DE69908353T2

DE69908353T2 - Pigmentprodukte

Info

Publication number: DE69908353T2
Application number: DE69908353T
Authority: DE
Inventors: Claude John St. Austell HUSBAND; Charles Desmond St. Austell PAYTON; Susan Michele St. Austell RENALS
Original assignee: Imerys Minerals Ltd
Current assignee: Imerys Minerals Ltd
Priority date: 1998-04-04
Filing date: 1999-04-01
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2019-04-02
Also published as: GB9807180D0; AU747334B2; AU3156299A; DE69908353D1; BR9909407A; EP1084296B1; US6616749B1; US20040110885A1; US6814796B2; EP1084296A1; WO1999051815A1

Description

Die Erfindung betrifft Pigmenterzeugnisse sowie ihre Herstellung und Verwendung in Beschichtungszusammensetzungen.
Die Erfindung betrifft die Herstellung verbesserter anorganischer Pigmente für Papierbeschichtungszusammensetzungen, und insbesondere Pigmente zur Verwendung in Zusammensetzungen für die Herstellung von glanzbeschichtetem Papier, insbesondere leicht gestrichenem und ultraleicht gestrichenem Papier.
Papierbeschichtungs-Zusammensetzungen werden gewöhnlich hergestellt, indem man eine flüssige wässrige Pigmentmaterial-Suspension zusammen mit einem hydrophilen Klebstoff und anderen wahlfreien Inhaltsstoffen erzeugt. Leicht gestrichenes oder LWC-Papier ist gewöhnlich auf beiden Seiten auf ein Gewicht von etwa 5 g × m^–2 bis etwa 13 g × m^–2 beschichtet, und die Gesamt-Quadratmetermasse oder das Gewicht pro Einheitsfläche des beschichteten Papiers liegt gewöhnlich im Bereich von etwa 4 9 g × m^–2 bis etwa 65 g × m^–2. Die Beschichtung kann geeignet mit Hilfe einer Beschichtungsmaschine, einschließlich eines Kurzverweil-Beschichtungskopfes aufgebracht werden. Dies ist eine Vorrichtung, bei der eine eingeschlossene Lache der Beschichtungs-Zusammensetzung unter einem leicht erhöhten Druck mit einer laufenden Papierbahn in Kontakt steht, und zwar für eine Dauer von 0,0004 sec. bis 0,01 sec, bevor überschüssige Zusammensetzung durch einen Glättschaber entfernt wird. Zur Herstellung von leicht gestrichenem Papier können jedoch auch andere Arten von Beschichtungsvorrichtungen verwendet werden. LWC-Papier wird gewöhnlich zum Druck von Magazinen, Katalogen und Werbe- oder Reklame-Materialien verwendet. Das beschichtete Papier ist erforderlich, damit bestimmte Standards hinsichtlich Oberflächenglanz und Glätte erfüllt werden. Das Papier muss gewöhnlich einen Glanzwert von mindestens etwa 32 und bis zu etwa 50 TAPPI-Einheiten sowie einen Parker-Print-Surf-Wert im Bereich von etwa 0,5 μm bis etwa 1,6 μm aufweisen.
Ultraleicht gestrichenes oder ULWC-Papier ist gelegentlich ansonsten bekannt als besonders leicht gestrichenes oder LLWC-Papier und wird für Kataloge und für Werbe- und Reklame-Material verwendet, das per Post versandt wird, so dass die Versandkosten reduziert werden. Das Streichgewicht reicht gewöhnlich von 5 g × m^–2 bis 7 g m^–2 je Seite. Die Quadratmetermasse reicht gewöhnlich von etwa 35 g × m^–2 bis etwa 48 g × m^–2.
Ein sehr wichtiges weißes anorganisches Pigment zur Verwendung bei der Herstellung von Beschichtungs-Zusammensetzungen zur Herstellung von LWC- und ULWC-Papieren ist Kaolin, das aus Kaolinton erhalten wird. Es gibt große Kaolinton-Lagerstätten in Devon und Cornwall, England und in den Staaten Georgia und South Carolina der Vereinigten Staaten von Amerika. Es gibt auch wichtige Vorkommen in Brasilien, Australien und in mehreren anderen Ländern. Kaolinton besteht vorwiegend aus dem Mineral Kaolinit, zusammen mit kleinen Anteilen verschiedener Verunreinigungen. Kaolinit existiert in Form von wasserhaltigen Alumosilikatkristallen in Form von dünnen hexagonalen Platten. Diese Platten neigen jedoch dazu, mit den Vorderseiten aneinander zu haften, so dass Stapel entstehen. Die einzelnen Platten können mittlere Durchmesser von 1 μm oder weniger aufweisen, jedoch können Kaolinitteilchen in Form von Plattenstapeln einen Kugeläquivalentdurchmesser von bis zu 10 μm oder mehr aufweisen. Allgemein ausgedrückt liegen Kaolintonteilchen mit einem Kugeläquivalentdurchmesser von 2 μm oder mehr in Form von Kaolinitplatten-Stapeln und nicht in einzelnen Platten vor.
Bereits 1939 offenbarte Maloney in US-A-2158987, dass die Oberfläche oder der Glanz eines tonbeschichteten Papiers stark verbessert wird, wenn der Ton vor dem Einbringen in die Beschichtungs-Zusammensetzung so behandelt wird, dass ein großer Prozentsatz, bspw. 80 Gew.% oder mehr, der Tonteilchen eine Größe im Bereich von 0,1 μm bis 2 μm haben. Zur Erhöhung des Anteils der Feinteilchen im Rohkaolin kann der Rohkaolin gemäß der Offenbarung in US-A-2158987 vor dem Zentrifugierschritt einem Mahlvorgang unterworfen werden, wobei eine Suspension mit etwa 50 bis etwa 75%, bezogen auf das Trockengewicht, Kaolin und einem Dispersionsmittel in der Steinkugelmühle gemahlen werden. Wird das Kaolin aus der feineren Fraktion gewonnen, mit einem geeigneten Papierbeschichtungsbindemittel gemischt und auf die Oberfläche eines Basispapiers aufgetragen, kann eine Beschichtung mit gutem Glanz und guter Farbe erhalten werden.
Verschiedene Pigmenterzeugnisse, die sich nach den Prinzipien von Maloney in US-A-2158987 herstellen lassen, sind kommerziell erhältlich und stellen guten Glanz und Glätte in beschichteten Papieren bereit, insbesondere für LWC- und ULWC-Papier. Ein von den Anmeldern erhältliches und für Glanzbeschichtungen für LWC empfohlenes Pigmenterzeugnis besteht bspw. aus einem verfeinerten englischen Kaolinerzeugnis mit einer solchen Teilchengrößenverteilung "psd", dass 89 Gew.% der Teilchen einen esd von weniger als 2 μm haben, 74 Gew.% der Teilchen einen esd von weniger als 1 μm haben und 25 Gew.% der Teilchen einen esd von weniger als 0,25 μm aufweisen.
Solche kommerziell erhältlichen Pigmenterzeugnisse sind jedoch nicht ideal. Ihre Leistung mit Stärkeklebstoffen ließe sich bspw. verbessern. Stärken sind aus Pflanzenquellen natürlich erhältlich und sind die billigsten Klebstoffe zur Verwendung bei Beschichtungs-Zusammensetzungen. LWC-, ULWC- und ähnliche Papiere, die mit einer Beschichtungs-Zusammensetzung hergestellt werden, die kommerziell erhältliches Pigment zusammen mit Stärke enthält, leiden gegenüber ähnlichem Papier, das mit einer Zusammensetzung beschichtet ist, die einen teureren Synthetikkleber enthält, an einem Glanzverlust.
Eine Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Pigmenterzeugnisses mit verbessertem Glanz insbesondere, aber nicht ausschließlich bei der Verwendung in einer Papierbeschichtungs-Zusammensetzung, die Stärke als Klebstoff- oder Bindemittel-Inhaltsstoff enthält, zur Beschichtung von Papier und zur Herstellung von LWC, ULWC und anderer Glanzpapierprodukte.
Erfindungsgemäß wird in einem ersten Aspekt ein Pigmenterzeugnis bereitgestellt, das sich zur Verwendung in einer Beschichtungszusammensetzung eignet, so dass eine Glanzbeschichtung auf dem Papier erhalten wird, wobei das Pigmenterzeugnis einen prozessierten teilchenförmigen Kaolin umfasst, der eine derartige Teilchengrößenverteilung (psd) aufweist, dass mindestens 80 Gew.% der Teilchen einen Kugeläquivalentdurchmesser (esd) von weniger als 2 μm haben, und nicht weniger als 8%, vorzugsweise nicht weniger als 12 Gew.% der Teilchen einen Kugeläquivalentdurchmesser (esd) von weniger als 0,25 μm aufweisen, wobei deren Teilchen einen Formfaktor von mindestens 45 aufweisen.
Das Pigmenterzeugnis gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung stellt für Glanzpapierbeschichtungs-Anwendungen unerwartet und vorteilhafterweise einen verbesserten Glanz bereit, wenn es in Beschichtungs-Zusammensetzungen insbesondere mit Stärke enthalten ist, wie später in dieser Beschreibung demonstriert wird.
Das Pigmenterzeugnis gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung hat eine ungewöhnliche Kombination von Eigenschaften, die gewöhnlich nicht durch herkömmliches Verarbeiten von Kaolintonen aus bekannten Quellen erhalten werden. Dies beruht auf folgenden Gründen.
Ein Kaolinerzeugnis mit hohem Formfaktor wird als "plattenartiger" angesehen als ein Kaolinerzeugnis mit niedrigem Formfaktor. "Formfaktor", wie es hier verwendet wird, ist ein Maß für einen Durchschnittswert (bezogen auf durchschnittliches Gewicht) des Verhältnisses des mittleren Teilchendurchmessers zur Teilchendicke für eine Population von Teilchen mit variierender Größe und Form, wie es nach dem in GB-A-2240398, US-A-5128606 und EP-A-0528078 beschriebenen Verfahren und der Vorrichtung für elektrische Leitfähigkeit und unter Verwendung der Gleichungen, die in diesen Patentbeschreibungen hergeleitet wurden, gemessen wurde. "Mittlerer Teilchendurchmesser", ist definiert als der Durchmesser eines Kreises, der die gleiche Fläche wie die größte Seite des Teilchens hat. Bei dem in EP-A-0528078 beschriebenen Messverfahren verläuft die elektrische Leitfähigkeit einer vollständig dispergierten wässrigen Suspension der zu untersuchenden Teilchen durch ein längsgerichtetes Rohr. Die Messungen der elektrischen Leitfähigkeit erfolgen zwischen (a) einem Paar Elektroden, die längs der Längsachse des Rohrs voneinander getrennt sind, und (b) einem Paar Elektroden, die über die Querbreite des Rohrs voneinander getrennt sind. Unter Verwendung des Unterschiedes zwischen den beiden Leitfähigkeitsmessungen wird der Formfaktor des untersuchten teilchenförmigen Materials bestimmt.
Die Kaolinlagerstätten in England unterscheiden sich von denen in den USA dahingehend, dass die englischen Ablagerungen aus primärem Kaolin bestehen, wohingegen diejenigen aus den USA zum Sediment- oder sekundären Typ gehören. Kaolin wurde in. geologischen Zeiten durch hydrothermische Zersetzung der Feldspat-Komponente von Granit gebildet, und das primäre Kaolin wird direkt aus der Granit-Matrix erhalten, in der es ursprünglich gebildet wurde. Das sekundäre oder (tertiäre) Kaolin, das auch als Sediment-Kaolin bekannt ist, wurde in geologischen Zeiten aus der ursprünglichen Granitmatrix ausgewaschen und in einem Gebiet abgelagert, das von der ursprünglichen Bildungsstätte weit entfernt ist. Sekundärkaolin-Ablagerungen haben einen größeren Anteil an feinen Teilchen, d. h. solchen mit einem esd von weniger als 2 μm, weil das Kaolin während des Transports von seiner ursprünglichen Bildungsstätte bis zur endgültigen Lagerstätte in gewissem Maße natürlich gemahlen wurde. Jepson (Jepson, W. B. "Kaolins: their properties and uses", Phil Trans R Soc Lond, A311, 1984, S. 411–432) zeigte, dass eine Probe eines englischen Primärkaolintons, der einer Teilchengrößentrennung unterworfen wurde, so dass im Wesentlichen sämtliche Teilchen mit einem esd von weniger als 5 μm entfernt wurden, Teilchen in Form von nahezu hexagonalen Platten mit Durchmessern im Bereich von etwa 8 μm bis nur etwa 0, 1 μm umfassen, wobei die Formfaktoren von den gröbsten zu den feinsten Teilchen variieren und von etwa 20 bis etwa 30 reichen. Eine Probe eines sekundären Kaolintons aus Georgia, USA, der einer Teilchengrößentrennung unterworfen wurde, so dass im Wesentlichen sämtliche Teilchen mit einem esd von mehr als 5 μm entfernt worden waren, umfasst gewöhnlich Teilchen mit einer eher nahezu regelmäßigen hexagonalen Form und mit Durchmessern von 0,1 μm und mehr, jedoch mit einer gewöhnlich feineren Verteilung der Durchmesser als beim englischen Kaolin. Der Formfaktor der Kaoline aus Georgia, USA, die derzeit so verarbeitet werden, dass kommerzielle Erzeugnisse erhalten werden, liegt oft im Bereich von etwa 6 bis etwa 10, jedoch variiert der Formfaktor ein wenig mit dem Teilchendurchmesser.
Das erfindungsgemäße Pigmentprodukt lässt sich nicht leicht von den aus England oder Georgia, USA, erhältlichen Kaolinen herleiten, die zusammengenommen Beispiele für die verschiedenen Kaoline der Welt sind.
Das Pigmenterzeugnis gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung kann hergestellt werden, indem man ein rohes teilchenförmiges wasserhaltiges Kaolinmineral des Sedimenttyps und insbesondere einen rohen oder partiell prozessierten Kaolinton des aus Georgia, USA, stammenden Typs, behandelt.
Das Pigmenterzeugnis gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung kann eine derartige Teilchengrößenverteilung "psd" aufweisen, dass mindestens 80 Gew.%, vorzugsweise mindestens 84 Gew.% der Teilchen einen esd von weniger als 2 μm haben und nicht weniger als 12 Gew.% der Teilchen, vorzugsweise 15 bis 35%, insbesondere 18 bis 26% einen esd von weniger als 0,25 μm aufweisen. Am besten haben mindestens 60%, vorzugsweise mindestens 65 Gew.% einen esd von weniger als 1 μm. Der mittlere Teilchen-esd reicht von 0,3 μm bis 0,8 μm, insbesondere von 0,5 bis 0,7 μm.
Der Fachmann weiß, dass psd und mittlerer esd eines teilchenförmigen Erzeugnisses, wie des erfindungsgemäßen Pigmenterzeugnisses, bestimmt werden können, indem die Geschwindigkeiten gemessen werden, bei denen dispergierte Teilchen des untersuchten teilchenförmigen Produkts durch eine verdünnte, wässrige Standard-Suspension sedimentieren, wobei eine SEDIGRAPH^TM-Maschine, bspw. SEDIGRAPH 5100, erhalten von Micromeritics Corporation, USA, verwendet wird. Die Größe eines gegebenen Teilchens ist ausgedrückt als Durchmesser einer Kugel mit äquivalentem Durchmesser, die durch die Suspension sedimentiert, und zwar als Kugeläquivalentdurchmesser oder esd, dem vorstehend genannten Parameter. Die SEDIGRAPH-Maschine zeichnet den Gewichtsprozentsatz der Teilchen mit einem esd unter einem bestimmten esd-Wert gegen esd graphisch auf.
Der Gewichtsprozentsatz der Teilchen mit einem esd im Bereich von 0,75 μm bis 0,25 μm des Pigmenterzeugnisses gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ist 40% oder größer, bspw. 40 bis 50%. Der Formfaktor des Pigmenterzeugnisses ist vorzugsweise mindestens 50, am besten mindestens 55, bspw. 55 bis 65.
Erfindungsgemäß wird in einem zweiten Aspekt ein Verfahren zur Herstellung eines Pigmentproduktes gemäß dem ersten Aspekt bereitgestellt, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:

(a) Mischen eines rohen oder partiell prozessierten Kaolintons mit Wasser und Herstellen einer wässrigen Suspension;
(b) Unterwerfen der in Schritt (a) hergestellten Suspension einem Reibmahlen mit Hilfe eines teilchenförmigen Mahlmediums durch ein Verfahren, bei dem der durchschnittliche Formfaktor des Kaolintons um mindestens 10, vorzugsweise mindestens 20 erhöht wird;
(c) Abtrennen der in Schritt (b) gemahlenen Suspension von Kaolinton von dem teilchenförmigen Mahlmedium; und
(d) Entwässern der Suspension von dem in Schritt (c) abgetrennten gemahlenen Kaolintons und Gewinnen eines Kaolinpigmentes daraus, wobei eine feine lagige Kaolinkomponente wahlfrei vermischt wird mit dem Material vor oder nach Schritt (d) und das Endprodukt gemäß dem erste Aspekt der Erfindung ist.

In Schritt (a) des Verfahrens gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung kann der Kaolinton 20 bis 70%, gewöhnlich 20 bis 45% der behandelten Suspension ausmachen.
Der Kaolinton umfasst vorzugsweise einen Sediment-Kaolinton, am stärksten bevorzugt einen Sediment-Kaolinton aus Georgia, USA. Der rohe Kaolinton kann eine derartige psd aufweisen, dass nicht mehr als etwa 40 Gew.% aus Teilchen mit einem esd von mehr als 10 μm bestehen und nicht mehr als 50 Gew.%, bspw. etwa 20 bis etwa 40 Gew.%, aus Teilchen mit einem esd von weniger als 2 μm bestehen. Der Formfaktor des in Schritt (a) behandelten Kaolintons kann kleiner als 15 sein, bspw. im Bereich von etwa 5 bis etwa 10. Der Formfaktor kann durch ein Differential von mindestens 30, in einigen Fällen von mindestens 40 erhöht werden, bspw. von einem Formfaktorwert von weniger als 15 auf einen Formfaktorwert von mehr als 55.
Bei der Herstellung einer wässrigen Suspension des in Schritt (a) zu behandelnden Kaolintons kann ein Dispersionsmittel für den Kaolinton zum Kaolinton gegeben werden oder nicht.
Der in Schritt (a) des Verfahrens des zweiten Aspektes eingesetzte Kaolinton kann eine grobe Komponente sein, die bei der Klassierung, bspw. mittels Zentrifuge, eines blockartigen Standard-Sedimentkaolintons mit einem Formfaktor von bspw. 5 bis 10 erhalten wird. Die Grobkomponente kann nicht mehr als 50 Gew.% Teilchen mit einem esd von weniger als 2 μm und nicht mehr als 10 Gew.% mit einem esd von weniger als 0,25 μm aufweisen.
Die psd des Kaolintons kann derart eingestellt werden, dass sie gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ist, indem 99 bis 50 Gew.-Teile Kaolinton mit 1 bis 50 Gew.-Teilen, insbesondere 10 bis 30 Gew.-Teilen einer feinen lagigen Kaolinkomponente, d. h. mit einem Formfaktor von mindestens 15, vorzugsweise 15 bis 40, und deren Gew.-Prozentsätze an Teilchen kleiner als 2 μm bzw. 0,25 μm mindestens 85 Gew. und mindestens 20 Gew.% sind, gemischt werden. Die feine lagige Kaolinkomponente kann ein Kaolin sein, der entweder von einer primären oder einer Sediment-Ablagerung hergeleitet ist. Die feine lagige Kaolin-Komponente kann zu dem Kaolin der Grobkomponente zugegeben werden oder aus dieser erhalten werden, und zwar vor oder nach dem Mahlschritt (b). Die Zugabe kann erfolgen mit den zu mischenden Kaolinen in pulverförmiger trockener Form oder in Form einer wässrigen Suspension.
Es hat sich herausgestellt, dass sich durch Herstellen eines Kaolinerzeugnisses durch Mischen in der beschriebenen Weise die Rheologie- und Entwässerungseigenschaften einer wässrigen Suspension des gemäß dem Verfahren des zweiten Aspektes prozessierten Kaolins verbessern lassen, so dass ein besseres Laufverhalten und bessere Teilchenausrichtung erhalten wird, wenn der Kaolin wie später beschrieben in einer Beschichtungs-Zusammensetzung verwendet wird.
Der in dem Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung behandelte Kaolinton kann einem oder mehreren bekannten Reinigungsschritten unterworfen werden; damit ungewünschte Verunreinigungen entfernt werden, bspw. zwischen den Schritten (a) und (b). Die wässrige Suspension des Kaolintons kann bspw. einer Schaumflotationsbehandlung unterworfen werden, damit titanhaltige Verunreinigungen in dem Schaum entfernt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Suspension durch einen Hochintensitäts-Magnetscheider geleitet werden, damit eisenhaltige Verunreinigungen entfernt werden.
Schritt (b) kann ein Verfahren umfassen, bei dem die Kaolintonsuspension durch Medium-Reibmahlen behandelt wird, wobei eine Energie von etwa 40 kWh bis etwa 250 kWh pro Tonne Ton (bezogen auf das Trockengewicht) in die Suspension eingebracht wird.
Das Verfahren von Schritt (b) kann selbst ein Verfahren mit mindestens zwei Stufen umfassen, nämlich eine erste Stufe (b1), wobei die Delaminierung des Kaolintons erfolgt und eine zweite Stufe (b2), wobei die Zerkleinerung der Kaolinton-Plättchen erfolgt.
Es hat sich daher herausgestellt, dass es vorteilhaft ist, die Kaolintonsuspension einem relativ vorsichtigen Zerkleinerungsschritt (b1) zu unterwerfen, bspw. Mahlen mit einem teilchenförmigen Mahlmedium, damit die im rohen Kaolinton vorhandenen Verbundstoffteilchen aufgebrochen werden. Solche Verbundstoffteilchen umfassen gewöhnlich zusammenhängende Stapel oder Blöcke einzelner hexagonaler plättchenartiger Teilchen, insbesondere wenn der Kaolinton von einer Sedimentablagerung stammt. Wird der Kaolinton einer relativ vorsichtigen Zerkleinerung unterworfen, bspw. durch Mahlen in Schritt (b1), werden die Verbundstoffteilchen aufgebrochen, so dass einzelne dünne, im Wesentlichen hexagonale Platten erhalten werden. Es gibt ein solches Verfahren im Stand der Technik, das als "Delaminieren" bezeichnet wird. Die Folge davon ist die Steigerung des durchschnittlichen Formfaktors des Kaolintons. Dieser Prozess kann den Formfaktor des Kaolintons bspw. von einem Ausgangs-Formfaktor von etwa 5 bis 10 auf einen erhöhten Formfaktor von mindestens etwa 50 bis 55 steigern. "Relativ vorsichtiges Mahlen" bedeutet Mahlen in einer Reibmühle mit einem teilchenförmigen Mahlmedium, wobei der Inhalt der Reibmühle mittels Schaufelrad angetrieben wird, das mit einer solchen Geschwindigkeit rotiert, dass es in der Suspension nicht zu Verwirbelungen kommt, d. h. bei einer Umfangsgeschwindigkeit unter etwa 10 m × s^–1 und wobei die Menge an Energie, die in die Suspension während des Mahlens eingebracht wird, kleiner ist als etwa 75 kWh, gewöhnlich kleiner als etwa 55 kWh pro Tonne Kaolinton, bezogen auf das Trockengewicht. Das teilchenförmige Mahlmedium hat vorzugsweise relativ hohe spezifische Dichte, bspw. 2 oder mehr und kann bspw. Silicasand-Körner umfassen, deren Durchmesser gewöhnlich nicht größer als etwa 2 mm und nicht kleiner als etwa 0,25 mm sind.
In Stufe (b2) der Zweistufenform von Schritt (b) in dem Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt, erfolgt das Mahlen vorzugsweise in einer Reibmühle, welche mit einem Rührer ausgerüstet ist, der mit einer solchen Geschwindigkeit rotieren kann, dass es in der Suspension in der Mühle beim Mahlen zu einer Verwirbelung kommt. Das teilchenförmige Mahlmedium hat vorzugsweise auch eine spezifische Dichte von 2 oder mehr und umfasst vorteilhafterweise Körner aus Silicasand, wobei die Körner gewöhnlich Durchmesser von nicht mehr als 2 mm und nicht weniger als etwa 0,25 mm ha ben. Geht der Stufe (b2) eine relativ vorsichtige Zerkleinerung in Stufe (b1) voraus, ist die in die Suspension des Kaolintons in Stufe (b2) eingebrachte Energiemenge vorzugsweise im Bereich von etwa 40 kWh bis etwa 120 kWh pro Trockentonne Kaolinton. Wird der relativ vorsichtige Zerkleinerungsschritt (b1) weggelassen, reicht die in die Suspension des Kaolintons in Schritt (b) eingebrachte Energiemenge vorzugsweise von etwa 100 kWh bis etwa 250 kWh pro Trockentonne Kaolinton.
In Schritt (c) des Verfahrens gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Suspension des gemahlenen Kaolintons geeignet von dem teilchenförmigen Mahlmedium in einer bekannten Weise getrennt, bspw. durch Hindurchleiten der Suspension durch eine geeignete Öffnungsgröße, bspw. ein Sieb mit Nenn-Öffnungsgrößen im Bereich von etwa 0,1 mm bis etwa 0,25 mm.
Nach Schritt (c) oder Schritt (d) kann der Kaolinton weiter behandelt werden, damit einer oder mehrere seiner Eigenschaften verbessert werden. Flüssigkeitsbearbeitung unter hoher Energie, bspw. mit einem Hochgeschwindigkeits-Mixer, kann auf das Produkt in Schlammform ausgeübt werden, bspw. vor Schritt (d) oder nach Schritt (d) und anschließende Redispersion in einem wässrigen Medium, bspw. während der Zerkleinerung der Beschichtungszusammensetzung.
In Schritt (d) des Verfahrens gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung kann die Suspension des gemahlenen Kaolins auf eine der bekannten Weisen des Standes der Technik erfolgen, bspw. Filtration, Zentrifugation, Eindampfen und dergleichen. Das Entwässern mit einer Filterpresse ist bevorzugt. Die Verwendung einer Filterpresse kann bspw. erfolgen, damit man einen Kuchen mit einem Wassergehalt im Bereich von etwa 15 bis etwa 35 Gew.% herstellt. Dieser Kuchen kann mit einem Dispersionsmittel für den Kaolinton gemischt werden und somit in eine flüssigen Schlamm umgewandelt werden, der in dieser Form transportiert und verkauft werden kann. Alternativ kann der Kaolin thermisch getrocknet werden, bspw. durch Einbringen des Flüssigkeitsschlamms des Kaolintons in einen Spraytrockner, und dadurch in einer im Wesentlichen getrockneten Form transportiert werden.
Eine feine lagige Kaolinkomponente kann mit dem Produkt von Schritt (d) auf die vorher beschriebene Weise gemischt werden, wenn eine solche Komponente nicht bereits vor Schritt (d) zugegeben wurde.
Das Pigmenterzeugnis gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung kann eine spezifische Oberfläche, gemessen durch das BET-, N₂-Verfahren, von mindestens 12 m² × g^–1, vorzugsweise 15 m² × g^–1 bis zu 20 m² × g^–1, aufweisen.
Das Pigmenterzeugnis gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung kann in der Papierbeschichtung folgendermaßen verwendet werden.
Erfindungsgemäß wird in einem dritten Aspekt eine Beschichtungs-Zusammensetzung zur Verwendung bei der Herstellung von Glanzbeschichtungen auf Papier und anderen Substraten bereitgestellt, wobei die Zusammensetzung eine wässrige Suspension eines teilchenförmigen Pigments zusammen mit einem hydrophilen Klebstoff oder Bindemittel umfasst, wobei das teilchenförmige Pigment das Pigmenterzeugnis gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung umfasst.
Der Feststoffgehalt der Papierbeschichtungs-Zusammensetzung gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung kann größer als 60 Gew.% sein, vorzugsweise mindestens 70%, vorzugsweise so hoch wie möglich, wobei aber noch eine geeignet flüssige Zusammensetzung erhalten wird, die bei der Beschichtung verwendet werden kann. Die Zusammensetzung kann ein Dispersionsmittel enthalten, bspw. bis zu 2 Gew.% eines Polyelektrolyten, bezogen auf das Trockengewicht des vorhandenen Pigmentes. Polyacrylate und Copolymere, die Polyacrylateinheiten enthalten, sind bspw. als geeignete Polyelektrolyte bekannt. Das Pigmenterzeugnis gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung kann als einziges Pigment in der Papierbeschichtungszusammensetzung gemäß dem dritten Aspekt verwendet werden, oder es kann zusammen mit einem oder mehreren anderen bekannten Pigmenten verwendet werden, wie bspw. mit (kommerziell erhältlichem) Kaolin, gebranntem Kaolin, natürlichem oder gefälltem Calciumcarbonat, Titandioxid, Calciumsulfat, Satinweiß, Talk und sogenanntem "Kunststoffpigment". Wird ein Gemisch von Pigmenten verwendet, ist das Pigmenterzeugnis gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung vorzugsweise im Gemisch in einer Menge von mindestens 80% des gesamten Trockengewichts der gemischten Pigmente zugegen.
Das Bindemittel der Zusammensetzung gemäß dem dritten Aspekt kann geeigneterweise einen Klebstoff umfassen, der von natürlicher Stärke hergeleitet ist, die von einer bekannten Pflanzenquelle erhalten wird, bspw. von Weizen, Mais, Kartoffel oder Tapioka, obgleich es nicht entscheidend ist, Stärke als Bindemittel-Inhaltsstoff zu verwenden. Andere Bindemittel, die sich mit oder ohne Stärke verwenden lassen, werden später genannt.
Wird Stärke als Bindemittel-Inhaltsstoff eingesetzt, kann die Stärke unmodifizierte oder Rohstärke sein, oder sie kann durch eine oder mehrere chemische Behandlungen des Standes der Technik modifiziert sein. Die Stärke kann bspw. oxidiert sein, damit einige ihrer -CH₂OH-Gruppen in -COOH-Gruppen umgewandelt werden. In einigen Fällen hat die Stärke einen geringen Anteil an Acetyl, -COCH₃-Gruppen. Die Stärke kann alternativ chemisch behandelt sein, damit sie kationisch oder amphoter gemacht wird, d. h. sowohl mit kationischen als auch anionischen Ladungen. Die Stärke kann auch in einen Stärkeether oder in hydroxyalkylierte Stärke umgewandelt werden, indem einige OH-Gruppen bspw. durch -O.CH₂.CH₂OH-Gruppen, -O.CH₂.CH₃-Gruppen oder -O.CH₂.CH₂.CH₂OH-Gruppen ersetzt werden. Eine weitere Klasse chemisch behandelter Stärken, die sich verwenden lassen, ist als Stärkephosphate bekannt. Die Rohstärke kann alternativ mit verdünnter Säure oder einem Enzym hydrolysiert werden, so dass ein Dextrin-Gummi erhalten wird. Die Menge des Stärkebinders, der in der Zusammensetzung gemäß dem dritten Aspekt verwendet wird, ist vorzugsweise 4 bis 25 Gew.%, bezogen auf das Trockengewicht des Pigments. Der Stärkebinder kann zusammen mit einem oder mehreren Bindemitteln, bspw. synthetischen Binde mitteln des Latex- oder Polyvinylacetat- oder Polyvinylalkohol-Typs verwendet werden. Wird der Stärkebinder zusammen mit einem anderen Bindemittel verwendet, bspw. einem Synthetikbinder, reicht die Menge des Stärkebinders vorzugsweise von 2 bis 20 Gew.% und die Menge des Synthetikbinders von 2 bis 12 Gew.%, jeweils bezogen auf das Gewicht des trockenen Pigments. Vorzugsweise umfassen mindestens 50 Gew.% des Bindemittelgemischs modifizierte oder unmodifizierte Stärke.
Erfindungsgemäß wird in einem vierten Aspekt ein Verfahren zur Verwendung der Beschichtungszusammensetzung gemäß dem dritten Aspekt bereitgestellt, umfassend das Aufbringen der Zusammensetzung, so dass eine Papierbahn beschichtet wird, und das Kalandrieren des Papiers, so dass eine Glanzschicht darauf erzeugt wird. Die Glanzschicht wird vorzugsweise auf beiden Seiten des Papiers hergestellt.
Kalandrierung ist ein bekanntes Verfahren, wobei die Papierglätte und der Glanz verbessert werden und die Masse reduziert wird, indem eine beschichtete Papierbahn ein oder mehrmals zwischen den Kalanderwalzen oder -rollen durchgeleitet wird. Gewöhnlich werden elastomerbeschichte Walzen verwendet, damit Zusammensetzungen mit hohem Feststoffgehalt gepresst werden. Eine erhöhte Temperatur kann ausgeübt werden. Es lassen sich 5 oder mehr Durchgänge durch die Walzen ausüben.
Das Papier nach dem Beschichten und Kalandrieren bei dem Verfahren gemäß dem vierten Aspekt kann ein Gesamtgewicht pro Einheitsfläche im Bereich von 30 g × m^–2 bis 70 g × m^–2 insbesondere 49 × m^–2 bis 65 g × m^–2 oder 35 g × m^–2 bis 48 g × m^–2 aufweisen. Die fertige Beschichtung hat vorzugsweise ein Gewicht pro Einheitsfläche von vorzugsweise 3 g × m^–2 bis 20 g × m^–2, insbesondere von 5 g × m^–2 bis 13 g × m^–2. Eine solche Beschichtung kann auf beide Seiten des Papiers aufgebracht werden. Das beschichtete Papier kann somit ein LWC- oder ULWC-Papier sein. Der Papierglanz kann größer als 45 TAPPI-Einheiten sein und der Parker-Print-Surf-Wert kann kleiner als 1 μm sein.
Der Glanz einer beschichteten Papieroberfläche kann mit einem Test gemessen werden, der in TAPPI-Standard Nr. 480 ts-65 zugrundegelegt ist. Die Intensität von Licht, das in einem Winkel von der Oberfläche des Papiers reflektiert wird, wird gemessen und mit einem bekannten Standard-Glanzwert verglichen. Die Strahlen von einfallendem und reflektiertem Licht nehmen jeweils einen Winkel von 75° zur Normalen der Papieroberfläche ein. Die Ergebnisse sind ausgedrückt in TAPPI-Glanzeinheiten. Der Glanz des Pigmenterzeugnisses gemäß dem ersten Aspekt kann größer als 50 sein, in einigen Fällen größer als 55 TAPPI-Einheiten.
Der Parker-Print-Surf-Test bietet ein Maß für die Glätte einer Papieroberfläche, und umfasst das Messen der Geschwindigkeit, mit der Luft unter Druck aus einer Probe des beschichteten Papiers entweicht, welches unter einer bekannten Standard-Kraft zwischen einer oberen Platte, die den Auslass für die komprimierte Luft umfasst, und einer unteren Platte festgeklammert ist, deren obere Oberfläche mit einer Bahn aus entweder einem weichen oder einem harten Bezugsstützmaterial gemäß der Beschaffenheit des untersuchten Papiers bedeckt ist. Aus der Austrittsgeschwindigkeit der Luft wird ein kubisches Mittel des Spalts in μm zwischen der Papier-Oberfläche und dem Bezugsmaterial berechnet. Ein kleinerer Wert für diesen Spalt stellt einen höheren Grad an Glätte der untersuchten Papieroberfläche dar.
Wie oben erwähnt, wird eine Verbesserung durch die Erfindung bereitgestellt, wobei der in der Beschichtungs-Zusammensetzung gemäß dem dritten Aspekt vorhandene Binder Stärke umfasst. Eine Verbesserung wird auch dort erhalten, wo andere bekannte stärkefreie Bindemittel eingesetzt werden (mit oder ohne vorhandene Stärke). In jedem Fall kann das Bindemittel 4 bis 30% bspw. 8 bis 20%, insbesondere 8 bis 15 Gew.% des Feststoffgehalts der Zusammensetzung ausmachen. Die eingesetzte Menge hängt ab von der Zusammensetzung und dem Typ Klebemittel, das selbst einen oder mehrere Inhaltsstoffe umfassen kann. Die im Stand der Technik verwendeten hydrophilen Klebstoffe bspw. die einen oder mehrere der nachstehenden Kleber oder Bindemittel-Inhaltsstoffe umfassen, können in den folgenden aufgeführten Mengen verwendet werden:

(a) Latex: die Mengen reichen von 4 Gew.% bis 20 Gew.%. Der Latex kann bspw. ein Styrol-butadien-, Acryllatex, Vinylacetatlatex oder Styrolacrylcopolymere umfassen.
(b) Andere Bindemittel: Die Mengen reichen von bspw. 4 Gew.% bis 20 Gew.. Beispiele für andere Bindemittel umfassen Casein, Polyvinylalkohol und Polyvinylacetat.

Die Additive in den verschiedenen bekannten Klassen können je nach dem Typ der Beschichtung und des zu beschichtenden Materials in der Beschichtungs-Zusammensetzung gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung enthalten sein. Beispiele für solche Klassen wahlfreier Additive sind die folgenden:

(a) Vernetzungsmittel: bspw. in Mengen von bis zu 5 Gew.%; bspw. Glyoxale, Melamin-Formaldehydharze, Ammonium-Zirkonium-Carbonate.
(b) Wasserrückhalte-Hilfen: bspw. in bis zu 2 Gew.%, bspw. Natrium-Carboxymethylcellulose, Hydroxyethylcellulose, PVA (Polyvinylacetat), Stärken, Proteine, Polyacrylate, Gummis, Alginate, Polyacrylamide, Bentonit und andere kommerziell erhältliche Produkte, die für solche Anwendungen verwendet werden.
(c) Viskositätsmodifikatoren oder Verdicker: bspw. in Mengen bis zu 2 Gew.%; bspw. Polyacrylate, Emulsions-Copolymere, Dicyanamid, Triole, Polyoxyethylen-Ether, Harnstoff, sulphatiertes Rizinusöl, Polyvinylpyrrolidon, Montmorillonit, CMC (Carboxymethylcellulosen), Natriumalginat, Xanthan-Gummi, Natriumsilikat, Acrylsäure-Copolymere, HMC (Hydroxymethylcellulosen), HEC (Hydroxyethylcellulosen) und andere.
(d) Gleitfähigkeits-/Kalandrierungs-Hilfen; bspw. in Mengen bis zu 2 Gew.%, bspw. Calciumstearat, Ammoniumstearat, Zinkstearat, Wachsemulsionen, Wachse, Alkylketen-Dimer, Glycole.
(e) Dispersionsmittel:, bspw. in Mengen bis zu 2 Gew.%, bspw. Polyelektrolyte, wie Polyacrylate und Copolymere, die Polyacrylat-Arten, insbesondere Polyacrylatsalze (bspw. Natrium und Aluminium, gegebenenfalls mit einem Gruppe-II-Metallsalz), Natriumhexamethaphosphate, nichtionisches Polyol, Polyphosphorsäure, kondensiertes Natriumphosphat, nichtionische grenzflächenaktive Mittel, Alkanolamin und andere Reagenzienenthalten, die gewöhnlich für diese Funktion verwendet werden.
(f) Schaumverhinderer/Entschäumer: bspw. in Mengen bis zu 1 Gew.%; bspw. Gemische von grenzflächenaktiven Substanzen, Tributylphosphat, Fett-Polyoxyethylenester plus Fettalkoholen, Fettsäureseifen, Silikon-Emulsionen und andere silikonhaltige Zusammensetzungen, Wachse und anorganische Teilchen in Mineralöl, Gemische emulgierter Kohlenwasserstoffe und anderer Verbindungen, die kommerziell zur Ausübung dieser Funktion verwendet werden.
(g) trockene oder feuchte Rupf-Verbesserungs-Additive: bspw. in Mengen bis zu 2 Gew.%, bspw. Melaminharz, Polyethylenemulsionen, Harnstoffformaldehyd, Melaminformaldehyd, Polyamid, Calciumstearat, Styrolmaleinsäureanhydrid und andere.
(h) trockene oder feuchte Additive für Scheuer-Verbesserung und Abriebfestigkeit; bspw. in Mengen bis zu 2 Gew.%, bspw. Harze auf Glyoxalbasis, oxidierte Polyethylene, Melaminharze, Harnstoffformaldehyd, Melaminformaldehyd, Polyethylenwachs, Calciumstearat, und andere.
(i) Glanz-Farb-Porendichtheits-Additive; bspw. in Mengen bis zu 2 Gew.%, bspw. oxidierte Polyethylene, Polyethylenemulsionen, Wachse, Casein, Guargummi, CMC, HMC, Calciumstearat, Ammoniumstearat, Natriumalginat und andere.
(j) optische Aufhellungsmittel (OBA) und fluoreszierende Weißmacher (FWA): bspw. in Mengen bis zu 1 Gew.%, bspw. Stilben-Derivate.
(k) Farbstoffe: bspw. in Mengen bis zu 0,5 Gew.%.
(l) Biozide/Antifäulnismittel: bspw. in Mengen bis zu 1 Gew.%, bspw. Metaborat, Natriumdodecylsulfonat, Thiocyanat, Organoschwefel, Natriumbenzoat und andere Verbindun gen, die kommerziell für diese Funktion verkauft werden, bspw. im Bereich der Biozid-Polymere, die von der Calgon Corporation verkauft werden.
(m) Egalisierungs- und Glätt-Hilfen: bspw. in Mengen bis zu 2 Gew.%, bspw. nicht-ionisches Polyol, Polyethylenemulsionen, Fettsäure, Ester- und Alkohol-Derivate, Alkohol/Ethylenoxid, Natrium-CMC, HEC, Alginate, Calciumstearat, und andere Verbindungen, die kommerziell für diese Funktion verkauft werden.
(n) Fett- und Ölbeständigkeits-Additive: bspw. in Mengen bis zu 2 Gew.%, bspw. oxidierte Polyethylene, Latex, SMA (Styrol-Maleinsäureanhydrid), Polyamid, Wachse, Alginat, Protein, CMC, HMC.
(o) Wasserfestigkeits-Additive: bspw. in Mengen bis zu 2 Gew.%, bspw. oxidierte Polyethylene, Ketonharz, anionischer Latex, Polyurethan, SMA, Glyoxal, Melaminharz, Harnstoff-Formaldehyd, Melamin, Formaldehyd, Polyamid, Glyoxale, Stearate und andere Materialien, die kommerziell für diese Funktion erhältlich sind.
(p) Unlöslichmacher: bspw. in Mengen bis zu 2 Gew.%.

Für sämtliche vorstehende Additive sind die angegebenen Gewichtsprozentangaben auf das Trockengewicht des Pigments (100%) in der Zusammensetzung bezogen. Ist das Additiv in einer Minimalmenge zugegen, kann die Minimalmenge 0,01 Gew.%, bezogen auf das Trockengewicht des Pigmentes, sein.
Das Verfahren gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung kann auf bekannte Weise durchgeführt werden, was von dem zu beschichtenden Material, der aufzubringenden Beschichtungs-Zusammensetzung und anderen Faktoren abhängt, wie sie vom Bedienungspersonal bestimmt werden, bspw: Geschwindigkeit und Einfachheit der Lauffähigkeit, bspw. mit einer herkömmlichen Beschichtungsmaschine.
Verfahren zur Beschichtung von Papier und anderen Bahnmaterialien sind weithin veröffentlicht und bekannt. Es gibt bspw. eine Übersicht über diese Verfahren in Pulp and Paper International, Mai, 1994, S. 18ff. Bahnen lassen sich auf der Bahnherstellungsmaschine beschichten, d. h. "in der Maschine", oder "außerhalb der Maschine", und zwar auf einem Beschichter oder einer Beschichtungsmaschine. Die Verwendung von Zusammensetzungen mit hohem Feststoffgehalt ist bei dem Beschichtungsverfahren wünschenswert, da hinterher weniger Wasser verdunstet. Im Fachgebiet ist jedoch bekannt, dass der Feststoffgehalt nicht so hoch sein sollte, dass es zu Viskositäts- und Egalisierungsproblemen kommt.
Sämtliche bekannten Verfahren zur Verwendung bei Schritt (b) des Verfahrens gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung erfordern (i) eine Vorrichtung zum Aufbringen der Beschichtungs-Zusammensetzung auf das zu beschichtende Material, bspw. mit einem Streichgerät; und (ii) eine Vorrichtung zur Gewährleistung, dass eine korrekte Menge der Beschichtungs-Zusammensetzung aufgebracht wird, bspw. eine Messvorrichtung. Wird ein Überschuss der Beschichtungs-Zusammensetzung auf die Streichvorrichtung aufgebracht, befindet sich die Messvorrichtung stromabwärts davon. Alternativ kann die korrekte Menge der Beschichtungs-Zusammensetzung durch die Messvorrichtung auf die Streichvorrichtung aufgebracht werden, bspw. als Folienpresse. An den Aufbring- und Messstellen reicht die Unterstützung für die Papierbahn von einer Stützwalze bspw. über einen oder zwei Streichvorrichtungen bis hin zu keiner Unterstützung (d. h. es liegt nur Zug an). Der Zeitpunkt, an dem sich die Beschichtung in Kontakt mit dem Papier befindet, bevor der Überschuss schließlich entfernt wird, ist die Verweildauer – und diese kann kurz, lang oder variabel sein.
Die Beschichtung wird gewöhnlich durch einen Beschichtungskopf bei einer Beschichtungsstation aufgebracht. Entsprechend der gewünschten Qualität sind die Papierqualitäten, unbeschichtet, einfach beschichtet, doppelt beschichtet, und sogar dreifach beschichtet. Wird mehr als eine Beschichtung bereitgestellt, kann die anfängliche Beschichtung (Vorbeschichtung) eine billigere Formulierung sein und gegebenenfalls weniger Pigment in der Beschichtungs-Zusammensetzung enthalten. Ein Beschickter, der eine doppelte Beschichtung aufbringt, d. h. eine Beschichtung auf jeder Seite des Papiers, hat je nach der Anzahl der durch jeden Kopf zu beschichtenden Seiten zwei bis vier Beschichtungsköpfe. Die meisten Beschichtungsköpfe beschichten nur eine Seite auf einmal, jedoch beschichten einige Rollbeschickter (bspw. Folienpresse, Sperrwalze, Leimpresse) beide Seiten in einem Durchgang.
Beispiele für bekannte Beschickter, die sich in Schritt (b) einsetzen lassen, beinhalten Luftrakelbschichter, Rakelbeschichter, Stabbeschichter, Stangenbeschickter, Mehrkopfbeschichter, Walzenbeschickter, Walzen-/Rakelbeschichter, Gussbeschickter, Laborbeschickter, Gravur-Beschickter, Schleifbeschickter, Flüssigkeitsauftragsysteme, Umkehrwalzenbeschichter und Extrusionsbeschichter.
Bei allen Beispielen der in dieser Anmeldung beschriebenen Beschichtungs-Zusammensetzungen wird Wasser zu den Feststoffen gegeben, so dass eine Konzentration der Feststoffe erhalten wird, die beim Aufbringen auf eine Bahn im gewünschten Ziel-Beschichtungsgewicht eine Rheologie aufweist, die sich für die Zusammensetzung, die mit einem Druck (d. h. Rakeldruck) zwischen 1 und 1,5 bar aufgebracht werden soll, eignet. Der Feststoffgehalt kann gewöhnlich zwischen 60 und 70 Gew.% liegen.
Die erfindungsgemäßen Ausführungsformen werden anhand der nachstehenden veranschaulichenden Beispiele beispielhaft erläutert.
BEISPIEL 1
Ein Rohkaolinton aus einer Sedimentlagerstätte in Georgia, USA, wurde in Wasser suspendiert, und die resultierende Suspension wurde durch einen Hochintensitäts-Magnetscheider geleitet, so dass eisenhaltige Verunreinigungen daraus entfernt wurden. Nach dem Magnettrennungsschritt hatte der Kaolinton eine psd, dass 30 Gew.% aus Teilchen mit einem esd von weniger als 2 μm bestanden, und 7,0 Gew.% aus Teilchen mit einem esd von weniger als 0,25 μm bestanden. Der Formfaktor des Kaolintons, wie er durch das in GB-A-2240398 beschriebene Verfahren gemessen wurde, betrug 6,8.
Die Suspension des Kaolintons wurde dann einem relativ mildem Reibmahlen in der Mahlkammer unterworfen, welche mit einem untergetauchten inneren Schaufelrad ausgerüstet war, dessen Rotationsgeschwindigkeit nicht ausreichte, dass in der in der Mahlkammer enthaltenen Suspension eine Verwirbelung hervorgerufen wurde. Das Mahlmedium war ein Silicasand mit Körnern im Größenbereich von 0,6 bis 0,85 mm. Das Mahlen erfolgte so lange, dass die in die Suspension eingebrachte Energiemenge 50,7 kWh pro Tonne Kaolinton (bezogen auf das Trockengewicht) betrug. Bei Beendigung dieses Mahlschrittes hatte der Kaolinton eine derartige psd, dass 71,2 Gew.% aus Teilchen bestanden, deren esd kleiner als 2,0 μm war, und 5,0 Gew.% aus Teilchen bestanden, deren esd kleiner als 0,25 μm war. Der mittlere Teilchenformfaktor, gemessen durch das in GB-A-2240398 beschriebene Verfahren, betrug 52.
Die Suspension des gemahlenen Kaolintons wurde von dem Mahlmedium durch Auswaschen getrennt, und wurde dann einer zweiten Reibmahl-Stufe in einer Mahlkammer mit einem Hochgeschwindigkeits-Schaufelrad unterworfen, das in der Suspension in der Kammer eine Verwirbelung erzeugen konnte. Das verwendete Mahlmedium war Ottawa-Sand, ein relativ reiner Silica-Sand mit abgerundeten Körnern, und einer Korngrößenverteilung zwischen 0,5 und 1,0 mm. Die Feststoff-Konzentration der Suspension betrug 27 Gew.%, bezogen auf das Trockengewicht des Kaolintons. Die Mahlkammer wurde kontinuierlich in einem geschlossenen Zyklus mit einem Hydrocyclon betrieben, der als Produkt hinreichend gemahlene Teilchen erzeugte und unzureichend gemahlene Teilchen zur Mahlkammer rückführte. Die Suspension des gemahlenen Kaolintons wurde kontinuierlich durch Öffnungen in den Seitenwänden der Mahlkammer entlassen, deren Öffnungen mit Sieben einer Nennöffnung von 0,25 bedeckt waren, so dass die Körner des Mahlmedium zurückgehalten wurden. Die Suspension des gemahlenen Kaolintons, der durch die Siebe passte, wurde in einer Wanne gesammelt, der die Mahlkammer umgab, von wo sie unter Druck in den Hydrocyclon geleitet wurde.
Die Proben A, B und C der Suspension des gemahlenen Tons wurden von dem rezirkulierenden System nach Zeitspannen abgezogen, die hinreichten, dass in die Suspension jeweils 40 kWh, 60 kWh und 80 kWh Energie pro Tonne Kaolinton (bezogen auf das Trockengewicht) eingebracht wurden. Die Prozentsätze an Teilchen in den Produkten mit esds von mehr als 10 μm, weniger als 2 μm, weniger als 1 μm und weniger als 0,25 μm, und die mittleren Teilchenformfaktoren der Produkte wurden gemessen. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 1 aufgeführt.
TABELLE 1
BEISPIEL 2
Eine weitere Probe des gleichen Rohkaolins aus Georgia, USA, wie er in Beispiel 1 verwendet wurde, wurde in Wasser suspendiert, so dass eine wässrige Suspension erhalten wurde, die 23,5 Gew.% Kaolinton, bezogen auf das Trockengewicht, enthielt. Ohne vorhergehende Magnettrennungsbehandlung wurde diese Suspension in ein rückführendes Reibmahlsystems des gleichen Typs eingebracht, wie es in Zusammenhang mit der zweiten Mahlstufe im obigen Beispiel 1 beschrieben ist. Das Mahlen wurde fortgesetzt, wobei unzulänglich gemahlenes Material zurückgeführt wurde, und zwar so lange, dass in die Suspension 210 kWh Energie pro Tonne Kaolinton, bezogen auf das Trockengewicht, eingebracht wurde. Danach wurde der gemahlene Kaolinton aus der Suspension durch Filtration und anschließendes Wärmetrocknen gewonnen. Er besaß eine derartige psd, dass 0,2 Gew. aus Teilchen mit einem esd von mehr als 10 μm bestanden, 89,9 Gew.% aus Teilchen mit einem esd von weniger als 2 mm bestanden, 72,6 Gew.% aus Teilchen mit einem esd von weniger als 1 μm bestanden, und 17,9 Gew.% aus Teilchen mit einem esd von weniger als 0,25 μm bestanden. Der Formfaktor des Produkts betrug 59,7.
BEISPIEL 3
Gemahlenes Kaolinerzeugnis Probe C, welche in Beispiel 1 oben hergestellt wurde, wurde als Pigment in der Beschichtungs-Zusammensetzung zur Herstellung eines ULWC zum Offset-Druck verwendet. Die Beschichtungs-Zusammensetzung hatte folgende in der Tabelle 2 gezeigte Zusammensetzung.
TABELLE 2
Der gebrannte Ton hatte eine derartige Teilchengrößenverteilung, dass 90 Gew.% aus Teilchen mit einem esd von weniger als 2 μm bestanden.
Der Stärkebinder war ein Hydroxyethylether aus Maisstärke, der unter dem Handelsnamen "PENFORD GUM 290" verkauft wird.
Der synthetische Latexbinder war ein Styrol-Butadien-Kautschukbinder desjenigen Typs, der sich zur Verwendung in Offset-Beschichtungsformulierungen als geeignet erwiesen hat. Die angegebenen Gew.-Teile sind Gew.-Teile Latex-Feststoffe.
Das gemahlene Kaolinprodukt C gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform wurde mit zwei kommerziell verfüg baren Produkten verglichen, nämlich den kommerziell erhältlichen Pigmenten 1 und 2, die jeweils gesondert zu den in Tabelle 2 oben gezeigten Zusammensetzungen verarbeitet wurden.
Kommerziell erhältliches Pigment 1 war ein delaminierter Kaolinton aus Georgia, USA, mit einer derartigen Teilchengrößenverteilung, dass 81,5 Gew.% aus Teilchen mit einem esd von weniger als 2 μm bestanden, 62,5 Gew.% aus Teilchen mit einem esd von weniger als 1,0 μm bestanden und 20% aus Teilchen mit einem esd von weniger als 0,25 μm bestanden. Der Formfaktor des Produkts betrug 29.
Kommerziell erhältliches Pigment 2 war ein feiner englischer Kaolinton mit einer derartigen psd, dass 89 Gew.% aus Teilchen mit einem esd von weniger als 2 μm bestanden, 74 Gew.% aus Teilchen mit einem esd von weniger als 1 μm bestanden, und 25 Gew.% aus Teilchen mit einem esd von weniger als 0,25 μm bestanden. Der Teilchenformfaktor des Produkts betrug 31.
Jede untersuchte Zusammensetzung wurde auf Basispapier mit einem Substanzgewicht von 30 g × m^–2 mit einer Beschichtungsmaschine des in GB-A-1032536 beschriebenen Typs aufgebracht, welche mit einem Kurzverweilkopf ausgerüstet war. Die Papiergeschwindigkeit betrug 1100 m × min-¹. Die Proben des beschichteten Papiers wurden mit verschiedenen Beschichtungsgewichten im Bereich von etwa 4 g × m^–2 bis etwa 7 g × m^–2 hergestellt. Das beschichtete Papier wurde getrocknet und dann durch 10 maliges Hindurchleiten zwischen den Walzen eines Superkalanders bei einer Temperatur von 80°C und bei einem Druck von 7 MPa kalandriert.
Die Proben des kalandrierten beschichteten Papiers, das aus jeder der drei Beschichtungs-Zusammensetzungen hergestellt wurde, wurden dann gemäß TAPPI-Standard Nr. 480 ts-65 auf Glanz, Helligkeit und prozentuale Reflexion gegenüber Licht einer Wellenlänge von 457 nm und Parker Print Surf mit dem weichen Trägermaterial und einem Druck von 1000 kPa getestet. In jedem Fall wurden die gemessenen Werte graphisch gegen das Beschichtungsgewicht aufgetra gen, und der Wert, der einem Beschichtungsgewicht von 6 g m^–2 entsprach, wurde durch Interpolation ermittelt.
Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 3 angegeben.
TABELLE 3
Aus der Tabelle 3 geht hervor, dass das Pigment gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ein UWLC-Papier bereitstellt, dass sich zum Offset-Druck eignet, wobei das Papier viel besseren Glanz, Helligkeit und Glätte als beschichtete Papiere hat, welche kommerziell erhältliche Pigment verwenden, die gewöhnlich zur Herstellung beschichteten Papiere dieser Art empfohlen werden. Man beachte, dass insbesondere kommerziell erhältliches Pigment 2 eine sehr ähnliche Teilchengrößenverteilung wie das erfindungsgemäße Pigment hat. Man erwartet gewöhnlich, dass dieses Pigment etwa die gleiche Leistung wie das erfindungsgemäße Pigment hat, wenn es als Pigment in einer Papierbeschichtungs-Zusammensetzung verwendet wird. Das Pigment gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist je doch sogar besser als dieses feine kommerziell erhältliche Pigment.
BEISPIEL 4
Ein Rohkaolin aus einer Sedimentlagerstätte in Georgia, USA, wurde in Wasser suspendiert, und die erhaltene Suspension wurde entgriest, mit einem Dispersionsmittel behandelt und in einer Dekantierzentrifuge unter solchen Bedingungen klassiert, dass das von der Zentrifuge erzeugte Überstromprodukt eine derartige psd aufwies, dass etwa 90 Gew.% der Teilchen einen esd von weniger als 2 μm aufwies. Das Unterstromprodukt der Zentrifuge wurde durch einen Hochintensitäts-Magnetscheider geleitet, um eisenhaltige Verunreinigungen zu entfernen, und die magnetisch gereinigte Produktsuspension wurde dann mit Silicasand als Mahlmedium einem Reibmahlen unterworfen. Die Suspension der gemahlenen Kaolinteilchen wurde dann einer zweiten Klassierungsstufe in einer Dekantierzentrifuge unterworfen. Das Überstromprodukt aus dieser Zentrifuge hatte eine derartige Teilchengrößenverteilung, dass 84 Gew.% der Teilchen einen esd von weniger als 2 μm aufwies, und das Unterstromprodukt wurde als Beschickung für die nächste Stufe im Verfahren verwendet.
Dieses zweite Unterstromprodukt hatte eine solche psd, dass 9 Gew.% aus Teilchen mit einem esd von mehr als 10 μm bestanden, 28 Gew.% aus Teilchen mit einem esd von weniger als 2 μm bestanden und 4 Gew.% aus Teilchen mit einem esd von weniger als 0,25 μm bestanden. Der Formfaktor dieses Unterstromproduktes, wie er durch das in GB-A-2240398 beschriebene Verfahren gemessen wurde, betrug 28.
Die Suspension des Kaolintons wurde dann einem relativ vorsichtigen Reibmahlen in einer Mahlkammer unterworfen, die mit einem untergetauchten inneren Schaufelrad ausgestattet war, dessen Rotationsgeschwindigkeit nicht ausreichte, dass in der in der Mahlkammer enthaltenen Suspension eine Verwirbelung hervorgerufen wurde. Das Mahlmedium war Silicasand mit Körnern im Größenbereich von 0,6 mm bis 0,85 mm. Das Mahlen erfolgte so lange, dass die Energiemenge, die in die Suspension eingebracht wurde, 30,9 kWh pro Tonne trockenem Kaolinton betrug. Bei Beendigung dieses Mahlschrittes hatte der Kaolin-Ton eine psd, dass 3 Gew.% aus Teilchen mit einem esd von mehr als 10 μm bestanden, 47 Gew.% aus Teilchen mit einem esd kleiner als 2 μm bestanden und 5 Gew.% aus Teilchen mit einem esd von weniger als 0,25 μm bestanden. Der Formfaktor des Kaolintons nach dem Mahlen, wie er gemäß dem in GB-A-2240398 beschriebenen Verfahren gemessen wurde, betrug 65,9.
Die Suspension des gemahlenen Kaolins wurde aus dem Mahlmedium durch Auswaschen getrennt und dann in einer Dekantierzentrifuge unter Bedingungen klassiert, dass das von der Zentrifuge erzeugte Überstromprodukt eine derartige psd hatte, dass 90 Gew.% aus Teilchen mit einem esd von weniger als 2 μm bestanden. Das Überstromprodukt aus der Zentrifuge wurde dann mit Schwefelsäure angesäuert, mit 3 kg Natriumdithionit-Bleichmittel pro Tonne trockenem Kaolin gebleicht, in einer Filterpresse entwässert und der so gebildete Kuchen wurde erneut dispergiert mit Hilfe eines 0,25 Gew.%igen, bezogen auf das Trockengewicht des Kaolins, Natriumpolyacrylat-Dispersionsmittels. Die dispergierte Suspension wurde dann sprühgetrocknet, so dass ein trockenes Pulver erhalten wurde.
Das fertige Kaolinton-Produkt hatte eine derartige psd, dass 89 Gew.% aus Teilchen mit einem esd von weniger als 2 μm bestanden, 69 Gew.% aus Teilchen mit einem esd von weniger als 1 μm bestanden und 18 Gew.% aus Teilchen mit einem esd von weniger als 0,25 μm bestanden. Der Formfaktor wurde durch das in GB-A-2240398 beschriebene Verfahren gemessen und betrug 65.
Dieses Produkt wurde als gemahlenes Kaolinprodukt D identifiziert.
BEISPIEL 5
Ein Rohkaolin aus einer Sedimentlagerstätte in Georgia, USA, wurde in Wasser suspendiert, und die erhaltene Suspension wurde entgriest, mit einem Dispersionsmittel behandelt und in einer Dekantierzentrifuge unter solchen Bedingungen klassiert, dass das von der Zentrifuge erzeugte Überstromprodukt eine derartige psd aufwies, dass etwa 90 Gew.% der Teilchen einen esd von weniger als 2 μm aufwies. Das Unterstromprodukt der Zentrifuge wurde durch einen Hochintensitäts-Magnetscheider geleitet, um eisenhaltige Verunreinigungen zu entfernen, und die magnetisch gereinigte Produktsuspension wurde dann mit Silicasand als Mahlmedium einem Reibmahlen unterworfen. Die Suspension der gemahlenen Kaolinteilchen wurde dann einer zweiten Klassierungsstufe in einer Dekantierzentrifuge unterworfen. Das Überstromprodukt aus dieser Zentrifuge hatte eine derartige psd, dass 84 Gew.% der Teilchen einen esd von weniger als 2 μm aufwies, und das Unterstromprodukt wurde als Beschickung für die nächste Stufe im Verfahren verwendet.
Dieses zweite Unterstromprodukt hatte eine solche psd, dass 8 Gew.% aus Teilchen mit einem esd von mehr als 10 μm bestanden, 30 Gew.% aus Teilchen mit einem esd von weniger als 2 μm bestanden und 4 Gew.% aus Teilchen mit einem Kugeläquivalentdurchmesser von weniger als 0,25 μm bestanden. Der Formfaktor dieses Unterstromproduktes, wie er durch das in GB-A-2240398 beschriebene Verfahren gemessen wurde, betrug 36.
Die Suspension des Kaolintons wurde dann einem relativ vorsichtigen Reibmahlen in einer Mahlkammer unterworfen, die mit einem untergetauchten inneren Schaufelrad ausgestattet war, dessen Rotationsgeschwindigkeit nicht ausreichte, dass in der in der Mahlkammer enthaltenen Suspension eine Verwirbelung hervorgerufen wurde. Das Mahlmedium war Silicasand mit Körnern im Größenbereich von 0,6 mm bis 0,85 mm. Das Mahlen erfolgte so lange, dass die Energiemenge, die in die Suspension eingebracht wurde, 17,2 kWh pro Tonne trockenem Kaolinton betrug. Bei Beendigung dieses Mahlschrittes hatte der Kaolin-Ton eine psd, dass 5 Gew.% aus Teilchen mit einem esd von mehr als 10 μm bestanden, 41 Gew.% aus Teilchen mit einem esd von weniger als 2 μm bestanden und 5 Gew.% aus Teilchen mit einem esd von weniger als 0,25 μm bestanden. Der Teilchenformfaktor des Kaolintons nach dem Mahlen, wie er gemäß dem in GB-A-2240398 beschriebenen Verfahren gemessen wurde, betrug 48,5.
Die Suspension des gemahlenen Kaolins wurde aus dem Mahlmedium durch Auswaschen getrennt und dann in einer Dekantierzentrifuge unter Bedingungen klassiert, dass das von der Zentrifuge erzeugte Überstromprodukt eine derartige psd hatte, dass 90 Gew.% aus Teilchen mit einem esd von weniger als 2 μm bestanden. Das Überstromprodukt aus der Zentrifuge wurde dann mit Schwefelsäure angesäuert, mit 3 kg Natriumdithionit-Bleichmittel pro Tonne trockenem Kaolin gebleicht, in einer Filterpresse entwässert und der so gebildete Kuchen wurde wieder dispergiert mit Hilfe eines 0,25 Gew.%igen, bezogen auf das Trockengewicht des Kaolins, Natriumpolyacrylat-Dispersionsmittels. Die dispergierte Suspension wurde dann sprühgetrocknet, so dass ein trockenes Pulver erhalten wurde.
Das fertige Kaolinton-Produkt hatte eine derartige psd, dass 90 Gew.% aus Teilchen mit einem esd von weniger als 2 μm bestanden, 72 Gew.% aus Teilchen mit einem esd von weniger als 1 μm bestanden und 21 Gew.% aus Teilchen mit einem esd von weniger als 0,25 μm bestanden. Der Formfaktor des Produkts wurde durch das in GB-A-2240398 beschriebene Verfahren gemessen und betrug 54.
Dieses Produkt wurde als gemahlenes Kaolinprodukt E identifiziert.
BEISPIEL 6
Eine übliche Papierbeschichtungs-Zusammensetzung des Typs, der zur Herstellung eines beschichteten Papiers für den Rotationstiefdruck verwendet wird, hatte eine Zusammensetzung wie in der nachstehenden Tabelle 4 gezeigt: TABELLE 4
Der gebrannte Kaolin war der gleiche wie der in Beispiel 3 verwendete.
Der synthetische Latexbinder war ein Styrol-Butadien-Kautschuk-Binder desjenigen Typs, der sich zur Verwendung in Rotationstiefdruck-Beschichtungs-Formulierungen eignet. Die angegebenen Gew.-Teile sind Gew.-Teile Latex-Feststoffe.
Die Papierbeschichtungs-Zusammensetzungen wurden gemäß der in Tabelle 4 angegebenen Formulierung hergestellt, die als untersuchtes Pigment jeweils enthielten:
Zusammensetzung 1): (i) 75 Gew.-Teile gemahlenes Kaolinprodukt D, hergestellt wie in Beispiel 4, und (ii) 15 Gew.-Teile eines kommerziell verfügbaren hochwertigen englischen Kaolins mit Papierbeschichtungsqualität mit einer solchen psd, dass 89 Gew.% aus Teilchen mit einem esd von weniger als 2 μm bestanden, 75 Gew.% aus Teilchen mit einem esd von weniger als 1 μm und 25 Gew. aus Teilchen mit einem esd von weniger als 0,25 μm bestanden, sowie einem mittleren Teilchenformfaktor von 35.
Zusammensetzung 2): (i) 75 Gew.-Teile gemahlenes Kaolinprodukt D, hergestellt wie in Beispiel 4, und (ii) 15 Gew.-Teile eines kommerziell verfügbaren hochwertigen Kaolins aus Georgia, USA, mit Papierbeschichtungsqualität mit einer solchen psd, dass 95 Gew. aus Teilchen mit einem esd von weniger als 2 μm bestanden, 91 Gew.% aus Teilchen mit einem esd von weniger als 1 μm bestanden und 52 Gew.% aus Teilchen mit einem esd von weniger als 0,25 μm bestanden, sowie einem Formfaktor von 17.
Jede Zusammensetzung wurde auf eine Bahn aus Basispapier mit einem Substanzgewicht von 31 g × m^–2 mit einer Pilot-Papierbeschichtungsmaschine aufgebracht, die mit einer Kurzverweilkopf ausgerüstet war. Die Papiergeschwindigkeit betrug 1100 m × min^–1 und der Rakelwinkel betrug 45°. Die Feststoffkonzentration der Beschichtungs-Zusammensetzung wurde so eingestellt, dass der Druck der Hydraulikflüssigkeit, die einem druckfähigen Rohr zugeführt wurde, welches zum Pressen des Rakels gegen die Papierbahn verwendet wurde, von 1,0 bis 1,5 bar reichte, so dass das gewünschte Beschichtungsgewicht erhalten wurde. Das Trockengewicht der auf die Papierbahn aufgebrachte Beschichtung betrug in jedem Fall 6 g × m^–2. Das beschichtete Papier wurde getrocknet und dann durch zehnmaliges Durchleiten zwischen den Walzen eines Superkalanders im Pilotmaßstab bei einer Temperatur von 80°C und einem linearen Druck von 230 kN × m^–l kalandriert.
Die Proben des kalandrierten beschichteten Papiers wurden dann auf Glanz, Helligkeit und Parker Print Surf durch die in Beispiel 3 beschriebenen Verfahren untersucht.
Proben von Papier, das mit verschiedenen Beschichtungs-Zusammensetzungen beschichtet wurde, wurden ebenfalls auf Tiefdruck-Qualität untersucht, und zwar durch Verfahren, die in dem Artikel "Realistic paper tests for various printing processes" von A Swan, veröffentlicht in "Printing Technology", Bd. 13 Nr. 1, April 1969, S. 9–22 beschrieben wurden. Es wurde ein Tiefdruckzylinder verwendet, mit einem Bereich tief geätzter Zellen, so dass eine einfarbige schwarze Fläche erhalten wurde, sowie einem Bereich weniger tief geätzter Zellen, so dass eine Halbtonfläche erhalten wurde. Der Halbtonbereich wurde zum Abschätzen des Prozentsatzes an Tiefdruckpunkten verwendet, die beim Testdruck fehlten. Dieser Prozentsatz wurde ausgedrückt als "% fehlende Punkte". Der einfarbige schwarze Bereich wurde zum Messen der Tiefdruckdichte mit einem Macbeth-Dichtemessgerät verwendet.
Die erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 5 veranschaulicht.
TABELLE 5
Die Ergebnisse in Tabelle 5 zeigen, dass das beschichtete Papier einen höheren Glanz, größere Helligkeit, und eine bessere Tiefdruckqualität aufwies, wenn 75 Gew. eines definierten Kaolins mit hohem Formfaktor, der durch das Verfahren des zweiten Aspekts der Erfindung hergestellt wurde, mit 15 Gew.-Teilen eines feinen Kaolintons mit einem relativ hohen Formfaktor von 35 (Zusammensetzung 1) gemischt wurden. Papier, das mit einer Zusammensetzung beschichtet wurde, die 75 Gew.-Teile des gleichen definierten Kaolins mit hohem Formfaktor, der in Zusammensetzung 1 eingesetzt wurde, sowie 5 Gew.-Teile eines Kaolintons mit einem relativ niedrigen Formfaktor von 17 (Zusammensetzung 2) enthielt, zeigte ebenfalls annehmbare Eigenschaften. Die Glätte des beschichteten Papiers war in beiden Fällen im wesentlichen gleich.
BEISPIEL 7
Weitere Papierbeschichtungs-Zusammensetzungen wurden gemäß den in Beispiel 6 vorher angegebenen Formulierungen.
In diesen Zusammensetzungen waren die untersuchten Pigmente jeweils:
Zusammensetzung 3): (i) 55 Gew.-Teile gemahlenes Kaolinprodukt D, hergestellt wie in Beispiel 4 beschrieben, 20 Gew.-Teile gemahlenes Kaolinprodukt E, hergestellt wie in Beispiel 5 beschrieben und (ii) 15 Gew.-Teile des glei chen hochwertigen englischen Kaolins mit Papierbeschichtungsqualität wie er in Beispiel 6 verwendet wurde.
Zusammensetzung 4): (i) 55 Gew.-Teile gemahlenes Kaolinprodukt D, hergestellt wie in Beispiel 4, (ii) 20 Gew.-Teile gemahlenes Kaolinprodukt E, hergestellt wie in Beispiel 5 beschrieben und (iii) 15 Gew.-Teile eines kommerziell verfügbaren hochwertigen Kaolins aus Georgia, USA, mit Papierbeschichtungsqualität mit einer solchen psd, dass 97 Gew.% aus Teilchen mit einem esd von weniger als 2 μm bestanden, 91 Gew.% aus Teilchen mit einem esd von weniger als 1 μm bestanden und 44 Gew.% aus Teilchen mit einem esd von weniger als 0,25 μm bestanden, sowie einem Formfaktor von 30.
Zusammensetzung 5): (i) 55 Gew.-Teile gemahlenes Kaolinprodukt D, hergestellt wie in Beispiel 4 beschrieben, (ii) 20 Gew.-Teile gemahlenes Kaolinprodukt E, hergestellt wie in Beispiel 5 beschrieben und (iii) 15 Gew.-Teile eines kommerziell verfügbaren hochwertigen Kaolins aus Georgia, USA, mit Papierbeschichtungsqualität Nr. 2 mit einer solchen psd, dass 84 Gew.% aus Teilchen mit einem esd von weniger als 2 μm bestanden, 70 Gew.% aus Teilchen mit einem esd von weniger als 1 μm und 25 Gew.% aus Teilchen mit einem esd von weniger als 0,25 μm bestanden, sowie einem Formfaktor von 12.
Jede Zusammensetzung wurde auf eine Bahn aus Basispapier mit einem Substanzgewicht von 31 g × m^–2 mit einer Pilot-Papierbeschichtungsmaschine aufgebracht, die mit einem Kurzverweilkopf ausgerüstet war. Die Papiergeschwindigkeit betrug 1100 m × min^–1, und der Rakelwinkel betrug 44°. Die Feststoffkonzentration jeder Beschichtungs-Zusammensetzung wurde so eingestellt, dass der Druck der Hydraulikflüssigkeit, die einem druckfähigen Rohr zugeführt wurde, welches zum Pressen des Rakels gegen die Papierbahn verwendet wurde, von 1,0 bis 1,5 bar reichte, so dass das gewünschte Beschichtungsgewicht erhalten wurde. Das Trockengewicht der auf die Papierbahn aufgebrachten Beschichtung betrug in jedem Fall 6 g × m^–2. Das beschichtete Papier wurde getrocknet und dann durch zehnmaliges Durchleiten zwischen den Walzen eines Superkalanders im Pilotmaßstab bei einer Temperatur von 80°C und einem linearen Druck von 230 kN × m^–1 kalandriert.
Die Proben des kalandrierten beschichteten Papiers wurden dann auf Glanz, Helligkeit und Parker Print Surf durch die in Beispiel 3 beschriebenen Verfahren untersucht. Die Proben wurden ebenfalls auf "% fehlende Punkte" oder Tiefdruckqualität durch das in Beispiel 6 vorher beschriebene Verfahren untersucht.
Die erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 6 veranschaulicht.
TABELLE 6
Diese Ergebnisse zeigen, dass Papier, welches mit den Zusammensetzungen 3, 4 und 5 beschichtet ist, gute Glanz- und Druckeigenschaften aufweist.

Claims

Pigmenterzeugnis zur Verwendung in einer Beschichtungszusammensetzung für die Herstellung einer Glanzschicht auf einem Papier, wobei das Pigmenterzeugnis prozessiertes teilchenförmiges Kaolin enthält, dessen Teilchen eine solche Teilchengrößenverteilung besitzen; dass mindestens 80 Gew.% der Teilchen einen Kugeläquivalentdurchmesser von, weniger als 2 Mikrometer haben und nicht weniger als 8 Gew.% einen Kugeläquivaientdurchmesser von weniger als 0,25 Mikrometer, wobei die Teilchen einen Formfaktor von mindestens 45 besitzen.
Pigmenterzugnis nach Anspruch 1, wobei mindestens 12 Gew.% der Teilchen des Erzeugnisses einen Kugeläquivalentdurchmesser von weniger als 0,25 Mikrometer haben.
Pigmenterzeugnis nach Anspruch 1, wobei mindestens 84 Gew.% der Teilchen einen Kugeläquivalentdurchmesser von weniger als 2 Mikrometer und mindestens 60 Gew.% der Teilchen einen Kugeläquivalentdurchmesser von weniger als 1 Mikrometer haben.
Pigmenterzeugnis nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei 15 bis 30 Gew.% der Teilchen einen Kugeläquivalentdurchmesser von weniger als 0,25 Mikrometer haben.
Pigmenterzeugnis nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei mindestens 50 Gew.% der Teilchen einen Kugeläquivalentdurchmesser im Bereich von 0,75 bis 0,25 Mikrometer haben.
Pigmenterzeugnis nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch., wobei der mittlere Kugeläquivalentdurchmesser der Teilchen im Erzeugnis von 0,3 bis 0,8 Mikrometer ist.
Pigmenterzeugnis nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei der Formfaktor der Teilchen des Pigmenterzeugnisses mindestens 50 ist.
Pigmenterzeugnis nach Anspruch 7, wobei der Formfaktor der Teilchen 55 bis 65 ist.
Verfahren zur Herstellung eines Pigmenterzeugnisses nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: (a) Mischen eines rohen oder partiell prozessierten Kaolintons mit Wasser und Herstellen einer wässrigen Suspension; (b) Unterwerfen der im Schritt (a) hergestellten Suspension einem Reibmahlen mit Hilfe eines teilchenförmigen Mahlmediums durch ein Verfahren, bei dem der durchschnittliche Formfaktor des Kaolintons um mindestens 10 erhöht wird; (c) Abtrennen der im Schritt (b) gemahlenen Suspension von Kaolinton von dem teilchenförmigen Mahlmedium; und (d) Entwässern der Suspension von dem im Schritt (c) abgetrennten gemahlenen Kaolintons und Gewinnen eines Pigmentproduks daraus; wobei eine feine lagige Kaolinkomponente wahlfrei vermischt wird mit dem Material vor oder nach Schritt (d) und das Pigment-Endprodukt nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8 ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der im Schritt (a) eingesetzte Kaolinton ein sedimentierter Kaolinton ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der im Schritt (a) eingesetzte Kaolinton aus Teilchen besteht, die einen solchen Kugeläquivalentmesser besitzen, dass nicht mehr als 40 Gew.% einen Kugeläquivalentdurchmesser von mehr als 10 Mikrometer haben und nicht mehr als 50 Gew.% einen Kugeläquivalentdurchmesser von weniger als 2 Mikrometer.
Verfahren nach Anspruch 10 öder 11, wobei die Teilchen des Kaolintons im Schritt (a) einen Formfaktor von nicht mehr als 15 haben.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 9 bis 12, wobei das Verfahren mindestens einen weiteren Behandlungsschritt umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Verfahren zwischen den Schritten (a) und (b) einen weiteren Aufreinigungsschritt umfasst, umfassend eine Schaumflotation oder eine magnetische Trennung oder beides.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei der zusätzliche Behandlungsschritt eine flüssige Bearbeitung nach den Schritten (c) oder (d) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, 13, 14 oder 15, wobei das Verfahren im Schritt (b) vor dem Mahlen einen weiteren Zerkleinerungsschritt umfasst, so dass die Teilchen des rohen Kaolintons delaminiert werden.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der weitere Zerkleinerungsschritt ein nasses Mahlen in einer Suspension umfasst, die nicht mehr als 40 Gew.% Feststoff enthält, wobei das Nassmahlen erfolgt mit Hilfe eines teilchenförmigen Mahlmediums unter Bedingungen, bei denen in der Suspension keine substantielle Verwirbelung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, wobei die im weiteren Zerkleinerungsschritt eingebrachte Energie weniger als 75 kWh pro Tonne Kaolin, bezogen auf das Trockengewicht, beträgt.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 9 bis 18, wobei im Schritt (b) nach dem weiteren Zerkleinerungsschritt ein Mahlen unter Bedingungen erfolgt, bei denen in der behandelten wässrigen Lösung ein Wirbel entsteht.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei beim Mahlen nach dem weiteren Zerkleinerungsschritt die eingebrachte Energie zwischen 40 kWh und 120 kWh pro Tonne Kaolinton, bezogen auf das Trockengewicht, beträgt.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 9 bis 20, wobei 99 bis 50 Gewichtsteile Kaolinton zugesetzt werden mit 1 bis 50 Gewichtsteilen eines weiteren Kaolintons, dessen Formfaktor mindestens 15 ist und der mindestens 85 Gew.% Teilchen mit weniger als 2 Mikrometer und mindestens 20 Gew.% Teilchen mit weniger als 0,25 Mikrometer enthält.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei der weitere Kaolinton vor dem Schritt (b) zugesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei der weitere Kaolinton nach Schritt (c) oder Schritt (d) zugesetzt wird.
Beschichtungszusammensetzung zur Herstellung einer Glanzschicht auf Papier und anderen Substraten, wobei die Zusammensetzung umfasst eine wässrige Suspension eines teilchenförmigen Pigments zusammen mit einem hydrophilen Klebstoff, wobei das teilchenförmige Pigment ein Pigmentprodukt nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8 umfasst.
Zusammensetzung nach Anspruch 24, wobei der Klebstoff 4 bis 30 Prozent der Feststoffe in der Zusammensetzung, bezogen auf das Trockengewicht, ausmacht.
Zusammensetzung nach Anspruch 23 oder 24, wobei der Feststoffgehalt in der Zusammensetzung 60 bis 90 Gew.% der Zusammensetzung ist.
Zusammensetzung nach irgendeinem der Ansprüche 24 bis 26, wobei mindestens 80 Gew.% des teilchenförmigen Pigments der Zusammensetzung ein Pigmentprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 8 enthält.
Zusammensetzung nach irgendeinem der Ansprüche 24 bis 27, wobei der Klebstoff eine modifizierte oder eine nichtmodifizierte Stärke ist.
Zusammensetzung nach irgeneinem der Ansprüche 24 bis, 28, wobei der Klebstoff einen anderen Binder als Stärke aufweist.
Verwendung einer Beschichtungszusammensetzung nach irgendeinem der Ansprüche 24 bis 29 zur Herstellung einer Glanzschicht auf einer Papierbahn in dem die Zusammensetzung auf die Papierbahn aufgebracht wird und dann das beschichtete Papier kalandert wird.
Verfahren zur Herstellung eines Pigmenterzeugnisses nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Verfahren das Behandeln eines Kaolintons umfasst, wobei dessen Teilchenfeinheit und der Formfaktor erhöht werden, umfassend die Schritte: (a) Behandeln einer wässrigen Suspension des Tons in einem ersten Zerkleinerungsverfahren, so dass eine Delaminierung des Tons erreicht wird, wobei eine Energie von nicht mehr als 75 kWh pro Tonne Ton bezogen auf das Trockengewicht, eingebracht wird; (b) Behandeln des Tons nach dem Delaminieren im Schritt (a) mit einem zweiten Zerkleinerungsverfahren, wobei die Teilchen zerkleinert werden und bei dem eine Energie von 40 bis 120 kWh pro Tonne Ton, bezogen auf das Trockengewicht, eingebracht wird; wobei eine feine lagige Kaolinkomponente wahlfrei mit dem hergestellten Material vermischt wird und das Endprodukt nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8 ist.
Verfahren nach Anspruch 31, wobei Schritt (a) erfolgt in einer mittleren Mahlmühle, in der kein Wirbel entsteht, und Schritt (b) erfolgt in einer mittleren Mahlmühle, in der ein Wirbel vorliegt.
Verfahren nach Anspruch 31 oder 32, wobei Schritt (b) wie im Verfahren nach Anspruch 9 erfolgt.