ES2882169T3

ES2882169T3 - Celulosa microfibrilada con propiedades mejoradas y métodos para fabricar la misma

Info

Publication number: ES2882169T3
Application number: ES18732867T
Authority: ES
Inventors: Mark Windebank; David Skuse; Tafadzwa Motsi; Guillaume Tellier
Original assignee: FiberLean Technologies Ltd
Current assignee: FiberLean Technologies Ltd
Priority date: 2017-04-21
Filing date: 2018-04-20
Publication date: 2021-12-01
Anticipated expiration: 2038-04-20
Also published as: WO2018193314A1; BR112019021778A2; EP3896219A1; KR20190137841A; PL3612675T3; US11242651B2; EP3612675B1; JP6994514B2; AU2018255890A1; EP3612675A1; CA3059535A1; DK3612675T3; JP2020517840A; US20200263358A1; AU2018255890B2; CN110892111B; CN115961502A; CN115961501A; CN110892111A

Abstract

Un método para redispersar celulosa microfibrilada deshidratada, parcialmente seca o esencialmente seca, el método comprende las etapas de: (a) añadir una cantidad de un líquido de dispersión adecuado a un tanque que tiene al menos una primera y una segunda entrada y una salida, en donde el tanque comprende además un mezclador y una bomba unida a la salida; (b) añadir una cantidad de celulosa microfibrilada deshidratada, parcialmente seca o esencialmente seca al tanque a través de la primera entrada en cantidad suficiente para producir una composición líquida de celulosa microfibrilada a una concentración de sólidos deseada de 0,5 a 5 % de sólidos de fibra; (c) mezclar el líquido dispersante y la celulosa microfibrilada deshidratada, parcialmente seca o esencialmente seca en el tanque con el mezclador para desaglomerar parcialmente y redispersar la celulosa microfibrilada para formar una lechada fluida; (d) bombear la lechada fluida con la bomba a una entrada de una celda de flujo, en donde la celda de flujo comprende una o más sondas de sonicación en serie y al menos una primera y una segunda salida, en donde la segunda salida de la celda de flujo está conectada a la segunda entrada del tanque, de esta manera se proporciona un circuito de recirculación continuo que proporciona la aplicación continua de energía ultrasónica a la lechada durante un período de tiempo deseado y/o intervalo de entrada de energía total, en donde la celda de flujo comprende una válvula ajustable en la segunda salida para crear contrapresión de la lechada recirculada de 0 a 4 bar, en donde además la composición líquida que comprende celulosa microfibrilada de la etapa (c) se recircula continuamente a través del circuito de recirculación a una temperatura de 20 °C a 50 °C; (e) aplicar una entrada de energía ultrasónica a la lechada de 200 a 10 000 kWh/t continuamente por la sonda de sonicación en un intervalo de frecuencia de 19 a 100 kHz y en una amplitud de hasta 60 %, hasta 100 % o hasta 200 % a las limitaciones físicas del sonicador usado por 1 a 120 minutos; (f) recoger la suspensión redispersada que comprende celulosa microfibrilada con propiedades mejoradas de resistencia a la tracción y/o viscosidad desde la primera salida de la celda de flujo en un recipiente de retención adecuado.

Description

DESCRIPCIÓN

Celulosa microfibrilada con propiedades mejoradas y métodos para fabricar la misma

Campo de la invención

La presente invención se refiere a métodos para redispersar y desaglomerar composiciones deshidratadas, parcialmente secas y secas de celulosa microfibrilada en composiciones líquidas que las comprenden, mediante la aplicación de energía ultrasónica a dichas composiciones líquidas de composiciones deshidratadas, parcialmente secas y secas de celulosa microfibrilada, o composiciones de celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas.

Antecedentes de la invención

La celulosa microfibrilada y, opcionalmente, los materiales inorgánicos en partículas, por ejemplo un carbonato de metal alcalinotérreo (por ejemplo, carbonato de calcio) o caolín, se usan ampliamente en varias aplicaciones. Estos incluyen la producción de celulosa microfibrilada y, opcionalmente, composiciones que contienen minerales, que pueden usarse como rellenos en la fabricación de papel y/o en recubrimientos de papel. En papel y productos de papel recubierto, tales rellenos se añaden típicamente para reemplazar una porción de otros componentes más costosos del papel y/o producto de papel recubierto. También se pueden agregar rellenos con el objetivo de modificar los requisitos físicos, mecánicos y/u ópticos del papel y/o productos de papel recubierto. Claramente, cuanto mayor sea la cantidad de relleno que se incluye, mayor será el potencial de ahorro de costos. Sin embargo, la cantidad de relleno añadido y el ahorro de costos asociado deben equilibrarse con los requisitos físicos, mecánicos y ópticos del producto de papel final o del producto de papel recubierto. Por tanto, existe una necesidad continua de desarrollo de rellenos mejorados para papel y recubrimientos de papel, que se usen a un alto nivel de carga sin afectar negativamente a los requisitos físicos, mecánicos y/u ópticos de dicho papel y/o productos de papel recubierto. También existe la necesidad de desarrollar métodos para preparar estos rellenos económicamente.

La presente invención busca proporcionar rellenos alternativos y/o mejorados para papel y/o productos de papel recubierto que puedan incorporarse en el papel y/o producto de papel recubierto a niveles de carga relativamente altos, manteniendo o incluso mejorando las propiedades físicas, mecánicas y/o propiedades ópticas del papel y/o producto de papel recubierto. La presente invención también busca proporcionar un método económico para preparar tales rellenos. Como tal, los presentes inventores han descubierto sorprendentemente que un relleno que comprende celulosa microfibrilada y, opcionalmente, un material inorgánico en partículas, se prepara mediante métodos económicos y se carga en productos de papel y/o productos de papel recubierto a niveles relativamente altos, mientras se mantiene o incluso se mejora las propiedades físicas, mecánicas y/u ópticas del producto de papel final. Sorprendentemente, se ha encontrado que la aplicación de energía ultrasónica a una suspensión de celulosa microfibrilada o suspensiones de celulosa microfibrilada que comprenden al menos un material inorgánico en partículas produce eficazmente tales suspensiones que tienen una resistencia a la tracción mejorada y/o propiedades de viscosidad mejoradas.

Además, la presente invención busca abordar el problema de preparar celulosa microfibrilada y celulosa microfibrilada y composiciones de material inorgánico en partículas económicamente a escala industrial. Los métodos actuales de microfibrilación de material celulósico y celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas requieren cantidades relativamente altas de energía, debido en parte a la viscosidad relativamente alta del material de partida y el producto que contiene microfibrilación, y hasta ahora se ha demostrado que un proceso comercialmente viable para preparar celulosa microfibrilada a escala industrial ha demostrado ser elusivo.

Además, la presente invención busca abordar el problema de la redispersión de composiciones de celulosa microfibriladas deshidratadas, parcialmente secas o esencialmente secas o de celulosa microfibrilada y composiciones de materia inorgánica en partículas en un medio líquido, opcionalmente en presencia de un aditivo que no sea material inorgánico en partículas y/o en presencia de una combinación de materiales inorgánicos en partículas. El aditivo y/o combinación de materiales inorgánicos en partículas puede, por ejemplo, mejorar una propiedad mecánica y/o física de la celulosa microfibrilada redispersada o la celulosa microfibrilada y la composición de material inorgánico en partículas. La presente invención se refiere además a composiciones que comprenden celulosa microfibrilada redispersada y, opcionalmente, material inorgánico en partículas y el uso de celulosa microfibrilada redispersada y, opcionalmente, material inorgánico en partículas, en un artículo, producto o composición. La solución al problema es aplicar energía ultrasónica en la redispersión de composiciones de celulosa microfibrilada o composiciones de celulosa microfibrilada y al menos un material inorgánico en partículas como se describe en la presente descripción.

Resumen de la invención

La presente invención se basa en las reivindicaciones.

De acuerdo con un primer aspecto, la presente invención se refiere a un método para redispersar celulosa microfibrilada deshidratada, parcialmente seca o esencialmente seca, el método comprende las etapas de: (a) añadir una cantidad de un líquido de dispersión adecuado (por ejemplo, agua) a un tanque que tiene al menos una entrada y una salida, en donde el tanque comprende además un mezclador y una bomba unida a la salida;

(b) añadir una cantidad de celulosa microfibrilada deshidratada, parcialmente seca o esencialmente seca al tanque a través de la al menos una entrada en cantidad suficiente para producir una composición líquida de celulosa microfibrilada a una concentración de sólidos deseada de 0,5 a 5 % de sólidos de fibra;

(c) mezclar el líquido dispersante y la celulosa microfibrilada deshidratada, parcialmente seca o esencialmente seca en el tanque con el mezclador para desaglomerar parcialmente y redispersar la celulosa microfibrilada para formar una suspensión fluida;

(d) bombear la lechada fluida con la bomba a una entrada de una celda de flujo, en donde la celda de flujo comprende una o más sondas de sonicación en serie y al menos una salida, en donde la segunda salida de la celda de flujo está conectada a la segunda entrada del tanque, de esta manera se proporciona un circuito de recirculación continuo que proporciona la aplicación continua de energía ultrasónica a la suspensión durante un período de tiempo deseado y/o intervalo de entrada de energía total, en donde la celda de flujo comprende una válvula ajustable en la segunda salida para crear contrapresión del suspensión recirculada de 0 a 4 bar, en donde además la composición líquida que comprende celulosa microfibrilada de la etapa (c) se recircula continuamente a través del circuito de recirculación a una temperatura de 20 °C a 50 °C;

(e) aplicar una entrada de energía ultrasónica a la suspensión de 200 a 10000 kWh/t continuamente por la sonda de sonicación en un intervalo de frecuencia de 19 a 100 kHz y en una amplitud de hasta 60 %, hasta 100 % o hasta 200 % a las limitaciones del sonicador usado por 1 a 120 minutos;

(f) recoger la suspensión redispersada que comprende celulosa microfibrilada con propiedades de resistencia a la tracción y/o viscosidad mejoradas desde la primera salida de la celda de flujo en un recipiente de retención adecuado.

El documento de la técnica anterior JPS58206601A también se refiere a un método para redispersar celulosa microfibrilada deshidratada, parcialmente seca o esencialmente seca. Sin embargo, de acuerdo con esta publicación, se añade agua a la celulosa microfibrilada seca, en lugar de añadir al agua la celulosa microfibrilada seca. El documento menciona el uso de ultrasonidos para la dispersión de la celulosa microfibrilada con una frecuencia ultrasónica de al menos 10 kHz. No se hace mención de la entrada total de energía ultrasónica. No se especificó la temperatura de la dispersión durante la sonicación. No se describió el uso de una celda de flujo en un circuito de recirculación para el proceso de sonicación.

Otro documento de la técnica anterior US2015/0225550 se refiere a un método para redispersar celulosa microfibrilada deshidratada, parcialmente seca o esencialmente seca mediante el uso de un dispersor ultrasónico. No se describió el uso de una celda de flujo en un circuito de recirculación para el proceso de sonicación. Los detalles del proceso de ultrasonidos, tales como la presión de operación, la temperatura, la frecuencia y la entrada de energía no se mencionaron ni sugirieron en el documento.

Otro documento de la técnica anterior US2010/0279019 se refiere al tratamiento ultrasónico de material de celulosa nanocristalina (NCC) en suspensión, no a una dispersión de celulosa microfibrilada. El proceso de sonicación de este documento se lleva a cabo con una entrada de energía de 50 a 25 000 J/g; no se describió el uso de una celda de flujo en un circuito de recirculación para el proceso de sonicación. Más detalles del proceso de ultrasonicación se describen en ejemplos específicos (por ejemplo, sonicación por medio de una sonda sonicadora a 50-80 % de amplitud u 8-10 Watts en pulsos de 4 segundos con intervalos de 4 segundos para una entrada de energía total de 3700 J/g de material de celulosa.

Por tanto, ninguno de los documentos de la técnica anterior anteriores describe ni sugiere la presente invención.

De acuerdo con un segundo aspecto, la presente invención se dirige al proceso del primer aspecto, en donde la composición de celulosa microfibrilada deshidratada, parcialmente seca o esencialmente seca comprende además al menos un material inorgánico en partículas.

En una modalidad del primer o segundo aspecto de la presente invención, la entrada de energía ultrasónica acumulada es de aproximadamente 1000 kWh/t a aproximadamente 10000 kWh/t o entre aproximadamente 1000 kWh/t y aproximadamente 2000 kWh/t, o aproximadamente 2000 kWh/t a aproximadamente 3000 kWh/t.

En una modalidad del primer o segundo aspecto de la presente invención, la celda de flujo comprende una camisa de enfriamiento para mantener una temperatura de la suspensión de celulosa microfibrilada en el intervalo de aproximadamente 20 °C a aproximadamente 50 °C, o a temperatura ambiente, o aproximadamente 20 °C.

En una modalidad del primer o segundo aspecto de la presente invención, la celda de flujo comprende una válvula ajustable en la segunda salida para crear una contrapresión del líquido recirculado de aproximadamente 3 bar.

En una modalidad del primer o segundo aspecto de la presente invención, la celda de flujo comprende además uno o más reforzadores para aumentar o disminuir mecánicamente la amplitud de la al menos una sonda de sonicación.

En la presente invención, la energía ultrasónica se aplica por aproximadamente 1 a aproximadamente 120 minutos, o aproximadamente 1 a aproximadamente 90 minutos, o aproximadamente 1 a aproximadamente 75 minutos, o aproximadamente 1 a aproximadamente 60 minutos, o aproximadamente 1 a aproximadamente 45 minutos o aproximadamente 1 a aproximadamente 30 minutos.

En una modalidad del primer aspecto de la presente invención, se granula la celulosa microfibrilada y, en el segundo aspecto, se granula la celulosa microfibrilada y el material inorgánico en partículas.

En una modalidad del primer y segundo aspectos de la presente invención, la energía ultrasónica se aplica hasta que se logra una entrada de energía acumulativa especificada. En modalidades adicionales, la entrada de energía acumulada es mayor que 200 kWh/t, mayor que 400 kWh/t, o mayor que 500 kWh/t, o mayor que 1000 kWh/t, o mayor que 1500 kWh/t, o mayor que 2000 kWh/t, o mayor que 2500 kWh/t, o mayor que 3000 kWh/t, o mayor que 4000 kWh/t, o mayor que 5000 kWh/t, o mayor que 6000 kWh/t, o mayor que 7000 kWh/t, o entre 200 kWh/t y 10 000 kWh/t, o aproximadamente 200 kWh/t y 5000 kWh/t, o aproximadamente 200 kWh/t y 4000 kWh/t, o aproximadamente 200 kWh/t y 3000 kWh/t, o aproximadamente 200 kWh/t y 2000 kWh/t.

En una modalidad del segundo aspecto de la presente invención, el circuito de recirculación comprende un mezclador de alto cizallamiento.

En una modalidad del primer y segundo aspectos de la presente invención, el índice FLT para la suspensión de celulosa microfibrilada y la suspensión de celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas alcanza 7,5 Nm/g o más, 7,5 Nm/g o más, 8 Nm/g o más, 8,5 Nm/g o más, 9 Nm/g o más, 9,5 Nm/g o más, 10 Nm/g o más, 10,5 Nm/g o más, 11 Nm/g o más, 11,5 Nm/g o más, 12 Nm/g o más, 12,5 Nm/g o más, 13 Nm/g o más, 13,5 Nm/g o más, 14 Nm/g o más, 14,5 Nm/g o más, o 15 Nm/g o más, a través de los métodos descritos en la descripción.

En una modalidad del primer y segundo aspectos de la presente invención, el índice FLT se puede mejorar en aproximadamente 5 %, aproximadamente 6 %, aproximadamente 7 %, aproximadamente 7,5 %, aproximadamente 8 %, aproximadamente 9 %, aproximadamente 10 %, aproximadamente 12,5 %, aproximadamente 15% o aproximadamente 20 %, o más, en comparación con suspensiones de celulosa microfibrilada o celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas producido sin la aplicación de tratamiento de energía ultrasónica a la lechada o suspensión.

En una modalidad del primer y segundo aspectos de la presente invención, la viscosidad se mejora en aproximadamente 5 %, aproximadamente 6 %, aproximadamente 7 %, aproximadamente 7,5 %, aproximadamente 8 %, aproximadamente 9 %, aproximadamente 10 %, aproximadamente 12,5 %, aproximadamente 15 % o aproximadamente 20 %, o más, en comparación con las suspensiones de celulosa microfibrilada o celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas producido sin la aplicación de tratamiento de energía ultrasónica a la lechada o suspensión.

En modalidades del primer y segundo aspectos de la presente invención, la celulosa microfibrilada se prepara a partir de una pulpa química, una pulpa quimiotermomecánica, una pulpa mecánica, una pulpa reciclada, una pulpa de recortes de papel o una corriente de residuos de una fábrica de papel o desechos de una fábrica de papel, o combinaciones de los mismos.

En modalidades del segundo aspecto de la presente invención, el material inorgánico en partículas comprende carbonato o sulfato de metal alcalinotérreo, tal como carbonato de calcio, carbonato de magnesio, dolomita, yeso, una arcilla de kandita hidratada tales como caolín, halloysita o arcilla de bolas, una arcilla de kandita anhidra (calcinada) tal como metacaolín o caolín completamente calcinado, talco, mica, perlita o tierra de diatomeas, o combinaciones de los mismos. En ciertas modalidades, se prefieren particularmente el carbonato de calcio y/o el caolín.

En modalidades del primer aspecto de la presente invención, las suspensiones de celulosa microfibrilada, o con propiedades mejoradas de viscosidad y resistencia a la tracción obtenidas por el método, son adecuadas para su uso en un método de fabricación de papel o papel de recubrimiento, pinturas y recubrimientos, tintas, productos químicos petrolíferos, compuestos, productos de consumo, productos cosméticos, productos farmacológicos y productos alimenticios.

En modalidades del segundo aspecto de la presente invención, las suspensiones de celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas con propiedades mejoradas de viscosidad y resistencia a la tracción obtenidas por el método son adecuadas para su uso en un método de fabricación de papel o papel de recubrimiento, pinturas y recubrimientos, tintas, productos químicos petrolíferos, compuestos, productos de consumo, productos cosméticos, productos farmacológicos y productos alimenticios.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 es una micrografía SEM de celulosa microfibrilada preparada con carbonato de calcio molido (GCC).

La Figura 2 muestra el efecto de la exposición a un baño ultrasónico sobre la viscosidad de la celulosa microfibrilada (MFC).

La Figura 3 muestra el efecto de la exposición a una sonda ultrasónica sobre el índice FLT (Nm/g).

La Figura 4 muestra el efecto de la exposición a una sonda ultrasónica sobre la viscosidad de la celulosa microfibrilada (MFC).

La Figura 5 muestra el efecto de la exposición a ultrasonidos pulsados sobre celulosa microfibrilada (MFC). La Figura 6 muestra el efecto de la contaminación del medio cerámico sobre la celulosa microfibrilada (MFC) expuesta a ultrasonidos.

La Figura 7 muestra el efecto de la ultrasonicación en un porcentaje del 50 % de torta prensada de pulpa (POP).

La Figura 8 muestra el efecto de un alto cizallamiento y ultrasonidos en una torta prensada con cinta libre de minerales.

La Figura 9 muestra el efecto de la ultrasonicación en una torta prensada en cinta molida en seco con alto contenido de sólidos.

La Figura 10 muestra el efecto de la ultrasonicación en una torta prensada en cinta molida en seco con alto contenido de sólidos.

Las Figuras 11A, B y C muestran el efecto del nivel de presión en varias entradas de energía de la sonda de sonicación (sonicador) sobre el índice FLT (una medida de resistencia a la tracción), tamaño de partícula d⁵⁰de la celulosa microfibrilada y consumo de energía promedio en el ultrasonido re-dispersión de celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas, que previamente se había secado y granulado y luego reconstituido,

Las Figuras 12A, B y C muestran el efecto del nivel de temperatura en varias entradas de energía de la sonda de sonicación (sonicador) sobre el índice FLT, la viscosidad y el consumo de energía promedio del tratamiento ultrasónico, respectivamente, en la redispersión de celulosa microfibrilada y material inorgánico particulado, que se había secado y granulado previamente y luego reconstituido

Las Figuras 13A y B muestran el efecto del procesamiento con un mezclador de alto cizallamiento de laboratorio para hacer celulosa microfibrilada previamente secada, granulada y reconstituida y composición de material inorgánico en partículas a diferentes concentraciones según el índice FLT y

viscosidad, respectivamente, antes de la aplicación de la re-dispersión ultrasónica de las composiciones de material inorgánico en partículas y microfibrilado a diversas entradas de energía de la sonda de sonicación (sonicador).

Las Figuras 14A, B y C muestran el efecto del proceso continuo de trituración de una suspensión líquida de fibras de celulosa y material inorgánico en partículas para producir celulosa microfibrilada que nunca se ha deshidratado o secado, seguido de un procesamiento ultrasónico de postratamiento de la suspensión con diversas entradas de energía y tiempos de procesamiento de la sonda de sonicación (sonicador), según el índice FLT, tamaño de partícula d⁵⁰de la celulosa microfibrilada y consumo de energía promedio de la sonda de sonicación (sonicador), respectivamente, en dos concentraciones de celulosa microfibrilada y suspensiones de material inorgánico en partículas.

Las Figuras 15A, B y C muestran el efecto de usar un despulpador y un refinador para volver a dispersar (hacer abajo) celulosa microfibrilada seca y granulada y composiciones de material inorgánico en partículas en tres contenidos de sólidos de fibra diferentes, antes del tratamiento con una sonda de sonicación (sonicador), sobre el índice FLT, la viscosidad y el tamaño de partícula d⁵⁰de la celulosa microfibrilada, respectivamente.

Las Figuras 16A y B muestran el efecto posterior al tratamiento de la sonicación en composiciones de celulosa microfibriladas sin material inorgánico en partículas que se produjo, respectivamente, al triturar en un detritor de medio agitado y triturar en un detritor de medio agitado seguido de un paso a través de un homogeneizador, seguido de tratamiento ultrasónico a diversas entradas de energía, según el índice FLT y el tamaño de partícula d⁵⁰de la celulosa microfibrilada.

Descripción detallada

El sustrato fibroso que comprende celulosa

El sustrato fibroso que comprende celulosa se deriva de cualquier fuente adecuada, tales como madera, hierbas (por ejemplo, caña de azúcar, bambú), o trapos (por ejemplo, desechos textiles, algodón, cáñamo o lino). El sustrato fibroso que comprende celulosa está en forma de una pulpa (es decir, una suspensión de fibras de celulosa en agua), que puede prepararse mediante cualquier tratamiento químico o mecánico adecuado, o una combinación de los mismos. Por ejemplo, la pulpa es una pulpa química, o una pulpa quimiotermomecánica, o una pulpa mecánica, o una pulpa reciclada, o recortes de una fábrica de papel, o una corriente de desechos de una fábrica de papel, o desechos de una fábrica de papel o una combinación de los mismos. La pulpa de celulosa puede batirse (por ejemplo, en una batidora Valley) y/o refinarse de otra manera (por ejemplo, al procesar en un refinador cónico o de placa) hasta cualquier refinado predeterminado, informado en la técnica como refinado estándar canadiense (CSF) en cm3 El CSF significa un valor para la velocidad de refinado o drenaje de la pulpa medido por la velocidad a la que puede drenarse una suspensión de pulpa. Por ejemplo, la pulpa de celulosa tiene un refinado estándar canadiense de aproximadamente 10 cm3 o más antes de ser microfibrilada. La pulpa de celulosa tiene un CSF de aproximadamente 700 cm3 o menos, por ejemplo, igual o menor que aproximadamente 650 cm3, o igual a o menor que aproximadamente 600 cm3, o igual a o menor que aproximadamente 550 cm3, o igual a o menor que aproximadamente 500 cm3, o igual a o menor que aproximadamente 450 cm3, o igual a o menor que aproximadamente 400 cm3, o igual a o menor que aproximadamente 350 cm3, o igual a o menor que aproximadamente 300 cm3, o igual a o menor que aproximadamente 250 cm3, o igual a o menor que aproximadamente 200 cm3, o igual a o menor que aproximadamente 150 cm3, o igual a o menor que aproximadamente 100 cm3, o igual a o menor que aproximadamente 50 cm3. La pulpa de celulosa puede deshidratarse luego mediante métodos bien conocidos en la técnica, por ejemplo, la pulpa puede filtrarse a través de un tamiz para obtener una lámina húmeda que comprenda al menos aproximadamente 10 % de sólidos, por ejemplo, al menos aproximadamente 15 % de sólidos, o al menos aproximadamente 20 % de sólidos, o al menos aproximadamente 30 % de sólidos, o al menos aproximadamente 40 % de sólidos. La pulpa puede usarse sin refinar; es decir, sin batirse o deshidratarse, o refinarse de otra manera.

El sustrato fibroso que comprende celulosa se añade a un recipiente de trituración u homogeneizador en estado seco. Por ejemplo, se puede añadir recortes de papel secos directamente al recipiente de la trituradora. El ambiente acuoso en el recipiente de la trituradora facilitará la formación de una pulpa.

Material inorgánico en partículas

El material inorgánico en partículas puede ser, por ejemplo, un carbonato o sulfato de metal alcalinotérreo, tales como carbonato de calcio, carbonato de magnesio, dolomita, yeso, una arcilla de kandita hidratada tal como caolín, halloysita o arcilla de bolas, una arcilla de kandita anhidra (calcinada) tal como metacaolín o caolín completamente calcinado, talco, mica, perlita o tierra de diatomeas, o hidróxido de magnesio, o trihidrato de aluminio, o combinaciones de los mismos.

Un material inorgánico en partículas preferido para su uso en el método de acuerdo con la presente invención es carbonato de calcio. En lo sucesivo, la invención tiende a discutirse en términos de carbonato de calcio, y en relación con aspectos donde se procesa y/o se trata el carbonato de calcio. La invención no debe interpretarse como limitada a tales modalidades.

El carbonato de calcio en partículas usado en la presente invención puede obtenerse de una fuente natural mediante trituración. El carbonato de calcio triturado (GCC) se obtiene típicamente al aplastar y luego triturar una fuente mineral, tales como tiza, mármol o piedra caliza, que puede ser seguida por una etapa de clasificación del tamaño de partícula, en orden de obtener un producto que tiene el grado de finura deseado. Alternativamente, se usan otras técnicas tales como blanqueo, flotación y separación magnética para obtener un producto que tiene el grado deseado de finura y/o color. El material sólido en partículas se tritura autógenamente, es decir, por desgaste entre las propias partículas del material sólido o, alternativamente, en presencia de un medio de trituración en partículas que comprende partículas de un material diferente del carbonato de calcio a triturar. Estos procesos se llevan a cabo con o sin la presencia de un dispersante y biocidas, que se añade en cualquier etapa del proceso. El carbonato de calcio precipitado (PCC) se usa como fuente de carbonato de calcio en partículas en la presente invención, y se produce mediante cualquiera de los métodos conocidos disponibles en la técnica. El documento TAPPI Monograph Series No 30, "Paper Coating Pigments", páginas 34-35 describe los tres procesos comerciales principales para preparar carbonato de calcio precipitado que es adecuado para su uso en la preparación de productos para su uso en la industria del papel, pero también es adecuado para su uso en la práctica de la presente invención. En los tres procesos, un material de alimentación de carbonato de calcio, tal como piedra caliza, se calcina primero para producir cal viva, y luego la cal viva se apaga en agua para producir hidróxido de calcio o lechada de cal. En el primer proceso, la lechada de cal se carbonata directamente con gas de dióxido de carbono. Este proceso tiene la ventaja de que no se forma ningún subproducto y es relativamente fácil controlar las propiedades y la pureza del producto de carbonato de calcio. En el segundo proceso, la lechada de cal se pone en contacto con carbonato de sodio para producir, por doble descomposición, un precipitado de carbonato de calcio y una solución de hidróxido de sodio. El hidróxido de sodio se separa sustancialmente por completo del carbonato de calcio si este proceso se usa comercialmente. En el tercer proceso comercial principal, la lechada de cal se pone primero en contacto con cloruro de amonio para dar una solución de cloruro de calcio y gas de amoníaco. La solución de cloruro de calcio entonces se pone en contacto con carbonato de sodio para producir carbonato de calcio precipitado por doble descomposición y una solución de cloruro de sodio. Los cristales se producen en una variedad de formas y tamaños diferentes, en dependencia del proceso de reacción específico que se usa. Las tres formas principales de cristales de PCC son aragonito, romboédrico y escalenoédrico, todos los cuales son adecuados para su uso en la presente invención, que incluye mezclas de los mismos.

La trituración en húmedo de carbonato de calcio implica la formación de una suspensión acuosa del carbonato de calcio que opcionalmente se tritura, opcionalmente en presencia de un agente dispersante adecuado. Se hace referencia, por ejemplo, al documento EP-A-614948 para más información sobre la trituración en húmedo de carbonato de calcio.

En algunas circunstancias, se incluyen adiciones menores de otros minerales, por ejemplo, también podrían estar presentes uno o más de caolín, caolín calcinado, wollastonita, bauxita, talco o mica.

Cuando el material inorgánico en partículas de la presente invención se obtiene de fuentes de origen natural, es que algunas impurezas minerales contaminarán el material triturado. Por ejemplo, el carbonato de calcio de origen natural está presente en asociación con otros minerales. Por tanto, en algunas modalidades, el material inorgánico en partículas incluye una cantidad de impurezas. Sin embargo, en general, el material inorgánico en partículas usado en la invención contendrá menos de aproximadamente 5 % en peso, preferentemente menos de aproximadamente 1 % en peso, de otras impurezas minerales.

El material inorgánico en partículas usado durante una etapa de microfibrilación tendrá preferentemente una distribución del tamaño de partícula en la que al menos aproximadamente 10 % en peso de las partículas tienen un “diámetro esférico equivalente” (d.e.e.) de menos de 2 pm, por ejemplo, al menos aproximadamente 20 % en peso, o al menos aproximadamente 30 % en peso, o al menos aproximadamente 40 % en peso, o al menos aproximadamente 50 % en peso, o al menos aproximadamente 60 % en peso, o al menos aproximadamente 70 % en peso, o al menos aproximadamente 80 % en peso, o al menos aproximadamente 90 % en peso, o al menos aproximadamente 95 % en peso, o aproximadamente 100 % de las partículas tienen un d.e.e. de menos de 2 pm.

A menos que se indique de cualquier otra manera, las propiedades de tamaño de partícula que se refieren en la presente descripción para los materiales inorgánicos en partículas se miden de una manera bien conocida mediante la sedimentación del material en partículas en una condición completamente dispersa en un medio acuoso mediante el uso de una máquina Sedigraph 5100 suministrada por Micromeritics Instruments Corporation, Norcross, Georgia, Estados Unidos (teléfono: 1 770 662 3620; sitio web: www.micromeritics.com), que se refiere en la presente descripción como “Unidad Micromeritics Sedigraph 5100”. Tal máquina proporciona mediciones y un gráfico del porcentaje acumulado en peso de partículas que tienen un tamaño, que se refiere en la técnica como “diámetro esférico equivalente” (d.e.e.), menor que los valores de d.e.e. dados. El tamaño promedio de partícula d⁵⁰es el valor determinado de esta manera del d.e.e. de partículas en el cual hay 50 % en peso de las partículas que tienen un diámetro esférico equivalente menor que dicho valor d⁵⁰. Alternativamente, cuando se indique, las propiedades de tamaño de partícula a las que se hace referencia en la presente descripción para los materiales inorgánicos en partículas se miden mediante el método convencional bien conocido empleado en la técnica de dispersión de luz láser, con el uso de una máquina Malvern Mastersizer S suministrada por Malvern Instruments Ltd (o por otros métodos que dan esencialmente el mismo resultado). En la técnica de dispersión de luz láser, el tamaño de las partículas en polvos, suspensiones y emulsiones se mide mediante el uso de la difracción de un rayo láser, en base a una aplicación de la teoría de Mie. Tal máquina proporciona mediciones y un gráfico del porcentaje acumulado en volumen de partículas que tienen un tamaño, que se refiere en la técnica como “diámetro esférico equivalente” (d.e.e.), menor que los valores de d.e.e. dados. El tamaño medio de partícula d⁵⁰es el valor determinado de esta manera del d.e.e. de las partículas en el cual hay un 50 % en volumen de las partículas que tienen un diámetro esférico equivalente menor que dicho valor d⁵⁰.

Alternativamente, el material inorgánico en partículas usado durante una etapa de microfibrilación tendrá preferentemente una distribución del tamaño de partícula, medida mediante el uso de una máquina Malvern Mastersizer S, en la que al menos aproximadamente 10 % en volumen de las partículas tienen un d.e.e. de menos de 2 pm, por ejemplo, al menos aproximadamente 20 % en volumen, o al menos aproximadamente 30 % en volumen, o al menos aproximadamente 40 % en volumen, o al menos aproximadamente 50 % en volumen, o al menos aproximadamente 60 % en volumen, o al menos aproximadamente 70 % en volumen, o al menos aproximadamente 80 % en volumen, o al menos aproximadamente 90 % en volumen, o al menos aproximadamente 95 % en volumen, o aproximadamente 100 % de las partículas tienen un d.e.e. de menos de 2 pm.

A menos que se indique de cualquier otra manera, las propiedades de tamaño de partícula de los materiales de celulosa microfibrilada se miden mediante el método convencional bien conocido empleado en la técnica de dispersión de luz láser, con el uso de una máquina Malvern Mastersizer S suministrada por Malvern Instruments Ltd (o mediante otros métodos que dan esencialmente el mismo resultado).

Los detalles de un procedimiento usado para caracterizar las distribuciones de tamaño de partículas de las mezclas de material inorgánico en partículas y celulosa microfibrilada mediante el uso de una máquina Malvern Mastersizer S se proporcionan más abajo.

Otro material inorgánico en partículas preferido para usar en el método de acuerdo con la presente invención es arcilla de caolín. En lo sucesivo, esta sección de la descripción tiende a discutirse en términos de caolín, y en relación con los aspectos donde el caolín se procesa y/o se trata. La invención no debe interpretarse como limitada a tales modalidades. Por tanto, en algunas modalidades, el caolín se usa en una forma no procesada.

La arcilla de caolín usada en esta invención es un material procesado derivado de una fuente natural, específicamente, mineral de arcilla de caolín natural en bruto. La arcilla de caolín procesada puede contener típicamente al menos aproximadamente 50 % en peso de caolinita. Por ejemplo, la mayoría de las arcillas de caolín procesadas comercialmente contienen más de aproximadamente 75 % en peso de caolinita y contienen más de aproximadamente 90 %, en algunos casos más de aproximadamente 95 % en peso de caolinita.

La arcilla de caolín usada en la presente invención se prepara a partir del mineral de arcilla de caolín natural en bruto mediante uno o más de otros procesos que son bien conocidos por los expertos en la técnica, por ejemplo, mediante etapas conocidas de refinación o beneficio.

Por ejemplo, el mineral de arcilla se blanquea con un agente blanqueador reductor, tal como hidrosulfito de sodio. Si se usa hidrosulfito de sodio, el mineral de arcilla blanqueado opcionalmente se deshidrata, y opcionalmente se lava y nuevamente se deshidrata opcionalmente, después de la etapa de blanqueo con hidrosulfito de sodio.

El mineral de arcilla se trata para eliminar las impurezas, por ejemplo, mediante técnicas de floculación, flotación, o separación magnética bien conocidas en la técnica. Alternativamente el mineral de arcilla usado en el primer aspecto de la invención no se trata en la forma de un sólido o como una suspensión acuosa. El proceso para preparar la arcilla de caolín en partículas usada en la presente invención opcionalmente también incluye una o más etapas de pulverización, por ejemplo, trituración o molienda. Se usa una ligera pulverización de un caolín grueso para obtener una deslaminación adecuada del mismo. La pulverización se lleva a cabo mediante el uso de perlas o gránulos de un plástico (por ejemplo, nailon), arena o cerámica de trituración o coadyuvante de molienda. El caolín grueso se refina para eliminar impurezas y mejorar las propiedades físicas mediante el uso de procedimientos bien conocidos. La arcilla de caolín se trata por un conocido procedimiento de clasificación de tamaño de partícula, por ejemplo, el tamizado y la centrifugación (o ambos), para obtener partículas que tienen un valor d⁵⁰o distribución del tamaño de partícula deseados. El proceso de microfibrilación

De acuerdo con la descripción, se proporciona un método para preparar una composición para su uso como un relleno en papel o como recubrimiento de papel, que comprende una etapa de microfibrilación de un sustrato fibroso que comprende celulosa en presencia de un material inorgánico en partículas. De acuerdo con modalidades particulares de los presentes métodos, la etapa de microfibrilación se realiza en presencia de un material inorgánico en partículas que actúa como un agente de microfibrilación. Por microfibrilación se entiende un proceso en el que las microfibrillas de celulosa se liberan o se liberan parcialmente como especies individuales o como agregados más pequeños en comparación con las fibras de la pulpa premicrofibrilada. Las fibras de celulosa típicas (es decir, pulpa pre-microfibrilada) adecuadas para su uso en la fabricación de papel incluyen agregados más grandes de cientos o miles de microfibrillas de celulosa individuales. Al microfibrilar la celulosa, se imparten características y propiedades particulares, que incluyen, pero no se limitan a, las características y propiedades descritas en la presente descripción, a la celulosa microfibrilada y a las composiciones que incluyen la celulosa microfibrilada.

En la Figura 1 se representa un ejemplo de celulosa microfibrilada preparada de acuerdo con los métodos de la presente descripción. La Figura 1 es una micrografía SEM de celulosa microfibrilada (que tiene un d⁵⁰de 80 |jm) preparada con GCC (60 % en peso <2 jm de tamaño de partícula, por Sedigraph) al 5,0 % de pulpa sobre el peso seco total. La concentración de volumen (MVC) del medio (Carbolite 16/20) fue de 50 %. La entrada de energía fue de 2500 kWh/t expresada en fibra. La etapa de microfibrilación puede llevarse a cabo en cualquier aparato adecuado, que incluye, pero no se limita a un refinador. La etapa de microfibrilación se lleva a cabo en un recipiente de trituración bajo condiciones de trituración en húmedo o la etapa de microfibrilación se lleva a cabo en un homogeneizador.

• trituración en húmedo

La trituración se realiza adecuadamente de una manera convencional. La trituración es un proceso de trituración por desgaste en presencia de un medio de trituración en partículas, o es un proceso de trituración autógeno, es decir, uno en ausencia de un medio de trituración. Por medio de trituración se entiende un medio distinto del material inorgánico en partículas que se cotritura con el sustrato fibroso que comprende celulosa.

El medio de trituración en partículas, cuando está presente, es de un material natural o sintético. El medio de trituración comprende, por ejemplo, bolas, perlas o gránulos de cualquier mineral duro, material cerámico o metálico. Tales materiales incluyen, por ejemplo, alúmina, zirconia, silicato de zirconio, silicato de aluminio o el material rico en mullita que se produce al calcinar arcilla caolinítica a una temperatura en el intervalo de aproximadamente 1300 °C a aproximadamente 1800 °C. Por ejemplo, en algunas modalidades se prefiere un medio de trituración Carbolite®. Alternativamente, se usan partículas de arena natural de un tamaño de partícula adecuado.

Generalmente, el tipo y el tamaño de partícula del medio de trituración que se seleccionará para su uso en la invención depende de las propiedades, tales como, por ejemplo, el tamaño de partícula, y la composición química de la suspensión de alimentación del material a triturar. Preferentemente, el medio de trituración en partículas comprende partículas que tienen un diámetro promedio en el intervalo de aproximadamente 0,1 mm a aproximadamente 6,0 mm y, con mayor preferencia, en el intervalo de aproximadamente 0,2 mm a aproximadamente 4,0 mm. El medio de trituración (o medios) está presente en una cantidad de hasta aproximadamente 70 % en volumen de la carga. El medio de trituración está presente en una cantidad de al menos aproximadamente 10 % en volumen de la carga, por ejemplo, al menos aproximadamente 20 % en volumen de la carga, o al menos aproximadamente 30 % en volumen de la carga, o al menos aproximadamente 40 % en volumen de la carga, o al menos aproximadamente 50 % en volumen de la carga, o al menos aproximadamente 60 % en volumen de la carga.

La trituración se realiza en una o más etapas. Por ejemplo, un material inorgánico en partículas grueso se tritura en el recipiente de la trituradora hasta una distribución de tamaño de partícula predeterminada, después de lo cual se añade el material fibroso que comprende celulosa y la trituración continúa hasta que se ha obtenido el nivel deseado de microfibrilación. El material inorgánico en partículas grueso usado de acuerdo con el primer aspecto de esta invención inicialmente, por ejemplo, tiene una distribución de tamaño de partícula en la que menos de aproximadamente 20 % en peso de las partículas tienen un d.e.e. de menos de 2 |jm, por ejemplo, menos de aproximadamente 15 % en peso, o menos de aproximadamente 10 % en peso de las partículas tienen un d.e.e. de menos de 2 jm. En otra modalidad, el material inorgánico en partículas grueso usado de acuerdo con esta invención tiene inicialmente una distribución del tamaño de partícula, medida mediante el uso de una máquina Malvern Mastersizer S, en la que menos de aproximadamente 20 % en volumen de las partículas tienen un d.e.e. de menos de 2 jm, por ejemplo, menos de aproximadamente 15 % en volumen, o menos de aproximadamente 1 % en volumen de las partículas tienen un d.e.e. de menos de 2 jm.

El material inorgánico en partículas grueso se tritura en húmedo o en seco en ausencia o presencia de un medio de trituración. En el caso de una etapa de trituración en húmedo, el material inorgánico en partículas grueso se tritura preferentemente en una suspensión acuosa en presencia de un medio de trituración. En tal suspensión, el material inorgánico en partículas grueso está presente preferentemente en una cantidad de aproximadamente 5 % a aproximadamente 85 % en peso de la suspensión; con mayor preferencia en una cantidad de aproximadamente 20 % a aproximadamente 80 % en peso de la suspensión. Con la máxima preferencia, el material inorgánico en partículas grueso está presente en una cantidad de aproximadamente 30 % a aproximadamente 75 % en peso de la suspensión. Como se describió anteriormente, el material inorgánico en partículas se tritura a una distribución del tamaño de partícula tal que al menos aproximadamente 10 % en peso de las partículas tienen un d.e.e. de menos de 2 jm, por ejemplo, al menos aproximadamente 20 % en peso, o al menos aproximadamente 30 % en peso, o al menos aproximadamente 40 % en peso, o al menos aproximadamente 50 % en peso, o al menos aproximadamente 60 % en peso, o al menos aproximadamente 70 % en peso, o al menos aproximadamente 80 % en peso, o al menos aproximadamente 90 % en peso, o al menos aproximadamente 95 % en peso, o aproximadamente 100 % de las partículas tienen un d.e.e. de menos de 2 jm, después de lo cual la pulpa de celulosa se adiciona y los dos componente se cotrituran para microfibrilar las fibras de la pulpa de celulosa.

En otra modalidad, el material inorgánico en partículas grueso se tritura a una distribución del tamaño de partícula, medida mediante el uso de una máquina Malvern Mastersizer S tal que al menos aproximadamente 10 % en volumen de las partículas tienen un d.e.e. de menos de 2 jm, por ejemplo, al menos aproximadamente 20 % en volumen, o al menos aproximadamente 30 % en volumen, o al menos aproximadamente 40 % en volumen, o al menos aproximadamente 50 % en volumen, o al menos aproximadamente 60 % en volumen, o al menos aproximadamente 70 % en volumen, o al menos aproximadamente 80 % en volumen, o al menos aproximadamente 90 % en volumen, o al menos aproximadamente 95 % en volumen, o aproximadamente 100 % de las partículas tienen un d.e.e. de menos de 2 jm, después de lo cual la pulpa de celulosa se adiciona y los dos componente se cotrituran para microfibrilar las fibras de la pulpa de celulosa.

En una modalidad, el tamaño medio de partícula (d⁵⁰) del material inorgánico en partículas se reduce durante el proceso de cotrituración. Por ejemplo, el d⁵⁰del material inorgánico en partículas se reduce en al menos aproximadamente 10 % (medido por una máquina Malvern Mastersizer S), por ejemplo, el d⁵⁰del material inorgánico en partículas se reduce en al menos aproximadamente 20 %, o se reduce en al menos aproximadamente 30 %, o se reduce en al menos aproximadamente 50 %, o se reduce en al menos aproximadamente 50 %, o se reduce en al menos aproximadamente 60 %, o se reduce en al menos aproximadamente 70 %, o se reduce en al menos aproximadamente 80 %, o se reduce en al menos aproximadamente 90 %. Por ejemplo, un material inorgánico en partículas que tenga un d⁵⁰de 2,5 jm antes del cotriturado y un d⁵⁰de 1,5 jm después del cotriturado habrá estado sujeto a una reducción del 40 % en el tamaño de partícula. En modalidades, el tamaño promedio de partícula del material inorgánico en partículas no se reduce significativamente durante el proceso de cotrituración. Por “no se redujo significativamente” se entiende que el d⁵⁰del material inorgánico en partículas se reduce en menos de aproximadamente 10 %, por ejemplo, el d⁵⁰del material inorgánico en partículas se reduce en menos de aproximadamente 5 %.

El sustrato fibroso que comprende celulosa se microfibrila en presencia de un material inorgánico en partículas para obtener celulosa microfibrilada que tiene un d⁵⁰que varía de aproximadamente 5 jm a aproximadamente 500 jm, medido mediante dispersión de luz láser. El sustrato fibroso que comprende celulosa es microfibrilado en presencia de un material inorgánico en partículas para obtener celulosa microfibrilada que tiene un d⁵⁰de igual a o menor que aproximadamente 400 jm, por ejemplo igual a o menor que aproximadamente 300 jm, o igual o inferior a aproximadamente 200 jm, o igual o menor que aproximadamente 150 jm, o igual o menor que aproximadamente 125 jm, o igual o menor que aproximadamente 100 jm, o igual o menor que aproximadamente 90 jm, o igual o menor que aproximadamente 80 jm, o igual o menor que aproximadamente 70 jm, o igual o menor que aproximadamente 60 jm, o igual o menor que aproximadamente 50 jm, o igual o menor que aproximadamente 40 jm, o igual o menor que aproximadamente 30 jm, o igual o menor que aproximadamente 20 |jm, o igual o menor que aproximadamente 10 |jm.

El sustrato fibroso que comprende celulosa se microfibrila en presencia de un material inorgánico en partículas para obtener celulosa microfibrilada que tiene un tamaño de partícula de fibra modal que varía de aproximadamente 0,1-500 jm y un tamaño de partícula de material inorgánico modal que varía de 0,25-20 jm. El sustrato fibroso que comprende celulosa se microfibrila en presencia de un material inorgánico en partículas para obtener celulosa microfibrilada que tiene un tamaño de partícula de fibra modal de al menos aproximadamente 0,5 jm, por ejemplo al menos aproximadamente 10 jm, o al menos aproximadamente 50 jm, o al menos al menos aproximadamente 100 jm, o al menos aproximadamente 150 jm, o al menos aproximadamente 200 jm, o al menos aproximadamente 300 jm, o al menos aproximadamente 400 jm. El sustrato fibroso que comprende celulosa se microfibrila en presencia de un material inorgánico en partículas para obtener celulosa microfibrilada que tiene una inclinación de la fibra igual a o mayor que 10, medida por Malvern. La inclinación de la fibra (es decir, la inclinación de la distribución del tamaño de partícula de las fibras) se determina mediante la siguiente fórmula:

Inclinación = 100 x (d³ü/d⁷⁰)

La celulosa microfibrilada por ejemplo tiene una inclinación de la fibra igual a o menor que aproximadamente 100. La celulosa microfibrilada por ejemplo tiene una inclinación de la fibra igual a o menor que aproximadamente 75, o igual a o menor que aproximadamente 50, o igual a o menor que aproximadamente 40, o igual a o menor que aproximadamente 30. La celulosa microfibrilada por ejemplo tiene una inclinación de la fibra de aproximadamente 20 a aproximadamente 50, o de aproximadamente 25 a aproximadamente 40, o de aproximadamente 25 a aproximadamente 35, o de aproximadamente 30 a aproximadamente 40. La trituración se realiza adecuadamente en un recipiente de trituración, tal como un molino giratorio (por ejemplo, de varillas, bolas y autógeno), un molino agitado (por ejemplo, SAM o IsaMill), un molino de torre, un detritor de medio agitado (SMD) o un recipiente de molienda que comprende placas de molienda paralelas giratorias entre las que se alimenta la alimentación a moler.

El recipiente de trituración es un molino de torre. El molino de torre comprende una zona de reposo por encima de una o más zonas de trituración. Una zona de reposo es una región ubicada hacia la parte superior del interior del molino de torre en la que tiene lugar una trituración mínima o nula y comprende celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas. La zona de reposo es una región en la que las partículas del medio de trituración se sedimentan hacia una o más zonas de trituración del molino de torre.

El molino de torre comprende un clasificador por encima de una o más zonas de trituración. El clasificador está montado en la parte superior y ubicado adyacente a una zona de reposo. El clasificador es, por ejemplo, un hidrociclón. El molino de torre opcionalmente comprende un tamiz sobre una o más zonas de trituración. Un tamiz está ubicado adyacente a una zona de reposo y/o un clasificador. El tamiz se dimensiona para separar el medio de trituración del producto en suspensión acuosa que comprende la celulosa microfibrilada y el material inorgánico en partículas y para mejorar la sedimentación del medio de trituración.

La trituración se realiza en condiciones de flujo de pistón. En condiciones de flujo de pistón, el flujo a través de la torre es tal que hay una mezcla limitada de los materiales de trituración a través de la torre. Esto significa que en diferentes puntos a lo largo de la longitud del molino de torre, la viscosidad del entorno acuoso variará a medida que aumenta la finura de la celulosa microfibrilada. Por tanto, en efecto, la región de trituración en el molino de torre se considera para comprender una o más zonas de trituración que tienen una viscosidad característica. Un experto en la técnica comprenderá que no existe un límite definido entre las zonas de trituración adyacentes con respecto a la viscosidad.

Se añade agua en la parte superior del molino cerca de la zona de reposo o el clasificador o el tamiz por encima de una o más zonas de trituración para reducir la viscosidad de la suspensión acuosa que comprende la celulosa microfibrilada y el material inorgánico en partículas en esas zonas en el molino. Al diluir el producto de celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas en este punto del molino, se ha encontrado que se mejora la prevención de que los medios de trituración se trasladen a la zona de reposo y/o al clasificador y/o al tamiz. Además, la mezcla limitada a través de la torre permite procesar sólidos más altos en la parte inferior de la torre y diluir en la parte superior con un reflujo limitado del agua de dilución de regreso a la torre hacia una o más zonas de trituración. Cualquier cantidad adecuada de agua que sea eficaz se añade para diluir la viscosidad del producto en suspensión acuosa que comprende la celulosa microfibrilada y el material inorgánico en partículas. El agua se añade continuamente durante el proceso de trituración, o a intervalos regulares, o a intervalos irregulares.

O, se añade agua a una o más zonas de trituración a través de uno o más puntos de inyección de agua colocados a lo largo de la longitud del molino de torre, o cada punto de inyección de agua está ubicado en una posición que corresponde a una o más zonas de trituración. Ventajosamente, la capacidad de añadir agua en varios puntos a lo largo de la torre permite un mayor ajuste de las condiciones de trituración en cualquiera o en todas las posiciones del molino. El molino de torre opcionalmente comprende un eje impulsor vertical equipado con una serie de discos de rotor impulsor a lo largo de toda su longitud. La acción de los discos de rotor impulsor genera una serie de zonas de trituración discretas en todo el molino.

Alternativamente, la trituración se realiza en una trituradora tamizada, preferentemente un detritor de medio agitado. La trituradora tamizada opcionalmente comprende uno o más tamices que tienen un tamaño de apertura nominal de al menos aproximadamente 250 pm, por ejemplo, el uno o más tamices pueden tener un tamaño de apertura nominal de al menos aproximadamente 300 pm, o al menos aproximadamente 350 pm, o al menos aproximadamente 400 pm, o al menos aproximadamente 450 pm, o al menos aproximadamente 500 pm, o al menos aproximadamente 550 pm, o al menos aproximadamente 600 pm, o al menos aproximadamente 650 pm, o al menos aproximadamente 700 pm, o al menos aproximadamente 750 pm, o al menos aproximadamente 800 pm, o al menos aproximadamente 850 pm, o al menos aproximadamente 900 pm, o al menos aproximadamente 1000 pm.

Los tamaños de los tamices indicados de manera inmediata anteriormente son aplicables a las modalidades de molino de torre descritas anteriormente.

Como se indicó anteriormente, la trituración opcional se realiza en presencia de un medio de trituración. El medio de trituración es un medio grueso que comprende partículas que tienen un diámetro promedio en el intervalo de aproximadamente 1 mm a aproximadamente 6 mm, por ejemplo aproximadamente 2 mm, o aproximadamente 3 mm, o aproximadamente 4 mm, o aproximadamente 5 mm.

Por ejemplo, el medio de trituración tiene una gravedad específica de al menos aproximadamente 2,5, por ejemplo, al menos aproximadamente 3, o al menos aproximadamente 3,5, o al menos aproximadamente 4,0, o al menos aproximadamente 4,5, o al menos aproximadamente 5,0, o al menos aproximadamente 5,5, o al menos aproximadamente 6,0.

O, el medio de trituración comprende partículas que tienen un diámetro promedio en el intervalo de aproximadamente 1 mm a aproximadamente 6 mm y tiene una gravedad específica de al menos aproximadamente 2,5.

Por ejemplo, el medio de trituración comprende partículas que tienen un diámetro promedio de aproximadamente 3 mm y una gravedad específica de aproximadamente 2,7. Como se describió anteriormente, el medio de trituración (o medios) está presente en una cantidad de hasta aproximadamente 70 % en volumen de la carga. El medio de trituración está presente en una cantidad de al menos aproximadamente 10 % en volumen de la carga, por ejemplo, al menos aproximadamente 20 % en volumen de la carga, o al menos aproximadamente 30 % en volumen de la carga, o al menos aproximadamente 40 % en volumen de la carga, o al menos aproximadamente 50 % en volumen de la carga, o al menos aproximadamente 60 % en volumen de la carga. Por ejemplo, el medio de trituración está presente en una cantidad de aproximadamente 50 % en volumen de la carga.

El término “carga” significa la composición que es la alimentación que se introduce al recipiente de la trituradora. La carga incluye agua, medios de trituración, y sustrato fibroso que comprende celulosa y material inorgánico en partículas, y cualquier otro aditivo opcional como se describe en la presente descripción.

El uso de un medio relativamente grueso y/o denso tiene la ventaja de velocidades de sedimento mejoradas (es decir, más rápidas) y un arrastre de medio reducido a través de la zona de reposo y/o clasificador y/o tamices.

Una ventaja adicional en el uso de medios de trituración relativamente gruesos es que el tamaño promedio de partícula (d⁵⁰) del material inorgánico en partículas no se reduce significativamente durante el proceso de trituración, de manera que la energía impartida al sistema de trituración se gasta principalmente en microfibrilar el sustrato fibroso que comprende celulosa.

Una ventaja adicional en el uso de tamices relativamente gruesos es que se usa un medio de trituración relativamente grueso o denso en la etapa de microfibrilación. Además, el uso de tamices relativamente gruesos (es decir, que tienen una apertura nominal de al menos 250 mm) permite procesar y retirar de la trituradora un producto de sólidos relativamente alto, lo que permite una alimentación de sólidos relativamente alta (que comprende un sustrato fibroso que comprende celulosa y material inorgánico en partículas) para procesarse en un proceso económicamente viable. Como se describe más abajo, se ha encontrado que una alimentación que tiene un alto contenido inicial de sólidos es conveniente en términos de suficiencia energética. Además, también se ha encontrado que el producto producido (a una energía dada) con menos sólidos tiene una distribución de tamaño de partícula más gruesa.

Como se describió en la sección "Antecedentes" anteriormente, la presente invención busca abordar el problema de preparar celulosa microfibrilada de forma económica a escala industrial.

Por tanto, el sustrato fibroso que comprende celulosa y material inorgánico en partículas está presente en el entorno acuoso con un contenido de sólidos inicial de al menos aproximadamente 4 % en peso, del cual al menos aproximadamente 2 % en peso es sustrato fibroso que comprende celulosa. El contenido de sólidos inicial es por ejemplo al menos aproximadamente 10 % en peso, o al menos aproximadamente 20 % en peso, o al menos aproximadamente 30 % en peso, o al menos aproximadamente al menos 40 % en peso. Al menos aproximadamente 5 % en peso del contenido de sólidos inicial es un sustrato fibroso que comprende celulosa, por ejemplo, al menos aproximadamente 10 %, o al menos aproximadamente 15 %, o al menos aproximadamente 20 % en peso del contenido de sólidos inicial puede ser sustrato fibroso que comprende celulosa.

La trituración se realiza en una cascada de recipientes de trituración, uno o más de los cuales comprenden una o más zonas de trituración. Por ejemplo, el sustrato fibroso que comprende la celulosa y el material inorgánico en partículas se trituran en una cascada de dos o más recipientes de trituración, por ejemplo, una cascada de tres o más recipientes de trituración, o una cascada de cuatro o más recipientes de trituración, o un cascada de cinco o más recipientes de trituración, o una cascada de seis o más recipientes de trituración, o una cascada de siete o más recipientes de trituración, o una cascada de ocho o más recipientes de trituración, o una cascada de nueve o más recipientes de trituración en serie, o una cascada que comprende hasta diez recipientes de trituración. La cascada de recipientes de trituración está operativamente unida en serie o en paralelo o una combinación de en serie y en paralelo. La salida de y/o la entrada a uno o más de los recipientes de trituración en la cascada se somete a una o más etapas de tamizaje y/o una o más etapas de clasificación.

La energía total gastada en un proceso de microfibrilación se distribuye, por ejemplo, igualmente a través de cada uno de los recipientes de trituración en la cascada. Alternativamente, la entrada de energía varía opcionalmente entre algunos o todos los recipientes de trituración en la cascada.

Una persona experta en la técnica entenderá que la energía gastada por recipiente varía opcionalmente entre recipientes en la cascada en dependencia de la cantidad de sustrato fibroso que se microfibrila en cada recipiente y, opcionalmente, la velocidad de trituración en cada recipiente, la duración de la trituración en cada recipiente, el tipo de medio de trituración en cada recipiente y el tipo y cantidad de material inorgánico en partículas. Las condiciones de trituración se varían, por ejemplo, en cada recipiente de la cascada para controlar la distribución del tamaño de partícula tanto de la celulosa microfibrilada como del material inorgánico en partículas. Por ejemplo, el tamaño del medio de trituración se varía entre recipientes sucesivos en la cascada para reducir la trituración del material inorgánico en partículas y apuntar a la trituración del sustrato fibroso que comprende celulosa.

La trituración se realiza en circuito cerrado o la trituración se realiza en circuito abierto. La trituración se realiza en modo por lotes o la trituración se realiza en un modo de recirculación por lotes.

Como se describió anteriormente, el circuito de trituración opcionalmente incluye una etapa de trituración previa en la que las partículas inorgánicas gruesas se trituran en un recipiente de la trituradora hasta una distribución de tamaño de partículas predeterminada, después de lo cual el material fibroso que comprende la celulosa se combina con el material inorgánico en partículas triturado previamente y la trituración continúa en el mismo recipiente de trituración o en uno diferente hasta que se haya obtenido el nivel deseado de microfibrilación.

Como la suspensión del material a triturarse es de una viscosidad relativamente alta, se añade preferentemente un agente dispersante adecuado a la suspensión antes de la trituración. El agente dispersante es, por ejemplo, un fosfato condensado soluble en agua, ácido polisilícico o una sal del mismo, o un polielectrolito, por ejemplo una sal soluble en agua de un poli(ácido acrílico) o de un poli(ácido metacrílico) que tiene un peso molecular promedio en número no superior a 80 000. La cantidad de agente dispersante usado estaría generalmente en el intervalo de 0,1 a 2,0 % en peso, en base al peso del material sólido inorgánico seco en partículas. La suspensión adecuadamente se tritura a una temperatura en el intervalo de 4 °C a 100 °C. Otros aditivos que pueden incluirse por ejemplo durante la etapa de microfibrilación incluyen: carboximetilcelulosa, carboximetilcelulosa anfótera, agentes oxidantes, 2,2,6,6-tetrametilpiperidina-1-oxilo (TEMPO), derivados de TEMPO, y enzimas degradantes de la madera.

El pH de la suspensión de material a triturarse es por ejemplo de aproximadamente 7 o mayor que aproximadamente 7 (es decir, básico), por ejemplo, el pH de la suspensión puede ser aproximadamente 8, o aproximadamente 9, o aproximadamente 10, o aproximadamente 11. El pH de la suspensión de material a triturarse es por ejemplo menor que aproximadamente 7 (es decir, ácido), por ejemplo, el pH de la suspensión puede ser aproximadamente 6, o aproximadamente 5, o aproximadamente 4, o aproximadamente 3. El pH de la suspensión de material a triturarse se ajusta mediante la adición de una cantidad apropiada de ácido o base. Las bases adecuadas incluían hidróxidos de metales alcalinos, tales como, por ejemplo NaOH. Otras bases adecuadas son el carbonato de sodio y el amoniaco. Los ácidos adecuados incluían ácidos inorgánicos, tales como ácido clorhídrico y sulfúrico, o ácidos orgánicos. Un ácido ilustrativo es el ácido ortofosfórico.

La cantidad de material inorgánico en partículas y pulpa de celulosa en la mezcla que se va a triturar varía en una relación de aproximadamente 99,5:0,5 a aproximadamente 0,5:99,5, en base al peso seco del material inorgánico en partículas y la cantidad de fibra seca en la pulpa, por ejemplo, una relación de aproximadamente 99,5:0,5 a aproximadamente 50:50 en base al peso seco del material inorgánico en partículas y la cantidad de fibra seca en la pulpa. Por ejemplo, la relación de la cantidad de material inorgánico en partículas y fibra seca puede ser de aproximadamente 99,5:0,5 a aproximadamente 70:30. La relación de material inorgánico en partículas a fibra seca es aproximadamente 80:20, o por ejemplo, aproximadamente 85:15, o aproximadamente 90:10, o aproximadamente 91:9, o aproximadamente 92:8, o aproximadamente 93:7, o aproximadamente 94:6, o aproximadamente 95:5, o aproximadamente 96:4, o aproximadamente 97:3, o aproximadamente 98:2, o aproximadamente 99:1. Preferentemente, la relación en peso de material inorgánico en partículas a fibra seca es aproximadamente 95:5. En otra modalidad preferida, la relación en peso de material inorgánico en partículas a fibra seca es aproximadamente 90:10, 85:15, 80:20 o 50:50.

La entrada de energía total en un proceso de trituración típico para obtener la composición de suspensión acuosa deseada está típicamente entre aproximadamente 100 y 1500 kWht-1 en base al peso seco total del relleno de partículas inorgánico. La entrada de energía total es menos de aproximadamente 1000 kWht-1, por ejemplo, menos de aproximadamente 800 kWht-1, menos de aproximadamente 600 kWht-1, menos de aproximadamente 500 kWht-1, menos de aproximadamente 400 kWht-1, menos de aproximadamente 300 kWht-1, o menos de aproximadamente 200 kWht-1. Como tal, los presentes inventores han descubierto sorprendentemente que una pulpa de celulosa se microfibrila con una entrada de energía relativamente baja cuando se tritura conjuntamente en presencia de un material inorgánico en partículas. Como resultará evidente, la entrada de energía total por tonelada de fibra seca en el sustrato fibroso que comprende celulosa será menos de aproximadamente 10 000 kWht-1, por ejemplo, menos de aproximadamente 9000 kWht-1, o menos de aproximadamente 8000 kWht-1, o menos de aproximadamente 7000 kWht-1, o menos de aproximadamente 6000 kWht-1, o menos de aproximadamente 5000 kWht-1, por ejemplo menos de aproximadamente 4000 kWht-1, menos de aproximadamente 3000 kWht-1, menos de aproximadamente 2000 kWht-1, menos de aproximadamente 1500 kWht-1, menos de aproximadamente 1200 kWht-1, menos de aproximadamente 1000 kWht-1, o menos de aproximadamente 800 kWht-1. La entrada de energía total varía en dependencia de la cantidad de fibra seca en el sustrato fibroso que se microfibrila y, opcionalmente, la velocidad de trituración y la duración de la trituración.

• homogeneización

La microfibrilación del sustrato fibroso que comprende celulosa se efectúa en condiciones húmedas en presencia del material inorgánico en partículas mediante un método en el que la mezcla de pulpa de celulosa y material inorgánico en partículas se presuriza (por ejemplo, a una presión de aproximadamente 500 bar) y luego pasa a una zona de menor presión. La velocidad a la que la mezcla pasa a la zona de baja presión es suficientemente alta y la presión de la zona de baja presión es suficientemente baja como para provocar la microfibrilación de las fibras de celulosa. Por ejemplo, la caída de presión se efectúa al forzar la mezcla a través de una abertura anular que tiene un orificio de entrada estrecho con un orificio de salida mucho más grande. La drástica disminución de la presión a medida que la mezcla se acelera a un volumen mayor (es decir, una zona de menor presión) induce la cavitación que provoca la microfibrilación. En una modalidad, la microfibrilación del sustrato fibroso que comprende celulosa se efectúa en un homogeneizador en condiciones húmedas en presencia del material inorgánico en partículas. En el homogeneizador, la mezcla de pulpa de celulosa y material inorgánico en partículas se presuriza (por ejemplo, a una presión de aproximadamente 500 bar), y se fuerza a través de una pequeña boquilla u orificio. La mezcla se presuriza a una presión de aproximadamente 100 a aproximadamente 1000 bar, por ejemplo a una presión igual o superior a 300 bar, o igual o superior a aproximadamente 500, o igual o superior a aproximadamente 200 bar, o igual o superior a aproximadamente 700 bar. La homogeneización somete las fibras a fuerzas de cizallamiento elevadas, de modo que cuando la pulpa de celulosa presurizada sale de la boquilla u orificio, la cavitación provoca la microfibrilación de las fibras de celulosa en la pulpa. En modalidades, se añade agua adicional para mejorar la fluidez de la suspensión a través del homogeneizador. La suspensión acuosa resultante que comprende celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas se retroalimenta a la entrada del homogeneizador para múltiples pasadas a través del homogeneizador. Preferentemente, el material inorgánico en partículas puede ser un mineral naturalmente laminar, tal como caolín. Como tal, la homogeneización no solo facilita la microfibrilación de la pulpa de celulosa, sino que también facilita la delaminación del material laminado en partículas.

Se entiende que un material laminado en partículas, tal como el caolín, tiene un factor de forma de al menos aproximadamente 10, por ejemplo, al menos aproximadamente 15, o al menos aproximadamente 20, o al menos aproximadamente 30, o al menos aproximadamente 40, o al menos aproximadamente al menos aproximadamente 50, o al menos aproximadamente 60, o al menos aproximadamente 70, o al menos aproximadamente 80, o al menos aproximadamente 90, o al menos aproximadamente 100. El factor de forma, como se usa en la presente descripción, es una medida de la relación entre el diámetro de partícula y el grosor de partícula para una población de partículas de tamaño y forma variables según se mide mediante el uso de los métodos, aparatos y ecuaciones de conductividad eléctrica descritos en la Patente de Estados Unidos núm. 5,576,617.

Una suspensión de un material inorgánico en partículas laminar, tal como caolín, se trata en el homogeneizador hasta una distribución de tamaño de partícula predeterminada en ausencia del sustrato fibroso que comprende celulosa, después de lo cual el material fibroso que comprende celulosa se agrega a la lechada acuosa del material inorgánico en partículas y la suspensión combinada se procesan en el homogeneizador como se describió anteriormente. Se continúa el proceso de homogeneización, que incluye una o más pasadas por el homogeneizador, hasta obtener el nivel de microfibrilación deseado. Similarmente, el material inorgánico en partículas laminar se trata en un triturador hasta una distribución de tamaño de partícula predeterminada y luego se combinar con el material fibroso que comprende celulosa seguido de procesamiento en el homogeneizador.

Un homogeneizador ilustrativo es un homogeneizador Manton Gaulin (APV).

Después de que se ha llevado a cabo la etapa de microfibrilación, la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas se tamiza para eliminar la fibra por encima de un cierto tamaño y eliminar cualquier medio de trituración. Por ejemplo, la suspensión se somete a tamizado mediante el uso de un tamiz que tiene un tamaño de apertura nominal seleccionado en orden de eliminar las fibras que no pasan a través del tamiz. Por tamaño de apertura nominal se entiende la separación central nominal de los lados opuestos de una apertura cuadrada o el diámetro nominal de una apertura redonda. El tamiz es por ejemplo un tamiz BSS (de acuerdo con BS 1796) que tiene un tamaño de apertura nominal de 150 |jm, por ejemplo, un tamaño de apertura nominal de 125 pm, o 106 pm, o 90 pm, o 74 pm, o 63 pm, o 53 |jm, 45 pm, o 38 pm. En una modalidad, la suspensión acuosa se tamiza mediante un tamiz BSS que tiene una apertura nominal de 125 pm. La suspensión acuosa luego se deshidrata opcionalmente.

La suspensión acuosa

Las suspensiones acuosas producidas de acuerdo con los métodos descritos anteriormente son adecuadas para su uso en un método de fabricación de papel o papel de recubrimiento. La suspensión acuosa es adecuada para su uso en un método de fabricación de papel o papel de recubrimiento. Los otros aditivos opcionales incluyen dispersantes, biocidas, coadyuvantes de suspensión, sal(es) y otros aditivos, por ejemplo, almidón o carboximetilcelulosa o polímeros, que facilitan la interacción de partículas minerales y fibras durante o después de la trituración.

El material inorgánico en partículas tiene una distribución del tamaño de partícula tal que al menos aproximadamente 10 % en peso de, por ejemplo, al menos aproximadamente 20 % en peso, o al menos aproximadamente 30 % en peso, o al menos aproximadamente 40 % en peso, o al menos aproximadamente 50 % en peso, o al menos aproximadamente 60 % en peso, o al menos aproximadamente 70 % en peso, o al menos aproximadamente 80 % en peso, o al menos aproximadamente 90 % en peso, o al menos aproximadamente 95 % en peso, o aproximadamente 100 % de las partículas tienen un d.e.e. de menos de 2 pm.

El material inorgánico en partículas opcionalmente tiene una distribución del tamaño de partícula, medida con una máquina Malvern Mastersizer S, tal que al menos aproximadamente 10 % en volumen, por ejemplo, al menos aproximadamente 20 % en volumen, o al menos aproximadamente 30 % en volumen, o al menos aproximadamente 40 % en volumen, o al menos aproximadamente 50 % en volumen, o al menos aproximadamente 60 % en volumen, o al menos aproximadamente 70 % en volumen, o al menos aproximadamente 80 % en volumen, o al menos aproximadamente 90 % en volumen, o al menos aproximadamente 95 % en volumen o aproximadamente 100 % de las partículas tienen un d.e.e. de menos de 2 |jm.

La cantidad de material inorgánico en partículas y pulpa de celulosa en la mezcla que se va a triturar varía en una relación de aproximadamente 99,5:0,5 a aproximadamente 0,5:99,5, en base al peso seco del material inorgánico en partículas y la cantidad de fibra seca en la pulpa, por ejemplo, una relación de aproximadamente 99,5:0,5 a aproximadamente 50:50 en base al peso seco del material inorgánico en partículas y la cantidad de fibra seca en la pulpa. Por ejemplo, la relación de la cantidad de material inorgánico en partículas y fibra seca es de aproximadamente 99,5:0,5 a aproximadamente 70:30, 80:20, 85:15, 90:10, 91:9, 92:8, 93:7, 94:6, 95:5, 96:4, 97:3, 98:2 o 99:1.

La relación en peso de material inorgánico en partículas a fibra seca es aproximadamente 95:5, 90:10, 85:15, 80:20 o 50:50.

La composición no incluye fibras muy largas para pasa a través de un tamiz BSS (de acuerdo con BS 1796) que tiene un tamaño de apertura nominal de 150 jm, por ejemplo, un tamaño de apertura nominal de 125 jm, o 106 jm, o 90 jm, o 74 jm, o 63 jm, o 53 jm, 45 jm, o 38 jm.

Por lo tanto, se entenderá que la cantidad (es decir, % en peso) de la celulosa microfibrilada en la suspensión acuosa después de triturar u homogeneizar es menor que la cantidad de fibra seca en la pulpa si la suspensión triturada u homogeneizada se trata para eliminar fibras por encima de un tamaño seleccionado. Por tanto, las cantidades relativas de pulpa y material inorgánico en partículas introducidas a la trituradora u homogeneizador se ajustan en dependencia de la cantidad de celulosa microfibrilada que se requiere en la suspensión acuosa después de eliminar fibras por encima de un tamaño seleccionado.

El material inorgánico en partículas es un carbonato de metal alcalinotérreo, por ejemplo, carbonato de calcio. El material inorgánico en partículas puede ser carbonato de calcio triturado (GCC) o carbonato de calcio precipitado (PCC), o una mezcla de GCC y PCC. O, el material inorgánico en partículas es un mineral naturalmente laminar, por ejemplo, caolín. O, el material inorgánico en partículas es una mezcla de caolín y carbonato de calcio, por ejemplo, una mezcla de caolín y GCC, o una mezcla de caolín y PCC, o una mezcla de caolín, GCC y PCC.

La suspensión acuosa se trata para eliminar al menos una porción o sustancialmente toda el agua para formar un producto parcialmente seco o esencialmente completamente seco. Por ejemplo, al menos aproximadamente 10% en volumen de agua en la suspensión acuosa se elimina de la suspensión acuosa, por ejemplo, al menos aproximadamente 20% en volumen, o al menos aproximadamente 30% en volumen, o al menos aproximadamente 40% en volumen, o al menos aproximadamente 50% en volumen, o al menos aproximadamente 60% en volumen, o al menos aproximadamente 70% en volumen o al menos aproximadamente 80% en volumen o al menos aproximadamente 90% en volumen, o al menos aproximadamente 100% en volumen de agua en la suspensión acuosa. Se usa cualquier técnica adecuada para eliminar el agua de la suspensión acuosa que incluye, por ejemplo, por gravedad o drenaje asistido por vacío, con o sin prensado, o por evaporación, o por filtración, o por una combinación de estas técnicas. El producto parcialmente secado o esencialmente completamente seco comprenderá celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas y cualquier otro aditivo opcional que se haya añadido a la suspensión acuosa antes del secado. El producto parcialmente secado o esencialmente completamente secado se almacena o empaca, por ejemplo, para la venta. El producto parcialmente secado o esencialmente completamente secado se rehidrata opcionalmente y se incorpora en composiciones para la fabricación de papel y otros productos de papel, como se describe en la presente descripción.

El proceso de ultrasonicación

En resumen, sonicación, ultrasonicación o ultrasonificación (usados en la presente descripción indistintamente a menos que se indique de cualquier otra manera) es la irradiación de una muestra líquida con ondas sonoras ultrasónicas (> 20 kHz. Por ejemplo, 20 a 100 kHz) que resulta en la agitación del líquido. Las ondas sonoras se propagan en un medio líquido que resulta en ciclos alternos de alta presión (compresión) y baja presión (rarefacción). Durante la rarefacción, las ondas sónicas de alta intensidad crean pequeñas burbujas de vacío o vacíos en el líquido, que luego colapsan violentamente (cavitación) durante la compresión, lo que crea temperaturas locales muy altas, y agitación. La combinación de estos eventos resulta en fuerzas de cizallamiento altas capaces de descomponer o reducir materiales en constituyentes más pequeños que emulsionan esencialmente el material. Este proceso cambia las propiedades físicas del material en dependencia de los parámetros de operación elegidos.

La ultrasonicación se usa para redispersar y desaglomerar composiciones que contienen celulosa microfibrilada deshidratada, parcialmente secada o esencialmente secada. Las principales aplicaciones de los ultrasonidos incluyen homogeneización (mezcla), dispersión, desaglomeración, molienda y trituración en húmedo (por ejemplo, nanomateriales), emulsión, y desintegración celular. La ultrasonicación también ayuda a mezclar materiales mediante la agitación del material. Aunque la presente invención no se limita al uso de ningún dispositivo de sonicación particular, la ultrasonicación se realiza más típicamente mediante el uso de un baño ultrasónico o una sonda ultrasónica (o transductor). Los dispositivos adecuados conocidos en la técnica también incluyen, y no se limitan a, un homogeneizador ultrasónico, una lámina ultrasónica y una bocina ultrasónica. Los dispositivos de ultrasonicación a escala comercial están disponibles en Hielscher Ultrasonics GmbH (Oderstr. 53 D-14513 Teltow, Alemania y 530 Ringwood Ave. Lembo & Gray Bldg. Wanaque, Nueva Jersey 07465, Estados Unidos). Las sondas de sonificación adecuadas se denominan de varias formas sonotrodos y cascotrodos por el fabricante anterior

En las pruebas descritas en algunos de los Ejemplos de esta descripción, se utilizó una sonda ultrasónica (sonotrodo) a escala piloto de Hielscher. En tales pruebas, la unidad se utilizó con una bomba de cavidad progresiva (seepex) de 3 L/min.

En las pruebas descritas en ciertos Ejemplos más abajo, las pruebas se realizaron en modo de recirculación entre el tanque de alimentación y la celda de flujo ultrasónico (aquí es donde se encuentra la sonda de sonicación (sonotrodo, es decir, el dispositivo que dirige la energía ultrasónica a la lechada)). El volumen inicial en el tanque de alimentación para las pruebas descritas fue de 2,5 L. Se recogieron muestras de 250 ml después de 0, 1, 2, 4 y 10 minutos de sonicación. El caudal durante todas estas pruebas se mantuvo en aproximadamente 1,5 L/min. Además, fueron posibles varias configuraciones de procesamiento mediante el uso de varias combinaciones de refuerzos (B4-1,8 y B4-2,2) y sonotrodos (BS4d22 y BS4d40) para determinar la configuración en el procesamiento de varios productos de alimentación de celulosa microfibrilada o celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas. Los sonotrodos se usan para transferir directamente la energía ultrasónica generada por un transductor al medio/lechada que se va a sonificar. Los amplificadores se usan para aumentar (o disminuir) mecánicamente la amplitud generada por los sonotrodos.

Cualquier efecto de la cavitación inducida por ultrasonicación en un material se controla a través de una combinación de parámetros que incluyen diferentes frecuencias, amplitudes de desplazamiento o vibración, tiempo de exposición al proceso y modo de administración del proceso (por ejemplo, administración pulsada o continua). Las frecuencias usadas normalmente varían de aproximadamente 20 a aproximadamente 100 kHz, o de aproximadamente 25 a aproximadamente 55 kHz. Las amplitudes usadas típicamente varían de aproximadamente 22 a aproximadamente 50 pm. Se usan presiones de operación de 0 a 4 bar, preferentemente alrededor de 3 bar. Son adecuadas temperaturas de 20 °C a 50 °C. Se encontró que las condiciones óptimas para la sonificación de suspensiones de celulosa microfibrilada o celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas era 3 bar de presión, 20 °C y 1,5 % en peso de sólidos de fibra. La elección de usar un baño ultrasónico, una sonda ultrasónica u otro dispositivo también influye en el resultado final del proceso.

Con respecto a la presente invención, se ha descubierto que la ultrasonicación de la suspensión acuosa que comprende la celulosa microfibrilada o celulosa microfibrilada y un material inorgánico en partículas de la presente invención (colectivamente referido como la "suspensión acuosa") mejora las propiedades físicas del material. Por ejemplo, la ultrasonicación de una suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada o que comprende celulosa microfibrilada y un material inorgánico en partículas resulta sorprendentemente e inesperadamente en una viscosidad mejorada y/o resistencia a la tracción del material, como se demuestra en la sección de Ejemplos de esta descripción. La mejora de las propiedades físicas del material de la presente invención y el grado de mejora dependen de los parámetros de operación usados. En vista de las enseñanzas de esta descripción, un experto en la técnica podrá discernir los parámetros apropiados para lograr un resultado deseado sin una experimentación indebida.

En un aspecto de la presente invención, la ultrasonicación de la suspensión acuosa de la presente invención comprende producir una suspensión sonicada que comprende celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas con viscosidad mejorada y/o propiedades de resistencia a la tracción, el método comprende una etapa de microfibrilación de un sustrato fibroso que comprende celulosa en un ambiente acuoso en presencia de un material inorgánico en partículas para producir una suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas, y que comprende además someter la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas a sonicación para producir la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas con propiedades mejoradas de viscosidad y resistencia a la tracción. La etapa de microfibrilación comprende opcionalmente triturar el sustrato fibroso que comprende celulosa en presencia del material inorgánico en partículas y, opcionalmente, comprende además una etapa inicial de trituración del material inorgánico en partículas en ausencia del sustrato fibroso que comprende celulosa para obtener un material inorgánico en partículas que tiene un tamaño de partícula deseado.

En una modalidad, también se usa un medio de trituración, como se describió anteriormente, para producir la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas con propiedades de viscosidad y resistencia a la tracción mejoradas.

La ultrasonicación de la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas se realiza con una sonda ultrasónica o un baño de agua ultrasónico, un homogeneizador ultrasónico, una lámina ultrasónica o una bocina ultrasónica. El uso de tales dispositivos es conocido por los expertos en la técnica.

En una modalidad de la presente invención, los métodos de la presente invención comprenden además uno o más de mezclado, homogeneización o refinado de alto cizallamiento antes o después de la etapa de sonicación, todos los cuales son conocidos por un experto en la técnica y son incorporados en los métodos de la presente invención sin una experimentación indebida en vista de las enseñanzas de esta descripción. Redispersión de composiciones de celulosa microfibriladas deshidratadas, parcialmente secas o esencialmente secas, que opcionalmente contienen material inorgánico en partículas.

En la presente invención, la ultrasonicación se usa ventajosamente para redispersar composiciones de celulosa microfibrilada o composiciones de celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas previamente deshidratadas, parcialmente secas o esencialmente secas. Las composiciones deshidratadas parcialmente secas o esencialmente secas de celulosa microfibrilada o las composiciones de celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas se granulan, por ejemplo, después de deshidratar y secar. Tales composiciones de celulosa microfibrilada deshidratadas, parcialmente secas o esencialmente secadas y opcionalmente granuladas o composiciones de celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas se resuspenden con la ayuda de dispositivos de ultrasonicación de los tipos descritos en esta descripción.

En una modalidad, la ultrasonicación se usa como una etapa de postratamiento para suspensiones de celulosa microfibrilada o composiciones de celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas para mejorar una o más propiedades físicas de tales suspensiones, por ejemplo, mayor resistencia a la tracción y mayor viscosidad.

En una modalidad, los inventores han inventado un método para redispersar celulosa microfibrilada deshidratada, parcialmente seca o esencialmente seca, de acuerdo con la reivindicación 1.

El método comprende una segunda salida de la celda de flujo conectada a una segunda entrada del tanque, lo que proporciona de esta manera un circuito de recirculación continuo que proporciona la aplicación continua de energía ultrasónica a la suspensión durante un período de tiempo deseado y/o intervalo de entrada de energía total. Por tanto, el método se practica de manera continua al hacer recircular una suspensión que comprende celulosa microfibrilada o una suspensión que comprende celulosa microfibrilada y al menos un material inorgánico en partículas a través del circuito de recirculación descrito anteriormente que comprende la celda de flujo que comprende al menos una sonda de sonicación. En una modalidad preferida, el líquido dispersante es agua.

En una modalidad, la entrada de energía ultrasónica acumulada se ajusta a al menos aproximadamente 200 kWh/t, al menos aproximadamente 300 kWh/t, al menos aproximadamente 400 kWh/t, al menos aproximadamente 500 kWh/t, al menos aproximadamente 600 kWh/t, al menos aproximadamente 700 kWh/t, al menos aproximadamente 800 kWh/t, al menos aproximadamente 900 kWh/t, al menos aproximadamente 1000 kWh/t, al menos aproximadamente 1100 kWh/t, al menos aproximadamente 1200 kWh/t, al menos aproximadamente 1300 kWh/t, al menos aproximadamente 1400 kWh/t, al menos aproximadamente 1500 kWh/t, al menos aproximadamente 1600 kWh/t, al menos aproximadamente 1700 kWh/t, al menos aproximadamente 1750 kWh/t, al menos aproximadamente 1800 kWh/t, al menos aproximadamente 1900 kWh/t, al menos aproximadamente 2000 kWh/t, al menos aproximadamente 2100 kWh/t, al menos aproximadamente 2200 kWh/t, al menos aproximadamente 2300 kWh/t, al menos aproximadamente 2400 kWh/t, al menos aproximadamente 2500 kWh/t, al menos aproximadamente 3000 kWh/t, al menos aproximadamente 3500 kWh/t, al menos aproximadamente 4000 kWh/t, al menos aproximadamente 4500 kWh/t, al menos aproximadamente 5000 kWh/t, al menos aproximadamente 5500 kWh/t, al menos aproximadamente 6000 kWh/t, al menos aproximadamente 6500 kWh/t, al menos aproximadamente 7000 kWh/t, al menos aproximadamente 7500 kWh/t, al menos aproximadamente 8000 kWh/t, al menos aproximadamente 8500 kWh/t, al menos aproximadamente 9000 kWh/t, al menos aproximadamente 9500 kWh/t, o al menos aproximadamente 10000 kWh/t.

En una modalidad, la celda de flujo comprende una camisa de enfriamiento para mantener una temperatura de la suspensión de celulosa microfibrilada en el intervalo de aproximadamente 1 °C a aproximadamente 80 °C, 20 °C a aproximadamente 50 °C, o a temperatura ambiente, o aproximadamente 20 °C.

La celda de flujo comprende una válvula ajustable en la segunda salida para crear una contrapresión del líquido recirculado de 0 a 4 bar,

En una modalidad, la celda de flujo comprende además uno o más reforzadores para aumentar o disminuir mecánicamente la amplitud de la al menos una sonda de sonicación. El experto en la materia comprenderá cómo se usan los amplificadores para ajustar la amplitud de la energía ultrasónica emitida por la sonda de sonicación.

La composición líquida, preferentemente una lechada acuosa, es de 0,5 a 5 %, o aproximadamente 1,5 % de sólidos de fibra, o aproximadamente 1,6 % de sólidos de fibra, o aproximadamente 1,7 % de sólidos de fibra, o aproximadamente 1,8 % de sólidos de fibra, o aproximadamente 1,9 % de sólidos de fibra, o aproximadamente 2 % de sólidos de fibra, o aproximadamente 2,5 % de sólidos de fibra, o aproximadamente 3 % de sólidos de fibra, o aproximadamente 3,5 % de sólidos de fibra, o aproximadamente 4 % de sólidos de fibra, o aproximadamente 4,5 %, o aproximadamente 5 % de sólidos de fibra.

En algunas modalidades, la composición de celulosa microfibrilada se granula.

En otras modalidades, la composición de celulosa microfibrilada que comprende material inorgánico en partículas se granula.

La energía ultrasónica se aplica durante aproximadamente 1 a aproximadamente 120 minutos, o aproximadamente 30 minutos, o aproximadamente 45 minutos, o aproximadamente 60 minutos, o aproximadamente 75 minutos, o aproximadamente 90 minutos, o aproximadamente 120 minutos.

En una modalidad, el circuito de recirculación comprende además un mezclador de alto cizallamiento.

El experto en la técnica comprenderá que las mejoras en la resistencia a la tracción de la suspensión de celulosa microfibrilada o celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas se demuestran mediante el índice FLT descrito previamente en esta descripción.

En una modalidad, la mejora en el índice FLT en suspensiones de celulosa microfibrilada o celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas elaborado por los métodos descritos en esta descripción que emplean tratamiento ultrasónico de tales suspensiones en comparación con suspensiones de celulosa microfibrilada o celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas que fueron no fabricados por los métodos descritos en esta descripción que emplean tratamiento ultrasónico de tales suspensiones. Índices de FLT de 7,5 Nm/g o más, de 7,5 Nm/g o más, de 8 Nm/g o más, de 8,5 Nm/g o más, de 9 Nm/g o más, de 9,5 Nm/g o más, de 10 Nm/g o más, de 10,5 Nm/g o más, de 11 Nm/g o más, de 11,5 Nm/g o más, de 12 Nm/g o más, de 12,5 Nm/g o más, de 13 Nm/g o más, 13,5 Nm/g o más, 14 Nm/g o más, 14,5 Nm/g o más, o 15 Nm/g o más se logran mediante los métodos descritos en la descripción.

En una modalidad, se logran mejoras en el índice FLT de aproximadamente 5 %, aproximadamente 6 %, aproximadamente 7 %, aproximadamente 7,5 %, aproximadamente 8 %, aproximadamente 9 %, aproximadamente 10 %, aproximadamente 12,5 %, aproximadamente 15 % o aproximadamente 20 % o más. En una modalidad se logran mejoras en la viscosidad de aproximadamente 5 %, aproximadamente 6 %, aproximadamente 7 %, aproximadamente 7,5 %, aproximadamente 8 %, aproximadamente 9 %, aproximadamente 10 %, aproximadamente 12,5 %, aproximadamente 15 % o aproximadamente 20 % o más en comparación con suspensiones de celulosa microfibrilada o celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas producido sin la aplicación de tratamiento de energía ultrasónica a la lechada o suspensión. En una modalidad, la composición líquida que comprende celulosa de microfibrilación se recircula durante aproximadamente 30 a aproximadamente 120 minutos, o aproximadamente 30 a aproximadamente 90 minutos, o aproximadamente 30 a aproximadamente 75 minutos, o aproximadamente 30 a aproximadamente 60 minutos, o aproximadamente 30 a aproximadamente 45 minutos, o aproximadamente 30 minutos.

En una modalidad, el método comprende además uno o más de mezclado, homogeneización y refinado de alto cizallamiento antes o después de la etapa de sonicación.

La etapa de sonificación del proceso se lleva a cabo con al menos una sonda de sonicación (sonotrodo) contenida dentro de una celda de flujo que comprende formar parte de un circuito cerrado de recirculación. El circuito cerrado de recirculación comprende un tanque cerrado para agregar un líquido dispersante adecuado, preferentemente agua. El tanque está conectado a una entrada a una bomba adecuada. Una salida de la bomba está conectada a una entrada a la celda de flujo que comprende al menos un sonotrodo. La salida de la celda de flujo está conectada por un tubo a una segunda entrada al tanque de mezcla cerrado, de esta manera se crea un circuito de recirculación para la recirculación de la composición líquida que comprende celulosa microfibrilada y opcionalmente al menos un material inorgánico en partículas.

En ciertas modalidades, la composición líquida de celulosa microfibrilada o celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas contiene otros aditivos opcionales. Los aditivos opcionales podrían ser, por ejemplo, un coadyuvante de retención u otros aditivos usados en composiciones de fabricación de papel, por ejemplo, un agente de encolado que es, por ejemplo, un dímero de alquilceteno de cadena larga, una emulsión de cera o un derivado de ácido succínico. La composición también contiene opcionalmente colorante y/o un agente de brillo óptico. La composición también comprende opcionalmente coadyuvantes de resistencia en seco y en húmedo tales como, por ejemplo, copolímeros de almidón o epiclorhidrina. Otros aditivos opcionales incluyen dispersantes, biocidas, coadyuvantes de suspensión, sal(es) y otros aditivos, por ejemplo, almidón o carboximetilcelulosa o polímeros, que facilitan la interacción de partículas minerales y fibras durante o después de la trituración.

La composición líquida de celulosa microfibrilada, opcionalmente al menos uno o más materiales inorgánicos en partículas, se recircula continuamente a través del circuito de recirculación. Durante la recirculación de la composición líquida de celulosa microfibrilada, y opcionalmente al menos uno o más materiales inorgánicos en partículas, se aplica energía ultrasónica a través de un dispositivo de ultrasonicación. En una modalidad preferida, el dispositivo de ultrasonicación es un sonotrodo bien conocido en la técnica. Los sonotrodos ilustrativos están disponibles en, por ejemplo, Hielscher Ultrasonics GmbH (Oderstr. 53 D-14513 Teltow, Alemania y 530 Ringwood Ave. Lembo & Gray Bldg. Wanaque, Nueva Jersey 07465, Estados Unidos).

La energía ultrasónica se aplica continuamente por la sonda de sonicación (sonotrodo) alojada dentro de la celda de flujo. La energía ultrasónica se aplica en una cantidad acumulativa de al menos aproximadamente 200 kWh/t, al menos aproximadamente 300 kWh/t, al menos aproximadamente 400 kWh/t, al menos aproximadamente 500 kWh/t, al menos aproximadamente 600 kWh/t, al menos aproximadamente 700 kWh/t, al menos aproximadamente 800 kWh/t, al menos aproximadamente 900 kWh/t, al menos aproximadamente 1000 kWh/t, al menos aproximadamente 1100 kWh/t, al menos aproximadamente 1200 kWh/t, al menos aproximadamente 1300 kWh/t, al menos aproximadamente 1400 kWh/t, al menos aproximadamente 1500 kWh/t, al menos aproximadamente 1600 kWh/t, al menos aproximadamente 1700 kWh/t, al menos aproximadamente 1750 kWh/t, al menos aproximadamente 1800 kWh/t, al menos aproximadamente 1900 kWh/t, al menos aproximadamente 2000 kWh/t, al menos aproximadamente 2100 kWh/t, al menos aproximadamente 2200 kWh/t, al menos aproximadamente 2300 kWh/t, al menos aproximadamente 2400 kWh/t, al menos aproximadamente 2500 kWh/t, al menos aproximadamente 3000 kWh/t, al menos aproximadamente 3500 kWh/t, al menos aproximadamente 4000 kWh/t, al menos aproximadamente 4500 kWh/t, al menos aproximadamente 5000 kWh/t, al menos aproximadamente 5500 kWh/t, al menos aproximadamente 6000 kWh/t, al menos aproximadamente 6500 kWh/t, al menos aproximadamente 7000 kWh/t, al menos aproximadamente 7500 kWh/t, al menos aproximadamente 8000 kWh/t, al menos aproximadamente 8500 kWh/t, al menos aproximadamente 9000 kWh/t, al menos aproximadamente 9500 kWh/t, o al menos aproximadamente 10000 kWh/t.

En una modalidad, la celda de flujo comprende una camisa de enfriamiento para mantener una temperatura de la suspensión de celulosa microfibrilada en el intervalo de aproximadamente 1 °C a aproximadamente 80 °C. o de aproximadamente 20 °C a aproximadamente 50 °C, o a temperatura ambiente, o preferentemente aproximadamente 20 °C.

En la invención, la celda de flujo comprende una válvula ajustable en la segunda salida para crear una contrapresión del líquido recirculado de 0 a 4 bar, preferentemente aproximadamente 3 bar.

En la invención, la composición líquida, preferentemente una lechada acuosa, está a 0,5 % a 5 % de sólidos, o aproximadamente 1,5 % de sólidos de fibra, o aproximadamente 1,6 % de sólidos de fibra, o aproximadamente 1,7 % de sólidos de fibra, o aproximadamente 1,8 % de sólidos de fibra, o aproximadamente 1,9 % de sólidos de fibra, o aproximadamente 2 % de sólidos de fibra, o aproximadamente 2,5 % de sólidos de fibra, o aproximadamente 3 % de sólidos de fibra, o aproximadamente 3,5 % de sólidos de fibra, o aproximadamente 4 % de sólidos de fibra, o aproximadamente 4,5 % o aproximadamente 5 % de sólidos de fibra.

En la invención, la ultrasonicación se usa ventajosamente para redispersar composiciones de celulosa microfibrilada previamente deshidratadas, parcialmente secas o esencialmente secas o composiciones de celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas. Las composiciones deshidratadas, parcialmente secas o esencialmente secas de celulosa microfibrilada o las composiciones de celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas se granulan, por ejemplo, después de deshidratar y secar. Tales composiciones de celulosa microfibrilada deshidratadas, parcialmente secas o secas y opcionalmente granuladas o composiciones de celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas se resuspenden con la ayuda de dispositivos de ultrasonicación de los tipos descritos en esta descripción.

En la invención, la energía ultrasónica se aplica durante aproximadamente 1 a aproximadamente 120 minutos, o aproximadamente 30 minutos, o aproximadamente 45 minutos, o aproximadamente 60 minutos, o aproximadamente 75 minutos, o aproximadamente 90 minutos, o aproximadamente 120 minutos.

En una modalidad, la mejora en el índice FLT en suspensiones de celulosa microfibrilada o celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas elaborado por los métodos descritos en esta descripción que emplean tratamiento ultrasónico de tales suspensiones en comparación con suspensiones de celulosa microfibrilada o celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas que fueron no fabricados por los métodos descritos en esta descripción que emplean tratamiento ultrasónico de tales suspensiones. Índices de FLT de 7,5 Nm/g o más, de 7,5 Nm/g o más, de 8 Nm/g o más, de 8,5 Nm/g o más, de 9 Nm/g o más, de 9,5 Nm/g o más, de 10 Nm/g o más, de 10,5 Nm/g o más, de 11 Nm/g o más, de 11,5 Nm/g o más, de 12 Nm/g o más, de 12,5 Nm/g o más, de 13 Nm/g o más, 13,5 Nm/g o más, 14 Nm/g o más, 14,5 Nm/g o más, o 15 Nm/g o más, se logran mediante los métodos descritos en la descripción.

En una modalidad de la presente invención, la resistencia a la tracción de la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas con propiedades de viscosidad y resistencia a la tracción mejoradas se incrementa en al menos 5 %, al menos 10 %, al menos 20 %, al menos 50 %, al menos 100 % o al menos 200 % sobre la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas no sujeto a sonicación.

En una modalidad de la presente invención, la viscosidad de la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas con propiedades de viscosidad y resistencia a la tracción mejoradas aumenta en al menos un 5 %, al menos un 10 % o al menos un 20 %, en al menos 50 %, al menos 100 % sobre la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas no sujeto a sonicación.

En una modalidad de la presente invención, la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas se somete a sonicación durante al menos 30 segundos, al menos 1 minuto, al menos 2 minutos, al menos 5 minutos, al menos 10 minutos y al menos 20 minutos o más. El período de tiempo lo determina un experto en la técnica en base a las enseñanzas de esta descripción.

En una modalidad de la presente invención, la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas se somete a sonicación a una tasa de compensación de energía de hasta 1000 kwh por tonelada de fibrillas secas, hasta 2000 kwh por tonelada, 2500 kwh por tonelada de fibrillas secas, hasta 5000 kwh por tonelada de fibrillas secas y hasta 10 000 kwh por tonelada de fibrillas secas. Como se establece en los Ejemplos de esta solicitud, se encontró que la sonicación era más eficaz para redispersar y desaglomerar celulosa microfibrilada o composiciones de celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas que se había deshidratado, secado parcialmente o esencialmente secado y granulado. En otras modalidades, la redispersión de lechadas de lechada de celulosa microfibrilada o composiciones de celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas mediante sonicación produjo mejoras en la calidad del producto con aportes de energía entre 200 kWh/t y 10 000 kWh/t, especialmente entre 1000 kWh/t y 2000 kWh/t.

En una modalidad, la sonicación de celulosa microfibrilada libre de minerales (por ejemplo, abedul) producida mediante el uso de un detritor de medio agitado a escala piloto (Supermill) produjo productos con especificaciones comparables a la celulosa microfibrilada elaborada mediante procesos de trituración en, por ejemplo, un Supermill, seguido de una etapa de homogeneización cuando se sonica a aproximadamente 1500 kWh/t.

En ciertas modalidades, la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas se somete a ultrasonidos al hacer funcionar el sonicador en modo continuo.

En modalidades preferidas, la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas se forma en un producto semi (parcialmente) seco antes de la sonicación. Una torta prensada con cinta es un ejemplo de un producto semiseco adecuado para su uso en la presente invención. En ciertas modalidades, la torta prensada con cinta se somete además a un tratamiento en un secador y molino barrido por aire, tal como un secador Atritor. A menudo, la conversión del producto en un producto semiseco se realiza, por ejemplo, para facilitar su manipulación y/o transporte. En el caso de usar un producto semiseco como material de partida, la sonicación no solo proporciona propiedades físicas mejoradas al material, sino que también ayuda en el desembolso del material en solución en un proceso denominado rehumectación.

La sonicación de la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas no se limita a ningún parámetro de sonicación particular o específico ya que un cambio en un parámetro compensa un cambio en otro parámetro, dentro de los límites físicos y prácticos del equipo y material que se sonica. Por ejemplo, alargar el tiempo de sonicación compensa, al menos en parte, el uso de una amplitud reducida.

En la invención, la sonicación se realiza a una amplitud de hasta 60 %, hasta 80 %, hasta 100 % y hasta 200 % o más, a las limitaciones físicas del sonicador usado. Dichos límites físicos superiores de amplitud de un dispositivo particular usado son conocidos por un experto en la técnica.

El sustrato fibroso que comprende celulosa está en forma de pulpa, por ejemplo, una pulpa química, una pulpa quimiotermomecánica, una pulpa mecánica, una pulpa reciclada, una pulpa de recortes de papel, una corriente de residuos de una fábrica de papel o un residuo de una fábrica de papel, o combinaciones de las mismas.

El material inorgánico en partículas es un carbonato o sulfato de metal alcalinotérreo, tales como carbonato de calcio, carbonato de magnesio, dolomita, yeso, una arcilla de kandita hidratada tales como caolín, haloisita o arcilla de bolas, una arcilla de kandita anhidra (calcinada) tales como metacaolín o caolín completamente calcinado, talco, mica, perlita o tierra de diatomeas, o combinaciones de los mismos. En una modalidad preferida, el material inorgánico en partículas es un carbonato de metal alcalinotérreo, por ejemplo, carbonato de calcio o caolín o una combinación de los mismos.

El recipiente de trituración es, por ejemplo, un molino de torre o un detritor de medio agitado.

En una modalidad, la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas con propiedades mejoradas de viscosidad y resistencia a la tracción obtenidas por el método de la presente invención es adecuada para su uso en un método de fabricación de papel o papel de recubrimiento y es adecuada para otro uso en otros procesos y materiales en los que se usa típicamente celulosa microfibrilada, cuyos ejemplos se detallan Luego en la sección titulada "Otros usos".

En otro aspecto de la invención, la suspensión de celulosa se produce sin el uso de un material inorgánico en partículas. En estos casos, se usa un medio de trituración, como se describe anteriormente y más abajo, en lugar del material inorgánico en partículas. A este respecto, la ultrasonicación de la suspensión de celulosa de la presente invención comprende producir una suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada con propiedades de viscosidad y resistencia a la tracción mejoradas, el método comprende una etapa de microfibrilación de un sustrato fibroso que comprende celulosa en un ambiente acuoso para producir una suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada, y que comprende además someter la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada a sonicación para producir la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada con propiedades mejoradas de viscosidad y resistencia a la tracción. La etapa de microfibrilación comprende opcionalmente triturar el sustrato fibroso que comprende celulosa en presencia de un medio de trituración, el medio de trituración tiene un tamaño de partícula deseado. El medio de trituración se elimina, por ejemplo, parcial o completamente después de la etapa de microfibrilación.

La ultrasonicación de la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada se realiza con una sonda ultrasónica o un baño de agua ultrasónico, un homogeneizador ultrasónico, una lámina ultrasónica o una bocina ultrasónica. El uso de tales dispositivos es conocido por los expertos en la técnica.

Tales sondas son conocidas por los expertos en la técnica. En vista de las enseñanzas de esta descripción, un experto en la técnica podrá discernir los parámetros apropiados sin una experimentación indebida.

En una modalidad de la presente invención, los métodos de la presente invención comprenden además uno o más de mezclado, homogeneización o refinado de alto cizallamiento antes o después de la etapa de sonicación, todos los cuales son conocidos por un experto en la técnica y son incorporados en los métodos de la presente invención sin una experimentación indebida en vista de las enseñanzas de esta descripción. En una modalidad de la presente invención, la resistencia a la tracción de la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada con propiedades de viscosidad y resistencia a la tracción mejoradas se incrementa en al menos 5 %, al menos 10 %, al menos 20 %, al menos 50 %, al menos 100 % o al menos 200 % sobre la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas no sujeto a sonicación.

En una modalidad de la presente invención, la viscosidad de la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada con propiedades de viscosidad y resistencia a la tracción mejoradas aumenta en al menos 5 %, al menos 10 % o al menos 20 %, al menos 50 %, en al menos 100 % sobre la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas no sometido a sonicación.

En una modalidad de la presente invención, la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada se somete a sonicación durante al menos 30 segundos, al menos 1 minuto, al menos 2 minutos, al menos 3 minutos, al menos 4 minutos, al menos 5 minutos, al menos al menos 10 minutos y al menos 20 minutos o más. El período de tiempo lo determina un experto en la técnica en base a las enseñanzas de esta descripción.

En una modalidad de la presente invención, la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada se somete a sonicación a una tasa de compensación de energía de hasta 1000 kwh por tonelada de fibrillas secas, hasta 1500 kwh por tonelada, hasta 2000 kwh por tonelada, hasta 2500 kwh por tonelada de fibrillas secas, hasta 5000 kwh por tonelada de fibrillas secas y hasta 10000 kwh por tonelada de fibrillas secas. La suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada y, opcionalmente material inorgánico en partículas, se sonica al hacer funcionar el sonicador en modo continuo o en modo de pulso o una combinación de ambos. Es decir, donde se realizan pulsos largos y pulsos cortos alternos como patrones deseados o al azar.

La suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada y, opcionalmente material inorgánico en partículas, se forma en un producto semi (parcialmente) seco antes de la sonicación. Una torta prensada con cinta es un ejemplo de un producto semiseco adecuado para su uso en la presente invención. Otra modalidad es una torta prensada con cinta seguida de un secado adicional en un molino barrido por aire, tal como un molino secador Atritor. A menudo, la conversión del producto en un producto semiseco se realiza, por ejemplo, para facilitar su manipulación y/o transporte. En el caso de usar un producto semiseco como material de partida, la sonicación no solo proporciona propiedades físicas mejoradas al material, sino que también ayuda en el desembolso del material en solución o suspensión.

La sonicación de la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada y, opcionalmente material inorgánico en partículas, no se limita a ningún parámetro de sonicación particular o específico ya que un cambio en un parámetro compensa un cambio en otro parámetro, dentro de límites físicos y prácticos. Por ejemplo, alargar el tiempo de sonicación compensa, al menos en parte, una amplitud reducida.

En una modalidad, la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada y, opcionalmente, material inorgánico en partículas con propiedades de viscosidad y resistencia a la tracción mejoradas obtenidas mediante el método de la presente invención es adecuada para su uso en un método de fabricación de papel o papel de recubrimiento y es adecuada para otros uso en otros procesos y materiales donde se usa típicamente celulosa microfibrilada y es adecuada para otro uso en otros procesos y materiales donde se usa típicamente celulosa microfibrilada, ejemplos de los cuales se detallan más abajo en la sección titulada "Otros usos".

Productos de papel y procesos para su preparación

La suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas se incorpora, por ejemplo, en composiciones de fabricación de papel, que a su vez se usan para preparar productos de papel. El término producto de papel, como se usa en relación con la presente invención, debe entenderse que significa todas las formas de papel, que incluye cartón tales como, por ejemplo, cartón rayado y cartón de revestimiento, cartón, cartulina, cartón revestido y similares. Existen numerosos tipos de papel, recubiertos o sin recubrir, que se fabrican de acuerdo con la presente invención, incluido el papel adecuado para libros, revistas, periódicos y similares, y papeles de oficina. El papel está calandrado o supercalandrado según corresponda; por ejemplo, el papel de revista supercalandrado para impresión en huecograbado y offset se fabrica de acuerdo con los métodos presentes. El papel adecuado para recubrimiento de peso ligero (LWC), recubrimiento de peso medio (MWC) o pigmentación con acabado a máquina (MFP) también se fabrica de acuerdo con los presentes métodos.

El papel y cartón recubiertos que tienen propiedades adecuadas de barrera para el empaque de alimentos y similares también se fabrican de acuerdo con los métodos presentes. En un proceso típico de fabricación de papel, se prepara una pulpa que contiene celulosa mediante cualquier tratamiento químico o mecánico adecuado, o una combinación de los mismos, que son bien conocidos en la técnica. La pulpa se deriva de cualquier fuente adecuada, tal como madera, hierbas (por ejemplo, caña de azúcar, bambú) o trapos (por ejemplo, desechos textiles, algodón, cáñamo o lino). La pulpa se blanquea de acuerdo con procesos que son bien conocidos por los expertos en la técnica y los procesos adecuados para su uso en la presente invención serán fácilmente evidentes. La pulpa de celulosa blanqueada es batida, refinada, o ambos, hasta un refinado predeterminado (reportado en la técnica como refinado estándar canadiense

(CSF) en cm3). Luego se prepara una reserva de papel adecuada a partir de la pulpa blanqueada y batida.

La composición para la fabricación de papel comprende típicamente, además de la suspensión acuosa de celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas, reserva de papel y otros aditivos convencionales conocidos en la técnica. La composición de fabricación de papel comprende opcionalmente hasta aproximadamente 50 % en peso de material inorgánico en partículas derivado de la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas en base al contenido seco total de la composición de fabricación de papel. Por ejemplo, la composición de fabricación de papel comprende al menos aproximadamente 2 % en peso, o al menos aproximadamente 5 % en peso, o al menos aproximadamente 10 % en peso, o al menos aproximadamente 15 % en peso, o al menos aproximadamente 20 % en peso, o al menos aproximadamente 25 % en peso, o al menos aproximadamente 30 % en peso, o al menos aproximadamente 35 % en peso, o al menos aproximadamente 40 % en peso, o al menos aproximadamente 45 % en peso, o al menos aproximadamente 50 % en peso, o al menos aproximadamente 60 % en peso, o al menos aproximadamente 70 % en peso, o al menos aproximadamente 80 % en peso de material inorgánico en partículas derivado de la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas en base al contenido seco total de la composición de fabricación de papel. El material de celulosa microfibrilada opcionalmente tiene una inclinación de la fibra mayor de 10 aproximadamente, por ejemplo, de 20 a aproximadamente 50, o de aproximadamente 25 a aproximadamente 40, o de aproximadamente 25 a aproximadamente 35, o de aproximadamente 30 a aproximadamente 40. La composición de fabricación de papel, por ejemplo, también contiene un coadyuvante de retención no iónico, catiónico o aniónico o un sistema de retención de micropartículas en una cantidad en el intervalo de aproximadamente 0,1 a 2 % en peso, en base al peso seco de la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas. Opcionalmente también contiene un agente de encolado que es, por ejemplo, un dímero de alquilceteno de cadena larga, una emulsión de cera o un derivado de ácido succínico. La composición también contiene opcionalmente colorante y/o un agente de brillo óptico. La composición también comprende opcionalmente coadyuvantes de resistencia en seco y en húmedo tales como, por ejemplo, copolímeros de almidón o epiclorhidrina.

La presente descripción está dirigida a un proceso para fabricar un producto de papel que comprende: (i) obtener o preparar un sustrato fibroso que comprende celulosa en forma de una pulpa adecuada para fabricar un producto de papel; (ii) preparar una composición de fabricación de papel a partir de la pulpa en la etapa (i), la suspensión acuosa de esta invención que comprende celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas y otros aditivos opcionales (tales como, por ejemplo, un coadyuvante de retención y otros aditivos tales como los descritos anteriormente); y (iii) formar un producto de papel a partir de dicha composición de fabricación de papel.

Como se indicó anteriormente, la etapa de formar una pulpa, por ejemplo, tiene lugar en el recipiente de la trituradora u homogeneizador mediante la adición del sustrato fibroso que comprende celulosa en un estado seco, por ejemplo, en forma de recortes o desperdicios de papel secos, directamente al recipiente de la trituradora. El ambiente acuoso en el recipiente de la trituradora luego facilitará la formación de una pulpa.

Se añade un componente de relleno adicional (es decir, un componente de relleno distinto del material inorgánico en partículas que se tritura junto con el sustrato fibroso que comprende celulosa) a la composición de fabricación de papel preparada en la etapa (ii). Los componentes de carga ilustrativos son PCC, GCC, caolín, o mezclas de los mismos. Un PCC ilustrativo es el PCC escalenoédrico. La relación en peso del material inorgánico en partículas al componente de relleno adicional en la composición de fabricación de papel es de aproximadamente 1:1 a aproximadamente 1:30, por ejemplo, de aproximadamente 1:1 a aproximadamente 1:20, por ejemplo, de aproximadamente 1:1 a aproximadamente 1:15, por ejemplo, de aproximadamente 1:1 a aproximadamente 1:10, por ejemplo de aproximadamente 1:1 a aproximadamente 1:7, por ejemplo, de aproximadamente 1:3 a aproximadamente 1:6, o aproximadamente 1:1, o aproximadamente 1:2, o aproximadamente 1:3, o aproximadamente 1:4, o aproximadamente 1:5. Los productos de papel fabricados a partir de tales composiciones para la fabricación de papel exhiben una mayor resistencia en comparación con los productos de papel que comprenden únicamente material inorgánico en partículas, tales como por ejemplo PCC, como relleno. Los productos de papel fabricados a partir de tales composiciones de fabricación de papel exhiben mayor resistencia en comparación con un producto de papel en el que se preparan (por ejemplo, trituran) por separado material inorgánico en partículas y un sustrato fibroso que comprende celulosa y se mezclan para formar una composición de fabricación de papel. Igualmente, los productos de papel preparados a partir de una composición de fabricación de papel de acuerdo con la presente descripción exhiben una resistencia que es comparable a los productos de papel que comprenden menos material inorgánico en partículas. En otras palabras, los productos de papel se preparan a partir de una composición de fabricación de papel de acuerdo con la presente con cargas de relleno más altas sin pérdida de resistencia.

Las etapas en la formación de un producto de papel final a partir de una composición de fabricación de papel son convencionales y bien conocidas en la técnica y generalmente comprenden la formación de láminas de papel que tienen un gramaje específico, en dependencia del tipo de papel que se fabrica.

Se obtienen beneficios económicos adicionales

porque el sustrato de celulosa para preparar la suspensión acuosa se deriva de la misma pulpa de celulosa formada para preparar la composición de fabricación de papel y el producto de papel final. Como tal, la presente descripción está dirigida a un proceso integrado para fabricar un producto de papel que comprende: (i) obtener o preparar un sustrato fibroso que comprende celulosa en forma de pulpa adecuada para fabricar un producto de papel; (ii) microfibrilar una porción de dicho sustrato fibroso que comprende celulosa de acuerdo con el primer aspecto de la invención para preparar una suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas; (iii) preparar una composición de fabricación de papel a partir de la pulpa en la etapa (i), la suspensión acuosa preparada en la etapa (ii) y otros aditivos opcionales; y iv) formar un producto de papel a partir de dicha composición de fabricación de papel.

Por tanto, dado que el sustrato de celulosa para preparar la suspensión acuosa ya se ha preparado con el fin de preparar las composiciones para la fabricación de papel, la etapa de formar la suspensión acuosa no requiere necesariamente una etapa separada de preparación del sustrato fibroso que comprende celulosa. Se ha descubierto sorprendentemente que los productos de papel preparados mediante el uso de la suspensión acuosa de la presente descripción exhiben propiedades físicas y mecánicas mejoradas mientras que al mismo tiempo permiten que el material inorgánico en partículas se incorpore a niveles de carga relativamente altos. Por tanto, los papeles mejorados se preparan a un coste relativamente menor. Por ejemplo, se ha encontrado que los productos de papel preparados a partir de composiciones de fabricación de papel que comprenden la suspensión acuosa de la presente descripción exhiben una retención mejorada del material de relleno inorgánico en partículas en comparación con los productos de papel que no contienen celulosa microfibrilada. También se ha encontrado que los productos de papel preparados a partir de composiciones para la fabricación de papel que comprenden la suspensión acuosa de la presente descripción exhiben una resistencia a la rotura y a la tracción mejoradas. Además, se ha descubierto que la incorporación de celulosa microfibrilada reduce la porosidad en comparación con el papel que comprende la misma cantidad de relleno pero sin celulosa microfibrilada. Esto es ventajoso ya que los altos niveles de carga de relleno están generalmente asociados con valores relativamente altos de porosidad y son perjudiciales para la capacidad de impresión.

Composición de recubrimiento de papel y proceso de recubrimiento

La suspensión acuosa de la presente descripción se usa como composición de recubrimiento sin la adición de aditivos adicionales. Sin embargo, opcionalmente, se añade una pequeña cantidad de espesante tal como carboximetilcelulosa o espesantes acrílicos hinchables con álcali o espesantes asociados.

La composición de recubrimiento contiene uno o más componentes adicionales opcionales, si se desea. Tales componentes adicionales, cuando están presentes, se seleccionan adecuadamente de aditivos conocidos para composiciones de recubrimiento de papel. Algunos de estos aditivos opcionales proporcionan más de una función en la composición de recubrimiento. Los ejemplos de clases conocidas de aditivos opcionales son los siguientes:

(a) uno o más pigmentos adicionales: las composiciones descritas en la presente descripción se usan como pigmentos únicos en las composiciones de recubrimiento de papel, o se usan junto con otros o con otros pigmentos conocidos, tales como, por ejemplo, sulfato de calcio, blanco satinado, y el llamado "pigmento plástico". Cuando se usa una mezcla de pigmentos, el contenido total de sólidos de pigmento está presente preferentemente en la composición en una cantidad de al menos aproximadamente 75 % en peso del peso total de los componentes secos de la composición de recubrimiento;

(b) uno o más agentes aglutinantes o coaglutinantes: por ejemplo, látex, que están, opcionalmente, carboxilados, que incluye: un látex de caucho de estireno-butadieno; un látex de polímero acrílico; un látex de acetato de polivinilo; o un látex de copolímero acrílico de estireno, derivados de almidón, carboximetilcelulosa de sodio, alcohol polivinílico y proteínas;

(c) uno o más reticulantes: por ejemplo, en niveles de hasta aproximadamente 5 % en peso; por ejemplo, glioxales, resinas de melamina formaldehído, carbonatos de amonio y circonio; uno o más aditivos de mejora de la recogida en seco o húmedo: por ejemplo, en niveles de hasta aproximadamente 2 % en peso, por ejemplo, resina de melamina, emulsiones de polietileno, formaldehído de urea, formaldehído de melamina, poliamida, estearato de calcio, anhídrido estireno maleico y otros; uno o más aditivos de mejora del frote en seco o húmedo y resistencia a la abrasión: por ejemplo, en niveles de hasta aproximadamente 2 % en peso, por ejemplo, resinas a base de glioxal, polietilenos oxidados, resinas de melamina, formaldehído de urea, formaldehído de melamina, cera de polietileno, estearato de calcio y otros; uno o más aditivos de resistencia al agua: por ejemplo, en niveles de hasta aproximadamente 2 % en peso, por ejemplo, polietilenos oxidados, resina cetona, látex aniónico, poliuretano, SMA, glioxales, resina de melamina, formaldehído de urea, formaldehído de melamina, poliamida, estearatos y otros materiales disponibles comercialmente para esta función;

(d) uno o más coadyuvantes de retención de agua: por ejemplo, en niveles de hasta aproximadamente 2 % en peso, por ejemplo, carboximetilcelulosa de sodio, hidroxietilcelulosa, PVOH (alcohol polivinílico), almidones, proteínas, poliacrilatos, gomas, alginatos, bentonita de poliacrilamida y otros comercialmente productos disponibles vendidos para tales aplicaciones;

(e) uno o más modificadores de viscosidad y/o espesantes: por ejemplo, en niveles de hasta aproximadamente 2 % en peso; por ejemplo, espesantes asociativos acrílicos, poliacrilatos, copolímeros en emulsión, dicianamida, trioles, polioxietilen éter, urea, aceite de ricino sulfatado, polivinilpirrolidona, CMC (carboximetilcelulosas, por ejemplo, carboximetilcelulosa de sodio), alginato de sodio, goma de xantano, copolímeros de ácido acrílico, silicato de sodio, HMC (hidroximetilcelulosas), HEC (hidroxietilcelulosas) y otros;

(f) uno o más coadyuvantes de lubricidad/calandrado: por ejemplo, en niveles de hasta aproximadamente 2 % en peso, por ejemplo, estearato de calcio, estearato de amonio, estearato de zinc, emulsiones de cera, ceras, dímero de alquilceteno, glicoles; uno o más aditivos de retención de tinta brillante: por ejemplo, en niveles de hasta aproximadamente 2 % en peso, por ejemplo, polietilenos oxidados, emulsiones de polietileno, ceras, caseína, goma guar, CMC, HMC, estearato de calcio, estearato de amonio, alginato de sodio y otros;

(g) uno o más dispersantes: el dispersante es un aditivo químico capaz, cuando está presente en una cantidad suficiente, de actuar sobre las partículas del material inorgánico en partículas para prevenir o restringir eficazmente la floculación o aglomeración de las partículas en la medida deseada, de acuerdo con el procesamiento normal requisitos. El dispersante está presente en niveles de hasta aproximadamente 1% en peso, e incluye, por ejemplo, polielectrolitos tales como poliacrilatos y copolímeros que contienen especies de poliacrilato, especialmente sales de poliacrilato (por ejemplo, sodio y aluminio opcionalmente con una sal metálica del grupo II), hexametafosfatos de sodio, poliol no iónico, ácido polifosfórico, fosfato de sodio condensado, tensioactivos no iónicos, alcanolamina y otros reactivos comúnmente usados para esta función. El dispersante, por ejemplo, se selecciona de materiales dispersantes convencionales comúnmente usados en el procesamiento y trituración de materiales en partículas inorgánicos. Tales dispersantes serán bien reconocidos por los expertos en esta técnica. Generalmente son sales solubles en agua capaces de suministrar especies aniónicas que en sus cantidades eficaces adsorbe sobre la superficie de las partículas inorgánicas y de esta manera inhibe la agregación de las partículas. Las sales no solvatadas incluyen adecuadamente cationes de metales alcalinos tales como sodio. La solvatación en alguno casos se mejora al hacer la suspensión acuosa ligeramente alcalina. Los ejemplos de dispersantes adecuados incluyen: fosfatos condensados solubles en agua, por ejemplo, sales de polimetafosfato [forma general de las sales de sodio: (NaPO³)x] tales como metafosfato de tetrasodio o el llamado “hexametafosfato de sodio” (sal de Graham); sales solubles en agua de ácidos polisilícicos; polielectrolitos; sales de homopolímeros o copolímeros de ácido acrílico o ácido metacrílico, o sales de polímeros de otros derivados de ácido acrílico, que tienen adecuadamente una masa molecular promedio en peso de menos de aproximadamente 20000. Se prefieren especialmente el hexametafosfato de sodio y el poliacrilato de sodio, este último adecuadamente tiene una masa molecular promedio en peso en el intervalo de aproximadamente 1500 a aproximadamente 10000; (h) uno o más antiespumantes y desespumantes: por ejemplo, en niveles de hasta 1 % en peso, por ejemplo, mezclas de tensioactivos, fosfato de tributilo, ésteres de polioxietileno grasos más alcoholes grasos, jabones de ácidos grasos, emulsiones de silicona y otras composiciones que contienen silicona, ceras y partículas inorgánicas en aceite mineral, mezclas de hidrocarburos emulsionados y otros compuestos vendidos comercialmente para llevar a cabo esta función;

(i) uno o más agentes abrillantadores ópticos (OBA) y agentes blanqueadores fluorescentes (FWA): por ejemplo, en niveles de hasta aproximadamente 1 % en peso, por ejemplo, derivados de estilbeno;

(j) uno o más tintes: por ejemplo, en niveles de hasta aproximadamente 0,5 % en peso;

(k) uno o más agentes biocidas/control de descomposición: por ejemplo, en niveles de hasta 1 % en peso, por ejemplo, biocidas oxidantes tales como cloro gaseoso, dióxido de cloro gaseoso, hipoclorito de sodio, hipobromito de sodio, hidrógeno, peróxido, óxido peracético, bromuro de amonio/hipoclorito de sodio o biocidas no oxidantes tales como GLUT (glutaraldehído, núm. CAS 90045-36-6), ISO (CIT / MIT) (Isotiazolinona, núm. CAS 55956-84-9 y 96118-96-6), ISO (BIT / MIT) (Isotiazolinona), ISO (BIT) (Isotiazolinona, núm. CAS 2634-33-5), DBNPA, BNPD (Bronopol), NaOPP, CARBAMATO, THIONE (Dazomet), EDDM - dimetanol (O-formal), HT - Triazina (N-formal), THPS - tetraquis (O-formal), TMAD: diurea (N-formal), metaborato, dodecilbenosulfonato de sodio, tiocianato, organosulfuro, benzoato de sodio y otros compuestos vendidos comercialmente para esta función, por ejemplo, la gama de polímeros biocidas vendidos por Nalco;

(l) uno o más coadyuvantes de nivelación y de noche: por ejemplo, en niveles de hasta aproximadamente 2 % en peso, por ejemplo, poliol no iónico, emulsiones de polietileno, ácido graso, ésteres y derivados de alcohol, alcohol/óxido de etileno, estearato de calcio y otros compuestos vendidos comercialmente para esta función;

(m) uno o más aditivos resistentes a grasas y aceites: por ejemplo, en niveles de hasta aproximadamente 2 % en peso, por ejemplo, polietilenos oxidados, látex, ^sM^a(anhídrido maleico de estireno), poliamida, ceras, alginato, proteína, CMC y HMC.

Cualquiera de los aditivos y tipos de aditivos anteriores se usa solo o mezclado entre sí y con otros aditivos, si se desea.

Para todos los aditivos anteriores, los porcentajes en peso indicados se basan en el peso seco del material inorgánico en partículas (100 %) presente en la composición. Cuando el aditivo está presente en una cantidad mínima, la cantidad mínima es aproximadamente 0,01 % en peso en base al peso seco del pigmento.

El proceso de recubrimiento se lleva a cabo mediante el uso de técnicas estándar que son bien conocidas por los expertos. El proceso de recubrimiento también implica opcionalmente calandrar o supercalandrar el producto recubierto.

Los métodos para recubrir papel y otros materiales en láminas, y los aparatos para realizar los métodos, están ampliamente publicados y son bien conocidos. Tales métodos y aparatos conocidos se usan convenientemente para preparar papel recubierto. Por ejemplo, hay una revisión de tales métodos publicada en Pulp and Paper International, mayo de 1994, página 18 y siguientes. Las láminas se recubren en la máquina formadora de láminas, es decir, “en la máquina” o “fuera de la máquina” en una máquina recubridora o de recubrimiento. El uso de composiciones de alto contenido de sólidos es conveniente en el método de recubrimiento porque deja menos agua para evaporar subsecuentemente. Sin embargo, como es bien conocido en la técnica, el nivel de sólidos no debería ser tan alto que se introduzcan problemas de alta viscosidad y nivelación. Los métodos de recubrimiento se realizan mediante el uso de un aparato que comprende (i) una aplicación para aplicar la composición de recubrimiento al material a recubrir y (ii) un dispositivo dosificador para asegurar que se aplica un nivel correcto de composición de recubrimiento. Cuando se aplica un exceso de composición de recubrimiento al aplicador, el dispositivo dosificador está aguas abajo del mismo. Alternativamente, la cantidad correcta de composición de recubrimiento se aplica al aplicador mediante el dispositivo dosificador, por ejemplo, como una prensa de película. En los puntos de aplicación y dosificación del recubrimiento, el soporte de la banda de papel varía desde un rodillo de respaldo, por ejemplo, a través de uno o dos aplicadores, hasta nada (es decir, solo tensión). El tiempo que el recubrimiento está en contacto con el papel antes de que finalmente se elimine el exceso es el tiempo de permanencia, que es corto, largo o variable.

El recubrimiento generalmente se agrega mediante un cabezal de recubrimiento en una estación de recubrimiento. De acuerdo con la calidad deseada, los tipos de papel son sin recubrimiento, de una sola capa, de doble capa e incluso de triple capa. Cuando se proporciona más de una capa, la capa inicial (prerrecubrimiento) tiene opcionalmente una formulación más barata y, opcionalmente, un pigmento más grueso en la composición de recubrimiento. Un recubridor que aplica recubrimiento en cada lado del papel tendrá dos o cuatro cabezales de recubrimiento, en dependencia del número de capas de recubrimiento aplicadas en cada lado. La mayoría de los cabezales de recubrimiento recubren solo un lado a la vez, pero algunos recubridores de rodillo (por ejemplo, prensas de película, rodillos de compuerta y prensas encoladoras) recubren ambos lados en una sola pasada.

Ejemplos de recubridores conocidos que se emplean incluyen, sin limitación, recubridores de cuchilla de aire, recubridores de paletas, recubridores de varillas, recubridores de barras, recubridores de múltiples cabezales, recubridores de rodillos, recubridores de rodillos o cuchillas, recubridores de fundición, recubridores de laboratorio, recubridores de huecograbado, recubridores de rozamiento, sistemas de aplicación líquida, recubridores de rodillo inverso, recubridores de cortina, recubridores por pulverización y recubridores por extrusión.

Se añade agua a los sólidos que comprenden la composición de recubrimiento para dar una concentración de sólidos que es preferentemente tal que, cuando la composición se recubre sobre una lámina hasta un peso de recubrimiento objetivo deseado, la composición tiene una reología que es adecuada para permitir que la composición se estar recubierto con una presión (es decir, una presión de la cuchilla) de entre 1 y 1,5 bar. El calandrado es un proceso bien conocido en el que se mejora la suavidad y el brillo del papel y se reduce el volumen al pasar una lámina de papel recubierto entre las pinzas o rodillos de la calandria una o más veces. Normalmente, se emplean rodillos recubiertos de elastómero para dar prensado de composiciones con alto contenido de sólidos. En modalidades, se aplica una temperatura elevada. En modalidades, se aplica uno o más (por ejemplo, hasta aproximadamente 12, o algunas veces más) pasos a través de las líneas de contacto.

Los productos de papel recubierto preparados de acuerdo con la presente descripción y que contienen un agente abrillantador óptico en el recubrimiento exhiben un brillo medido de acuerdo con la norma ISO 11475 que es al menos 2 unidades mayor, por ejemplo al menos 3 unidades mayor en comparación con un producto de papel recubierto que no comprende celulosa microfibrilada que se ha preparado de acuerdo con la presente descripción.

Los productos de papel recubierto preparados de acuerdo con la presente descripción exhiben una suavidad Parker Print Surf medida de acuerdo con la norma ISO 8971-4 (1992) que es al menos 0,5 pm más suave, por ejemplo al menos aproximadamente 0,6 pm más suave, o al menos aproximadamente 0. 7 pm más suave en comparación con un producto de papel recubierto que no comprende celulosa microfibrilada que se ha preparado de acuerdo con la presente descripción.

Microfibrilación en ausencia de material inorgánico en partículas triturable

En otro aspecto, la presente descripción está dirigida a un método para preparar una suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada, el método comprende una etapa de microfibrilación de un sustrato fibroso que comprende celulosa en un entorno acuoso mediante trituración en presencia de un medio de trituración que se va a retirado después de la finalización de la trituración, en donde la trituración se realiza en un molino de torre o un triturador tamizado, y en donde la trituración se lleva a cabo en ausencia de material inorgánico en partículas triturable.

Un material inorgánico en partículas triturable es un material que se trituraría en presencia del medio triturador.

El medio de trituración en partículas es de un material natural o sintético. El medio de trituración comprende, por ejemplo, bolas, perlas o gránulos de cualquier mineral duro, material cerámico o metálico. Tales materiales pueden incluir, por ejemplo, alúmina, zirconia, silicato de zirconio, silicato de aluminio o el material rico en mullita que se produce al calcinar arcilla caolinítica a una temperatura en el intervalo de aproximadamente 1300 °C a aproximadamente 1800 °C. Por ejemplo, en algunas modalidades se prefiere un medio de trituración Carbolite®. Alternativamente, se usan partículas de arena natural de un tamaño de partícula adecuado.

Generalmente, el tipo y el tamaño de partícula del medio de trituración que se seleccionará para su uso en la invención depende de las propiedades, tales como, por ejemplo, el tamaño de partícula, y la composición química de la suspensión de alimentación del material a triturar. Preferentemente, el medio de trituración en partículas comprende partículas que tienen un diámetro medio en el intervalo de aproximadamente 0,5 mm a aproximadamente 6 mm. En una modalidad, las partículas tienen un diámetro medio de al menos aproximadamente 3 mm.

El medio de trituración comprende por ejemplo partículas que tienen una gravedad específica de al menos aproximadamente 2,5. El medio de trituración comprende por ejemplo partículas con una gravedad específica de al menos aproximadamente 3, o al menos aproximadamente 4, o al menos aproximadamente 5, o al menos aproximadamente 6.

El medio de trituración (o medios) está presente en una cantidad de hasta aproximadamente 70 % en volumen de la carga. El medio de trituración está presente en una cantidad de al menos aproximadamente 10 % en volumen de la carga, por ejemplo, al menos aproximadamente 20 % en volumen de la carga, o al menos aproximadamente 30 % en volumen de la carga, o al menos aproximadamente 40 % en volumen de la carga, o al menos aproximadamente 50 % en volumen de la carga, o al menos aproximadamente 60 % en volumen de la carga.

El sustrato fibroso que comprende celulosa por ejemplo se microfibrila para obtener celulosa microfibrilada que tiene un d⁵⁰que varía de aproximadamente 5 pm a aproximadamente 500 pm, medido mediante dispersión de luz láser. El sustrato fibroso que comprende celulosa por ejemplo es microfibrilado para obtener celulosa microfibrilada que tiene un d⁵⁰de igual a o menor que aproximadamente 400 pm, por ejemplo igual a o menor que aproximadamente 300 pm, o igual o inferior a aproximadamente 200 pm, o igual o menor que aproximadamente 150 pm, o igual o menor que aproximadamente 125 pm, o igual o menor que aproximadamente 100 pm, o igual o menor que aproximadamente 90 pm, o igual o menor que aproximadamente 80 pm, o igual o menor que aproximadamente 70 pm, o igual o menor que aproximadamente 60 pm, o igual o menor que aproximadamente 50 pm, o igual o menor que aproximadamente 40 pm, o igual o menor que aproximadamente 30 pm, o igual o menor que aproximadamente 20 pm, o igual o menor que aproximadamente 10 pm.

El sustrato fibroso que comprende celulosa es por ejemplo microfibrilado para obtener celulosa microfibrilada que tiene un tamaño de partícula de fibra modal que varía de aproximadamente 0,1-500 pm. El sustrato fibroso comprende que celulosa es por ejemplo microfibrilado en presencia para obtener celulosa microfibrilada que tiene tamaño de partícula de fibra modal de al menos aproximadamente 0,5 pm, por ejemplo al menos aproximadamente 10 pm, o al menos aproximadamente 50 pm, o al menos al menos aproximadamente 100 pm, o al menos aproximadamente 150 pm, o al menos aproximadamente 200 pm, o al menos aproximadamente 300 pm, o al menos aproximadamente 400 pm.

El sustrato fibroso que comprende celulosa se microfibrila para obtener celulosa microfibrilada que tiene una inclinación de la fibra igual o superior a aproximadamente 10, medida por Malvern. La inclinación de la fibra (es decir, la inclinación de la distribución del tamaño de partícula de las fibras) se determina mediante la siguiente fórmula:

Inclinación = 100 x (d³⁰/d⁷⁰)

La celulosa microfibrilada por ejemplo tiene una inclinación de la fibra igual a o menor que aproximadamente 100. La celulosa microfibrilada por ejemplo tiene una inclinación de la fibra igual a o menor que aproximadamente 75, o igual a o menor que aproximadamente 50, o igual a o menor que aproximadamente 40, o igual a o menor que aproximadamente 30. La celulosa microfibrilada por ejemplo tiene una inclinación de la fibra de aproximadamente 20 a aproximadamente 50, o de aproximadamente 25 a aproximadamente 40, o de aproximadamente 25 a aproximadamente 35, o de aproximadamente 30 a aproximadamente 40. En una modalidad, el recipiente de trituración es un molino de torre. El molino de torre comprende una zona de reposo por encima de una o más zonas de trituración. Una zona de reposo es una región ubicada hacia la parte superior del interior del molino de torre en la que tiene lugar una trituración mínima o nula y comprende celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas. La zona de reposo es una región en la que las partículas del medio de trituración se sedimentan hacia una o más zonas de trituración del molino de torre.

El molino de torre opcionalmente comprende un clasificador por encima de una o más zonas de trituración. En una modalidad, el clasificador está montado en la parte superior y ubicado adyacente a una zona de reposo. El clasificador es, por ejemplo, un hidrociclón.

El molino de torre opcionalmente comprende un tamiz sobre una o más zonas de trituración. En una modalidad, un tamiz está ubicado adyacente a una zona de reposo y/o un clasificador. El tamiz se dimensiona para separar el medio de trituración del producto en suspensión acuosa que comprende la celulosa microfibrilada y para mejorar la sedimentación del medio de trituración.

La trituración se realiza en condiciones de flujo de pistón. En condiciones de flujo de pistón, el flujo a través de la torre es tal que hay una mezcla limitada de los materiales de trituración a través de la torre. Esto significa que en diferentes puntos a lo largo de la longitud del molino de torre, la viscosidad del entorno acuoso variará a medida que aumenta la finura de la celulosa microfibrilada. Por tanto, en efecto, puede considerarse que la región de trituración en el molino de torre comprende una o más zonas de trituración que tienen una viscosidad característica

. Un experto en la técnica comprenderá que no existe un límite definido entre las zonas de trituración adyacentes con respecto a la viscosidad.

Se añade agua en la parte superior del molino cerca de la zona de reposo o el clasificador o el tamiz por encima de una o más zonas de trituración para reducir la viscosidad de la suspensión acuosa que comprende la celulosa microfibrilada en esas zonas en el molino. Al diluir el producto de celulosa microfibrilada en este punto del molino, se ha encontrado que se mejora la prevención de que los medios de trituración se trasladen a la zona de reposo y/o al clasificador y/o al tamiz. Además, la mezcla limitada a través de la torre permite procesar sólidos más altos en la parte inferior de la torre y diluir en la parte superior con un reflujo limitado del agua de dilución de regreso a la torre hacia una o más zonas de trituración. Se añade cualquier cantidad adecuada de agua que sea eficaz para diluir la viscosidad del producto en suspensión acuosa que comprende la celulosa microfibrilada. El agua se añade continuamente durante el proceso de trituración, o a intervalos regulares, o a intervalos irregulares.

En otra modalidad, se añade agua a una o más zonas de trituración a través de uno o más puntos de inyección de agua colocados a lo largo de la longitud del molino de torre, o cada punto de inyección de agua está ubicado en una posición que corresponde a una o más zonas de trituración. Ventajosamente, la capacidad de añadir agua en varios puntos a lo largo de la torre permite un mayor ajuste de las condiciones de trituración en cualquiera o en todas las posiciones del molino. El molino de torre opcionalmente comprende un eje impulsor vertical equipado con una serie de discos de rotor impulsor a lo largo de toda su longitud. La acción de los discos de rotor impulsor genera una serie de zonas de trituración discretas en todo el molino.

La trituración se realiza en una trituradora tamizada, preferentemente un detritor de medio agitado. La trituradora tamizada opcionalmente comprende uno o más tamices que tienen un tamaño de apertura nominal de al menos aproximadamente 250 pm, por ejemplo, el uno o más tamices pueden tener un tamaño de apertura nominal de al menos aproximadamente 300 pm, o al menos aproximadamente 350 pm, o al menos aproximadamente 400 pm, o al menos aproximadamente 450 pm, o al menos aproximadamente 500 pm, o al menos aproximadamente 550 pm, o al menos aproximadamente 600 pm, o al menos aproximadamente 650 pm, o al menos aproximadamente 700 pm, o al menos aproximadamente 750 pm, o al menos aproximadamente 800 pm, o al menos aproximadamente 850 pm, o al menos aproximadamente 900 pm, o al menos aproximadamente 1000 pm.

Como se indicó anteriormente, la trituración se realiza en presencia de un medio de trituración. En una modalidad, el medio de trituración es un medio grueso que comprende partículas que tienen un diámetro promedio en el intervalo de aproximadamente 1 mm a aproximadamente 6 mm, por ejemplo aproximadamente 2 mm, o aproximadamente 3 mm, o aproximadamente 4 mm, o aproximadamente 5 mm. El medio de trituración tiene una gravedad específica de al menos aproximadamente 2,5, por ejemplo, al menos aproximadamente 3, o al menos aproximadamente 3,5, o al menos aproximadamente 4,0, o al menos 20 aproximadamente 4,5, o al menos aproximadamente 5,0, o al menos aproximadamente 5,5, o al menos aproximadamente 6,0.

Como se describió anteriormente, el medio de trituración (o medios) está en una cantidad de hasta aproximadamente 70 % en volumen de la carga. El medio de trituración está presente en una cantidad de al menos aproximadamente 10 % en volumen de la carga, por ejemplo, al menos aproximadamente 20 % en volumen de la carga, o al menos aproximadamente 30 % en volumen de la carga, o al menos aproximadamente 40 % en volumen de la carga, o al menos aproximadamente 50 % en volumen de la carga, o al menos aproximadamente 60 % en volumen de la carga.

El medio de trituración está presente en una cantidad de aproximadamente 50 % en volumen de la carga. El término “carga” significa la composición que es la alimentación que se introduce al recipiente de la trituradora. La carga incluye agua, medios de trituración, el sustrato fibroso que comprende celulosa y cualquier otro aditivo opcional (distinto de los descritos en la presente descripción).

Una ventaja adicional en el uso de tamices relativamente gruesos es que puede usarse un medio de trituración relativamente grueso o denso en la etapa de microfibrilación. Además, el uso de tamices relativamente gruesos (es decir, que tienen una apertura nominal de al menos 250 um) permite procesar y retirar de la trituradora un producto de sólidos relativamente altos, lo que permite una alimentación de sólidos relativamente alta (que comprende un sustrato fibroso que comprende celulosa y material inorgánico en partículas) para procesarse en un proceso económicamente viable. Como se describe más abajo, se ha encontrado que una alimentación que tiene un alto contenido inicial de sólidos es conveniente en términos de suficiencia energética. Además, también se ha encontrado que el producto producido (a una energía dada) con menos sólidos tiene una distribución de tamaño de partícula más gruesa.

Como se describió en la sección "Antecedentes" anteriormente, la presente invención busca abordar el problema de preparar celulosa microfibrilada de forma económica a escala industrial. Por tanto, el sustrato fibroso que comprende celulosa está presente en el entorno acuoso con un contenido de sólidos inicial de al menos aproximadamente 1 % en peso. El sustrato fibroso que comprende celulosa está presente en el entorno acuoso con un contenido de sólidos inicial de al menos aproximadamente 2 % en peso, por ejemplo al menos aproximadamente 3 % en peso, o al menos aproximadamente al menos 4 % en peso. Típicamente, el contenido de sólidos inicial no será superior a aproximadamente 10 % en peso.

La trituración se realiza en una cascada de recipientes de trituración, uno o más de los cuales opcionalmente comprende una o más zonas de trituración. Por ejemplo, el sustrato fibroso que comprende celulosa se tritura en una cascada de dos o más recipientes de trituración, por ejemplo, una cascada de tres o más recipientes de trituración, o una cascada de cuatro o más recipientes de trituración, o un cascada de cinco o más recipientes de trituración, o una cascada de seis o más recipientes de trituración, o una cascada de siete o más recipientes de trituración, o una cascada de ocho o más recipientes de trituración, o una cascada de nueve o más recipientes de trituración en serie, o una cascada que comprende hasta diez recipientes de trituración. La cascada de recipientes de trituración está operativamente unida en serie o en paralelo o una combinación de en serie y en paralelo. La salida de y/o la entrada a uno o más de los recipientes de trituración en la cascada se somete a una o más etapas de tamizaje y/o una o más etapas de clasificación. La energía total gastada en un proceso de microfibrilación se distribuye, por ejemplo, igualmente a través de cada uno de los recipientes de trituración en la cascada. Alternativamente, la entrada de energía varía entre algunos o todos los recipientes de trituración en la cascada.

Una persona experta en la técnica entenderá que la energía gastada por recipiente varía entre los recipientes en la cascada en dependencia de la cantidad de sustrato fibroso que se microfibrila en cada recipiente y, opcionalmente, la velocidad de trituración en cada recipiente, la duración de la molienda en cada recipiente y el tipo de medio de trituración en cada recipiente. Las condiciones de trituración se varían, por ejemplo, en cada recipiente de la cascada para controlar la distribución del tamaño de partícula de la celulosa microfibrilada.

La trituración se realiza en un circuito cerrado o la trituración se realiza en circuito abierto.

Como la suspensión del material a triturar es de una viscosidad relativamente alta, se añade un agente dispersante adecuado a la suspensión antes de la trituración. El agente dispersante es, por ejemplo, un fosfato condensado soluble en agua, ácido polisilícico o una sal del mismo, o un polielectrolito, por ejemplo una sal soluble en agua de un poli(ácido acrílico) o de un poli(ácido metacrílico) que tiene un peso molecular promedio en número no superior a 80000. La cantidad de agente dispersante usado estaría generalmente en el intervalo de 0,1 a 2,0 % en peso, en base al peso del material sólido inorgánico seco en partículas. La suspensión se tritura adecuadamente a una temperatura en el intervalo de 4 °C a 100 °C. Otros aditivos que pueden incluirse por ejemplo durante la etapa de microfibrilación incluyen: carboximetilcelulosa, carboximetilcelulosa anfótera, agentes oxidantes, 2,2,6,6-tetrametilpiperidina-1-oxilo (TEMPO), derivados de TEMPO, y enzimas degradantes de la madera.

El pH de la suspensión de material a triturarse es aproximadamente 7 o mayor que aproximadamente 7 (es decir, básico), por ejemplo, el pH de la suspensión es aproximadamente 8, o aproximadamente 9, o aproximadamente 10, o aproximadamente 11. Alternativamente, el pH de la suspensión de material a triturarse es menor que aproximadamente 7 (es decir, ácido), por ejemplo, el pH de la suspensión es aproximadamente 6, o aproximadamente 5, o aproximadamente 4, o aproximadamente 3. El pH de la suspensión de material a triturarse se ajusta mediante la adición de una cantidad apropiada de ácido o base. Las bases adecuadas incluyen hidróxidos de metales alcalinos, tales como, por ejemplo, NaOH. Otras bases adecuadas son carbonato de sodio y amoniaco. Los ácidos adecuados incluían ácidos inorgánicos, tales como ácido clorhídrico y sulfúrico, o ácidos orgánicos. Un ácido ilustrativo es el ácido ortofosfórico.

La entrada de energía total en un proceso de trituración típico para obtener la composición de suspensión acuosa deseada está típicamente entre aproximadamente 100 y 1500 kWht-1 en base al peso seco total del relleno de partículas inorgánico. La entrada de energía total puede ser menor de aproximadamente 1000 kWht-1, por ejemplo, menor de aproximadamente 800 kWht-1, menor de aproximadamente 600 kWht-1, menor de aproximadamente 500 kWht-1, menor de aproximadamente 400 kWht-1, menor de aproximadamente 300 kWht-1, o menos de aproximadamente 200 kWht-1. Como tal, los presentes inventores han descubierto sorprendentemente que una pulpa de celulosa se microfibrila con una entrada de energía relativamente baja cuando se tritura conjuntamente en presencia de un material inorgánico en partículas. Como resultará evidente, el aporte total de energía por tonelada de fibra seca en el sustrato fibroso que comprende celulosa será menos de aproximadamente 10 000 kWht-1, por ejemplo, menos de aproximadamente 9000 kWht-1, o menos de aproximadamente 8000 kWht-1, o menos de aproximadamente 7000 kWht-1, o menos de aproximadamente 6000 kWht-1, o menos de aproximadamente 5000 kWht-1, por ejemplo menos de aproximadamente 4000 kWht-1, menos de aproximadamente 3000 kWht-1, menos de aproximadamente 2000 kWht-1, menos de aproximadamente 1500 kWht-1, menos de aproximadamente 1200 kWht-1, menos de aproximadamente 1000 kWht-1, o menos de aproximadamente 800 kWht-1. La entrada de energía total varía en dependencia de la cantidad de fibra seca en el sustrato fibroso que se microfibrila y, opcionalmente, la velocidad de trituración y la duración de la trituración.

Con respecto a la presente invención, se ha encontrado que la ultrasonicación de la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada (denominada colectivamente “suspensión acuosa”) mejora las propiedades físicas del material. Por ejemplo, la ultrasonicación de una suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada da como resultado sorprendente e inesperadamente una viscosidad y/o resistencia a la tracción mejoradas del material, como se demuestra en la sección de Ejemplos de esta descripción. La mejora de las propiedades físicas del material de la presente invención y el grado de mejora dependen de los parámetros de operación usados. En vista de las enseñanzas de esta descripción, un experto en la técnica podrá discernir los parámetros apropiados para lograr un resultado deseado sin una experimentación indebida.

En un aspecto, la ultrasonicación de la suspensión acuosa de la presente invención comprende producir una suspensión sonicada que comprende celulosa microfibrilada con viscosidad mejorada y/o propiedades de resistencia a la tracción, el método comprende una etapa de microfibrilación de un sustrato fibroso que comprende celulosa en un ambiente acuoso para producir una suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada y que comprende además someter la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada a sonicación para producir una suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada con propiedades de viscosidad y resistencia a la tracción mejoradas.

En una modalidad, también se usa un medio de trituración, como se describió anteriormente, para producir la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada con propiedades mejoradas de viscosidad y resistencia a la tracción.

En una modalidad de la presente invención, los métodos de la presente invención comprenden además uno o más de mezclado, homogeneización o refinado de alto cizallamiento antes o después de la etapa de sonicación, todos los cuales son conocidos por un experto en la técnica y son incorporados en los métodos de la presente invención sin una experimentación indebida en vista de las enseñanzas de esta descripción.

En la invención, la ultrasonicación se usa ventajosamente para redispersar composiciones de celulosa microfibrilada previamente deshidratadas, secas o parcialmente secas. Las composiciones secas o parcialmente secas de microfibriladas se granulan, por ejemplo, después de deshidratarlas y secarlas. Tales composiciones secas o parcialmente secas y opcionalmente granuladas de celulosa microfibrilada se resuspenden con la ayuda de dispositivos de ultrasonicación de los tipos descritos en esta descripción.

En una modalidad, la ultrasonicación se usa como una etapa de postratamiento en suspensiones de celulosa microfibrilada para mejorar una o más propiedades físicas de tales suspensiones, por ejemplo, mayor resistencia a la tracción y mayor viscosidad.

En una modalidad de la presente invención, la resistencia a la tracción de la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada con propiedades de viscosidad y resistencia a la tracción mejoradas se incrementa en al menos 5 %, al menos 10 %, al menos 20 %, al menos 50 %, al menos 100 % o al menos 200 % sobre la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada no sometida a sonicación.

En la presente invención, la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada se somete a sonicación durante al menos 1 minuto, al menos 2 minutos, al menos 5 minutos, al menos 10 minutos y al menos 20 minutos o más. El período de tiempo lo determina un experto en la técnica en base a las enseñanzas de esta descripción.

En una modalidad de la presente invención, la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada se somete a sonicación a una tasa de compensación de energía de hasta 1000 kwh por tonelada de fibrillas secas, hasta 2000 kwh por tonelada, 2500 kwh por tonelada de fibrillas secas, hasta 5000 kwh por tonelada de fibrillas secas y hasta 10000 kwh por tonelada de fibrillas secas. Como se establece en los Ejemplos de esta solicitud, se encontró que la sonicación era más eficaz para redispersar y desaglomerar celulosa microfibrilada o composiciones de celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas que se había deshidratado, secado y granulado. En otras modalidades, la redispersión de lechadas de lechadas de celulosa microfibrilada o composiciones de celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas mediante sonicación produjo mejoras en la calidad del producto con entradas de energía entre 1000 y 2000 kWh/t.

En ciertas modalidades, la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada se somete a sonicación al hacer funcionar el sonicador en modo continuo.

En modalidades preferidas, la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada se transforma en un producto semiseco antes de la sonicación. Una torta prensada con cinta es un ejemplo de un producto semiseco adecuado para su uso en la presente invención. En ciertas modalidades, la torta prensada con cinta se somete además a un tratamiento en un secador y molino barrido por aire, tal como un secador Atritor. A menudo, la conversión del producto en un producto semiseco se realiza, por ejemplo, para facilitar su manipulación y/o transporte. En el caso de usar un producto semiseco como material de partida, la sonicación no solo proporciona propiedades físicas mejoradas al material, sino que también ayuda en el desembolso del material en solución en un proceso denominado rehumectación.

La sonicación de la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada no se limita a ningún parámetro de sonicación particular o específico ya que un cambio en un parámetro compensa un cambio en otro parámetro, dentro de los límites físicos y prácticos del equipo y material que se sonica. Por ejemplo, alargar el tiempo de sonicación compensa, al menos en parte, el uso de una amplitud reducida.

En las modalidades, la sonicación se realiza a una amplitud de hasta 60 %, hasta 80 %, hasta 100 % y hasta 200 % o más, a las limitaciones físicas del sonicador usado. Dichos límites físicos superiores de amplitud de un dispositivo particular usado son conocidos por un experto en la técnica.

El recipiente de trituración es un molino de torre o un detritor de medio agitado.

En una modalidad, la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada con propiedades mejoradas de viscosidad y resistencia a la tracción obtenida por el método de la presente invención es adecuada para su uso en un método de fabricación de papel o papel de recubrimiento y es adecuada para otro uso en otros procesos y materiales donde típicamente se usa celulosa microfibrilada, cuyos ejemplos se detallan Luego en la sección titulada "Otros usos".

Otros usos

Las composiciones de celulosa microfibrilada o celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas con propiedades de viscosidad y/o resistencia a la tracción mejoradas y celulosa microfibrilada con viscosidad y/o resistencia a la tracción mejoradas se usan en numerosas aplicaciones. Por ejemplo, las composiciones de la presente se usan para papel, cartón y recubrimientos de papel, como se describió anteriormente; pinturas y otros recubrimientos como, por ejemplo, un modificador de reología; tintas y como un espesante, estabilizador y agente homogeneizador para su uso en, por ejemplo, alimentos y aditivos alimentarios, productos farmacéuticos, cosméticos, protectores solares, adhesivos, selladores, productos químicos de consumo tales como, entre otros, detergentes, suavizantes de telas y otros productos domésticos; productos químicos petrolíferos, tales como inhibidores de la corrosión e incrustaciones, así como también un ingrediente de los subproductos del petróleo; y compuestos, tales como paneles de yeso y placas de techo. Las composiciones también son adecuadas para su uso en placas de cemento, placas de yeso/placas de yeso; núcleo aislante de paneles de aislamiento estructural y tableros de fibra; tableros de fibras de todas las descripciones (incluidos los tableros de partículas orientadas); cementos y hormigones; insonorización; pinturas texturizadas y de mampostería; tableros de pared antimicrobianos e ignífugos; selladores, adhesivos y masillas; aislamiento; reemplazo total o parcial de asbesto; y espumas, en las que la composición de la presente invención, por ejemplo, proporciona resistencia, volumen y textura.

Ejemplos

Las modalidades de la presente invención se describirán ahora sólo a modo de ilustración, con referencia a los siguientes ejemplos.

El siguiente procedimiento se usa para caracterizar las distribuciones de tamaño de partícula de las mezclas de minerales (GCC o caolín) y fibras de pulpa de celulosa microfibriladas.

- carbonato de calcio

Se pesa en un vaso de precipitados una muestra de suspensión triturada de conjunto suficiente para dar 3 g de material seco, se diluye a 60 g con agua desionizada y se mezcla con 5 cm3 de una solución de poliacrilato de sodio de 1,5 % p/v de activo. Se añade más agua desionizada con agitación hasta un peso de suspensión final de 80 g.

- caolín

Se pesa en un vaso de precipitados una muestra de lechada cotriturada suficiente para dar 5 g de material seco, se diluye a 60 g con agua desionizada, y se mezcla con 5 cm3 de una solución de 1,0 % en peso de carbonato de sodio y 0,5 % en peso de hexametafosfato de sodio. Se añade más agua desionizada con agitación hasta un peso de lechada final de 80 g.

Luego, la suspensión se añade en alícuotas de 1 cm3 al agua en la unidad de preparación de muestras unida al Mastersizer S hasta que se muestre el nivel óptimo de oscurecimiento (normalmente 10 -15 %). Luego se lleva a cabo el procedimiento de análisis de dispersión de luz. El intervalo del instrumento seleccionado fue 300RF: 0,05-900, y la longitud del haz se estableció en 2,4 mm. Para las muestras cotrituradas que contienen carbonato de calcio y fibra, se usó el índice de refracción del carbonato de calcio (1,596). Para las muestras cotrituradas de caolín y fibra se usa el IR del caolín (1,5295).

La distribución del tamaño de partícula se calculó a partir de la teoría de Mie y da la salida como una distribución diferencial en base al volumen. Se interpreta que la presencia de dos picos distintos surge del mineral (pico más fino) y la fibra (pico más grueso).

El pico del mineral más fino se ajusta a los puntos de datos medidos y se resta matemáticamente de la distribución para dejar el pico de la fibra, que se convierte en una distribución acumulativa. Similarmente, el pico de la fibra se resta matemáticamente de la distribución original para dejar el pico del mineral, que también se convierte en una distribución acumulativa. Ambas curvas acumulativas luego se usaron para calcular el tamaño promedio de partícula (d⁵o) y la inclinación de la distribución (d³o/d⁷o x 100). La curva diferencial se usó para encontrar el tamaño de partícula modal para las fracciones del mineral y de la fibra. Los Ejemplos 1-49 no están de acuerdo con la invención.

Ejemplo 1

Se introdujeron 400 cm3 de agua y 750 g de harina de mármol (10 % en peso <2 pm de tamaño de partícula, de Sedigraph) en un recipiente de molienda y se añadieron 1,5 kg de medio de trituración cerámico (Carbolite® 16/20, disponible de CARBO Ceramics Inc.). La mezcla se agitó a 950 rpm durante 60 minutos. Se separó el medio de la lechada y se extrajo una pequeña muestra para comprobar el tamaño de partícula (mediante el uso de un Micromeritics Sedigraph®) que era 57 % en peso <2 pm.

Se usó la misma trituradora para cada uno de los Ejemplos. Esta trituradora es un molino vertical que comprende un recipiente de trituración cilíndrico que tiene un diámetro interno de 14,5 cm y un eje impulsor vertical que tiene una sección transversal circular y un diámetro de 1,8 cm. El eje está equipado con 4 impulsores colocados en un diseño X. Los impulsores tienen una sección transversal circular y un diámetro de 1,8 cm. Los impulsores miden 6,5 cm de largo medidos desde el centro del eje vertical hasta la punta del impulsor.

Ejemplo 2

Se introdujeron 400 cm3 de agua y 750 g de harina de mármol (11-15 % en peso <2 pm de tamaño de partícula, de Sedigraph) en un recipiente de trituración y se añadió 1,5 kg de medio de trituración cerámico (Carbolite® 16/20, disponible de CARBO Ceramics Inc.). La mezcla se agitó a 950 rpm durante 30 minutos. Se extrajo una pequeña muestra y se midió el tamaño de partícula del producto (mediante el uso de un Micromeritics Sedigraph®) al 57 % en peso <2 pm. Una alícuota de pulpa de madera blanda blanqueada batida en una batidora de cuenco a un Refinado Estándar Canadiense (^cS^f) de 520 cm3 se filtró a través de un tamiz con el fin de obtener una lámina húmeda a 20 % en peso de sólidos que contienen 37,5 g de fibra en seco. Esta lámina se añadió a la trituradora y se continuó moliendo a 950 rpm durante 30 minutos más. Se añadieron 200 cm3 de agua durante la trituración. El medio se separó de la lechada, y las fibras de más de 38 pm se eliminaron mediante el uso de un tamiz BSS que tenía un número de malla de 400. Se midió el tamaño de partícula de la composición de relleno (mediante el uso de un Micromeritics Sedigraph®) y dio un resultado de 48 % en peso <2 pm.

Ejemplo 3

Se repitió el procedimiento descrito en el Ejemplo 2, esta vez se continúa la segunda etapa de molienda durante 60 minutos. Se añadieron 200 cm3 de agua durante la trituración. Se midió la distribución del tamaño de partícula del producto y dio un valor de 42 % en peso <2 pm.

Ejemplo 4

Se repitió el procedimiento descrito en el Ejemplo 2, esta vez se continúa la segunda etapa de molienda durante 120 minutos. Se añadieron 650 cm3 de agua durante la trituración. Se midió la distribución del tamaño de partícula del producto y dio un valor de 40 % en peso <2 pm.

Ejemplo 5

Se repitió el procedimiento descrito en el Ejemplo 2, esta vez se continuó la segunda etapa de molienda durante 260 minutos. Se añadieron 1270 cm3 de agua durante la trituración. Se midió la distribución del tamaño de partícula del producto y dio un valor de 40 % en peso <2 pm.

Ejemplo 6

Se repitió el procedimiento descrito en el Ejemplo 2, esta vez se continúa la segunda etapa de molienda durante 380 minutos. Se añadieron 1380 cm3 de agua durante la trituración. Se midió la distribución del tamaño de partícula del producto y dio un valor de 57 % en peso <2 pm.

Ejemplo 7 - evaluación de los productos como rellenos en papel

Algunos de los productos preparados de acuerdo con los ejemplos anteriores se ensayaron como rellenos en láminas de prueba de papel. Se usó un lote de pulpa química blanqueada de madera blanda que se batió en una batidora Valley para dar un CSF de 520 cm3 Después de la desintegración y dilución hasta un 2 % de reserva espesa, la fibra se diluyó hasta un 0,3 % en peso de consistencia para la fabricación de láminas. Se añadió una suspensión espesa de relleno junto con un coadyuvante de retención (Ciba Percol 292, 0,02 % en peso sobre la materia prima). Se hicieron láminas de prueba hasta un peso base de 80 gm-2 mediante el uso de un molde de láminas de prueba británico de acuerdo con métodos estándar, por ejemplo, TAPPI T205 o SCAN C 26:76 (M 5:76).

Los valores de retención de los rellenos se enumeran Luego en la Tabla 1 y muestran que los rellenos cotriturados tienen una retención superior al relleno de control.

Tabla 1. Valores de retención de primer paso

Se realizaron dos estudios de fabricación de láminas por separado y los resultados se dan en las Tablas 2 y 3 más abajo. Las propiedades del papel se interpolan a una carga de 30 % en peso y se midieron de acuerdo con métodos de ensayo estándar, por ejemplo, TAPPI T220 o SCAN C28:76 (M 8:76).

• Resistencia a la rotura: Probador de rotura Messemer Buchnel de acuerdo con SCAN P 24.

• Resistencia a la tracción: Probador de tracción testométrico de acuerdo con SCAN P 16.

• Porosidad Bendtsen: Medida mediante el uso de un probador de porosidad modelo Bendtsen de acuerdo con SCAN P21, SCAN P60, BS 4420 y Tappi UM 535.

• Volumen: Este es el recíproco de la densidad aparente medida de acuerdo con SCAN P7.

• Brillo ISO: El brillo ISO de las láminas de prueba se midió mediante un medidor de brillo Elrepho Datacolour 3300 equipado con un filtro No. 8 (longitud de onda de 457 nm), de acuerdo con ISO 2470:1999 E.

• Opacidad: La opacidad de una muestra de papel se mide por medio de un espectrofotómetro Elrepho Datacolor 3300 mediante el uso de una longitud de onda apropiada para la medición de la opacidad. El método de ensayo estándar es ISO 2471. En primer lugar, se mide el porcentaje de luz incidente reflejada con una pila de al menos diez láminas de papel sobre una cavidad negra (Rinfinity). Luego, la pila de láminas se reemplaza con una sola lámina de papel, y se realiza una segunda medición del porcentaje de reflectancia de la lámina sola en la cubierta negra (R). Luego, el porcentaje de opacidad se calcula a partir de la fórmula: Porcentaje de opacidad = 100 x R/Rinfinity.

Tabla 2

Tabla 3

Ejemplo 8

Se dispersaron 4 kg secos de un relleno de caolín, Intramax® 57, en 6000 cm3 de agua mediante el uso de un mezclador de alta energía. El pH fue de 4,8. Esto se usó como una suspensión de reserva para experimentos adicionales. Se midió la distribución del tamaño de partícula (mediante el uso de un Micromeritics Sedigraph®) y dio valores de 57 % en peso <2 pm y 38 % en peso <1 pm.

Ejemplo 9

Se procesaron 2 kg de la suspensión de reserva de caolín anterior durante 5 pasadas a través de un homogeneizador Manton Gaulin (APV) a una presión de 500 bar. El producto resultante se usó como control en otros ensayos de fabricación de papel. Se midió la distribución del tamaño de partícula (mediante el uso de un Micromeritics Sedigraph®) y dio valores de 62 % en peso <2 pm y 43 % en peso <1 pm.

Ejemplo 10

Se colocaron 2 kg más de la suspensión de reserva de caolín en un mezclador de alta energía. Una suspensión de pulpa de madera blanda blanqueada se batió en una batidora Valley a un CSF de 520 cm3 y esto se filtró en un probador de consistencia estándar para dar una lámina en húmedo a 15 % de sólidos secos. Se añadieron 133,5 g de esta pulpa húmeda a la suspensión de caolín y se agitó hasta que las fibras se mezclaron bien con el caolín, para dar un nivel de 2,5 % en peso de pulpa seca sobre caolín seco. También se añadieron 440 cm3 de agua para mejorar la fluidez. Esta suspensión al 33 % en peso de sólidos se pasó luego a través del homogeneizador Gaulin en las mismas condiciones que en el Ejemplo 9. Se midió la distribución del tamaño de partícula del producto (mediante el uso de un Micromeritics Sedigraph®) y dio valores de 62 % en peso <2 pm y 45 % en peso <1 pm.

Ejemplo 11

Se repitió el procedimiento descrito en el Ejemplo 10, esta vez se añadió 267 g de pulpa húmeda a 2 kg de suspensión de reserva de caolín, para dar un nivel de 5 % en peso de pulpa seca sobre caolín seco. La suspensión también se diluyó hasta aproximadamente 30 % en peso de sólidos con 440 cm3 de agua y la suspensión se procesó a través del homogeneizador mediante el uso de las mismas condiciones que en los Ejemplos 9 y 10. Se midió la distribución del tamaño de partícula (mediante el uso de un Micromeritics Sedigraph®) y dio valores de 58,5 % en peso <2 pm y 42 % en peso <1 pm.

Ejemplo 12- evaluación de los productos como rellenos en papel

Los productos preparados de acuerdo con los ejemplos anteriores se ensayaron como rellenos en láminas de prueba de papel. Se usó un lote de pulpa química blanqueada de madera blanda que se batió en una batidora Valley para dar un CSF de 520 cm3. Después de la desintegración y dilución hasta un 2 % de reserva espesa, la fibra se diluyó adicionalmente hasta un 0,3 % en peso de consistencia para la fabricación de láminas. Se añadió una suspensión espesa de relleno junto con un coadyuvante de retención (Ciba Percol 292, 0,02 % en peso sobre la materia prima). Las láminas de prueba se hicieron hasta un peso base de 80 gm-2 mediante el uso de un molde de lámina de prueba británico.

Los valores de retención de los rellenos se enumeran Luego en la Tabla 4 y muestran que los rellenos coprocesados tienen una retención superior al relleno de control.

Tabla 4. Valores de retención de primer paso

Se realizó un estudio de fabricación de láminas y los resultados se dan en la Tabla 5 Luego. Las propiedades del papel se interpolan a una carga del 30 % en peso.

Tabla 5

Ejemplo 13

Se remojaron 400 g de pulpa kraft de madera blanda blanqueada sin refinar (Botnia Pine RM90) en 20 litros de agua durante 6 horas, luego se vertió en un mezclador mecánico. La reserva obtenida se vertió luego en una batidora Valley de laboratorio y se refinó bajo carga durante 28 minutos para obtener una muestra de pulpas refinadas batidas a un refinado estándar canadiense (CFS) de 525 cm3. Se preparó una segunda muestra mediante granizado pero sin refinar en absoluto. Los resultados del refinado y los tiempos de refinado se dan en la Tabla 6 Luego:

Tabla 6. Condiciones de refinamiento

Luego, se deshidrató cada una de estas pulpas mediante el uso de un probador de consistencia (Testing Machines Inc.) para obtener una almohadilla de pulpa húmeda con entre 13 y 18 % en peso de sólidos. Esto luego se usó en experimentos de cotrituración como se detalla más abajo:

Se pesaron 630 g de una lechada de mármol triturado con un tamaño de partícula (medido por Sedigraph) de 60 % <2 |jm de d.e.e. en un recipiente de trituración. El peso seco fue de 233 g. Se añadió pulpa húmeda de la etapa de deshidratación descrita anteriormente para dar 11,6 g (peso seco) de pulpa. La pulpa se mezcló a fondo con la suspensión mineral y luego 1485 g de medio Carbolite® 16/20 y se añadió agua necesaria para dar un volumen de medio, concentración (MVC) de 50 % y un contenido de sólidos de la suspensión de 35 % en peso. Las muestras se trituraron a 1000 RPM hasta que se impartió a las muestras una entrada de energía de 2500 y 5000 kWh/t (expresado en fibra seca). Luego, se sacó el recipiente del triturador y se separó el medio mediante el uso de un tamiz que tenía un tamaño de apertura de 600 jm.

Los productos elaborados a partir de la muestra de pulpa A (sin refinar) y B (refinada a 525 cm3) se compararon mediante el uso del ensayo de aumento de la rotura del papel de filtro (FPBI) (como se describe a más abajo). Los resultados se resumen en la Tabla 7.

Tabla 7. Aumento de la rotura del papel de filtro

- ensayo de rotura de papel de filtro

Este ensayo se desarrolló para predecir la capacidad de refuerzo de las fibras de suspensiones cotrituradas que contienen MFC preparadas de acuerdo con el Ejemplo 13 anterior.

Se usaron papeles de filtro de 15 cm de diámetro (Núm. 597, Schleicher & Schuell). Las láminas se seleccionaron por peso para que estuvieran dentro de 0,02 g entre sí. Un peso seco típico de una sola lámina fue de 1,4 g.

Se preparó una suspensión de pulpa y mineral cotriturado como se describió anteriormente y se diluyó con agua hasta un 0,25 % de sólidos. Un solo papel de filtro seleccionado anteriormente se humedeció con agua y se colocó sobre el alambre de un aparato de ensayo de consistencia estándar (TMI Testing Machines Inc., Ronkonkoma, NY). Se filtraron cuidadosamente alícuotas de la suspensión de 150 cm3, 200 cm3, 250 cm3 y 300 cm3 mediante el uso de vacío aplicado a través del papel de filtro y los filtrados, si estaban turbios, se volvieron a pasar a través de la estera para asegurar una buena retención de los componentes activos. El papel de filtro y sus sólidos retenidos luego se secaron al 50 % de HR y 23 °C sobre discos de secado de acero y separados por anillos de secado de plástico (Testing Machines Inc.).

Se ensayó la resistencia a la rotura de los papeles secos mediante el uso de un probador de rotura automático Messemer Buchel. Se obtuvieron 5 mediciones en cada lámina y se promediaron. Luego, las láminas se secaron a 100 °C durante 1 hora, se colocaron en un recipiente tarado sellado y se pesaron a 3 dp. Se construyó un gráfico del peso de la lámina frente a la presión de rotura, a partir de la cual se interpoló la presión de rotura a un peso de 2,0 g (a kPa). La presión de rotura media del propio papel de filtro (b kPa) también se midió en 3 láminas seleccionadas, acondicionadas a la misma temperatura y humedad. Luego, se calculó el aumento de la presión de rotura mediante la siguiente ecuación:

Aumento de la rotura del papel de filtro (FPBI) = (a - b) /b x 100.

Como un control, solo se pasó agua a través del disco de papel de filtro. Esto también tuvo un efecto positivo en la rotura, pero significativamente menos que cuando estaba presente MFC (ver Tabla 7).

Las muestras producidas anteriormente se caracterizaron adicionalmente en términos de su tamaño de partícula utilizando mediante el uso del Malvern Mastersizer (Malvern Instruments, Reino Unido). Los resultados se registran en términos de tamaños medios (d⁵⁰) de las fracciones de pulpa. También se registró la inclinación del tamaño de partícula de la fracción de fibra. Estos datos también se enumeran en la Tabla 7. Las muestras elaboradas a partir de las pulpas A y B se compararon adicionalmente en un estudio de lámina de prueba. La pulpa huésped para estos rellenos se preparó a partir del mismo lote de Botnia RM90 batido a un CSF de 520 cm3, similar a la muestra B. El coadyuvante de retención fue Percol 292 (Ciba) añadido al 0,06 % en peso de los sólidos totales de la materia prima. Se prepararon láminas de prueba a 80 gm-2 y se ensayaron para determinar la resistencia a la rotura y a la tracción, el volumen, la porosidad Bendtsen, la reflectancia a 457 nm (brillo ISO) y la opacidad. Se obtuvieron 3 cargas y los resultados se interpolaron a un nivel de carga de 30 % en peso (ver Tabla 8). Las designaciones de relleno se refieren a la Tabla 7.

Los resultados de la Tabla 8 muestran que los rellenos cotriturados dan mayor resistencia, menor porosidad y mayor opacidad sin detrimento del brillo, todas propiedades deseables. El aumento en la resistencia es suficiente para permitir que la carga de relleno se incremente de 25 % en peso mediante el uso de un relleno GCC estándar al 33 % en peso con un relleno cotriturado.

Tabla 8. Resultados de la lámina de prueba

Ejemplo 14

Se remojaron 400 g de pulpa kraft de madera blanda blanqueada sin refinar (Botnia Pine RM90) en 20 litros de agua durante 6 horas, luego se vertió en un mezclador mecánico. La reserva obtenida se vertió luego en una batidora Valley de laboratorio y se refinó bajo carga durante 28 minutos para obtener una muestra de pulpa refinada batida a un refinado estándar canadiense (CSF) de 525 cm3 Luego, se deshidrató la pulpa mediante el uso de un probador de consistencia (Testing Machines Inc.) para obtener una almohadilla de pulpa húmeda con un 19,1 % en peso de sólidos. Esto luego se usó en experimentos de cotrituración como se detalla más abajo:

Se pesaron 651 g de una suspensión de Carbital 60HS™ (77,9 % en peso de sólidos) en un recipiente de trituración. Luego, se añadieron 66,5 g de pulpa húmeda y se mezclaron con el carbonato. Luego, se añadieron 1485 g de medio de trituración Carbolite® 16/20 seguido de 147 g de agua para dar una concentración en volumen de medio de 50 %. La mezcla se trituró a 1000 rpm hasta que se hubo gastado una entrada de energía de 10000 kWh/t (expresado en fibra). El producto se separó del medio mediante el uso de un tamiz BSS de 600 pm. El contenido de sólidos de la suspensión resultante fue de 59,4 % en peso y una viscosidad Brookfield (100 rpm) de 10000 mPa.s. El contenido de fibra del producto se analizó mediante incineración a 450 °C y se midió el tamaño de las fracciones de mineral y pulpa mediante el uso de un Malvern Mastersizer.

Ejemplo 15

Se pesaron 352 g de una suspensión de Carbital 60HS™ (77,9 % en peso de sólidos) en un recipiente de trituración. Luego, se añadieron 71,8 g de pulpa húmeda y se mezclaron con el carbonato. Luego, se añadieron 1485 g de medio de trituración Carbolite 16/20 seguido de 296 g de agua para dar una concentración en volumen del medio de 50 %. La mezcla se trituró a 1000 rpm hasta que se hubo gastado una entrada de energía de 10000 kWh/t (expresado en fibra). El producto se separó del medio mediante el uso de un tamiz BSS de 600 pm. El contenido de sólidos de la suspensión resultante fue 41,9 % en peso y una viscosidad Brookfield 100 rpm de 5000 mPa.s. El contenido de fibra del producto se analizó mediante incineración a 450 °C y se midió el tamaño de las fracciones de mineral y pulpa mediante el uso de un Malvern Mastersizer.

Ejemplo 16

Se pesaron 287 g de una suspensión de Carbital 60HS™ (77,9 % en peso de sólidos) en un recipiente de trituración. Luego, se añadieron 87,9 g de pulpa húmeda y se mezclaron con el carbonato. Luego, se añadieron 1485 g de medio de trituración Carbolite 16/20 seguido de 311 g de agua para dar una concentración en volumen del medio de 50 %. La mezcla se trituró a 1000 rpm hasta que se hubo gastado una entrada de energía de 10000 kWh/t (expresado en fibra). El producto se separó del medio mediante el uso de un tamiz BSS de 600 pm. El contenido de sólidos de la suspensión resultante fue 36,0 % en peso y una viscosidad Brookfield 100 rpm de 7000 mPa.s. El contenido de fibra del producto se analizó mediante incineración a 450 °C y se midió el tamaño de las fracciones de mineral y pulpa mediante el uso de un Malvern Mastersizer.

Tabla 9. Propiedades físicas de los pigmentos

La Tabla 9 muestra que, además de moler la fibra a un tamaño de partícula fino, la finura y la inclinación psd del GCC también se incrementó para igualar las de los pigmentos de control más finos, Carbital 90™ y Carbopaque 90™.

Las referencias y los pigmentos cotriturados descritos anteriormente se convirtieron en colores de recubrimiento y se llevó a cabo un estudio de recubrimiento de acuerdo con los siguientes ejemplos.

Ejemplo 17 (Control)

Se pesaron 129 g de Carbital 60HS (= 100 g en seco) en un vaso de precipitados, se mezclaron con un agitador de laboratorio y se añadieron 14 g de una suspensión al 50 % de látex de estireno-butadienoacrilonitrilo (DL920, Dow Chemical) para dar una dosis de aglutinante de 7 partes de látex por cien de carbonato de calcio (pph). Luego, se añadieron 0,3 g secos de carboximetilcelulosa (Finnfix 10, CP Kelco) como una solución al 12 %, seguido de 0,5 g de una solución de agente abrillantador óptico (Blankophor P, Kemira). El pH se ajustó a 8,7 mediante el uso de NaOH. Se preparó un segundo color mediante el uso de una dosis de látex aumentada de 9 pph.

Ejemplo 18 (Control)

Se pesaron 129,7 g de Carbital 90HS (= 100 g en seco) en un vaso de precipitados, se mezclaron con un agitador de laboratorio y se añadieron 16 g de una suspensión al 50 % de látex de estireno-butadienoacrilonitrilo (DL920, Dow Chemical) para dar una dosis de aglutinante de 8 partes de látex por cien de carbonato de calcio (pph). Luego, se añadieron 0,3 g secos de carboximetilcelulosa (FinnfIX 10, CP Kelco) como una solución al 12 %, seguido de 0,5 g de una solución de agente abrillantador óptico (Blankophor P, Kemira). El pH se ajustó a 8,9 mediante el uso de NaOH. Se preparó un segundo color mediante el uso de una dosis de látex aumentada de 10 pph.

Ejemplo 19 (Control)

Se pesaron 139 g de Carbopaque 90 (= 100 g en seco) en un vaso de precipitados, se mezclaron con un agitador de laboratorio y se añadieron 16 g de una suspensión al 50 % de látex de estireno-butadienoacrilonitrilo (DL920, Dow Chemical) para dar una dosis de aglutinante de 8 partes de látex por cien de carbonato de calcio (pph). Luego, se añadieron 0,3 g secos de carboximetilcelulosa (Finnfix 10, CP Kelco) como una solución al 12 %, seguido de 0,5 g de una solución de agente abrillantador óptico (Blankophor P, Kemira). El pH se ajustó a 8,6 mediante el uso de NaOH. Se preparó un segundo color mediante el uso de una dosis de látex aumentada de 10 pph.

Ejemplo 20 (Control)

Se pesaron 129,7 g de Carbital 90HS (= 100 g en seco) en un vaso de precipitados y 2,5 g de celulosa en polvo disponible comercialmente con un tamaño de partícula promedio de 1000 nm (valor del fabricante) destinada al recubrimiento de papel (Arbocel MF40, J. Rettenmaier & Sohne, Holzmuhle, Alemania), se añadió con mezcla mediante el uso de un agitador de laboratorio. Cuando el polvo se hubo dispersado por completo, se añadieron 15 g de una suspensión al 50 % de látex de estireno-butadieno-acrilonitrilo (DL920, Dow Chemical) para dar una dosis de aglutinante de 7,5 partes de látex por cien de carbonato de calcio (pph). Luego, se añadieron 0,3 g secos de carboximetilcelulosa (FinnfIX 10, CP Kelco) como una solución al 12 %, seguido de 0,5 g de una solución de agente abrillantador óptico (Blankophor P, Kemira). El pH se ajustó a 8,6 mediante el uso de NaOH.

Ejemplo 21

Se pesaron 173,4 g del producto preparado de acuerdo con el Ej 14 (= 103 g seco) en un vaso de precipitados, se mezclaron con un agitador de laboratorio y se añadieron 14 g de una suspensión al 50 % de látex de estireno-butadieno-acrilonitrilo (DL920, Dow Chemical) para dar una dosis de aglutinante de 7 partes de látex por cien de carbonato de calcio seco (pph). Luego, se añadieron 0,3 g secos de carboximetilcelulosa (FinnfIX 10, CP Kelco) como una solución al 10 %, seguido de 0,5 g de una solución de agente abrillantador óptico (Blankophor P, Kemira). El pH se ajustó a 8,8 mediante el uso de NaOH. Se preparó un segundo color mediante el uso de una dosis de látex aumentada de 9 pph.

Ejemplo 22

Se pesaron 250,6 g del producto preparado de acuerdo con el Ej 15 (= 105 g en seco) en un vaso de precipitados, se mezclaron con un agitador de laboratorio y se añadieron 14 g de una suspensión al 50 % de látex de estireno-butadieno-acrilonitrilo (DL920, Dow Chemical) para dar una dosis de aglutinante de 7 partes de látex por cien de carbonato de calcio seco (pph). Luego, se añadieron 0,3 g secos de carboximetilcelulosa (Finnfix 10, CP Kelco) como una solución al 10 %, seguido de 0,375 g de una solución de agente abrillantador óptico (Blankophor P, Kemira). El pH se ajustó a 8,6 mediante el uso de NaOH. Se preparó un segundo color mediante el uso de una dosis de látex aumentada de 9 pph.

Los colores se recubrieron sobre un papel de base mecánico de sustancia 70 girr2 mediante el uso de un recubridor de banda de laboratorio (recubridor Dow) con dosificación de cuchillas. El peso de la capa se ajustó al diluir el color hasta obtener el mayor peso de la capa, subsecuentemente se aumenta la carga de la cuchilla para reducir el peso de la capa. Se produjeron muestras de papel con valores de peso de recubrimiento de aproximadamente 8 girr2 a 12 girr2. La velocidad fue de aproximadamente 10 m min'1. Las muestras de papel recubierto se cortaron luego en tiras y se acondicionaron durante 24 horas a 50 % de HR y 23 °C antes de ensayar el brillo mediante el uso de un espectrofotómetro Datacolor Elrepho 3300. Las medidas de reflectancia se realizaron a 457 nm con y sin el componente UV en el haz de luz incidente. La diferencia entre los valores de reflectancia con y sin UV se registra como fluorescencia. La suavidad de los papeles recubiertos se midió mediante un método de fuga de aire mediante el uso de un instrumento Parker Print Surf a una presión de 1000 kPa. Cada uno de los valores se representó frente al peso del recubrimiento medido mediante cenizas. Luego, los resultados se interpolaron a un peso de capa común de 10 girr2 y se tabularon en la Tabla 11.

Tabla 10. Propiedades del color del recubrimiento

Tabla 11. Propiedades del papel a 10 gm-2

Los resultados de la Tabla 11 muestran que la invención proporciona mayor brillo, fluorescencia y mayor suavidad.

Ejemplo 23

Se pesaron 630 g de una suspensión de mármol triturado que tenía un tamaño de partícula (medido por Sedigraph) de 60 % <2 pm de d.e.e. en un recipiente de trituración. El peso seco fue de 233 g. Se añadieron 54 g de pulpa de eucalipto húmeda batida a un LCR de 525 cm3 (ver Tabla 12), equivalente a 11,6 g de peso seco. La pulpa se mezcló a fondo con la suspensión mineral y luego se añadieron 1485 g de medio Carbolite 16/20 y 16 cm3 de agua. Esto equivale a una concentración de volumen de medio (MVC) de 50 % y un contenido de sólidos de la suspensión de 35 % en peso. Las muestras se trituraron a 1000 RPM hasta que se impartió a las muestras una entrada de energía de 2500 y 5000 kWh/t (expresado en fibra seca). La temperatura alcanzó los 55 °C. Luego, se sacó el recipiente del triturador y se separó el medio mediante el uso de un tamiz que tenía un tamaño de apertura de 600 pm.

Ejemplo 24

Se repitió el procedimiento descrito en el Ejemplo 23, esta vez mediante el uso de una pulpa de madera blanda kraft blanqueada (Botnia Pine RM90) batida a un CSF de 520 cm3.

Ejemplo 25

Se repitió el procedimiento descrito en el Ejemplo 23, esta vez mediante el uso de una muestra de pulpa termomecánica desintegrada que tenía un ^cS^fde 700 cm3.

Ejemplo 26

Se repitió el procedimiento descrito en el Ejemplo 23, esta vez mediante el uso de una muestra de pulpa de Acacia batida a un CSF de 520 cm3.

Ejemplo 27

Se repitió el procedimiento descrito en el Ejemplo 23, esta vez mediante el uso de una muestra de madera dura pulpa (abedul) batida a un CSF de 520 cm3.

La capacidad de refuerzo de las fibras de las suspensiones cotrituradas que contienen MFC preparado de acuerdo con los Ejemplos 23-27 anteriores se determinó mediante el uso del ensayo de rotura del papel de filtro descrito anteriormente. Los resultados se dan en la tabla 12 más abajo.

Las muestras producidas anteriormente se caracterizaron adicionalmente en términos de su tamaño de partícula mediante el uso del Malvern Mastersizer (Malvern Instruments, Reino Unido). Los resultados se registran en términos de los tamaños medios (d⁵⁰) del GCC y las fracciones de pulpa. También se registró la inclinación del tamaño de partícula de la fracción de fibra. Estos datos también se enumeran en la Tabla 12. Estos resultados muestran que todos los tipos de pulpa producen aumentos de resistencia cuando se someten a cotriturado con GCC.

Tabla 12. Evaluación de los productos mediante el uso del ensayo del papel de filtro

Ejemplo 28

Se remojaron 400 g de pulpa kraft de madera blanda blanqueada sin refinar (Botnia Pine RM90) en 20 litros de agua durante 6 horas, luego se vertió en un mezclador mecánico. La reserva obtenida se vertió luego en una batidora Valley de laboratorio y se refinó bajo carga durante 28 minutos para obtener una muestra de pulpa refinada batida a un refinado estándar canadiense (CSF) de 525 cm3

Luego, se deshidrató la pulpa mediante el uso de un probador de consistencia (Testing Machines Inc.) para obtener una almohadilla de pulpa húmeda con un 19,1 % en peso de sólidos. Esto se usó luego en experimentos de trituración como se detalla más abajo.

Ejemplo 29

Se pesaron 584 g de una suspensión de mármol triturado que tenía un tamaño de partícula (medido por Sedigraph) de 60 % <2 pm de d.e.e. en un recipiente de trituración. El peso seco fue de 231 g. Se añadió pulpa húmeda de la etapa de deshidratación descrita anteriormente (Ejemplo 28) para dar 11,6 g (peso seco) de pulpa. La pulpa se mezcló a fondo con la suspensión mineral y luego 1485 g de medio Carbolite 16/20 y se añadió agua necesaria para dar una concentración de volumen de medio (MVC) de 50 % y un contenido de sólidos de la suspensión de 35 % en peso. La muestra se trituró a 1000 RPM hasta que se impartió a las muestras una entrada de energía de 2500 kWh/t y 5000 kWh/t (expresado en fibra seca). Luego, se sacó el recipiente de la trituradora y se separó el medio mediante el uso de un tamiz que tenía un tamaño de apertura de 600 |jm. El contenido de fibra del producto se analizó mediante incineración a 450 °C y el tamaño de las fracciones de mineral y pulpa se midió mediante el uso de un Malvern Mastersizer (ver Tabla 13).

Ejemplo 30

Se pesaron 176 g de una lechada de mármol triturado que tenía un tamaño de partícula (medido por Sedigraph) de 60 % <2 pm de d.e.e. en un recipiente de trituración. El peso seco fue de 65 g. Se añadió pulpa húmeda de la etapa de deshidratación descrita anteriormente para dar 8,5 g (peso seco) de pulpa. La pulpa se mezcló a fondo con la lechada mineral y luego 1485 g de medio Carbolite 16/20 y se añadió agua necesaria para dar una concentración de volumen de medio (MVC) de 50 % y un contenido de sólidos de la suspensión de 12,5 % en peso. Las muestras se trituraron a 1000 RPM hasta que se impartió a las muestras una entrada de energía de 3750 y 5000 kWh/t (expresado en fibra seca). Luego, se sacó el recipiente de la trituradora y se separó el medio mediante el uso de un tamiz que tenía un tamaño de apertura de 600 |jm. El contenido de fibra del producto se analizó mediante incineración a 450 °C y el tamaño de las fracciones de mineral y pulpa se midió mediante el uso de un Malvern Mastersizer (ver Tabla 13).

Tabla 13.

Ejemplo 31

- evaluación de la lámina de prueba

Las muestras obtenidas en los Ejemplos 29 y 30 se compararon en un estudio de lámina de prueba. El relleno de control fue el mismo mármol triturado de 60 % <2 pm usado en los experimentos de trituración. La pulpa huésped para estos rellenos se preparó a partir del mismo lote de Botnia RM90 batido a un CSF de 520 cm3. El coadyuvante de retención fue Percol 292 (Ciba) añadido al 0,06 % en peso sobre los sólidos totales de la materia prima. Se prepararon láminas de prueba a 80 gm-2 y se ensayaron para determinar la resistencia a la rotura y a la tracción, el volumen, la porosidad Bendtsen, la reflectancia a 457 nm (brillo ISO) y la opacidad. Se obtuvieron tres cargas y los resultados (Tabla 14) se interpolaron a un nivel de carga de 30 % en peso.

Tabla 14. Resultados de la lámina de prueba

Los resultados anteriores muestran que las cargas cotrituradas dan mayor resistencia, menor porosidad y mayor opacidad sin detrimento del brillo, todas propiedades deseables. Mediante el uso de rellenos del Ejemplo 30 que contienen 11,7 % de fibra cotriturada, el aumento de resistencia es suficiente para permitir que la carga de relleno aumente desde % en peso mediante el uso de relleno GCC estándar a 40 % en peso sin pérdida de resistencia a la rotura.

Ejemplo 32

Se pesaron 321 g de una suspensión al 72 % en peso de caolín de relleno (WP, Imerys) en un recipiente de trituración. Luego, se mezclaron 105,9 g de pulpa de pino kraft norteamericana sin blanquear en húmedo con un 10,9 % en peso de sólidos junto con 266 cm3 de agua adicional. Se añadieron 1485 g de medio Carbolite 16/20 y la mezcla se trituró a 1000 rpm mediante el uso de una entrada de trabajo de 250 kWh/l expresada en mineral seco pulpa. El contenido de fibra del producto seco después de la separación en un tamiz de 700 |jm fue de 3,9 % en peso del mineral medido por ignición a 950 °C. El tamaño medio de partícula (d⁵⁰) de la fibra se estimó en 83 jm mediante el uso de un Malvern Mastersizer.

Ejemplo 33

206 g de una suspensión al 72 % en peso de caolín de relleno (WP. Imerys) se pesó en un recipiente de trituración. Luego, se mezclaron 108,7 g de pulpa de pino kraft norteamericana húmeda sin blanquear con un 10,9 % en peso de sólidos junto con 326 cm3 de agua adicional. Se añadieron 1485 g de medio Carbolite 16/20 y la mezcla se trituró a 1000 rpm mediante el uso de una entrada de trabajo de 400 kWh/l expresada en mineral pulpa. El contenido de fibra del producto seco después de la separación en un tamiz de 700 jm fue de 6,2 % en peso. El tamaño medio de partícula (d⁵⁰) de la fibra se estimó en 95 jm mediante el uso de un Malvern Mastersizer.

La pulpa huésped para este estudio fue el mismo lote de pulpa de pino kraft norteamericano sin blanquear que se usó en los Ejemplos 32 y 33. Este se usó tal como se recibió del fabricante, con dilución en agua según fuera necesario. El coadyuvante de retención fue Percol 292 (Ciba) añadido al 0,14 % en peso de los sólidos totales de la materia prima.

Las láminas de prueba se hicieron con un peso objetivo de 160 gm-2 con una carga de relleno objetivo de 5 % en peso. Las láminas se prensaron dos veces y se secaron mediante el uso de un secador de tambor calentado y se acondicionaron durante 12 horas a 50 % de HR y 23 °C. Se usó una muestra de la lechada de caolín WP como control.

Las láminas se ensayaron para determinar la resistencia a la tracción y el contenido de arcilla mediante cenizas. Los resultados se muestran en la Tabla 15 más abajo:

Tabla 15. Resultados de cartulina

Los resultados anteriores muestran que el relleno de caolín cotriturado tiene un efecto de debilitamiento considerablemente menor que el caolín sin modificar en materias primas de cartón de revestimiento a base de pulpa kraft sin blanquear.

Ejemplo 34

Se remojaron 400 g de pulpa kraft de madera blanda blanqueada sin refinar en 20 litros de agua durante 6 horas, luego se vertió en un mezclador mecánico. La reserva obtenida se vertió luego en una batidora Valley de laboratorio y se refinó bajo carga durante 28 minutos para obtener una muestra de pulpas refinadas batidas a un refinado estándar canadiense (CSF) de 525 cm3.

Luego, la pulpa se deshidrató mediante el uso de un probador de consistencia (Testing Machines Inc.) para obtener una almohadilla de pulpa húmeda con entre 13 y 18 % en peso de sólidos. Esto luego se usó en experimentos de cotrituración como se detalla más abajo:

Ejemplo 35

Se prepararon 750 g de caolín inglés seco (Intramax 60) en una suspensión al mezclar con 540 cm3 de agua y 1,9 g de una solución al 40 % de dispersante de poliacrilato (Accumer 9300, Rohm & Haas). El pH se ajustó a 7 mediante el uso de NaOH y los sólidos finales fueron 57,2 % en peso. Luego, la suspensión se transfirió a un recipiente de trituración y se mezclaron 37,5 g secos de la pulpa húmeda preparada anteriormente (Ejemplo 34). El pH se ajustó a 9 con NaOH y se añadieron 1500 g de medio de trituración Carbolite 16/20. La mezcla se trituró durante 60 minutos con la adición de agua según fuera necesario para mantener la fluidez. Después de 60 minutos, la temperatura alcanzó los 55 °C. Luego, el producto triturado se separó del medio mediante el uso de un tamiz de apertura de 700 |jm. La entrada de energía se midió a 147 kWh/t, los sólidos finales fueron 45,8 % en peso, pH 9,2 y el producto seco tenía un contenido de fibra de 4,95 % en peso expresado sobre el producto total. El tamaño de partícula modal del componente de fibra se midió mediante el uso de un Malvern Mastersizer a 44 jm (d.e.e.).

Ejemplo 36

Se pesaron 750 g secos de Intramax 60 en un recipiente de trituración como una suspensión al 57 % en peso como se preparó anteriormente (Ejemplo 34). Se añadieron 37,5 g secos de la pulpa húmeda y luego se ajustó el pH a 4,0 mediante el uso de ácido ortofosfórico al 10 %. Luego se agregaron 1500 g de medio Carbolite 16/20 y la mezcla se trituró durante 60 minutos, después de lo cual la temperatura había alcanzado 54 °C. La entrada de trabajo fue de 140 kWh/t. La suspensión se separó como antes y los sólidos finales fueron 42 % en peso. El pH fue de 5,3. El contenido de fibra del producto se midió al 4,0 % en peso. Sorprendentemente, el tamaño de partícula modal del componente de fibra se midió mediante el uso de un Malvern Mastersizer a 0,50 jm (d.e.e.), casi un orden de magnitud más fino que a pH 9. Esta inesperada observación sugiere que la trituración en condiciones ácidas es mucho más eficaz que en condiciones alcalinas.

Ejemplo 37

Se colocaron 750 g de harina de mármol seca en un recipiente de trituración con 400 cm3 de agua y se molió durante 57 minutos con una entrada de trabajo de 120 kWh/t. Se demostró que el producto tenía 58 % en peso de partículas <2 jm de d.e.e., por Sedigraph. Luego, se mezclaron 37,5 g secos de pulpa húmeda (como se preparó en el Ejemplo 34) y se continuó la trituración durante 2 horas más con la adición de 800 cm3 más de agua y el consumo de 313 kWh/t más. La temperatura final fue 74 °C, sólidos 37,4 % en peso y el contenido de fibra del producto seco después de la separación en un tamiz de 700 jm fue 4,4 % en peso. El tamaño de partícula modal de la fibra se estimó en 50 jm mediante el uso de un Malvern Mastersizer. Ejemplo 38

Se mezclaron 750 g secos de Optical HB (PCC escalenoédrico) como una suspensión al 34 % de sólidos con 37 g de peso seco de pulpa húmeda (como se preparó en el Ejemplo 34) y se añadieron 200 cm3 de agua y 1500 g de medio Carbolite 16/20. La mezcla se molió durante 1 hora, mediante 154 kWh/t. La temperatura final fue de 53 °C y, después de la separación del medio, la suspensión tenía un contenido de sólidos de 41 % en peso y el producto seco tenía un contenido de fibra de 5,3 % en peso. El tamaño de partícula modal del componente de fibra fue de entre 100 y 200 jm por Malvern Mastersizer.

Ejemplo 39

- estudio de papel de periódico

Estos rellenos se compararon además en un estudio de lámina de prueba. La pulpa huésped para estos rellenos se preparó al derramar una muestra de pulpa termomecánica del norte de Europa. Dado que la pulpa recibida tenía un CSF de 50 cm3, no se realizó ningún refinado adicional. El coadyuvante de retención fue Percol 292 (Ciba) añadido al 0,02 % en peso sobre los sólidos totales de la materia prima. Se prepararon láminas de prueba a 50 gm-2 y se ensayaron para determinar la resistencia a la rotura y a la tracción, el volumen, la porosidad Bendtsen, la reflectancia a 457 nm (brillo ISO) y la opacidad. Se obtuvieron tres cargas y los resultados (ver Tabla 16) se interpolan a un nivel de carga de 10 % en peso.

Estos resultados muestran que los rellenos cotriturados, especialmente con Intramax, dan una mayor resistencia y una porosidad reducida, todas propiedades deseables, en comparación con los rellenos de control. El brillo y la opacidad solo se reducen ligeramente. Con Intramax, el aumento de la resistencia es suficiente para permitir que la carga de relleno se incremente de 0 % en peso a al menos 8 % en peso con relleno cotriturado sin pérdida de resistencia. El papel relleno tendría menor porosidad, y mayor brillo y opacidad.

Tabla 16. Resultados de la lámina de prueba: papel de periódico, carga de relleno al 10 % en peso

Ejemplo 40

- estudio de papel de revista supercalandrado

Se llevó a cabo un estudio de lámina de prueba mediante el uso de la misma pulpa que en el estudio de papel de periódico. Las láminas de tiempo se prepararon a 55 gm-2, con cargas de relleno que cubrían el intervalo de 30 a 40 % en peso. Debido a las cargas más altas, la dosis de coadyuvante de retención se incrementó a 0,07 % en peso de Percol 292. Las láminas de prueba se probaron para determinar la resistencia a la rotura y a la tracción, el volumen, la porosidad Bendtsen, la reflectancia a 457 nm (brillo ISO) y la opacidad. Se obtuvieron tres cargas y los resultados (ver Tabla 17) se interpolan a un nivel de carga de 32 % en peso.

Tabla 17. Resultados de la lámina de prueba: revista SC, carga de relleno al 32 % en peso

Estos resultados muestran que se obtienen una mayor resistencia, una menor porosidad y un brillo y opacidad similares mediante el uso de rellenos cotriturados. En el caso de Intramax, la carga podría aumentarse desde 30 % en peso hasta al menos 36 % en peso sin pérdida de resistencia, con porosidad reducida y brillo y opacidad aumentados.

Ejemplo 41

- estudio de lámina de prueba

La pulpa huésped para este estudio fue un lote de pulpa de madera blanda kraft química blanqueada que se vertió con una consistencia del 2 % y se batió en una batidora Valley hasta obtener un CSF de 520 cm3. El coadyuvante de retención fue Percol 292 (Ciba) añadido al 0,02 % en peso sobre los sólidos totales de la materia prima.

Se prepararon dos juegos de láminas mediante el uso de carbonato de calcio precipitado escalenoédrico (Optical HB, Imerys) a niveles de carga de 25 % en peso (Conjunto A) y 32 % en peso (Conjunto B). Se preparó un juego adicional de láminas (Conjunto C) con una carga de 25 % en peso de HB óptico 7 % en peso de ^gC^ccotriturado del Ejemplo 37, de modo que la carga total fue de 32 % en peso. Se preparó un conjunto de control (Conjunto D) con una carga de 25 % en peso de HB óptico 7 % en peso de un GCC estándar de 60 % <2 um. Se preparó un conjunto final (Conjunto E) mediante el uso de una mezcla 50/50 de Optical HB y GCC cotriturado del Ejemplo 37 de modo que la carga total fue de 31 % en peso.

Se prepararon láminas de prueba a 80 gm-2, se prensaron dos veces, y se secaron mediante el uso de un secador de tambor calentado y se acondicionaron durante 12 horas a 50 % de HR y 23 °C. Las láminas se ensayaron en cuanto a resistencia a la tracción, volumen, porosidad Bendtsen, reflectancia a 457 nm (brillo ISO) y opacidad. Los resultados se muestran en la Tabla 18 más abajo:

Estos resultados muestran que el relleno de GCC cotriturado se puede usar para aumentar aún más la carga de relleno de las láminas rellenas de PCC con una menor pérdida de resistencia que si solo se usara PCC. A cargas más altas, las propiedades ópticas se mantienen y la porosidad se reduce sin una pérdida importante de volumen.

Tabla 18. Resultados de recarga de PCC

Ejemplo 41

Las muestras se prepararon mediante el uso de un molino de medio agitado vertical de laboratorio equipado con un recipiente de trituración cilíndrico sin deflectores de diámetro interno - 14,5 cm. El molino estaba equipado con un impulsor vertical que tenía un eje de sección transversal circular de 1,8 cm de diámetro. El eje estaba equipado con 4 brazos impulsores dispuestos en una configuración en X en la parte inferior del eje. Los brazos del impulsor eran de sección transversal circular y 1,8 cm de diámetro y tenían 6,5 cm de largo desde la línea central del eje hasta la punta.

El medio de trituración (Carbolite, Carbo Ceramics Inc., Estados Unidos) tenía un tamaño de malla de 16/20 y una gravedad específica de 2,7.

El carbonato de calcio molido (GCC) (Intracarb 60, IMERYS Minerals, Bélgica) tenía un tamaño de partícula sedígrafo de 60 % <2 pm.

La pulpa se blanqueó con madera blanda kraft (Botnia Pine RM90) batida a un CSF de 520 cm3.

Las trituraciones de laboratorio se basaron en 1,5 kg de medio de trituración, concentración de volumen de medio (MVC) 500/0, nivel de pulpa de 5 % en peso de sólidos totales, entrada de energía de 2500 kWM de pulpa y velocidad del impulsor de 1000 rpm. Los triturados se realizaron en modo discontinuo en un intervalo de niveles de sólidos.

Al final de cada trituración, se retiró la cámara de trituración del molino y se eliminó el contenido. Luego, el medio de trituración se separó del producto externo al molino.

Las condiciones para cada trituración y las propiedades del producto resultante se muestran más abajo en la Tabla 19. La viscosidad 8100 es la viscosidad medida en un viscosímetro Brookfield (Brookfield Viscometers Ltd, Brookfield Technical Center, Stadium Way, Harlow, Essex CM195GX, Inglaterra) a 100 rpm.

Tabla 19.

Estos datos indican:

• La muestra producida con los sólidos de trituración más altos tiene: la viscosidad más alta, el contenido de pulpa más alto, el tamaño de MFC más fino y el ensayo de aumento de rotura de papel de filtro más alto (mejor).

• Las muestras producidas con niveles más bajos de sólidos de molienda tienen menor viscosidad, menor contenido de pulpa, tamaño de MFC más grueso y ensayos de menor aumento de rotura del papel de filtro.

• Todas las muestras tienen una viscosidad alta en comparación con los productos GCC típicos, donde las viscosidades B100 de <200 mPas son típicas.

Ejemplo 42

Se intentó producir un producto cotriturado en un SMD a escala completa equipado con un tamiz estándar de 250 um (www.metso.com). El medio de trituración, GCC y pulpa fueron los mismos que en el Ejemplo 41 excepto que la pulpa no estaba refinada. La carga del medio de trituración fue de 5 toneladas. Las condiciones de operación también fueron similares a las usadas en el Ejemplo 41; 50 % MVC, nivel de pulpa de 5 % en peso de sólidos totales, entrada de energía 2500 kWh/t de pulpa y una variedad de rpm del impulsor para dar una velocidad de punta similar a la del molino de laboratorio. Los triturados se realizaron en modo de circuito abierto continuo.

Inicialmente, se intentó triturar al 35 % en peso de sólidos totales como en el Ejemplo 41. Sin embargo, no fue posible producir ningún producto en estas condiciones. El producto de alta viscosidad no fluiría a través del tamiz y fuera del molino. En cambio, el material se acumula en el molino. Los sólidos de trituración se redujeron a menos de 20 % en peso para obtener un flujo aceptable a través del molino y los productos en estas condiciones no mostraron las mismas mejoras en el rendimiento en papel como se ve con la trituración de sólidos más altos.

Por ejemplo, la Muestra 1 en el Ejemplo 41 se produjo en una trituración por lotes de laboratorio (50 % MVC, nivel de pulpa de 5 % de sólidos totales, entrada de energía 2500 kWh/t de pulpa y velocidad del impulsor de 1000 rpm) a 35 % de sólidos. Las muestras 6 y 7 se produjeron en un SMD a escala completa equipado con un tamiz estándar de 250 pm en condiciones similares excepto que los sólidos se redujeron a <20 % para lograr un flujo a través del molino.

Tabla 20.

Estos datos muestran

• Tanto el laboratorio como el MFC producido a gran escala permitieron mayores cargas de relleno en comparación con el control.

• Sin embargo, el MFC producido en la trituración por lotes de laboratorio al 35 % de sólidos tenía un pico máximo de fibra más fino y permitía una carga de relleno más alta que la muestra producida en un SMD donde los sólidos debían reducirse para permitir un flujo a través del molino

• NB No fue posible operar el SMD en condiciones de alto contenido de sólidos.

Ejemplo 43

Las muestras se prepararon mediante el uso de un molino de medio agitado vertical a escala piloto equipado con un recipiente de trituración cilíndrico de diámetro interno - 87 cm. El molino estaba equipado con un impulsor vertical que tenía un eje de sección transversal circular. El eje estaba equipado con 4 brazos impulsores dispuestos en una configuración en X en la parte inferior del eje. Los brazos del impulsor eran de sección transversal circular y tenían una longitud de 30 cm desde la línea central del eje hasta la punta. La trituradora se hizo funcionar en modo discontinuo. El GCC y la pulpa eran los mismos que en el Ejemplo 41. Los ensayos se realizaron al 50 % de MVC y 39 % de sólidos con un nivel de pulpa de 5 % de los sólidos totales. Las rpm de la trituradora fueron 285. La pulpa estaba sin batir. Se realizaron dos conjuntos de ensayos. El primero usó un medio de trituración 16/20 como en el Ejemplo 41 y el segundo medio de 3 mm con la misma densidad. La fibra d⁵⁰y tamaño de partícula mineral modal para ambos ensayos se muestran en la Tabla 21.

Tabla 21.

Estos datos muestran que el comportamiento de la trituración de la fibra fue similar con medios más gruesos, especialmente en las entradas de energía más bajas. Sin embargo, la trituración de minerales se redujo significativamente mediante el uso de medios más gruesos.

Ejemplo 44

Estos ensayos se realizaron en la misma trituradora piloto que se usó en el Ejemplo 43. El GCC y la pulpa eran los mismos que en los Ejemplos 41 y 42.

Se preparó una muestra en modo discontinuo en las siguientes condiciones y con pulpa sin batir. Sólidos totales 10 %, pulpa como porcentaje de sólidos totales 20 %; MVC 50 %; 285 rpm; medios de 3 mm; entrada de energía 3500 kWh/t de pulpa. La muestra resultante (muestra 8) tenía una fibra d⁵⁰de 102 pm.

En otros ensayos se utilizaron las mismas condiciones pero en este caso la trituradora se configuró en modo recirculante por lotes con un tamiz de 250 um. Los caudales fueron inaceptables debido a la alta viscosidad del producto y no se obtuvo producto.

En un ensayo adicional se preparó una muestra con la trituradora configurada en modo recirculante por lotes y se usó un tamiz de 1 mm y se obtuvo un alto caudal de 60 l/min. La muestra resultante (muestra 9) tenía una fibra dso de 107 pm.

Las dos muestras se usaron en una evaluación de lámina de prueba mediante el uso del mismo procedimiento que en el Ejemplo 42. Los resultados se resumen en la Tabla 22.

Tabla 22.

Estos datos muestran que el uso de medios gruesos y, por tanto, tamices gruesos permite la preparación de un producto cotriturado en una configuración discontinua (o continua) recirculante comercialmente viable, a pesar de la alta viscosidad del producto.

Ejemplo 45

Los ensayos se realizaron en un molino de torre a escala piloto (Hosokawa Alpine modelo ANR 250). Este es un molino vertical de medios agitados con una cámara de trituración cilindrica sin deflectores y un eje impulsor vertical equipado con una serie de discos de rotor impulsor a lo largo de su longitud. El molino está lleno aproximadamente en dos tercios con medios de trituración. En operación, el alimento ingresa al molino por la parte inferior y pasa a través de la zona de trituración antes de subir a una zona inactiva donde los medios de trituración comienzan a sedimentar lejos del producto. Luego, el producto sale del molino a través de una rueda clasificadora que sirve para retener cualquier medio de trituración adicional dentro del molino. Se preparó un producto cotrituración en una configuración continua de circuito abierto bajo las siguientes condiciones y con pulpa sin batir. Sólidos totales 12,4 % en peso; pulpa como porcentaje de sólidos totales 20 %; MVC promedio 22 %; 500 rpm; medios de 2-2,5 mm de gravedad específica alrededor de 6; entrada de energía 3200 kWh/t de pulpa. Caudal en el molino 1,7 l/min

Los intentos iniciales de funcionar en estas condiciones no tuvieron éxito ya que el medio de trituración se trasladó al producto. (Un intento anterior con papel de 1 mm falló también debido al arrastre de papel).

Subsecuentemente, se preparó una adición de agua de aproximadamente 1 l/min inmediatamente antes de la rueda clasificadora lo que reduce los sólidos del producto que sale del molino a 8,1 % en peso. En estas condiciones, todos los medios se retuvieron en el molino.

La muestra resultante (muestra 10) tenía una fibra d⁵⁰de 145 pm y un tamaño de partícula modal de fibra de 89 pm y se evaluó en una evaluación de lámina de prueba mediante el uso del mismo procedimiento que en el Ejemplo 42. Los resultados se resumen en la Tabla 23.

Tabla 23.

Estos datos muestran que el uso de medios densos gruesos y la adición de agua inmediatamente antes de la rueda clasificadora en un molino de torre permiten la preparación de cotriturados en una configuración comercialmente viable a pesar de la alta viscosidad del producto.

Ejemplo 46

Las muestras se preparan mediante el uso de un molino de medio agitado vertical de laboratorio equipado con un recipiente de trituración cilíndrico sin deflectores de diámetro interno - 14,5 cm. El molino está equipado con un impulsor vertical que tiene un eje de sección transversal circular de 1,8 cm de diámetro. El eje está equipado con 4 brazos impulsores dispuestos en X en la parte inferior del eje. Los brazos del impulsor tienen una sección transversal circular y un diámetro de 1,8 cm y una longitud de 6,5 cm desde la línea central del eje hasta la punta.

El medio de molienda (Carbolite, Cart>o Ceramics Inc., Estados Unidos) es un tamiz de tamaño 16/20 que tiene una gravedad específica de 2,7.

La pulpa es madera blanda kraft blanqueada (Botnia Pine RM90) batida a un CSF de 520 cm3.

Los triturados de laboratorio se basan en 1,5 kg de medio de trituración, 50 % de concentración de volumen de medio (MVC) que puede variar, los niveles de pulpa cubren el intervalo de consistencia hasta el 10 % en peso, las entradas de energía de hasta 20 000 kWh/t de pulpa son investigados mediante el uso de una velocidad del impulsor de 1000 rpm. Los triturados se realizan en modo discontinuo en una variedad de niveles de sólidos.

Al final de cada trituración, la cámara de trituración se retiraría del molino y se retira el contenido. El medio de trituración se separa del producto externo al molino.

Los productos MFC se caracterizan por tamaño de partícula mediante el uso de un dispositivo de dispersión de luz Malvern, para viscosidad B100 mediante el uso de un viscosímetro Brookfield (Brookfield Viscometers Ltd, Brookfield Technical Center, Stadium Way, Harlow, Essex CM19 5GX, Inglaterra) a 100 rpm y el desempeño del papel evaluado mediante el uso del ensayo de aumento de rotura del papel de filtro y el método de lámina de prueba del Ejemplo 7, excepto que no se usa relleno o de lo contrario el relleno es Intracarb 60 (Imerys, Bélgica).

La expectativa es que el MFC producido proporcione más ensayos de rotura de papel de filtro y láminas de prueba más fuertes. Se prevé que una mayor consistencia y un procesamiento de mayor energía favorezcan un MFC más fino y que haya un tamaño de MFC óptimo para el rendimiento de resistencia del papel. Es probable que el rendimiento óptimo se obtenga de la manera más eficiente al procesar con alta consistencia. Ejemplo 47

Las muestras se preparan mediante el uso de un molino de medio agitado vertical a escala piloto equipado con un recipiente de trituración cilíndrico de 87 cm de diámetro interno. El molino está equipado con un impulsor vertical que tiene un eje de sección transversal circular. El eje está equipado con 4 brazos impulsores dispuestos en X en la parte inferior del eje. Los brazos del impulsor tienen una sección transversal circular y una longitud de 30 cm desde la línea central del eje hasta la punta.

El molinillo funciona en modo por lotes. La pulpa es la misma que en el Ejemplo 46. Los ensayos se realizan en condiciones optimizadas del Ejemplo 46. Las rpm de la trituradora son aproximadamente 285. La pulpa está sin batir. Se realizan dos conjuntos de ensayos. El primero utiliza medios de trituración 16/20 como en el Ejemplo 46 y el segundo medio de 3 mm con la misma densidad.

El MFC producido se caracteriza y evalúa mediante el uso del método del Ejemplo 46.

Se prevé que ambos medios de trituración darían un psd de MFC similar y que estas muestras de MFC permitirían la producción de láminas de prueba con mayor resistencia

Ejemplo 48

Los ensayos se realizan en el mismo molino piloto que se usó en el Ejemplo 42. La pulpa es la misma que en el Ejemplo 45. El medio de trituración es de 3 mm.

Se prepara una muestra de MFC en modo discontinuo en las condiciones optimizadas del Ejemplo 45. Se determinarán las propiedades psd de MFC de la muestra resultante.

En otra prueba se utilizarían las mismas condiciones pero en este caso la trituradora estaría configurada en modo recirculante por lotes con un tamiz de 250 um. Los caudales probablemente serían inaceptables debido a la alta viscosidad del producto y no se obtendría ningún producto.

En un ensayo adicional, se prepara una muestra con la trituradora configurada en modo recirculante por lotes y se usa un tamiz de 1 mm y se espera un alto caudal.

El MFC producido se caracteriza y evalúa mediante el uso del método del Ejemplo 45.

Se espera que los datos muestren que el uso de medios gruesos y, por tanto, tamices gruesos permitan la preparación de psd de MFC fino con alta consistencia y baja energía en una configuración de lote (o continuo) recirculante, comercialmente viable, a pesar de la alta viscosidad del producto.

Ejemplo 49

Los ensayos se realizan en un molino de torre a escala piloto (Hosokawa Alpine modelo ANR 250). Este es un molino vertical de medios agitados con una cámara de trituración cilíndrica sin deflectores y un eje impulsor vertical equipado con una serie de discos de rotor impulsor a lo largo de su longitud. El molino está lleno aproximadamente en dos tercios con medios de trituración. En operación, la alimentación ingresa al molino por la parte inferior y pasa a través de la zona de trituración antes de ascender a una zona inactiva donde el medio de trituración comienza a sedimentar lejos del producto. Luego, el producto sale del molino a través de una rueda clasificadora que sirve para retener cualquier medio de trituración adicional dentro del molino.

Se prepara una muestra de MFC en una configuración continua de circuito abierto en las condiciones optimizadas del Ejemplo 46 y con pulpa sin batir. Se usan medios de molienda de 2-2,5 mm de gravedad específica de aproximadamente 6. Se usarán entradas de energía en el intervalo de 2000-15 000 kWh/t de pulpa.

Se espera que los intentos iniciales de funcionar en estas condiciones no tengan éxito debido a que el medio de trituración se transfiere al producto debido a la alta viscosidad del MFC.

Posteriormente se hace una adición de agua inmediatamente antes de la rueda clasificadora lo que reduce los sólidos del producto que sale del molino a un nivel donde el medio no es arrastrado. En estas condiciones, todos los medios se retienen en el molino.

La muestra resultante tendrá un psd de fibra fina. Las evaluaciones en láminas de prueba indicarán que el MFC producido proporcionó aumentos en la resistencia a la rotura de las láminas.

Estos datos indican que el uso de medios densos gruesos y la adición de agua inmediatamente antes de la rueda clasificadora en un molino de torre permiten la preparación de MFC en una configuración comercialmente viable a pesar de la alta viscosidad del producto.

Tratamiento ultrasónico de MFC

Ejemplo 50

El efecto de un baño ultrasónico en varias formas de productos de celulosa microfibrilada y celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas.

El primer estudio fue investigar el efecto del uso de un baño de agua ultrasónico FB11005 de la marca Fisher de laboratorio en varias formas de productos de material inorgánico en partículas y celulosa microfibrilada. La forma de producto de celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas era una mezcla 50 POP (porcentaje de pulpa) IC60/Botnia (es decir, una relación 1:1) en forma de lechada, torta prensada con cinta y un producto de alto contenido de sólidos secos de 50 % en peso de sólidos. El IC60 es un carbonato de calcio triturado fino disponible como Intracarb 60 de Imerys Minerals Limited. Las muestras se diluyeron para hacer una suspensión de 20 % de POP (porcentaje de pulpa -- El POP o porcentaje de pulpa es el porcentaje del peso seco de la muestra que es pulpa o fibrillas en lugar de material inorgánico en partículas) a 6,25 % en peso de sólidos. Cada muestra se sometió a varios tiempos dentro del baño ultrasónico y luego se sometió a 1 minuto en el mezclador Silverson de laboratorio a 7500 rpm; subsecuentemente se realizaron mediciones de FLT (Nm/g: medición de la resistencia a la tracción) y viscosidad.

El índice FLT es un ensayo de tracción desarrollada para evaluar la calidad de la celulosa microfibrilada y la celulosa microfibrilada redispersada. El POP del material de ensayo se ajusta al 20 % al añadir cualquier partícula inorgánica que se haya usado en la producción del compuesto de celulosa microfibrilada/ material inorgánico (en el caso de celulosa microfibrilada libre de partículas inorgánicas, entonces se usa 60 % en peso <2 um de carbonato de calcio GCC). Se forma una lámina de 220 g/m2 a partir de este material mediante el uso de un aparato de filtración Buchner a medida. La lámina resultante se acondiciona y se mide su resistencia a la tracción mediante el uso de un comprobador de tracción estándar de la industria.

La Figura 2 muestra el efecto sobre la viscosidad de las suspensiones de material inorgánico en partículas y celulosa microfibrilada. En los primeros 5 minutos se observó un pequeño aumento de la viscosidad. Las Tablas 24 - 27 muestran las propiedades de resistencia de la celulosa microfibrilada y la composición del material inorgánico en partículas después del tratamiento con baño ultrasónico. La resistencia de los materiales medida por el método del índice FLT no ha cambiado significativamente. No se recomienda el uso del baño ultrasónico para la redispersión de la celulosa microfibrilada y las composiciones de material inorgánico en partículas para mejorar la calidad. La baja entrada de energía no afecta las propiedades de resistencia, pero influye ligeramente en la viscosidad.

Tabla 24 - Propiedades de la lechada

Tabla 25 - Propiedades de la torta prensada con cinta

Tabla 26 - Propiedades de alto contenido de sólidos secados al 50 % en peso

Tabla 27 - Propiedades de alto contenido de sólidos secados al 60 % en peso

Ejemplo 51

El efecto de una sonda ultrasónica sobre la celulosa microfibrilada y la suspensión de material inorgánico en partículas.

Este experimento fue para explorar el efecto que tiene una sonda ultrasónica sobre una suspensión de material inorgánico en partículas y celulosa microfibrilada. Las sondas ultrasónicas usadas fueron “Sonics Vibracell VCX500 modelo de 500 vatios” con un “Sonda bocina CV33” y se usaron para la dispersión de lodos minerales antes de la medición del tamaño de partícula. La sonda (bocina) está diseñada específicamente para funcionar a una amplitud de 40 %, pero para este y otros experimentos se han usado hasta 100 %.

La suspensión al 50 % de POP IC60/Botnia (relación 1:1) con un contenido de sólidos totales de 1,7 % en peso se diluyó a 20 % de POP con una lechada de carbonato de calcio triturado IC60 (70 % en peso de sólidos). Esto hizo que los sólidos totales de las muestras fueran de 4,24 % en peso.

La sonda ultrasónica se sumergió en la suspensión y se sometió a varios tiempos de ultrasonidos a varias amplitudes. Las Figuras 3 y 4 destacan el aumento del índice FLT (Nm/g: medición de la resistencia a la tracción) y la viscosidad. Se puede ver en las figuras que cuanto mayor es la amplitud, mayor es el aumento de la resistencia a la tracción. Con una amplitud de 100 %, se logra un aumento de 20 % en el índice FLT en 30 segundos en comparación con la suspensión original. En comparación con la suspensión original, se logra un aumento de 33 % en los 2 minutos posteriores a la aplicación del ultrasonido. A la amplitud reducida del 65 %, el aumento en el índice FLT fue del 14 % después de 2 minutos de ultrasonido en comparación con la lechada de alimentación.

Ejemplo 52

El efecto del ultrasonido pulsado sobre la celulosa microfibrilada y la suspensión de material inorgánico en partículas.

La sonda ultrasónica se opera en un modo continuo o modo pulsado. Este experimento fue para observar este efecto. Las suspensiones de material inorgánico en partículas y de celulosa microfibrilada se prepararon como en Ej. 51, anterior y sometidos a ultrasonidos pulsados. La Figura 5 muestra que se realiza un aumento en el índice FLT mediante el uso del modo de operación pulsado. El uso de la sonda ultrasónica para mejorar la celulosa microfibrilada y el material inorgánico en partículas mejora la calidad del producto. El aumento significativo de la celulosa microfibrilada y las propiedades de la suspensión de material inorgánico en partículas se logra preferentemente mediante el uso de una amplitud alta y funcionar en un modo continuo. Ejemplo 53

El efecto de los medios de trituración cerámicos sobre la eficiencia del ultrasonido dentro de una lechada de material inorgánico en partículas y celulosa microfibrilada.

La producción de un producto de material inorgánico en partículas y celulosa microfibrilada se logra mediante la molienda por desgaste en húmedo de celulosa y mineral en presencia de un medio de trituración cerámico. Este experimento se realizó para investigar el efecto de un proceso ultrasónico con algunos de los medios de trituración cerámicos presentes. Se doparon lechadas de celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas como se preparó en los Ejemplos 51 y 52 anteriores con 10 perlas de medios de trituración cerámicos (~3 mm de tamaño). Los materiales se sometieron a diversas entradas de energía al 100 % de amplitud. La Figura 6 muestra que la presencia de los medios en la muestra no tiene ningún efecto perjudicial sobre el aumento del índice FLT. La presencia del medio de molienda cerámico no tiene ningún efecto sobre el procesamiento ultrasónico de la celulosa microfibrilada y la suspensión de material inorgánico en partículas en estas condiciones.

Ejemplo 54

El efecto de una sonda ultrasónica de celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas, torta prensada con cinta de 50 % POP.

Una torta de prensa con cinta de 50% POP IC60/Botnia fue el material de alimentación para este estudio. La torta prensada con cinta se diluyó hasta 20 % POP, 6,25 % en peso de sólidos mediante el uso de una lechada espesa de carbonato de calcio triturado IC60. Se hicieron muestras y se sometieron a:

i) 1 minuto de mezcla de alto cizallamiento en el mezclador Silverson: el control

ii) Varios tiempos de ultrasonido al 100 % de amplitud.

La Figura 7 muestra que la torta prensada con cinta se redispersa en agua mediante el uso de la sonda ultrasónica y se alcanza y supera el índice FLT de control.

Ejemplo 55

El efecto de una sonda ultrasónica sobre la torta prensada con cinta de celulosa microfibrilada libre de minerales (sin material inorgánico en partículas usado en el proceso de fibrilación).

Para explorar más a fondo la redispersión de una torta prensada con cinta, se evaluó una versión libre de minerales. La torta prensada con cinta se diluyó hasta 20 % POP, 6,25 % en peso de sólidos mediante el uso de una lechada espesa de carbonato de calcio triturado IC60. Se hicieron muestras y se sometieron a: i) 1 minuto de mezcla de alto cizallamiento en el mezclador Silverson: el control

ii) Varios tiempos de ultrasonido al 100 % de amplitud.

La Figura 8 destaca una vez más que los ultrasonidos por sí solos logran las propiedades de la muestra que se producen con una mezcla de alto cizallamiento. La mezcla de alto cizallamiento combinado con ultrasonidos produce una resistencia a la tracción mejorada.

Ejemplo 56

El efecto de una sonda ultrasónica sobre un 60 % en peso de una lechada de material inorgánico en partículas y celulosa microfibrilada secada con alto contenido de sólidos.

Se evaluó un producto de desarrollo que se produce al secar una torta prensada con cinta con el uso de ultrasonidos. Este material 50 % POP IC60/Botnia 60 % en peso de sólidos requiere de 3 a 4 minutos de mezcla de Silverson de alto cizallamiento para lograr un índice FLT de 9 Nm/g.

Este estudio exploró

i) El uso de ultrasonidos como precursor de la mezcla de alta energía

ii) El uso de ultrasonidos como ayuda adicional para mejorar los valores de FLT

La Figura 9 muestra que los efectos de la energía ultrasónica son más eficaces si se utilizan después de una mezcla de alto cizallamiento. La Figura 10 demuestra los beneficios de la mezcla de alto cizallamiento y los ultrasonidos combinados. Se ha demostrado que el uso de ultrasonidos es una forma eficaz de volver a dispersar la celulosa microfibrilada seca y el producto de material inorgánico en partículas con o sin mezcla de alto cizallamiento.

Los resultados de los Ejemplos 50 - 56 muestran al menos los siguientes resultados inesperados de la adición de procesamiento ultrasónico a la celulosa microfibrilada o la celulosa microfibrilada y la producción de material inorgánico en partículas:

• Una celulosa microfibrilada o celulosa microfibrilada y una lechada de material inorgánico en partículas mejoran sustancialmente mediante ultrasonificación si se aplica preferentemente con una sonda o un baño de agua ultrasónico

• Una

amplitud más alta produce un índice FLT más alto

• Los contaminantes cerámicos dentro de una lechada de celulosa microfibrilada o de celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas no tienen un efecto perjudicial sobre la capacidad del ultrasonido para afectar las propiedades de la lechada de manera beneficiosa

• Una torta prensada con cinta de celulosa microfibrilada o de celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas es muy adecuada para los ultrasonidos como una forma de volver a dispersarla

• Los ultrasonidos pueden reemplazar la redispersión de alto cizallamiento o mejorar el procedimiento • Los materiales con mayor contenido de sólidos se pueden volver a dispersar mediante ultrasonidos. Ejemplo 57

Se llevaron a cabo las siguientes pruebas para evaluar las propiedades de la celulosa microfibrilada y el material inorgánico en partículas que había sido fibrilado y luego deshidratado, secado y granulado para producir una concentración de sólidos aproximada de 50 %. La celulosa microfibrilada seca y la composición de material inorgánico en partículas se redujo luego a diversas concentraciones de suspensión de fibras entre 0,7 % y 3,4 %. El producto de celulosa fibrilada y material inorgánico en partículas (mineral) era un 50 % de porcentaje de composición acuosa de pulpa (POP) producida al fibrilar una mezcla de 50 % de pulpa de POP Botnia/carbonato de calcio triturado IC60 (es decir, una relación en peso de 1:1) en forma de lechada. Los sólidos totales del producto granulado usado fueron 50 % en peso. La presión de operación para las pruebas de sonicación se varió de 0 a 4 bar de presión para determinar la presión óptima para la sonicación. Las pruebas se llevaron a cabo a diferentes temperaturas (20 °C a 50 °C) para determinar la temperatura óptima del proceso. Se bombeó agua de refrigeración a varios caudales a una camisa de refrigeración de la celda de flujo y se usó para mantener la temperatura de operación al nivel requerido.

La suspensión de materiales inorgánicos en partículas y de celulosa microfibrilada se sometió a trituración en un detritor de medio agitado. La suspensión se tamizó mediante el uso de dos etapas de tamizado a través de tamices ranurados de 250 micras y 120 micras, respectivamente. La suspensión de material inorgánico en partículas y celulosa microfibrilada se deshidrató mediante el uso de una prensa con cinta seguido de un secado adicional en un secador y molino Atritor barrido por aire (disponible en Atritor Limited, 12 The Stampings, Blue Ribbon Park, Coventry, West Midlands, Inglaterra). Un molino Atritor es un molino o secador barrido por aire que tiene la capacidad de introducir una corriente de aire caliente para secar y moler materiales, con el fin de procesar y secar la celulosa microfibrilada y la composición de material inorgánico en partículas (por ejemplo, carbonato de calcio) utilizado en las pruebas. Los expertos en la técnica conocen otros secadores y molinos de barrido de aire equivalentes.

Los sólidos de alimentación a la prensa con cinta fueron 2 % en peso de la lechada de 50 % en peso POP. Los sólidos de alimentación al secador y al molino Atritor fueron de 30 % en peso a una densidad aparente de 0,5 kg/L. La temperatura de entrada del molino Atritor se fijó en 150-170 °C y la temperatura de salida del aire se midió como 68-75 °C. El contenido de sólidos del producto de material inorgánico en partículas y microfibrilado seco fue de 50 % en peso. Luego, el material seco se alimentó a un molino de gránulos Kahl con una temperatura de entrada y salida de 16 °C y de esta manera se granuló.

La unidad ultrasónica usada en las pruebas fue un procesador ultrasónico a escala industria1Hielscher UIP1000hd disponible en Hielscher Ultrasonics GmbH (Oderstr. 53 D-14513 Teltow, Alemania y 530 Ringwood Ave. Lembo & Gray Bldg. Wanaque, Nueva Jersey 07465, Estados Unidos).

El material de ensayo se recirculó desde un tanque de alimentación a la celda de flujo ultrasónico. El volumen en el tanque de alimentación fue de 2,5 L. El caudal durante todas las pruebas se mantuvo en aproximadamente 1,5 L/min. Se usó una bomba de cavidad progresiva para el bombeo. Se tomaron muestras de 250 ml después de 0, 1,2, 4 y 10 minutos.

Todas las muestras recolectadas de las pruebas, que usaron celulosa microfibrilada granulada confeccionada y material inorgánico en partículas como alimentación, se evaluaron para detectar las puntas mediante el uso del método de recuento de suciedad TAPPI. Las puntas son aglomerados en la celulosa microfibrilada y la lámina extensible de material inorgánico en partículas (FLT) que no se habrían descompuesto o desaglomerado después del procesamiento.

En base a las recomendaciones del proveedor de ultrasonidos, todas las pruebas se llevaron a cabo mediante el uso del amplificador más grande (B4-2,2) y el sonotrodo BS4d22.

Una vez que se identificaron la presión y temperatura óptimas, se llevaron a cabo ensayos con diferentes sólidos de fibra, es decir, 0,7 %, 1,5 %, 2,5 % y 3,3 %. Por tanto, se identificaron los sólidos óptimos de fibra para la sonicación.

Ejemplo 58: Pruebas de optimización - efecto de la presión.

Estas pruebas se realizaron mediante el uso de gránulos hechos a mano (baja energía). Los gránulos se prepararon mediante el uso de celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas secado en un molino y secador Atritor barrido por aire. La celulosa microfibrilada y el material inorgánico en partículas se ensayaron con 50 % de sólidos y 50 % POP (pulpa de Botnia / carbonato de calcio triturado IC60). El objetivo era volver a dispersar y desaglomerar celulosa microfibrilada granulada y material inorgánico en partículas (excepto donde se indique lo contrario) mediante sonicación y recuperar la calidad del producto en términos de índice FLT y puntas del producto de suspensión inicial antes de deshidratarlo, secarlo y granularlo. Los gránulos fabricados se diluyeron hasta un 6,6 % de sólidos totales (3,3 % de sólidos de fibra) y se llevaron a cabo pruebas de sonicación en modo de recirculación a las diferentes presiones (0 a 4 bar). Los resultados de estas pruebas se presentan en las Figuras 11A a C.

El índice FLT general no mostró una diferencia significativa al procesar a presiones más altas; pero desde un punto de vista de escala, era importante asegurarse de que la unidad ultrasónica consumiera tanta energía como fuera posible durante el procesamiento de celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas. El gráfico de consumo promedio de energía frente al tiempo de procesamiento muestra que la presión óptima fue de 3 bar.

Ejemplo 59: Pruebas de optimización - efecto de la temperatura.

Estas pruebas se realizaron mediante el uso de gránulos hechos a mano (baja entrada de energía). Los gránulos hechos se diluyeron hasta un 6,6 % de sólidos totales (3,3 % de sólidos de fibra) y se llevaron a cabo pruebas de sonicación en modo de recirculación a las diferentes temperaturas (20 °C a 50 °C). La temperatura de procesamiento se controló al ajustar el caudal del agua de refrigeración en la camisa de agua de la celda de flujo. Los resultados de estas pruebas se muestran en las Figuras 12 A a C.

El índice FLT no mostró diferencias significativas a las diferentes temperaturas evaluadas. La operación a temperaturas más bajas resulta en un mayor consumo de energía de la unidad ultrasónica, lo cual es conveniente. Por lo tanto, se demostró que 20 °C es una temperatura óptima al sonicar celulosa microfibrilada.

Ejemplo 60: Pruebas mediante el uso de un producto elaborado con un mezclador de laboratorio de alto cizallamiento.

Se preparó celulosa microfibrilada granulada y material inorgánico en partículas, como se describe en el Ejemplo 57, mediante el uso de un mezclador de laboratorio Silverson de alto cizallamiento. Se usaron unos 200 kWh/t de energía durante el proceso de desmontaje. Las pruebas se realizaron en modo de recirculación. A diferencia de las pruebas anteriores, el producto de alto cizallamiento no se recirculó durante 30 minutos antes de que comenzaran las pruebas de sonicación. El producto de alto cizallamiento se sometió a ultrasonidos con diferentes sólidos de fibra, ver Figuras 13A y B.

Al igual que en los ensayos informados anteriormente, la energía óptima fue de aproximadamente 2000 kWh/t. Como se muestra en las Figuras. 13 A y B, sonicar a sólidos más bajos (0,7 % y 1,5 %) da los mejores productos en términos de índice FLT y viscosidad.

Ejemplo 61: Pruebas posteriores al tratamiento que usan celulosa triturada continua y lechada de material inorgánico en partículas.

Se obtuvo una suspensión de material inorgánico en partículas y celulosa microfibrilada mediante tamizado a presión (es decir, producto nunca deshidratado o seco). Se llevaron a cabo pruebas para determinar la eficacia de la sonicación en el postratamiento de celulosa microfibrilada y suspensión de material inorgánico en partículas después del proceso de trituración. Los datos de las pruebas se presentan en las Figuras 14 A a C.

Hubo un aumento en FLT y viscosidad en estas pruebas, lo que es una indicación de una mejor calidad del producto. El procesamiento con menos sólidos proporciona mejores productos con un aporte de energía determinado. La energía requerida para proporcionar una mejora aceptable del producto es alta, es decir, más de 1000 kWh/t, lo que hace que la tecnología ultrasónica consuma más energía en el postratamiento de celulosa microfibrilada y suspensión de material inorgánico en partículas, aunque se mejora el rendimiento del producto.

Ejemplo 62: Pruebas posteriores al tratamiento con producto refinador.

La celulosa microfibrilada granulada y el material inorgánico en partículas, preparada de acuerdo con los procedimientos del Ejemplo 57, se preparó mediante el uso de un despulpador piloto y posteriormente se refinó mediante el uso de un refinador piloto. Se recogió el producto del refinador y se llevaron a cabo pruebas para investigar el efecto de la sonicación. Las pruebas se realizaron a 3 niveles de sólidos: 1,5 %, 2,5 % y 3,3 % de sólidos de fibra. Los datos se muestran en las Figuras 15 A a C. La mejora en la calidad del producto se demostró por el aumento del índice FLT y la viscosidad. La energía necesaria para aumentar el FLT en 1,0 fue de unos 2000 kWh/t. El postratamiento del producto refinador mediante sonicación fue muy intensivo en energía.

Ejemplo 63: Tratamiento posterior de celulosa microfibrilada libre de minerales y celulosa microfibrilada libre de minerales sometidos a un paso adicional a través de un homogeneizador así como también a una etapa de tratamiento ultrasónico.

Se produjo celulosa microfibrilada 100 % libre de minerales (pulpa de 100 % POP/abedul) en un molino piloto detritor de medios agitados (Supermill) mediante el uso de medios de zirconia de alta densidad (gravedad específica de 6). El producto libre de minerales, compuesto principalmente de celulosa (materia orgánica) se pasó a través de un homogeneizador piloto para producir una celulosa microfibrilada, libre de minerales y fibrilada más finamente. Luego se llevaron a cabo pruebas para determinar el efecto de la sonicación sobre el producto triturado microfibrilado libre de minerales con y sin una etapa de homogeneización. Los datos de estas pruebas se informan en las Figuras 16A y B.

Los datos de las Figuras 16A y B indican que es posible producir celulosa microfibrilada a partir de un producto triturador libre de minerales (abedul) mediante el uso de sonicación y sin una etapa de homogeneización. El FLT de celulosa microfibrilada sometida a una etapa de homogeneización es superior a 15 Nm/g. Las pruebas reportadas en las Figuras 16A y B después de someter a ultrasonidos el producto triturado libre de minerales hasta aproximadamente 1500 kWh/t produjeron una celulosa microfibrilada triturada con índices FLT y tamaños de partícula de d⁵⁰en el intervalo de celulosa microfibrilada triturada sometida a una etapa de homogeneización.

Los ejemplos expuestos anteriormente son ilustrativos de las muchas modalidades de la invención descritas en la presente descripción por los inventores y no pretenden ser limitaciones de la invención.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método para redispersar celulosa microfibrilada deshidratada, parcialmente seca o esencialmente seca, el método comprende las etapas de:

(a) añadir una cantidad de un líquido de dispersión adecuado a un tanque que tiene al menos una primera y una segunda entrada y una salida, en donde el tanque comprende además un mezclador y una bomba unida a la salida;

(b) añadir una cantidad de celulosa microfibrilada deshidratada, parcialmente seca o esencialmente seca al tanque a través de la primera entrada en cantidad suficiente para producir una composición líquida de celulosa microfibrilada a una concentración de sólidos deseada de 0,5 a 5 % de sólidos de fibra;

(c) mezclar el líquido dispersante y la celulosa microfibrilada deshidratada, parcialmente seca o esencialmente seca en el tanque con el mezclador para desaglomerar parcialmente y redispersar la celulosa microfibrilada para formar una lechada fluida;

(d) bombear la lechada fluida con la bomba a una entrada de una celda de flujo, en donde la celda de flujo comprende una o más sondas de sonicación en serie y al menos una primera y una segunda salida, en donde la segunda salida de la celda de flujo está conectada a la segunda entrada del tanque, de esta manera se proporciona un circuito de recirculación continuo que proporciona la aplicación continua de energía ultrasónica a la lechada durante un período de tiempo deseado y/o intervalo de entrada de energía total, en donde la celda de flujo comprende una válvula ajustable en la segunda salida para crear contrapresión de la lechada recirculada de 0 a 4 bar, en donde además la composición líquida que comprende celulosa microfibrilada de la etapa (c) se recircula continuamente a través del circuito de recirculación a una temperatura de 20 °C a 50 °C;

(e) aplicar una entrada de energía ultrasónica a la lechada de 200 a 10 000 kWh/t continuamente por la sonda de sonicación en un intervalo de frecuencia de 19 a 100 kHz y en una amplitud de hasta 60 %, hasta 100 % o hasta 200 % a las limitaciones físicas del sonicador usado por 1 a 120 minutos; (f) recoger la suspensión redispersada que comprende celulosa microfibrilada con propiedades mejoradas de resistencia a la tracción y/o viscosidad desde la primera salida de la celda de flujo en un recipiente de retención adecuado.

2. El método de la reivindicación 1, en donde la composición de celulosa microfibrilada deshidratada, parcialmente seca o esencialmente seca comprende además al menos un material inorgánico en partículas.

3. El método de la reivindicación 1 o 2, en donde el líquido dispersante es agua.

4. El método de la reivindicación 1 o 2, en donde la entrada de energía ultrasónica es de aproximadamente 1000 kWh/t a aproximadamente 2000 kWh/t o en donde la entrada de energía ultrasónica es de aproximadamente 200 kWh/t a aproximadamente 400 kWh/t.

5. El método de la reivindicación 1 o 2, en donde la celda de flujo tiene una camisa de enfriamiento para mantener una temperatura de la suspensión de celulosa microfibrilada en el intervalo de aproximadamente 20 °C a aproximadamente 50 °C, tal como temperatura ambiente o 20 °C.

6. El método de la reivindicación 1, en donde la contrapresión del líquido recirculado es de 3 bar.

7. El método de la reivindicación 1 o 2, en donde la celda de flujo comprende además uno o más reforzadores para aumentar o disminuir mecánicamente la amplitud de la al menos una sonda de sonicación.

8. El método de la reivindicación 1 o 2, en donde la composición líquida de celulosa microfibrilada es de aproximadamente 0,5 % a aproximadamente 1 % de sólidos de fibra.

9. El método de la reivindicación 1 o 2, en donde la composición líquida de celulosa microfibrilada tiene aproximadamente 1,5 % de sólidos de fibra.

10. El método de la reivindicación 1 o 2, en donde la composición líquida de celulosa microfibrilada tiene aproximadamente 1,8 % de sólidos de fibra.

11. El método de la reivindicación 1 o 2, en donde la composición líquida de celulosa microfibrilada tiene aproximadamente un 2,5 % de sólidos de fibra.

12. El método de la reivindicación 1 o 2, en donde la celulosa microfibrilada o la composición de celulosa microfibrilada que comprende material inorgánico en partículas se granula.

13. El método de la reivindicación 1, en donde la energía ultrasónica se aplica por aproximadamente 30 minutos.

14. El método de la reivindicación 1 o 2, en donde la energía ultrasónica se aplica hasta que se alcanza una entrada de energía ultrasónica especificada superior a 200 kWh/t, tal como superior a 400 kWh/t.

15. El método de la reivindicación 2, en donde la energía ultrasónica se aplica hasta que se logre una entrada de energía acumulada especificada, tal como 500 kWh/t, o 1000 kWh/t, o 1500 kWh/t, o 2000 kWh/t o 2500 kWh/t.

16. El método de la reivindicación 1 o 2, en donde el circuito de recirculación comprende además un mezclador de alto cizallamiento.

17. El método de la reivindicación 1 o 2, en donde la composición líquida que comprende celulosa de microfibrilación se recircula por aproximadamente 30 a aproximadamente 120 minutos, tal como por aproximadamente 30 minutos.

18. El método de la reivindicación 1 o 2, en donde la sonicación se realiza en modo de pulso.

19. El método de la reivindicación 1 o 2, en donde dicho producto parcialmente seco se forma en una torta prensada con cinta antes de la sonicación.

20. El método de la reivindicación 1 o 2, en donde la celulosa microfibrilada puede prepararse a partir de pulpa química, o una pulpa quimiotermomecánica, o una pulpa mecánica, o una pulpa reciclada, o una pulpa de papel roto, o una corriente de desechos de una fábrica de papel, o combinaciones de los mismos.

21. El método de la reivindicación 2, en donde el material inorgánico en partículas es un carbonato o sulfato de metal alcalinotérreo, tales como carbonato de calcio, carbonato de magnesio, dolomita, yeso, una arcilla de kandita hidratada tal como caolín, halloysita o arcilla de bolas, una arcilla de kandita anhidra (calcinada) tal como metacaolín o caolín completamente calcinado, talco, mica, perlita o tierra de diatomeas, o combinaciones de los mismos, y o con mayor preferencia carbonato de calcio o caolín.

22. El método de la reivindicación 1 o 2, en donde la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada y material inorgánico en partículas con propiedades mejoradas de viscosidad y resistencia a la tracción obtenida por el método es adecuada para su uso en un método de fabricación de papel o papel de recubrimiento, pinturas y recubrimientos, tintas, productos químicos para campos petrolíferos, compuestos, productos de consumo, productos cosméticos, productos farmacológicos y productos alimenticios.

23. El método de la reivindicación 1, en donde dicho método comprende además uno o más de mezcla, homogeneización y refinado de alto cizallamiento antes o después de la etapa de sonicación.