DE1120859B

DE1120859B - Fuellstoff zum Aufhellen von Papier

Info

Publication number: DE1120859B
Application number: DEF28126A
Authority: DE
Inventors: Dr Ernst Podschus; Dr Werner Joseph
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1959-04-06
Filing date: 1959-04-06
Publication date: 1961-12-28
Also published as: GB883264A

Description

Füllstoffe dienen in der Papierindustrie zur Erhöhung der Opazität und Weiße und zur Verbesserung der Oberflächeneigenschaften. Während in den meisten Fällen Kaolin ausreicht, werden für höhere Ansprüche an Opazität und Weiße Titandioxydpigmente verwendet. Falls keine nachträgliche Imprägnierung des Papiers erfolgt, kann Titandioxyd auch teilweise oder vollständig durch gefällte Kieselsäure oder Silikatfüllstoffe geeigneter Teilchengröße ersetzt werden. Verhältnismäßig günstig ist die Verwendung eines aus Wasserglaslösung Na₂O · 3,3 SiO₂ gefällten Calciumsilikats mit einer spezifischen Oberfläche von etwa 20 bis 50 m²/g· Der durch den Ca O-Gehalt des Calciumsilikats bedingte erhöhte Aluminiumsulfatverbrauch bei der Leimung des Papiers stellt dabei einen gewissen Nachteil dar.

Es ist bereits bekannt, den beim sauren Kaolinaufschluß anfallenden Kieselsäurerückstand als Papierfüllstoff zu verwenden.

Es wurde gefunden, daß man eine wesentliche Erhöhung der Opazität und Weiße von Papier, die noch über die mit gefälltem Calciumsilikat erzielbare hinausgeht, erreicht, wenn man als Füllstoff feinteiliges Aluminiumoxyd verwendet, das durch unvollständige thermische Zersetzung von Aluminiumsulfathydrat erhalten wurde, so daß noch mindestens 5% SO₃ im Füllstoff verbleiben. Im Gegensatz zu alkalisch reagierenden Silikatpigmenten tritt kein zusätzlicher Aluminiumsulfat- oder Säureverbrauch bei der Leimung auf. Der geringe SO₃-Gehalt des durch unvollständige thermische Zersetzung von Al-Sulfathydrat erhaltenen Oxyds bringt sogar eine Ersparnis im Aluminiumsulfatzusatz. Besonders günstige Eigenschaften im Hinblick auf die Papieraufhellung und Opazitätserhöhung haben SO₃-haltige Aluminiumoxydfüllstoffe, die durch Erhitzen von Aluminiumsulfathydrat in feiner Verteilung im turbulenten Heißgasstrom erhalten werden.

Als Ausgangsmaterial für die thermische Zersetzung können A1₂(SO₄)₃· 18 H₂O oder auch wasserärmere Verwitterungsprodukte dienen. Das Aluminiumsulfat-18-Hydrat kann man in bekannter Weise durch Behandeln von Bayer-Tonerdehydrat oder von calciniertem Kaolin mit Schwefelsäure gewinnen. Die Calcinierung von Kaolin, durch die der Al₂O₃-Anteil säurelöslich wird, liefert ein besonders lockeres, reaktionsfähiges Produkt, wenn man sie in einer turbulenten Heißgasströmung durchführt. Man kann nun so verfahren, daß man die Kaolin-Kieselsäure nach dem Schwefelsäureaufschluß vor der Kristallisation des 18-Hydrats abtrennt. Man kann aber auch vorteilhaft die Kieselsäure, die nach erwähntem Füllstoff zum Aufhellen von Papier

Anmelder:

Farbenfabriken Bayer Aktiengesellschaft,
Leverkusen-Bayerwerk

Dr. Ernst Podschus, Leverkusen,

und Dr. Werner Joseph, Köln-Mülheim,

sind als Erfinder genannt worden

Calcinierungsverfahren in sehr lockerer, füllstoffartiger Form vorliegt, im Gemisch mit dem 18-Hydrat belassen und bei der anschließenden thermischen Zersetzung des Sulfats mit erhitzen. Das Aluminiumsulfathydrat bzw. sein Gemisch mit Kaolin-Kieselsäure muß vor der Glühung fein gemahlen werden bzw. in feinkristalliner Form vorliegen, um eine gute Verteilung im Heißgasstrom zu gewährleisten.

Es war bereits bekannt, daß sich bei der Zersetzung von Aluminiumsulfathydrat ein sehr voluminöses Aluminiumoxyd bildet. Im allgemeinen hat man dabei vollständige Zersetzung angestrebt. Ein Aluminiumoxyd mit einem Gehalt von 1 bis 5% SO₃ soll als Kautschukfüllstoff besonders geeignet sein. Die Glühung zum Oxyd hat man in verschiedener Weise, unter anderem in Drehöfen, vorgenommen. Es ist auch bereits Zersetzung in einer turbulenten Flamme zu einem mindestens 95°/₀igen Aluminiumoxyd vorgeschlagen worden.

Es war nun nicht zu erwarten, daß Aluminiumoxydfüllstoffe mit einem SO₃-Gehalt über 5%; besonders solche, die durch extrem rasche, unvollständige Zersetzung von Aluminiumsulfathydrat im turbulenten Heißgasstrom bei 700 bis 1200⁰C hergestellt wurden, hervorragend als Papierpigmente geeignet sind, zumal Aluminiumoxydfüllstoffe mit 1 bis 5% SO₃ als Kautschukfüllstoffe besonders brauchbar sein sollen. Für Kautschukfüllstoffe wird eine viel feinere Teilchengröße gefordert als für Papierpigmente.

Der Zusatz an S O₃-haltigen Aluminiumoxydpigment kann z. B. im Holländer erfolgen. Er kann zwischen etwa 1 und 20% auf Papierstoff bezogen betragen, wobei neben Aluminiumoxyd auch andere Füllstoffe

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und Pigmente zugesetzt werden können. Die Wirkung des durch unvollständige Zersetzung von Aluminiumsulfathydrat erhaltenen SO₃-haltigen Füllstoffs im Papier wird durch die folgenden Beispiele veranschaulicht:

Beispiel

Feinkristallines Aluminiumsulfat-18-Hydrat wurde über eine Schüttelrinne durch einen Injektor mit 20 m³/h Luft axial von oben in einen 301 fassenden, sich von unten nach oben erweiternden konischen rotationssymmetrischen Erhitzungsraum eingestäubt. Am unteren Ende traten Verbrennungsgase tangential mit einer Strömungsgeschwindigkeit von etwa 70 m/sec ein. Die Gase verließen den Reaktionsraum mit den Calcinierungsprodukten, tangential am oberen Ende.

Das gebildete SO₃-haltige Aluminiumoxyd wurde in einem nachfolgenden Fliehkraftscheider abgeschieden. Die Verweilzeit im Erhitzungsraum betrug etwa 0,2 Sekunden. Temperatur und Beschickungsverhältnisse wurden nun so reguliert, daß Austrittstemperaturen

ίο aus dem Erhitzungsraum von 800 bis 1100° C herrschten. Die Eigenschaften der erhaltenen Produkte gibt die folgende Tabelle wieder.

Eigenschaften der erhaltenen Produkte

	Erhitzungs	Spezifische	Sediment-	Schüttgewicht,	Al₂O₃	Zusammensetzung	H₂O	pH
YClO ULJl Nr.	temperatur	Oberfläche	volumen	gerüttelt	%	SO₃	°/o	3,8
	⁰C	m²/g	cm³	g/l	47,2	%	2,3	4,0
1	800	16	39	110	80,4	50,7	2,1	4,2
2	900	31	64	100	85,5	17,6	1,9	4,3
3	1000	43	65	85	87,8	12,6	1,8
4	1100	23	69	65	10,4

Sedimentvolumen (2 g in 98 g Toluol geschüttelt) und Schüttdichte sind ohne vorherige Mahlung mehr als doppelt so hoch wie die der bei denselben Temperaturen im Muffelofen geglühten und in einer Kolloidmühle gemahlenen Vergleichsproben. Die Überlegenheit der durch extrem kurze Erhitzung gewonnenen SO₃-haltigen Aluminiumoxyde gegenüber den durch Glühung im elektrischen Muifelofen erhaltenen Aluminiumoxyden und einem als Papierfüllstoff im Handel befindlichen Calciumsilikatpigment wird durch folgende Ergebnisse veranschaulicht:

Gebleichter Sulfitzellstoff wurde in wäßriger Aufschlämmung auf 42°S R gemahlen und mit 4% Aluminiumsulfat-18-Hydrat, bezogen auf trockenen Zellstoff, und 2% Harzleim versetzt. Hierzu wurden jeweils 5 °/o der nach dem Kurzzeit-Erhitzungsverfahren und der im Glühofen erhaltenen Aluminiumoxyde sowie ein Calciumsilikatpigment mit einer spezifischen Oberfläche von 35 m²/g gegeben. Der pH-Wert der Papiermasse betrug bei den aluminiumoxydhaltigen Ansätzen 4,5; im Falle des Calciumsilikatpigments wurde mit Schwefelsäure auf denselben pH-Wert eingestellt. Diese Mischungen wurden auf einer Versuchspapiermaschine zu Papieren mit einem Blattgewicht von 80 g/m² verarbeitet.

Die mit dem Elrepho (Firma Zeiss) in unendlich dicker Schicht gemessenen Remissionswerte sowie die auf eine Blattdicke von 0,1 mm umgerechnete Opazität dieser Papiere sind in der folgenden Tabelle zusammen mit den Werten des füllstofffreien Papiers dargestellt.

	420	Remission bei	530	620	Opazität
	αιμ	460	ταμ	ταμ	korrigiert
		τημ			0,1 mm
Gebleichter	79,4		90,4	92,0
Sulfitzellstoff	82,7	85,0	92,7	94,8	0,786
Versuch 1	83,9	87,6	93,2	95,1	0,818
Versuch 2	83,6	88,5	93,3	95,1	0,853
Versuch 3	84,5	88,4	93,8	95,7	0,849
Versuch 4	82,8	89,4	93,2	95,4	0,853
Glühofen 800⁰C	82,2	88,0	92,7	95,2	0,824
Glühofen 900⁰C	83,4	87,3	93,4	95,5	0,802
Calciumsilikat..	88,3		0,833

Die Werte zeigen, daß die Aluminiumoxydprodukte 2, 3, 4 deutlich besser sind als die durch übliche Ofenglühung erhaltenen Oxyde. Die Remission der unter Verwendung der Produkte 2, 3, 4 hergestellten Papiere ist im Blau und Blaugrün, was für den Weißeindruck wesentlich ist, sogar höher als die des calciumsilikathaltigen Papiers. Ebenso sind die für ein Papierpigment besonders wichtigen Opazitätswerte überlegen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Füllstoff zum Aufhellen von Papier, bestehend aus dem durch unvollständige thermische Zersetzung von Aluminiumsulfathydrat beim Erhitzen auf Temperaturen von 700 bis 1200⁰C gebildeten, feinteiligen Aluminiumoxyd mit einem Restgehalt von mindestens 5% SO₃.

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2. Verfahren zur Herstellung eines Füllstoffes unvollständigen thermischen Zersetzung unternach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß worfen wird, aus dem Calcinierungsprodukt von die unvollständige thermische Zersetzung des Kaolin durch Umsetzung mit Schwefelsäure ohne Aluminiumsulfathydrats in einem turbulenten Heiß- Abtrennung der Kaolinkieselsäure hergestellt ist. gasstrom bei feiner Verteilung durch Aufheizung 5

der Salzteilchen in weniger als einer Sekunde vor- In Betracht gezogene Druckschriften:

genommen wird. Deutsche Patentschriften Nr. 693 386, 859 005,

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn- 883 432;

zeichnet, daß das Aluminiumsulfathydrat, das der deutsche Auslegeschrift Nr. 1 019 419.

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