BRPI0909800B1

BRPI0909800B1 - Uma composição de partícula de pigmento, seu método de fabricação e seu uso

Info

Publication number: BRPI0909800B1
Application number: BRPI0909800-3A
Authority: BR
Inventors: Mikko Maijala; Roope Maijala
Original assignee: Fp-Pigments Oy
Priority date: 2008-03-07
Filing date: 2009-03-09
Publication date: 2019-02-12
Also published as: JP2011517325A; ES2776892T3; AU2009221028A1; US10259945B2; FI20085213A0; KR101647391B1; ZA201007081B; MX2010009859A; CA2717820C; EP2268863B1; CN101970753A; KR20100136484A; US20110011305A1; WO2009109705A1; US20160215146A1; AU2009221028B2; EA020888B1; US9327992B2; EP2268863A1; CA2717820A1

Abstract

uma composição de partícula de pigmento, seu método de fabricação e seu uso uma composição de partícula de pigmento que compreende partículas de carbonato de cálcio e partículas de pigmento, seu método de fabricação e seu uso. de acordo com a presente invenção, as partículas de carbonato de cálcio são carbonatadas de modo que se ligam uma à outra, em cujo caso estruturas de carbonato de cálcio são geradas, que compreendem partículas de pigmento e que formam agregados de carbonato de cálcio-pigmento essencialmente opacos e estáveis. é possível fabricar a composição atomizando pasta de pigmento carregando hidróxido de cálcio em um gás carregando dióxido de carbono, em cujo caso o hidróxido de cálcio é carbonatado a fim de precipitar as partículas de hidróxido de cálcio para serem anexadas uma à outra e a carbonação é continuada até essencialmente todo o hidróxido de cálcio ter sido convertido em carbonato de cálcio. a composição é adequada para uso, entre outros, em tintas, materiais de revestimento, preenchimentos, polímeros e tintas de impressão.

Description

UMA COMPOSIÇÃO DE PARTÍCULA DE PIGMENTO, SEU MÉTODO DE FABRICAÇÃO E SEU USO

A presente invenção se refere a uma composição de partícula de pigmento, de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1.

Uma composição como esta geralmente compreende partículas de carbonato de cálcio e partículas de pigmento.

A presente invenção também se refere a um método, de acordo com o preâmbulo da reivindicação 22, de fabricação de uma composição de partícula de pigmento, e também a tinta, material de revestimento, material de preenchimento, polímero e composições de tinta de impressão, de acordo com os preâmbulos das reivindicações 40 - 44.

Por causa do seu alto índice de refração, o dióxido de titânio é usado como um pigmento branco de espalhamento de luz em tintas, tintas de impressão e muitas outras composições de revestimento, e também em materiais de preenchimento.

Dióxido de titânio é caro e difícil de reciclar. A fim de reduzir as quantidades requeridas, o dióxido de titânio é tipicamente misturado com extensores, mas é necessário manter as quantidades do extensor muito baixas, de outro modo as propriedades ópticas que são alcançadas com dióxido de titânio seriam perdidas, especialmente a opacidade alcançada, que é criticamente importante em particular para tintas e composições de revestimento, e para materiais de preenchimento, também.

É um objetivo da presente invenção eliminar as desvantagens associadas com a tecnologia conhecida e gerar composições de pigmento completamente novas, em que é

2/23 possível reduzir a quantidade do pigmento de espalhamento de luz, sem degradar as propriedades ópticas alcançadas, particularmente a opacidade.

A presente invenção é baseada na idéia de que uma casca que compreende partículas de carbonato de cálcio precipitadas é formada ao redor das partículas de pigmento, cuja casca pelo menos parcialmente envolve uma ou diversas

partículas de pigmento.	invenção,	as
Neste	caso, de acordo	com	a presente
partículas	de carbonato	de	cálcio	são	pelo menos
principalmente carbonatadas	de	modo que	se	ligam uma à
outra para	formar estruturas	de	carbonato	de	cálcio. Estas
estruturas	compreendem uma	ou	diversas	partículas,	mas
geralmente	somente uma ou duas partículas	de	pigmento,	que
juntas com	o carbonato de	cálcio formam	agregados	de
carbonato	de cálcio-pigmento	essencialmente opacos	e

estáveis.

É possível fabricar tais composições, por exemplo,

- atomizando uma pasta aquosa carregando hidróxido de cálcio que compreende partículas de pigmento em um gás carregando dióxido de carbono, a fim de carbonatar o hidróxido de cálcio;

- escolhendo a quantidade do hidróxido de cálcio na pasta aquosa de tal modo que a porcentagem de carbonato de cálcio na composição de pigmento é equivalente a uma porcentagem de peso pré-definida;

- carbonatando o hidróxido de cálcio a fim de carbonatar as partículas de carbonato de cálcio para serem anexadas uma à outra; e

- continuando a carbonação até essencialmente todo o hidróxido de cálcio ter sido

3/23 convertido em carbonato de cálcio.

É possível usar a composição de acordo com a presente invenção como um pigmento em tintas, em composições de material de revestimento em papel ou cartolina, em composições de material de preenchimento em papel ou cartolina, em plásticos ou em tintas de impressão.

Mais especificamente, a composição de acordo com a presente invenção é principalmente caracterizada pelo que é declarado na parte caracterizante da reivindicação 1.

O método de acordo com a presente invenção é, por sua vez, caracterizado pelo que é declarado na parte caracterizante da reivindicação 22, e a tinta, material de revestimento, material de preenchimento, polímero e composições de tinta de impressão de acordo com a presente invenção pelo que é declarado nas partes caracterizantes das reivindicações 40 - 44.

O uso de acordo com a presente invenção é caracterizado pelo que é declarado na reivindicação 47.

Vantagens consideráveis podem ser alcançadas com a presente invenção. Assim, uma excelente opacidade é alcançada por meio desta composição de pigmento, e também é possível usá-la como um substituto para mais de 50% em peso do pigmento branco do dióxido de titânio em, por exemplo, uma composição de tinta.

Descobriu-se que quando as partículas de pigmento são dióxido de titânio, a opacidade que pode ser alcançada pela aplicação da modificação de carbonato de cálcio é, já em proporções de peso de 10:90 ... 30:70 entre dióxido de titânio e carbonato de cálcio, pelo menos proximamente tão bom quanto com 100% de dióxido de titânio, em uma aplicação onde parte ou todo o dióxido de titânio é substituído por

4/23 carbonato de cálcio.

As excelentes propriedades das composições de acordo com a presente invenção são principalmente um resultado do fato de que as partículas de pigmento são separadas uma da outra pelas estruturas de carbonato de cálcio de tal modo que a distância entre elas é pelo menos aproximadamente 60 nm, preferivelmente pelo menos aproximadamente 100 nm, mais adequadamente pelo menos aproximadamente 120 nm.

Por causa do preço do carbonato de cálcio ser substancialmente menor do que de dióxido de titânio ou que de muitas outras partículas de pigmento de espalhamento de luz, a presente invenção oferece uma significante redução em custos com pigmento.

Com particular relação com dióxido de titânio, é importante notar que o mercado de pigmentos de cobertura brancos não existe real substituto para ele (isto é, dióxido de titânio) Contudo, o inconveniente com dióxido de titânio é sua tendência a aglomerar, em cujo caso seu poder de espalhamento de luz cai significantemente. Outra vantagem da presente invenção é que agora foi descoberto uma maneira de eficientemente utilizar o alto índice de refração (índice de espalhamento de luz) de titânio. Na fabricação da casca de acordo com a presente invenção é possível usar materiais muito econômicos, a saber, óxido de cálcio/hidróxido de cálcio e dióxido de carbono para substituir pelo caro dióxido de titânio.

Outro problema associado com dióxido de titânio em aplicações de papel e cartolina é que sua qualidade de retenção é freqüentemente baixa, cuja característica é melhorada usando o produto de acordo com a presente invenção, por causa deste produto ter um maior tamanho de

5/23 partícula e uma menor densidade que dióxido de titânio. Partículas maiores e mais leves são mais prontamente retidas na rede de fibra, e não são removidas juntamente com a água (retenção mecânica).

O método de fabricação é simples e industrialmente útil: é muito rápido, e sendo um processo de carbonação é muito eficiente. A geração da casca de carbonato ocorre insitu, em cujo caso uma fabricação separada de PCC não é necessária.

O método pode ser aplicado em uma escala industrial. De acordo com uma modalidade preferida da presente invenção, a fabricação de uma composição de pigmento é levada a cabo continuamente.

No seguinte, a presente invenção é examinada com mais atenção com a ajuda da explicação detalhada e os desenhos anexos, onde

As figuras la e lb são imagens de microscopia eletrônica de uma composição de partícula de pigmentocarbonato de cálcio fabricada de acordo com a presente invenção;

A figura 2 mostra esquematicamente, como um exemplo, uma seção transversal vertical de um dos reatores de precipitação de acordo com a presente invenção;

A figura 3 mostra esquematicamente, como um exemplo, uma seção transversal horizontal de um atomizador que é instalado no reator de precipitação de acordo com a figura 2;

A figura 4 mostra esquematicamente, como um exemplo, uma seção transversal vertical do segundo reator de precipitação de acordo com a presente invenção;

A figura 5 mostra esquematicamente, como um exemplo,

6/23 um atomizador do reator de precipitação de acordo com a figura 4; e

A figura 6 mostra esquematicamente, como um exemplo, uma seção transversal vertical do grupo dos reatores de precipitação de acordo com a presente invenção.

As figuras la e lb mostram imagens de microscopia eletrônica de um produto de pigmento-carbonato de cálcio, que é fabricado de acordo com a presente invenção e que compreende partículas de dióxido de titânio envolvidas pelas partículas de carbonato de cálcio. O carbonato de cálcio compreende partículas que são fabricadas a partir de hidróxido de cálcio por um processo de carbonação (isto é, carbonato de cálcio precipitado, CCP). As figuras la e lb ilustram como, de acordo com uma modalidade da presente invenção, as partículas de carbonato de cálcio são tipicamente carbonatadas a fim de anexá-las uma à outra de tal modo que formem uma casca que pelo menos parcialmente envolve a dita, pelo menos uma, partícula de pigmento. Com base em análises, a espessura da casca é em média pelo menos aproximadamente 30 nm, especialmente pelo menos aproximadamente 50 nm, o mais adequado aproximadamente 60500 nm.

Com base nas imagens, as partículas de carbonato de cálcio são principalmente de forma não esférica. Tipicamente, sua forma externa é pelo menos principalmente rômbica ou romboédrica.

As partículas são cristalinas e sua forma de cristal é principalmente calcita ou - a um grau menor - aragonita.

As figuras la e lb mostram que as partículas de carbonato de cálcio formam uma estrutura de carbonato de cálcio polinuclear, à qual uma partícula de pigmento é

7/23 anexada. Testes mostraram que as partículas de carbonato de cálcio e as partículas de pigmento, que em sua imagem são partículas de dióxido de titânio, são fortemente anexadas uma à outra. A maioria das partículas de carbonato de cálcio (isto é, mais de 50%, tipicamente mais ainda de 90 ou 95%) permanecem anexadas aos cristais de carbonato de cálcio tanto na composição seca de pigmento como na pasta aquosa da composição de pigmento.

O atributo de estável, que é usado para o agregado de pigmento-carbonato de cálcio, significa que uma porcentagem considerável (pelo menos aproximadamente 50% em peso, especialmente aproximadamente 75% em peso, mais adequadamente pelo menos aproximadamente 90% em peso) das partículas de pigmento que são parte do agregado permanecem anexadas às partículas de carbonato de cálcio mesmo embora o agregado de pigmento-carbonato de cálcios estejam dispersos em água e então secos ou - vice versa - mesmo embora são secos a forma de pó e então dispersos em água.

Opacidade significa que a agregação de pigmentocarbonato de cálcio dá, como um pigmento, uma boa opacidade àquele agente intermediário em que é misturado quando substituindo por parte ou todo do pigmento, na modalidade. Tipicamente, esta opacidade é da mesma magnitude (com um intervalo de variação de aproximadamente 10%) como o pigmento associado. Uma excelente opacidade é principalmente um resultado do fato acima mencionado, isto é, que é possível manter as partículas de pigmento, que são cobertas com as cascas, em tal distância de cada uma que produz uma ótima opacidade, e que a retenção de aquelas partículas é boa e são distribuídas uniformemente no agente intermediário.

8/23

A casca que é formada das partículas de carbonato de cálcio envolve, parcialmente ou totalmente, aproximadamente 1-20, especialmente aproximadamente 1-10, preferivelmente 1-3 partículas de pigmento. Na figura é difícil de distinguir as partículas individuais de dióxido de titânio do carbonato de cálcio porque as primeiras são completamente envolvidas pelas últimas.

A estrutura de carbonato de cálcio é formada de partículas de carbonato de cálcio, cujo tamanho original, antes de serem carbonatadas a fim de anexá-las às outras partículas, é em média aproximadamente 20-250 nm. Quando as partículas de carbonato de cálcio coalescem, formam uma superfície essencialmente contínua.

A razão de peso entre as partículas de pigmento e as partículas de carbonato de cálcio é aproximadamente 90:10...5:95, preferivelmente aproximadamente 60:40...5:95, e especialmente aproximadamente 40:60...10:90. A composição de acordo com as figuras la e lb representa um caso em que a quantidade de dióxido de titânio é em média aproximadamente 18% em peso e a quantidade de carbonato de cálcio é em média aproximadamente 82% em peso da quantidade total do pigmento e carbonato de cálcio.

Na fabricação, a razão de peso entre o pigmento de espalhamento de luz e o carbonato de cálcio é ajustada à desejada razão escolhendo as quantidades do hidróxido de cálcio e carbonato de cálcio na pasta aquosa para serem carbonatadas de tal modo que a porcentagem de carbonato de cálcio na composição final de pigmento corresponde a uma porcentagem de peso pré-definida.

As composições de pigmento podem compreender, além das partículas de pigmento e as partículas de carbonato de

9/23 cálcio, também outros elementos, tais como dispersantes, agentes de modificação de superfície e agentes estabilizantes ou misturas dos mesmos. Contudo, a quantidade total destas é no máximo aproximadamente 20% em peso do peso total da composição, tipicamente abaixo de 10%.

A composição de acordo com a presente invenção é tipicamente fabricada

- atomizando uma pasta aquosa carregando hidróxido de cálcio que compreende partículas de pigmento em um gás carregando dióxido de carbono, a fim de carbonatar o hidróxido de cálcio para gerar carbonato de cálcio, e por sua vez gerar uma composição de pigmento, e

- escolhendo a quantidade do hidróxido de cálcio na pasta aquosa de tal modo que a porcentagem do carbonato de cálcio na composição de pigmento corresponde a uma porcentagem de peso pré-definida.

Neste método, partículas de carbonato de cálcio são precipitadas a partir de hidróxido de cálcio e dióxido de carbono de tal modo que as partículas de carbonato de cálcio se aderem à superfície de partículas de pigmento e são carbonatadas a fim de anexá-las às outras partículas de carbonato de cálcio, em cujo caso agregados de carbonato de cálcio-pigmento essencialmente opacos e estáveis são formados, que são pelo menos parcialmente cobertos com partículas de carbonato de cálcio.

Preferivelmente, a pasta aquosa carregando hidróxido de cálcio que compreende partículas de dióxido de titânio é pelo menos essencialmente livre de fibra, em cujo caso todo o hidróxido de cálcio para ser precipitado está disponível

10/23 para o revestimento das partículas de pigmento.

O método torna possível ajustar a razão de peso entre as partículas de pigmento e o carbonato de cálcio à desejada razão escolhendo as quantidades do hidróxido de cálcio e o carbonato de cálcio na pasta aquosa de tal modo que a porcentagem do carbonato de cálcio na composição final de pigmento corresponde a uma porcentagem de peso pré-definida.

Tipicamente, a pasta aquosa carregando hidróxido de cálcio que compreende partículas de pigmento é conduzida através de uma zona de mistura de alta energia, em cuja zona a pasta aquosa é quebrada em gotas ou mesmo em nuvem de gotas, e então gotejada em um gás carregando dióxido de carbono. A carbonação é continuada até essencialmente todo o hidróxido de cálcio ter sido transformado em carbonato de cálcio.

As figuras la e lb mostram composições de carbonato de cálcio que compreendem dióxido de titânio. A forma cristalina do dióxido de titânio, por sua vez, pode ser rutílio ou anatásio. Contudo, a solução de acordo com a presente invenção é também adequada para outros pigmentos de absorção e/ou espalhamento de luz, tais como hidróxido de alumínio, sulfato de bário, caulim, gesso, carbonato de cálcio natural ou precipitado, giz ou misturas dos mesmos, e também para materiais de pigmento orgânico, tais como pigmentos plásticos e negro de fumo de fornalha e misturas dos mesmos.

No método de acordo com a presente invenção, a pasta aquosa carregando hidróxido de cálcio que compreende partículas de pigmento é gotejada em um gás carregando dióxido de carbono a fim de carbonatar o hidróxido de

11/23 cálcio com o propósito de formar uma composição de pigmento que compreende carbonato de cálcio. O método é preferivelmente levado a cabo em um excesso de dióxido de carbono, em cujo caso a formação de carbonato de cálcio é limitada somente pela quantidade do hidróxido de cálcio que é alimentada no sistema. Nestas condições, a carbonação é tipicamente continuada até o valor de pH da pasta de pigmento estar essencialmente neutro. Não é necessário adicionar qualquer ácido.

O processamento juntamente com o equipamento de processo são descritos abaixo em detalhe com a ajuda das figuras 2-6. Em geral, pode ser visto que é vantajoso levar a cabo a carbonação em diversos estágios. Neste caso, a pasta aquosa, que é gerada pela atomização da pasta aquosa carregando hidróxido de cálcio em gás dióxido de carbono em conjunto com a carbonação, é recuperada e é mais adequadamente trazida à carbonação adicional.

De acordo com uma modalidade, a pasta aquosa é carbonatada adicionalmente atomizando uma vez mais em gás dióxido de carbono. Em outra modalidade, é carbonatada adicionalmente borbulhando gás dióxido de carbono na pasta.

Tipicamente, a carbonação é levada a cabo continuamente de tal modo que a pasta aquosa sofre pelo menos uma atomização. A pasta aquosa que espalha a luz e que contém hidróxido de cálcio, e que compreende partículas de pigmento, é então conduzida através de uma zona de mistura de alta energia, em cuja zona a pasta aquosa é quebrada em gotas ou mesmo em nuvem de gotas, e então gotejada em um gás carregando dióxido de carbono. Se necessário, dispersantes, agentes de modificação de superfície ou agentes estabilizantes ou misturas dos mesmos

12/23 são adicionados à composição de pigmento para ser fabricada durante ou após a fabricação.

Essencialmente, toda a pasta aquosa carregando hidróxido de cálcio pode ser adicionada à carbonação juntas com as partículas de pigmento. Contudo, é também possível introduzir a pasta aquosa carregando hidróxido de cálcio na carbonação gradualmente e em diversas bateladas, em cujo caso mais adequadamente pelo menos parte da pasta aquosa carregando hidróxido de cálcio está livre de pigmentos quando é alimentada na carbonação.

De acordo com uma modalidade, o pigmento é adicionado pouco a pouco e possivelmente separado do hidróxido de cálcio.

O método é tipicamente levado a cabo em temperaturas de aproximadamente 30 - 100²C, especialmente aproximadamente 50 - 80 ²C.

No seguinte, as aplicações mostradas nos desenhos serão examinadas com mais atenção.

A figura 2 mostra um reator de precipitação de trabalho contínuo (10), de acordo com a presente invenção, cujo reator compreende um recipiente de precipitação (12), um atomizador (14) instalado no recipiente de precipitação, um cano de alimentação (16) para a pasta aquosa carregando hidróxido de cálcio que compreende partículas de dióxido de titânio, um cano de entrada (18) para o gás de precipitação, e um cano de descarga (20) para a composição de pigmento tratada. Além disso, o equipamento compreende

um acionador (22	) , incluindo a	montagem de	selagem	e
sustentação (24)	que fica	entre	o acionador	(22) e	o
atomizador (14).
0 atomizador	(14), cuja	seção	horizontal é	mostrada	na

13/23 figura 3, é um misturador de fluxo direto que tem 6 anéis coaxiais 26, 26', 26'', 28', 28', 28'', equipado com pás 26a, 26'a, 26''a, 28a, 28'a, 28''a. Neste dispositivo (14), a pasta aquosa carregando hidróxido de cálcio que compreende partículas de dióxido de titânio é gotejada para formar pequenas partículas, gotas líquidas e/ou partículas de sólidos. O tempo de contato no atomizador é curto, < 10 segundos, tipicamente < 2 segundos, o mais tipicamente mesmo menor que 1 segundo.

Como as flechas na figura 3 indicam, um conjunto de anéis, 26, 26', 26'', do atomizador funciona como rotores que, no caso da figura 3, rotacionam em sentido antihorário. O outro conjunto de anéis, 28, 28', 28'', colocado alternadamente entre os anéis no primeiro conjunto, também funciona como rotores; contudo, rotacionam no sentido horário neste caso. As pás 26a, 26a', 26a'' e 28a, 28a', 28a'', que são montadas em ambos os conjuntos de anéis, encontram a composição de pigmento passando externamente e radialmente através do dispositivo, resultando na composição sendo exposta a impactos recorrentes e impactos duplos. É também possível gotejar a pasta aquosa carregando hidróxido de cálcio que compreende partículas de pigmento, usando equipamento tendo anéis fixos, isto é, estatores, entre cada conjunto de anéis de rotação em sentido horário e também entre cada conjunto de anéis de rotação em sentido anti-horário.

A pasta aquosa carregando hidróxido de cálcio que compreende partículas de dióxido de titânio é alimentada através de um cano (16) ao centro (30) do atomizador, de onde passa, como um resultado do movimento das pás dos rotores e a diferença em pressão criada entre o centro e a

14/23 periferia do dispositivo, radialmente externamente, em direção à borda externa aberta (32) do anel exterior (28^,z). Esta pasta aquosa pode ser alimentada no dispositivo (14) em entre os anéis também, quando necessário. Se desejado, é também possível alimentar as partículas de dióxido de titânio e a pasta aquosa carregando hidróxido de cálcio no atomizador (14) através de canos separados, em cujo caso a formação da pasta aquosa carregando hidróxido de cálcio que compreende partículas de dióxido de titânio ocorre não antes do que este ponto.

Os impactos e impactos duplos, as forças de cisalhamento, a turbulência e os pulsos de ambos sob pressão e pressão em excesso que são gerados pelo movimento das pás de rotor rotacionando em direções opostas, gotejam a pasta aquosa carregando hidróxido de cálcio que compreende partículas de dióxido de titânio em frações finas, gotas líquidas e partículas de sólidos. É também possível gerar o mesmo efeito usando rotores que rotacionam na mesma direção, mas em velocidades enormemente diferentes, ou usando uma combinação rotor-estator.

Na solução, de acordo com a presente invenção, mostrada nas figuras 2 e 3, o gás de precipitação é direcionado através do cano (18) ao centro (30) dos anéis

do atomizador	Deste	centro,	o	gás	flui	radialmente
externamente	gerando,	tanto	no	atomizador	como no
recipiente de	precipitação (12)	ao	redor	deste	, um espaço

gasoso (34) compreendendo o gás de precipitação. O gás é descarregado através do cano (21) localizado na seção superior do reator de precipitação. Se desejado, é possível alimentar o gás de precipitação aos anéis e/ou em entre os anéis do atomizador, também. As reações de precipitação

15/23 podem já começar no espaço gasoso do atomizador.

Quando tratada no atomizador (14), a pasta aquosa carregando hidróxido de cálcio que compreende partículas de dióxido de titânio gera partículas e gotas finas, que são dispersas do dispositivo (14) na seção circundante (34') do espaço gasoso. As partículas e gotas finas são forçosamente ejetadas do atomizador, principalmente da sua área de anel exterior, como um fluxo nebuloso (36). Em podem continuar por um tempo relativamente longo enquanto as partículas e gotas finas dispersam amplamente no recipiente de

A composição de fibra tratada descende no grupo no fundo do recipiente de precipitação, descarregado do recipiente através de um cano (20).

Tamanho, forma, largura e recipiente de altura adequados precipitação (12) podem ser selecionados do para assegurar que as gotas e partículas, que são ejetadas do atomizador, permaneçam no espaço gasoso (34') do recipiente de precipitação por um ótimo tempo de contato. Por exemplo, aumentando a altura do recipiente de precipitação (12), fazendo-o semelhante a torre, aumenta o tempo de contato da ser regulados ajustando, por exemplo, distância entre os anéis, a distância anel, e a dimensão e posição das pás, o número de anéis, a entre as pás em cada no atomizador.

A composição de pigmento que é descarregada através do fundo do recipiente de precipitação (12) pode ser recirculada de volta ao mesmo reator de precipitação, ou ser alimentada a outro reator, para terminar o tratamento.

As figuras 4 e 5, que ilustram outro reator de

16/23 precipitação de acordo com a presente invenção com seu atomizador, usam os mesmos números de referência como apresentado nas figuras 1 e 2, quando aplicável. De acordo com a invenção, outro reator de precipitação (10) , apresentado na figura 4, difere do dispositivo apresentado nas figuras 2 e 3 principalmente err. que o reator compreende um atomizador (14) equipado com um anel exterior fechado, e em que o reator de precipitação não inclui uma área de precipitação separada se estendendo além do atomizador. A solução apresentada nas figuras 4 e 5 é adequada para ser usada, por exemplo, quando as reações de precipitação são assumidas para serem completadas da maneira desejada já no espaço gasoso do atomizador.

No atomizador apresentado nas figuras 4 e 5, o anel mais exterior (28') é cercado por um alojamento (40) que sela o anel. O alojamento compreende uma abertura de descarga (42) para descarregar a composição de fibra tratada do dispositivo (14) . A composição de fibra tratada pode ser direcionada de um cano para processamento. Como da abertura de descarga (42) através posterior tratamento ou posterior mostrado na figura 4, o material descarregado do reator de precipitação pode também ser re circulado de volta ao mesmo reator ou direcionado a outro reator, para acabar a carbonação.

Dois ou mais de ambos os tipos de reatores de precipitação apresentados nas figuras 2 e podem ser dispostos em uma série sequencial. A figura ilustra um grupo de três reatores de precipitação dispostos em uma série sequencial. O primeiro reator é do tipo apresentado na figura 4 e os próximos dois reatores são do tipo apresentado na figura 2. Quando aplicável, os números de

17/23 referência são os mesmos como nos diagramas anteriores.

A figura 6 ilustra três reatores de precipitação 10, 10' e 10'', onde a pasta aquosa carregando hidróxido de cálcio que compreende partículas de dióxido de titânio é tratada com gás CO₂ para carbonatar íons Ca²⁺, isto é, para precipitar CaCCh · A pasta aquosa carregando hidróxido de cálcio que compreende partículas de dióxido de titânio é direcionada através de um cano na parte superior no primeiro reator de precipitação (10) , em que o gás carregando dióxido de carbono, também, é direcionado via um cano (18). A composição de pigmento parcialmente carbonatada é direcionada via o tanque de quebra (48) no segundo reator de precipitação (10') .

Na pasta aquosa para ser tratada, hidróxido de cálcio que é para ser precipitado pode ser adicionado através do cano também, após o primeiro reator de precipitação.

Do tanque de quebra (48) , pasta aquosa parcialmente tratada, que compreende composição de pigmento e hidróxido de cálcio não precipitado, direcionada através do cano de descarga ao cano de alimentação (16) do segundo reator (10'), e é depois disso direcionada via o fundo ao atomizador (14) do segundo reator de precipitação.

(18'), tipicamente dióxido de carbono, é direcionado junto com a composição de pigmento ao dispositivo (14). Correspondentemente, a composição de pigmento que foi tratada no segundo reator (10') e a pasta aquosa que compreende hidróxido de cálcio não precipitado são direcionadas através do cano de descarga (20') ao cano de alimentação (16') do terceiro reator (10''). Do fundo do terceiro reator (10''), principalmente

18/23 composição de pigmento previamente tratada, em que a razão de peso entre o dióxido de titânio e o carbonato de cálcio é pré-determinada, é removida por meio de um cano (20'').

É possível adicionar hidróxido de cálcio ou carbonato de cálcio em qualquer estágio do processo, após o término da composição de pigmento no último reator. 0 tamanho médio das partículas ligadas de carbonato de cálcio pode ser afetado por adições de hidróxido de cálcio. Dióxido de titânio, também, pode ser adicionado em qualquer estágio do processo, antes do término da composição de pigmento no último reator, a fim de alcançar uma razão desejada de peso entre o dióxido de titânio e o carbonato de cálcio.

Gás carregando dióxido de carbono é levado a cada reator através dos canos 18, 18', 18''. Gás carregando dióxido de carbono é alimentado através do cano de alimentação 18 ao primeiro reator 10, que induz a precipitação (carbonização). As partículas de carbonato de cálcio que são gerados precipitam nas partículas de dióxido de titânio e, a algum grau, as partículas de carbonato de cálcio precipitam uma sobre a outra, também. É possível direcionar o mesmo ou outro gás carregando dióxido de carbono ao segundo e ao terceiro reatores de precipitação 10', 10'' através de canos 18', 18'' a fim de completar as reações de precipitação (carbonização). Gás é removido dos reatores através de canos de descarga 21, 21', 21''.

Tipicamente o gás para ser removido compreende vapor e dióxido de carbono. O gás é direcionado para tratamento em um dispositivo de resfriamento e lavagem de gás (54) . No dispositivo (54), o gás tratado carregando dióxido de

19/23 carbono é re-circulado de volta aos reatores de precipitação .

aplicações em que pigmentos tradicionais tais como dióxido exemplos:

pigmento usados hoje em

Composições e ligante, dia. Para de tinta materiais mencionar alguns que de compreendem fabricação convencionais e aditivos usados em tintas

Composições de material de revestimento que compreendem pigmento fabricação materiais de compreendem ligante, e materiais de convencionais revestimento

Composições pigmento, e convencionais e aditivos preenchimento de aditivos usados em preenchimento materiais usados em

Composições de polímero polímero termoplástico, em que possivelmente materiais de fabricação aditivos usados em composição misturados, compreendem ligante e materiais composições

Em todos de que de fabricação composições de que compreendem pigmento e convencionais e polímero, são

Composições de tinta pigmento misturado em possivelmente pigmento de uma de impressão que fase líquida, cor e outros de fabricação e aditivos estes, pelo menos 1% em adequadamente pelo menos 5% em peso, aproximadamente 20% em peso do pigmento agregado de pigmento-carbonato de cálcio usados em peso, mais especialmente compreende um de acordo com

20/23 qualquer das aplicações descritas acima.

Os seguintes exemplos não limitativos ilustram a presente invenção.

Exemplo 1

Fabricação de uma composição de partícula de pigmento

Matérias-primas usadas nos testes

1. Pasta aquosa de Ca(OH)₂, cujo conteúdo de matéria seca era aproximadamente 17%, T = 60^aC

2. Dióxido de titânio comercial elutriado em aproximadamente 50% de matéria seca, T = 20^aC

3. Gás carregando CO₂, T = 20^aC.

Com o método de acordo com a presente invenção, uma composição de partícula de pigmento foi preparada alimentando uma quantidade necessária de pasta de Ca(OH)₂ e uma pasta de dióxido de titânio em um grupo de reatores de precipitação, mostrado na figura 6, com o propósito de gerar uma razão de massa de dióxido de titânio/CCP de 30/70 após a precipitação. Um excesso de gás carregando dióxido de carbono, também, foi alimentado nos reatores de precipitação. A pasta aquosa carregando hidróxido de cálcio e titânio que compreende partículas de dióxido de titânio foi quebrada em pequenas gotas no gás carregando dióxido de carbono direcionando a pasta através de uma zona de mistura de alta energia.

A composição de pigmento parcialmente tratada foi bombeada do primeiro reator de precipitação no segundo reator de precipitação e, além disso, deste no terceiro reator de precipitação, a partir da qual uma composição de partícula de pigmento de acordo com a presente invenção foi obtida, tendo uma porcentagem de matéria seca de 24% e em

21/23 uma temperatura de 65^aC. O pH da composição de pigmento após o terceiro reator de precipitação foi 6,9, isto é, essencialmente todo o Ca(OH)₂ foi precipitado em carbonato de cálcio. A porcentagem de carbonato de cálcio da composição de pigmento foi determinada por titulação. O resultado foi 69,9%, como desejado.

Exemplo 2

Com o método de acordo com a presente invenção, uma composição de pigmento foi preparada em que a razão de massa entre o dióxido de titânio e o carbonato de cálcio foi 18/82. O conteúdo de matéria seca da composição foi aumentado a 60% e um dispersante foi adicionado neste, obtendo através disso uma pasta de pigmento muito fluida. Com este produto, um primer completamente combinado e muito preenchido (PVC > 7 0%) foi preparado de tal modo que nenhum outro componente foi mudado, exceto que 50 partes por peso do dióxido de titânio foram substituídas por uma quantidade equivalente da composição de pigmento de acordo com a presente invenção (calculado como seco por seco).

Dióxido de titânio contava por 8,0% em peso da tinta de referência.

O ponto de teste compreendeu 4,0% em peso de dióxido de titânio e 4,0% em peso da composição de pigmento de acordo com a presente invenção. Os poderes de cobertura das tintas preparadas desta maneira foram medidas, e os seguintes resultados foram obtidos:

Referência

Ponto de teste

96,3%

96,2%

22/23

Exemplo 3

Água foi removida da composição de pigmento de acordo com o exemplo 1 usando uma centrífuga, e um dispersante foi adicionado obtendo através disso uma pasta de pigmento muito fluida, cujo conteúdo de matéria seca foi 60%. Este produto foi usado para substituir por dióxido de titânio, que é usado para revestir cartolina, de tal modo que nenhum outro componente da pasta de revestimento foi afetado. A pasta de referência compreendeu 4 partes de dióxido de titânio e 96 partes de carbonato de cálcio natural. No ponto de teste 1, metade do dióxido de titânio e no ponto de teste 2, todo o dióxido de titânio foi substituído pela composição de pigmento de acordo com a presente invenção. A pasta foi aplicada na cartolina de 12 g/m². A camada de revestimento foi removida da cartolina final por dissolução e a opacidade da cartolina foi então medida. Os seguintes resultados foram obtidos:

Referência

78,4%

Ponto de teste 1

78,3%

Ponto de teste 2

78,6%

Exemplo 4

O dióxido de titânio que é usado como um preenchimento em papel foi substituído por uma composição de pigmento de acordo com a presente invenção de tal modo que nenhum outro componente que é usado em produção papel foi modificado. Como uma segunda referência, algum papel foi preparado usando uma mistura de dióxido de titânio e CCP comercial escalenohédrico como preenchimentos, a razão sendo a mesma como entre o dióxido de titânio e carbonato de cálcio no produto de acordo com a presente invenção, isto é, 30/70. A

23/23 gramatura do papel foi 60 g/m² e a porcentagem de preenchimento 10%. A opacidade de uma folha de papel

preparada desta maneira resultados foram obtidos:	foi	medida,	e os seguintes
5 Referência 1	85,5%
Referência 2	83,8%
Ponto de teste 1	85,7%
A presente invenção	não	é para	ser restrita às

explicações e exemplos acima. Ao invés disso, pretende-se 10 que a presente invenção seja amplamente aplicada dentro dos limites determinados nas reivindicações apresentadas abaixo.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Composição de partícula de pigmento que compreende partículas de carbonato de cálcio e partículas de pigmento, e opcionalmente outros componentes, tais como dispersantes, agentes modificadores de superfície e agentes estabilizantes ou misturas destes, caracterizada por pelo menos parte das partículas de carbonato de cálcio serem carbonatadas de modo que se liguem uma à outra para formar estruturas de carbonato de cálcio que compreendem pelo menos uma partícula de pigmento, em que as partículas de carbonato de cálcio estão na forma cristalina de calcita ou aragonita e estão na forma externa rômbica ou romboédrica, e cujas estruturas de carbonato de cálcio, juntas com as partículas de pigmento, formam agregados de carbonato de cálcio-pigmento opacos e estáveis, as partículas de carbonato de cálcio, que são carbonatadas de modo que se ligam uma à outra, formando uma casca, que pelo menos parcialmente envolve a dita, pelo menos uma, partícula de pigmento, em que a razão entre partículas de pigmento e partículas de carbonato de cálcio é de 60:40 a 10:90 e em que mais de 50%, em peso, de partículas de pigmento que são parte do agregado permanecem anexadas às partículas de carbonato de cálcio, quando a dita composição de partículas de pigmento é dispersa em água e seca.
2. Composição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelas partículas de carbonato de cálcio formarem uma estrutura de carbonato de cálcio polinuclear, à qual uma partícula de pigmento é anexada.
3. Composição, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 2, caracterizada pelos cristais de

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2/1 carbonato de cálcio serem anexados a pelo menos a maioria, a mais de 95% das partículas de pigmento, de tal modo que na maioria de casos, e em mais de 95% de casos, das partículas de pigmento, os cristais de carbonato de cálcio permanecem anexados, tanto na composição seca de pigmento como na pasta aquosa da composição de pigmento.
4. Composição, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pela casca formada das partículas de carbonato de cálcio envolver, parcialmente ou totalmente, de 1 a 20 partículas de pigmento.
5. Composição, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pela estrutura de carbonato de cálcio ser formada de partículas de carbonato de cálcio, cujo tamanho médio é 20 a 250 nm.
6. Composição, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelos pigmentos serem pigmentos de absorção e/ou espalhamento de luz.
7. Composição, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelas partículas de pigmento serem óxido de titânio e pela opacidade que pode ser alcançada usando esta composição ser, já em proporções de peso, de 10:90 a 30:70 entre dióxido de titânio e carbonato de cálcio, pelo menos quase tão bom quanto com 100% de dióxido de titânio, na aplicação onde parte ou todo o dióxido de titânio é substituído por carbonato de cálcio.
8. Composição, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada pelas partículas de pigmento serem separadas uma da outra pelas estruturas de carbonato de cálcio de tal modo que a distância entre elas seja, em média, pelo menos 60 nm.
9. Composição, de acordo com qualquer uma das

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3/7 reivindicações 1 a 8, caracterizada pela espessura da casca formada pelas estruturas de carbonato de cálcio ser em média pelo menos 30 nm.
10. Método de fabricação da composição, conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 9, de acordo com cujo método as partículas de pigmento são combinadas com as partículas de carbonato de cálcio, caracterizado por:

- a pasta aquosa carregando hidróxido de cálcio que compreende partículas de pigmento, e opcionalmente dispersantes, agentes de modificação de superfície ou agentes estabilizantes ou misturas destes ser atomizada em gás carregando dióxido de cálcio a fim de carbonatar o hidróxido de cálcio, e por sua vez gerar uma composição de pigmento que compreende carbonato de cálcio,

- a quantidade de hidróxido de cálcio na pasta aquosa ser escolhida de tal modo que a porcentagem de carbonato de

cálcio na composição de pigmento é equivalente a uma porcentagem de peso pré -definida, e o hidróxido de cálcio ser carbonatado a fim de precipitar as partículas de carbonato de cálcio que são para serem anexadas umas às outras, e a carbonatação ser continuada até todo o hidróxido de cálcio ter sido convertido ι em carbonato de cálcio. 11. Método, de acordo com a reivindicação 10,

caracterizado por ser realizado em um excesso de dióxido de carbono e a carbonatação ser continuada até o valor de pH da pasta de pigmento ser neutro.

12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 e 11, caracterizado pela carbonatação ser realizada em diversos estágios, por exemplo a pasta aquosa,

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4/7 que é um resultado da atomização da pasta aquosa carregando hidróxido de cálcio em gás dióxido de carbono e também o resultado da carbonatação, ser recuperada e levada a carbonatação adicional.

13. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 12, caracterizado pela carbonatação ser realizada continuamente de tal modo que a pasta aquosa se j a gotejada pelo meno s uma vez. 14. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 13, caracterizado por toda pasta aquosa carregando hidróxido de cálcio ser adicionada à carbonatação junto com as partículas ( de pigmento. 15. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 14 , caracterizado pela pasta aquosa

carregando hidróxido de cálcio ser adicionada à carbonatação em estágios, pelo menos parte da pasta aquosa carregando hidróxido de cálcio sendo livre de pigmentos quando é alimentada na carbonatação.

16. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pela razão de peso entre o pigmento de espalhamento de luz e o carbonato de cálcio ser ajustada à razão desejada escolhendo as quantidades de hidróxido de cálcio e carbonato de cálcio na pasta aquosa da carbonatação de tal modo que a porcentagem de carbonato de cálcio na composição final de pigmento corresponda a uma porcentagem de peso pré-definida.
17. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 16, caracterizado pela pasta aquosa carregando hidróxido de cálcio, que compreende partículas de pigmento de espalhamento de luz, ser direcionada através de uma zona de mistura de alta energia, em cuja zona a

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pasta aquosa é quebrada em gotas ou mesmo em nuvem de gotas, e então gotejada em um gás carregando dióxido de carbono. 18. Método, de acordo com a reivindicação 17,

caracterizado pela zona de mistura compreender pelo menos um misturador de impacto no qual a pasta aquosa carregando hidróxido de cálcio que compreende pigmentos é gotejada em partículas finas, gotas líquidas ou partículas de sólidos ou misturas destes, usando pás de rotor que rodam em direções opostas ou na mesma direção, mas em velocidades diferentes, ou usando uma combinação rotor-estator, o método sendo realizado em uma temperatura de 30 a 100°C.
19. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 18, caracterizado por partículas de carbonato de cálcio serem precipitadas de tal modo que partículas de carbonato de cálcio se aderem à superfície de partículas de dióxido de titânio e carbonato de modo que se ligam a outras partículas de carbonato de cálcio, em cujo caso agregados de dióxido de titânio-carbonato de cálcio opacos e estáveis são gerados, que são pelo menos parcialmente cobertos com partículas de carbonato de cálcio.
20. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 19, caracterizado pela pasta aquosa carregando hidróxido de cálcio das partículas de pigmento de titânio ser livre de fibras.
21. Composição de tinta que compreende pigmento e ligante, e materiais e aditivos de fabricação convencionais usados em tintas, caracterizada por pelo menos 1% em peso do pigmento compreender uma composição conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 9.

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22. Composição de material de revestimento que compreende pigmento e ligante, e materiais e aditivos de fabricação convencionais usados em materiais de revestimento, caracterizada por pelo menos

1 9-L em peso do pigmento compreender uma composição conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 9.
23.

Composição de preenchimento que compreende pigmento, e materiais e aditivos de fabricação convencionais usados em composições de preenchimento, caracterizada por pelo menos 1% em peso do pigmento compreender uma composição conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 9.
24. Composição de polímero que compreende polímero termoplástico, ao qual foi misturado pigmento, e possivelmente materiais e aditivos de fabricação convencionais usados em composições de polímero, caracterizada pelo por pelo menos 1% em peso do pigmento compreender uma composição conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 9.
25. Composição de tinta de impressão que compreende pigmento misturado à fase líquida, agente de ligação, e possivelmente pigmento de cor e outros materiais e aditivos de fabricação usados em composições de tinta de impressão, caracterizada por pelo menos 1% em peso do pigmento compreender uma composição conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 9.
26. Composição, de acordo com qualquer uma das reivindicações 21 a 25, caracterizada por pelo menos 5% em peso do pigmento compreender uma composição conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 9, em cuja composição o pigmento de espalhamento de luz é dióxido de

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7/7 titânio .
27. Uso de uma composição, conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado por ser como um pigmento em tinta, em composição de material de

revestimento em papel ou cartolina, em composição de preenchimento em papel ou cartolina, em plástico ou em tinta de impressão, em que o pigmento de espalhamento de

luz é dióxido de titânio.