительно 0,4 мкм, и вторые частицы карбоната кальция имеют средний размер частиц, составляющий приблизительно 0,5 мкм.
21. Бумага, полученная способом по п.13.
22. Способ повышения лоска листа бумаги, включающий в себя операцию включения продукта по п.1 в суспензию для покрытия бумаги-основы.
23. Способ повышения лоска листа бумаги, включающий в себя операцию включения продукта по п.5 в суспензию для покрытия бумаги-основы.
24. Способ повышения лоска листа бумаги, включающий в себя операцию включения пигмента по п.9 в суспензию для покрытия бумаги-основы.
