Brevet FR2006331A1 — publié le 19691226

i 2006331 La présente invention concerne des compositions à base d'argile clôs et de blanc satin et/ améliorations des propriétés optiques da papier couché par application dessus de compositions spécifiques à base d*argile et de blanc de satin. Plus particulièrement, 5 la présente invention concerne le traitement de pigments à base d'argile et de blanc de satin améliorés, utilisés dans le couchage du papier et un pigment de couchage amélioré. Dans le traitement industriel du couchage du papier, des dispersions de kaolinite et d'adhésifs, de même que d'autres pig-10 ments généralement à indice de réfraction élevé, sont enduits au rouleau ou à la palette sur une feuille de papier mobile et séchés dessus. On a remarqué que la présence de micro-vides dans l'enduit séché améliore certaines propriétés optiques, notamment l'opacité et le glacé, et, dans une moindre mesure, l'éclat et la blancheur. 15 Un mode d'introduction de vides contrôlés consiste à utiliser certains pigments aciculaires en petites concentrations. On a établi une théorie selon laquelle ces pigments prennent de la place en se formant en "poils de brosse" et libèrent lentement l'eau pendant le processus du séchage et. introduisent ainsi des vides 20 dont la dimension est en rapport avec la longueur de la particule. Dans le commerce, line telle matière est connue sous l'appellation de"blanc satin", un sulfo-aluminate de calcium d'une composition quelque peu indéfinie, mais que l'on croit principalement composée de 3 CaO, AI2O3- 3 caS04, 32 H20. 25 Le blanc satin, tel qu'on le connait main tenant dans le commerce, est produit par le mélange d'une solution d'hydroxyde de calcium avec une solution de sulfate d'aluminium en proportions stoechiométriques . Dans la fabrication du blanc satin le problème capital est la stabilité - il doit être maintenu 30 en suspension dans l'eau, généralement à une concentration en solides d'environ 20-2 5%. On sait bien que le séchage du blanc satin le détruit en même temps que les propriétés optiques utiles qu'il confère. On a observé que la suspension est même dégradée aux températures supérieures à 75°C. Bien qu'une proportion d'eau 35 de 75-80% puisse être plus élevée qu'il n'est nécessaire pour sa stabilité, la viscosité extrêmement thixotropique du blanc satin dans l'eau le rend tout à fait incommode à manipuler à une concentration en solides supérieure à 25%. La teneur élevée en eau introduit plusieurs problèmes du point de vue commercial. Les 40 prix de revient d'expédition sont exorbitants et l'expédition est 69 05166 2 2006331 rendue impossible là où le prenait pourrait, ètrs exposé eu froid. Câ dernier problème est dû au fait que le gel de l'eau contenue dans le blanc satin détruit également les caractéristiques pigmen-taires. L'eau "en excédent" présente dans le blanc satin peut di-5 luer la composition de l'enduit et exiger un temps de séchage et des frais supplémentaires pour l'enlever. On a remarqué qu'un pré-mélange de blanc satin et de kaolinite suivi d'un séchage donne naissance à une matière poudreuse maniable dont les propriétés sont, non seulement non dégénérées, mais en 1q réalité améliorées par rapport aux composants fraîchement formulés-.'. Selon la présente invention il est fourni une raethode pour la production d'un pigment de revêtement amélioré, comprenant la formation d'une composition ds blanc satin en suspension aqueuse,» l'addition d'une icaolinite à ladite suspension a.cfàôuse de blanc 15 satin et l'élimination de la majeure partie de l'eau "hors de la suspension aqueuse formant ainsi une- poudre fluide. Selon la présente invention il est également fourni une composition de couchage du papier, comprenant un mélange séché ensemble de blanc satin et de kaolinite dont la teneur en humidité 20 n'excède pas 5%. L'invention va être exposée plus clairement dans les exemples détaillés suivants. EXEMPLE 1 Une composition de blanc satin est formulée par la mise en 25 suspension de 5 parties de chaux très pure dans 7 5 parties d'eau à température ambiante et en mélangeant intimement. On fait une seconde solution de 2 5% de sulfate d'aluminium,/ un volume correspondant à environ un rapport de 1,50 de AI2 (SO4)3 . 18 H20 /Ca(OH)2 On 30 ajoute lentement (30 minutes environ au total) la solution de sulfate d'aluminium à la solution de chaux, de façon que la température du mélange ne s'élève pas au-dessus de 32°C. On continue la précipitation jusqu'à ce qu'on atteigne un pH de 11,9„ Après cela on ajoute une suspension d'amidon dans une quantité corres-35 pondant à 10% en poids du précipité d'aluminooulfatQ de calciun, ou environ 1,35 parties d'amidon sec par rapport à la formulation de la chaux. L'amidon sert de liant dans la formulation de l'enduit fini et son addition au blanc satin améliore quelque peu la rhéologie. 40 On filtre le précipité sous pression pour atteindre une BAD ORIGINAL 69 05166 3 2006331 proportion de solides de 20-25%. EXEMPLE 2 De la kaolinite de la qualité de revêtement du commerce qui avait été précédemment floculée, à l'acide, filtrée, et séchée 5 (dimension de particule médiane 0,7/*- 85% ' a été formulée à une concentration de solides d'environ 85% dans l'eau sans dispersant. EXEMPLE 3 A cette suspension d'argile de l'exemple 2 on a ajouté le 10 blanc satin de l'exemple 1 dans une proportion correspondant à 70 parties de kaolènite sèche et à 30 parties de blanc satin sec. La matière composée avait une concentration de solides d'environ 30% . La suspension a été divisée en trois parties . Une partie A a été séchée telle qu'elle a été formulée à 15 l'étuve à 50°C pendant une nuit. Une partie B a été filtrée sous vide et séchée à l'éfcuve à 50°C ■.-pendant une nuit. Une partie c a été séchée par pulvérisation dans un sécheur pulvérisateur Nichols Niro Utility ayant une température de gaz 20 d'entrée de 380°C et une température de gaz de sortie de 135°C. Etant donné que cette température est beaucoup plus élevée que la température de séchage à l*étuv^la durée de contact n'est que de quelques secondes. Les propriétés des différents mélanges et composants de 25 l'exemple 3 sont données au Tableau I. TABLEAU I Echantillon Solides de la formulation Viscosité Brookfield centipoise 10 tr/min 100 tr/min Blanc satin 23 (max.) 8.400 1.400 Argile de Kaolinite 54 (max.) 288 67 (A) 70% K - 30%B.S. 39 10.000 -X (B) 39 10.000 —H (C) 39 3.680 476 (D) frais 40 11.200 2.140 30 35 h Les échantillons séchésà i'étire n'ont pu être complètement redispersés du fait de la présence d'agrégats cémentés. Il apparaît que l'échantillon C est meilleur au point de vue rhéologie, que les échantillons B ou A, et même meilleur qu'une 40 composition fraîchement formulée. L'échantillon C est une poudre 69 05166 4 2006331 paraissant sèche, fluide, contenant 5% d'humidité. Toutes les matières sêchées par pulvérisation auxquelles on se réfère ci-après fabriquées selon ce processus général contiennent 5% ou moins d'humidité et sont également des poudres fluides qui ne présentent 5 aucune dégradation après un vieillissement de plusieurs semaines. Les échantillons du Tableau I, sauf pour les échantillons A et B, ont été formulés en compositions de couchage normalisées et couchées sur une feuille de papier normalisé brut. Les propriétés optiques des feuilles finies sont données au 10 Tableau II. o o TflqLEAy 11 (a) g Propriétés optiques des feuilles non calandré'es Echantillon i Poids de 3'endvit \ Kg/rame Glacé en % (a) 75° Brillant 457 m/.en % Indice de blancheur en % 1 Opacité en % 2 Blanc satin Argile de Kao-Iinite (C) 70% K-30% B S • (D) 70% K-30% B.S. frais 2,265 2,265 2,038 2,4 4,6 3,0 71,7 73.2 75.3 26,7 26,9 22,3 93,3 93,7 95,5 2,265 4 2,0 ' 72,8 26, 8 94,0 • 1 Différence de réflectance, 700 nylt - 400 m 2 Différence de réflectance à 530 msur blanc/noir TABLEAU II (b) Propriétés optiques de feuilles couchées après Calandraqe* échantillon Glacé | Brillant J indice de blancheur en % (a) . 75° ; 457 m-M,en % \ en % Opacité en % Blanc satin Argile de Kaolinite B.S. (C) 70% K-30% B£ (D) 70% K-30% B.S. frais 27,2 24,1 25,0 21,0 69,5 72,0 72,9 71,2 30,8 28,3 25,5 28,7 93,4 93.3 94,9 93.4 K> o O x Deux pincements à 0/35 kg/cm2 (pression au manomètre) O O CjO (_U 69 05166 6 2006331 les propriétés optiques de l'échantillon C sont notablement meilleures qu'un mélange équivalent fraîchement formulé. (Nota : bien qu'une augmentation en valeur dans la plupart des colonnes signifie une amélioration,une faible valeur pour l'indice de blan-5cheur est un signe de qualité. Une différence de 1% dans l'une quelconque des propriétés optiques est sensible dans le caractère optique.) Bien que le glacé soit meilleur sur le blanc satin pur, cette formulation n'est pas pratique d'après ses propriétés rhéologiques, d'impression, de séchage et optiques accessoires. 10 EXEMPLE 4 Des échantillons de mélange dans une proportion 70-30 respectivement de kaolinite/de blancsatin ont été formulés de façon semblable à l'exemple 3 avec des dispersants variés. On a procédé à des épreuves de stabilité en utilisant comme critère des mesures de viscosité. 15 Les résultats sont représentés sur les dessins ci-joints dans lesquels : La Figure 1 est un graphique des caractéristiques de vieillissement d'une suspension à concentration de solides à 25% utilisant divers dispersants; 20 La Figure 2 est un graphique comme sur la Figure 1 utilisant différentes concentrations d'héxamétaphosphate de sodium; et La Figure 3 est un graphique comme sur la Figure 1 utilisant diverses concentrations d*hexamétaphosphate de sodium et de Dequest. Les mélanges composites prédispersés avec des mélanges d'hexa-25 métaphosphate de sodium et des phosphonates organiques tels que le "Dequest", présentent les plus faibles viscosités initiales et conservent un faible niveau pendant un laps de temps prolongé. Ces propriétés sont essentielles pour le traitement industriel. Lors du séchage par pulvérisation on pompe une suspension à travers de 30 fines tubulures et on la pulvérise dans un jet d'air chaud. Une faible viscosité et une forte concentration de solides sont absolument essentielles pour un fonctionnement économique de ces sécheurs. Egalement, dans le processus industriel il n'est pas toujours facile de sécher immédiatement une suspension dès sa formulation. Il est de 35 pratique courante d'intégrer plusieurs petites quantités de productions dans un bac de retenue pour minimiser les irrégularités et pour équilibrer les taux de capacité de l'installation. En conséquence, la stabilité rhéologique d'une suspension a une importance considérable. 69 05166 7 2006331 EXEMPLE 5 Des^échantillons semblables au point de vue composition et formu-à ceux lation/que l'on a exposés à l'Exemple 4 ont été séchés sur le sê-cheur peu: pulvérisation industriel pour évaluer l'effet du dispersant et du séchage par pulvérisation initiaux sur les propriétés 5 du couchage fini. La préparation a été semblable à l'échantillon C sauf qu'on a utilisé un taux de dispersant minimal aux conditions requises pour le pompage pou: le sécheur par pulvérisation. Des feuilles couchées ont été préparées avec une légère modification de l'amidon par rapport à celle de l'Exemple 3. Les résultats 10 figurent sur le Tableau III. TABLEAU III (a) propriétés physiques des formulations prédispersées et sêchées par " " pulvérisation K r Echantillon Agent dispersant Solides en % x pH H Viscosité Brookfield . . ? centipoises tr/min 10 tr/min. lOO (E) (F) 70% K - 30% BS " Néant l CNaP03)6-0,2 5% 39,7 39,6 9,6 9,5 4160 5200 840 848 (G) II : (NaP03) 6+0,2% Na2 CO3 o,l% 39,2 9,5 4200 676 (H) (i) II •30% K - 20% B.S. (NaP03)g+0,2% Dequest 0,2% Néant 40,8 39,7 9,6 9,4 6320 1920 1136 440 (J) Il (NaP03)6 0,2 5% 39,6 9,4 2800 584 (K) II fîaP03)6+0,2% Na2C03 0/i% 39,6 9,4 2400 496 (D II (NaP03)6-»0,2% Dequest 0,2% 39,4 9,6 2040 736 * de la formulation de l'enduit fini. o sû o en O o TABLEAU III (b) X Propriétés optiques des feuilles couchées après calandraqe Echantillon Poids de 1'enduit kg/rame Glacé en % 75°(a) Brillant à 457 en % Indice de blancheur en % Opacité en % (E) . 2,265 11/6 73/3 36,4 90,0 (P) 2,265 15,0 74,8 32,6 90,5 (G) 2,C38 12,2 73/9 34,9 89,9 (H) 2/491 17,0 75,2 32,3 91,4 (X) 2/265 12,6 74,3 34,5 90,5 (j) : 2/265 14,2 74/8 32,5 90,6 (K) 2,265 14,2 75,0 33,3 91,0 (L) 2/265 13,5 75,8 32/4 90,4 " 2 Nj + 2 pincements à 0,35 kg/cm (pression au manomètre) o O O OJ ou 69 05166 10 2006331 Une comparaison des propriétés physiques du Tableau III (a) fait/ apparaître que la prédispersion, tout en réduisant la viscosité pour la quantité amenée au sécheur par pulvérisation (Figure 1), a pour résultat une légère augmentation de viscosité dans la formulation 5 finie (couleur de l'enduit). Alor?7 toute augmentation de la viscosité est contraire à une bonne pratique du couchage, cette proportion n'excède pas la capacité de compensation des machines de couchage industrielles. Il est même plus important d'effectuer une comparaison de la viscosité des échantillons F, G, et H avec D, 10formulation dont la viscosité est élevée de façon peu pratique. Les propriétés optiques du Tableau III(b) font voir un avantage même supérieur de la prédispersion dans l'opération de séchage par pulvérisation. Tous les échantillons prédispersés sont meilleurs que l'élément pur séché par pulvérisation (dans les 15deux rapports de composition) dans la quasi totalité des propriétés optiques. EXEMPLE 6 Des couleurs d1enduit semblables à celles des exemples précédents ont été formulées sauf^une quantité de bioxyde de titanium 20correspondant à 6% du blanc satin a été incluse!, Le bioxyde de titanium est un pigment commun utilisé dans le couchage du papier à cause de son indice de réfraction élevé. et, de là, de ses. capacités manifestes d'opacité et de brillant. Le TiC>2 était introduit via le blanc satin et couché par pulvérisation in situ. Les 25propriétés de couchage de ces formulations sont données au Tableau IV. o vO TABLEAU IV fa) JjJ * ^-1 Propriétés opticmea des feuilles non calandrées O* Poids de Brillant Indice de Opacité en % Echantillon Dispersant(1) l'enduit à blancheur kg/rame 457 m/^, en % en % (M) Blanc satin - 2,718 75,4 30,8 95,5 (N) Kaolinite - 2,718 74,1 34,4 91,1 (0) 70% K-30% B„S.2 Néant3 2,718 75,7 30,9 91,2 (P) 70% K-30% B.S.2 A Dequest 0,2% (NaP03)6 0,2% 2,718 76,2 29, 6 91,9 (Q) 70% K-30% B.S. NH40H 0,3% 2,718 75,5 31,2 91,5 (R) (S) 70% K-30% B.S.2 70% K-20% B.S.4 Na4P207 0,3% Néant 2,718 2,718 75,2 75,4 31, 6 31,0 90,8 91,6 (T) 70% K-20% B.S.4 jf (NaP0jfi 0,2% Na2C03 0,1% 2,854 75,9 29,9 91,4 (U) 70% K-20% B.S, Dequest 0,2% (NaP03)g 0,2% 2,718 76,6 27,8 92,5 1 H H 1 - Ajouté avant séchage par pulvérisation K> 2 - Composition réelle du pigment : Kaolinite = 66,8% blanc satin =28,6% O TiOj ■= 1,7%, amidon oxydé =2,9% O CO 3— .0,2% de Dequest + 0,2% de (NaPOg) g ajoutés à la formulation de l'erîuit après ^ séchage par pulvérisation —1 4 - Composition réelle du pigment : Kaolinite = 77,6%, blanc satin = 1S,4% ^^2 = 1%# amidon : 1,9% 69 05166 12 2006331 TABLEAU IV(b) Propriétés optiques des feuilles couchées après calandraqe jEchantillon j i Glacé en % 75° Brillant 457 m en % Indice de Blancheur en °Â Opacité en % | (M) 29,0 74,9 31,4 90,1 (N) 13,0 73,9 34,3 91,3 (0) 14,0 75,0 32,0 91,0 (P) 18,3 75,1 31,5 91,2 (Q) 16,0 74,1 33,6 91,0 (R) 16,7 74,5 33,2 90,1 (S) 16,8 74,1 33,3 « 91,0 i (T> 16,4 74,7 32,0 91,8 (u) 19,6 75,0 j 31,0 91,9 15 k 2 pincements à 0,35 kg/cm^ (pression au manomètre) Bien que la dispersion pré^labl^ au séchage par pulvérisation avec du pyrophosphate de tétrasodium/ou du carbonate de sodium-hexamétaphosphate de sodium donne une matière ayant des propriétés de couchage optiques améliorées, la supériorité dans les propriétés 20 optiques obtenue par prédispersion avec des mélanges d'hexamÉta-phosphate de sodium et de Dequest apparaît clairement. Dans le mémoire qui précède on a exposé certaines pratiques et modes de réalisation préférés de l'invention, toutefois, on doit comprendre que cette invention peut être incorporée autrement dans 25 les limites de son champ d'application. 69 05166 13 20:06331 REVENDICATIONS 1. Une composition pour le couchage du papier 'caractérisée en ce qu'elle comprend un mélange de blanc satin et' de kaolinite séchés ensemble ayant une teneur en humidité n'excédant pas 5% environ. 5 2. Une composition selon là revendication 1, caractérisée par le fait qu'on y a incorporé une quantité d'amidon suffisante pour lui donner des qualités adhésives. " 3. Une composition selon la revendication 1 ou 2', caractérisée par le- fait qu'on y a ajouté une quantité suffisante d'une substance 10 composée d'un poiyphosphate, de carbonate de sodium ou d'un phos-.phanate organique, ou d'un mélange de ces corps, pour prodiire une dispersion des, solides en suspension aqueuse. 4. Une méthode pour produire une composition selon l'une quelconque des revendications, précédentes, caractérisée par la formation 15 d'une composition de blanc satin en suspension-aqueuse, l'addition d'une kaolinite à ladite suspension aqueuse de .blanc satin et l'élimination de la majeure partie de 1'eau de la suspension .aqueuse en produisant ainsi une poudre fluide. 5. Une méthode selon la revendication 4, caractérisée par le fait 20 que l'on ajoute la kaolinite sous forme de suspension aqueuse. 6. Une méthode selon la revendication 4 ou 5, caractérisée par le fait que l'on ajoute de l'amidon audit mélange préalablement au séchage. • - • • 7. Une méthode selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, 25 caractérisée par le fait que l'argile est,prédispersée avec des polyphosphates dans ladite suspension aqueuse. 8. Une méthode selon la revendication 7, caractérisée par le fait que le mélange est prédispersé par l'addition de moins d1 1% en poids d'un mélange d'hexamétaphosphate de sodium et de carbonate 30 de sodium selon un rapport d'environ 2îl, basé sur le poids des solides dans le mélange. 9. Une méthode selon la revendication 7, caractérisée par le .fait environ que le mélange est prédispersé par l'addition de moins d11%/en poids d'un mélange d'hexamétaphosphate de sodium et de phosphonate orga-35 nique, par rapport au poids des solides dans le mélange. 10. Une méthode selon l'une quelconque des revendications 4 -à. "97" caractérisée par le fait que l'eau est éliminée par un séchage par pulvérisation jusqu'à une teneur ne dépassant pas 5% environ.