DE1232680B

DE1232680B - Verfahren zur Herstellung von Satinweiss

Info

Publication number: DE1232680B
Application number: DEF44864A
Authority: DE
Inventors: Dr Karl-Heinz Rosenstock; Bernhard Kowalski
Original assignee: Feldmuehle AG
Current assignee: Feldmuehle AG
Priority date: 1964-12-31
Filing date: 1964-12-31
Publication date: 1967-01-19
Also published as: SE310223B; US3391995A; NL6501133A; GB1128795A; CH453546A; FI44141B

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

C09c

Deutsche KL: 22f-10

Nummer: 1232 680

Aktenzeichen: F 44864IV a/22 f

Anmeldetag: 31. Dezember 1964

Auslegetag: 19. Januar 1967

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Satinweiß durch Umsetzen von gebranntem oder gelöschtem Kalk mit einer wäßrigen Lösung von Aluminiumsulfat.

Satinweiß wird als Weißpigment in großem Ausmaß verwendet und insbesondere in Streichfarben zur Herstellung gestrichener Papiere und Kartons wegen seiner wertvollen Eigenschaften sehr geschätzt.

Die Herstellung geschieht allgemein so, daß eine wäßrige Aufschlämmung von gebranntem bzw. gelöschten! Kalk mit Aluminiumsulfat umgesetzt wird.

Die heutige Auffassung geht dahin, daß es sich beim Satinweiß um ein Calciumsulfoaluminat annähernd nachfolgender Formel handelt:

3 CaO Al₂O,-3 CaSO₄-31H₂O ¹S

Seine Eigenschaften hängen einmal davon ab, wie nahe das Umsetzungsprodukt aus Kalkmilch und Aluminiumsulfat der oben angegebenen Formel kommt, zum anderen sind aber vor allem die Reak- ao tionsbcdingungcn von erheblichem Einfluß auf Teilchengröße und Teilchenform.

Satinweiß soll entweder allein oder im Gemisch mit anderen Pigmenten und Bindemitteln, wie Kasein, Protein, Stärke usw., dem damit gestrichenen Papier as oder Karton folgende wichtige Eigenschaften verleihen: Optimalen Glanz und Glätte durch Saunieren, hohe Weiße und gute Deckkraft, gute Druckfarbenaufnahme und Trocknung, gute Druckelastizität und ausgezeichnete Wasserfestigkeit des Pigmentstriches bei Verwendung von Kasein und Protein als Bindemittel. Ferner soll die Bindemittelmenge, die zur festen Bindung des Striches an die Papier- oder Kartonoberfläche notwendig ist, möglichst gering sein.

Als weitere Anforderungen an das Satinweiß kommt hinzu, daß es im Gemisch mit anderen Pigmenten und Bindemitteln die Viskosität der Streichmasse möglichst wenig erhöhen soll.

Verwendung findet das Satinweiß im allgemeinen in Form einer 20- bis 30%igen wäßrigen Paste. Dabei kann die Herstellung von vornherein in solchen Konzentrationen durchgeführt werden, daß diese erwünschte Endkonzentration von 20 bis 30% erreicht wird, oder aber es wird in verdUnntercn Lösungen gearbeitet und das Satinweiß anschließend durch Filtration oder Abpressen auf den gewünschten Feststoffgehalt gebracht. Das Arbeiten bei Konzentrationen von 20 bis 30% hat den Nachteil, daß die Reaktion in jeder Beziehung schwerer zu beherrschen und zu kontrollieren ist. Das gilt insbesondere für die Beherrschung der Temperatur im Reaktionsgefäß, Verfahren zur Herstellung von Satinweiß

Anmelder:

Feldmühle Aktiengesellschaft,
Düsseldorf-Oberkassel, Burggrafenstr. 7

Als Erfinder benannt:

Dr. Karl-Heinz Rosenstock,

Bernhard Kowalski, Bielefeld

die von erheblichem Einfluß auf die Qualität des Satinweiß ist. Beim Arbeiten in zu hoher Konzentration ist es aus diesem Grunde notwendig, die Zugabc des zweiten Rcaktionstcilnchmcrs langsam vorzunehmen und damit lange Reaktionszeiten in Kauf zu nehmen.

Auf die Eigenschaften des. Satinweiß sind viele Faktoren von Einfluß, insbesondere auch die Eigenschaften der verwendeten Ausgangsmaterialien, so daß auch heute noch die Erzielung optimaler Eigenschaften langjährige Erfahrung erfordert und rein empirisch erfolgt.

Nach wie vor wird die Ansicht vertreten und sogar zur Erklärung des strukturellen Aufbaues des Satinweiß herangezogen, daß stets Aluminiumsulfat zur Kalksuspension gegeben wird, um ein brauchbares Satinweiß zu erhalten (vgl. Tappi Monographie Nr. 20; »Paper Coating Pigments«, S. 139). Diese Feststellung wurde erstmals von Weichelt getroffen, der davon spricht, daß man niemals in der umgekehrten Reihenfolge arbeiten darf (vgl. Weich el t, »Die Buntpapierfabrikation«, S. 131). Diese Feststellung von Weich el t ist auch heute noch güllig, wie die cxpcrimentielle Überprüfung beweist: Legt man die Aluminiumsulfatlösung vor und gibt dazu die Kalksuspension, so erhält man kein brauchbares Satinweiß.

Es wurde nun ein verbessertes Verfahren zum Herstellen von Satinweiß durch Umsetzen V05
branntem oder gelöschtem Kalk mit einer wä|
Lösung von Aluminiumsulfat gefunden, d^
besteht, einen Teil der stöchiometrisch erforde
Aluminiumsulfatlösung vorzulegen und nach
des gebrannten oder gelöschten Kalks die Restmenge Aluminiumsulfat nachzudosieren.

Durch die Vorlage eines Teiles der wäßrigen Aluminiumsulfatlösung, vorzugsweise in großer Ver-

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dünnung, erhält man ein sehr feinkristallines und stark strukturiertes Satinweiß mit hervorragenden Eigenschaften.

Es war vollkommen überraschend, daß sich durch die umgekehrte Reihenfolge im Zusammengeben der Reaktionsteilnehmer dann ein qualitativ hochwertiges Satinweiß ergibt, wenn erfindungsgemäß nur ein Teil des stöchiometrisch erforderlichen Aluminiumsulfats vorgelegt wird.

Dabei hat sich gezeigt, daß zweckmäßig 30 bis 90% der erforderlichen Menge an Aluminiumsulfat vorgelegt werden. Ein besonders hochwertiges Produkt entsteht bei Vorlage von 40 bis 60% des Aluminiumsulfats.

Vorzugsweise wird die Umsetzung in großer Verdünnung und unter kräftigem Rühren vorgenommen, wobei die Konzentration der Aluminiumsulfatlösung zweckmäßig eine Konzentration von 1 bis 5° Be, bevorzugt eine solche von 1,5 bis 3° Be, hat. Durch eine so hohe Verdünnung der Aluminiumsulfatlösung wird die Bildung eines sehr feinkristallinen und stark strukturierten Satinweiß begünstigt. Ein weiterer Vorteil der Umsetzung mit hochverdünnter Aluminiumsulfatlösung ist die gute Temperaturkonstanz der Ansätze, die von Einfluß auf Teilchenform und -größe ist. Das Arbeiten mit hochverdünnter Aluminiumsulfatlösung beeinflußt die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens nicht.

Überraschenderweise hat sich in einer weiteren Ausgestaltung des erfinderischen Verfahrens gezeigt, daß sich die Reaktionszeit weiter abkürzen läßt, wenn man die Reaktion nicht bei dem gewünschten End-pH-Wert von 11,2 bis 11,6 abbricht, sondern bereits bei einem niedrigeren pH-Wert, beispielsweise bei 10,6 bis 10,8 und daran anschließend das Umsetzungsprodukt aus dem Reaktionsgemisch abtrennt. Es hat sich dabei herausgestellt, daß sich das abgetrennte Reaktionsprodukt im pastenförmigen Zustand weiter umwandelt und schließlich den gewünschten pH-Wert von 11,2 bis 11,6 erreicht.

Die Zugabe des gebrannten oder gelöschten Kalks erfolgt nach einer bevorzugten Ausführung des crfindungsgemäßcn Verfahrens vorteilhaft in fester Form. Überraschenderweise ist zur Erzielung eines feinkristallinen und stark strukturierten Satinweiß lediglich die hohe Verdünnung der Aluminiumsulfatlösung von Einfluß, nicht aber eine solche des gebrannten oder gelöschten Kalks. Durch das Hinzufügen von gebranntem oder gelöschtem Kalk in fester Form läßt sich Reaktionsraum einsparen.

Es hat sich weiter als zweckmäßig erwiesen, das Reaktionsgemisch sehr intensiv zu rühren, vorteilhafterweise mit einer Umfangsgeschwindigkeit von mehr als 700 m/Min. Auf diese Art und Weise wird zusätzlich die Bildung grober Aggregate verhindert und die Bildung eines sehr feinkristallincn und stark strukturierten Satinweiß weiter begünstigt.

Der besondere Vorteil der Arbeitsweise nach der Erfindung liegt darin, daß es mit Hilfe der Vor- und Nachdosierung der Aluminiumsulfatlösung möglich wird, die Eigenschaften des Satinweiß in weiten Grenzen und ganz nach den gewünschten Eigenschaften zu steuern.

Die neue Arbeitsweise bringt den weiteren technischen Fortschritt, daß übliche Aluminiumsulfatqualitäten eingesetzt werden können, wie sie auch sonst für andere Zwecke bei der Papierfabrikation, beispielsweise der Leimung des Stoffes, verwendet werden. Es ist bekannt, daß die Eigenschaften des Satinweiß beträchtlich von den Ausgangsmaterialien bestimmt werden. Aus diesem Grunde erforderte die Aufbereitung des Aluminiumsulfat für die Satinweißherstellung besondere Sorgfalt, und es eigneten sich nur bestimmte hochwertige Aluminiumsulfatqualitäten mit hoher Basizität. Das erfindungsgemäße Verfahren kennt diese große Abhängigkeit der Güte des Satinweiß von den Ausgangsmaterialien nicht,

xo und es läßt sich Aluminiumsulfat der verschiedensten Herkunft und Basizität verwenden, so daß die bisher übliche getrennte Aufbereitung für die Papierherstellung und für die Farbküche in Wegfall kommen kann.

Die Tabelle zeigt den Einfluß unterschiedlich vorgelegter Aluminiumsulfatmengen auf die Eigenschaften des Satinweiß und daraus hergestellter Streichfarben. Dabei wurde bei Durchführung der entsprechenden Versuche so vorgegangen, daß das

ao gesamte vorgelegte Volumen stets gleich groß war, so daß der unterschiedliche Molgehalt seinen Ausdruck in unterschiedlicher Konzentration der vorgelegten Aluminiumsulfatlösung findet. In diese Vorlagen wurde jeweils ein Mol Kalkhydrat in fester

as Form eingetragen. Anschließend wird die bis zur Erreichung eines pH-Wertes von 10,8 bis 11,2 annähernd stöchiometrisch erforderliche Restmenge an Aluminiumsulfatlösung zugesetzt, wobei, wie aus der Tabelle ersichtlich, die Konzentration wiederum so gewählt wird, daß die fertigen Ansätze jeweils die gleiche Satinweißmenge im gleichen Volumen enthalten (Zeilen 1 bis 4).

In Zeile 5 ist die Auswirkung der verschieden vorgelegten Molmengen an Aluminiumsulfatlösung auf die Viskosität der erhaltenen Satinweiß-Suspension angegeben (gemessen mit Brookfield-Viskosimeter bei 50 U/min).

Zeile 6 zeigt die Auswirkung auf die Viskosität des abgetrennten, mit 12% Kasein verflüssigten Satinweiß bei jeweils gleichem Trockengehalt (gemessen mit Brookfield-Viskosimeter bei 100 U/min).

Mit den erhaltenen Satinweißprodukten würde unter Verwendung von jeweils gleichen Mengen an Kasein eine Streichmasse hergestellt und diese Streichmasse auf gleiches Rohpapier verstrichen. Der Strichauftrag lag bei 20 g/m². Die auf diese Weise gestrichenen Papiere wurden bei 55% relativer Luftfeuchtigkeit konditioniert und unter gleichen Kalanderbedingungen satiniert.

In Zeile 7 wird das Ergebnis der visuellen Beurteilung des Glanzes der so hergestellten Muster aufgeführt.

Zeile 8 gibt Glanzwertmessungen mit dem fotoelektrischen Reflexions-Glanzmeßgerät an. Dabei stellen die Werte die Summe des in Laufrichtung und quer zur Laufrichtung gemessenen Wertes dar.

Hierbei ist zu bemerken, daß der Messung von Glanzwerten bei so hochglänzenden Papieren eine gewisse Problematik innewohnt, da in solchen Fällen die Empfindlichkeitsgrenze des Meßgeräts erreicht wird.

In F i g. 1 sind die Werte der Viskosität aus der Tabelle in graphischer Form dargestellt. Die Tabelle in Verbindung mit F i g. 1 beweist, daß durch verschieden vorgelegte Molmenge an Aluminiumsulfat die Qualitätseigenschaften des Satinweiß entscheidend beeinflußt werden und sowohl die Viskositätswerte der Satinweißsuspension als auch die einer

daraus hergestellten Streichmasse bei Vorlage von annähernd der halben stöchiometrisch erforderlichen Aluminiumsulfatmenge ein Maximum erreichen.

Dieses Maximum ist ein deutlicher Hinweis darauf, daß bei diesen Mengenverhältnissen ein besonders feinkristallines und stark strukturiertes Satinweiß erhalten wurde. Das wird zusätzlich bestätigt durch elektronenmikroskopische Aufnahmen. Auch die optimalen Glanz-, Glätte- und Deckungseigenschaften stehen damit in vollem Einklang.

Die Fig. 1 zeigt ferner, daß es mit Hilfe der vorliegenden Erfindung erstmals möglich ist, den Herstellungsprozeß durch Vorlage bestimmter Mengen an Aluminiumsulfat so zu steuern, daß das erzeugte Satinweiß ganz speziellen Anforderungen gerecht wird. Will man beispielsweise ein Satinweiß erzeugen, welches dem gestrichenen Papier höchsten Glanz, Glätte, Deckung, ausgezeichnete Bcdruckbarkcit und Wasserfestigkeit des Pigmentstriches liefert, wird man die vorgelegte Menge an Aluminiumsulfat so wählen, daß man im Viskositätsmaximum liegt. In diesem Bereich wird ein sehr hochwertiges Satinweiß erzeugt, welches in Streichmassen eine durchaus vertretbare Viskosität liefert.

Soll dagegen das Satinweiß bei Verwendung von Kasein bzw. Protein als Bindemittel vor allem eine

ίο gute Wasserfestigkeit des Striches liefern, wie das bei Strcichmassen mit hohem Feststoffgehalt vielfach gewünscht wird, wählt man zweckmäßig die vorgelegte Aluminiumsulfatmenge so, daß die Viskosität des Produktes möglichst gering ist, denn in diesem Bereich liefert das Satinweiß eine ausgezeichnete Wasserfestigkeit des Pigmentstriches und relativ geringe Viskosität der Streichmasse.

Vorgelegte Molgewichtsprozentmenge

Al₂ (SO₄)₃ pro Mol Ca(OH)₂

Molgewichtsprozentmenge Al₂(SO₄)., pro Mol Ca(OH)₂ nachdosiert

Konzentration der vorgelegten Al₂(SO₄)_s-Lösung in ° Bc

Konzentration der nachdosierten Al₂(SO₄)₃-Lösung in ° Be

Viskosität der 2,7 gewichtsprozentigen Satinweißsuspension in cP

Viskosität des mit 12% Kasein verflüssigten Satinweiß in cP

Glanz visuell

Glanz gemessen

0,027

0,133

1,0

3,0

480

32

schlecht 52 0,053

0,107
1,4
2,6
880

41
gut
55

0,08	0,107
0,08	0,053
2,0	2,6
2,0	1,4
1600	900
101 sehr gut 58	68 gut 55

0,133

0,027
3,0

1,0

224

62

ausreichend
52

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von Satinweiß durch Umsetzen von gebranntem oder gelöschtem Kalk mit einer wäßrigen Lösung von Aluminiumsulfat, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der stöchiometrisch erforderlichen Aluminiumsulfatlösung vorgelegt und nach Zugabe des gebrannten oder gelöschten Kalks die Restmenge Aluminiumsulfat nachdosiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 30 bis 90%, vorzugsweise 40 bis 60 %, der erforderlichen Menge an Aluminiumsulfat vorgelegt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung nach Zugabe der stöchiometrisch erforderlichen Menge an Aluminiumsulfat bei einem pH-Wert von 10,6 bis 10,8 abgebrochen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung in großer Verdünnung vorgenommen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration der Aluminiumsulfatlösung 1 bis 5° Βέ, vorzugsweise 1,5 bis 3° Be beträgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der gebrannte oder gelöschte Kalk in fester Form zu der vorgelegten Aluminiumsulfatlösung gegeben wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsgemisch sehr intensiv, vorzugsweise mit einer Umfangsgeschwindigkeit der Rührorgane von mehr als 700 m/Min, gerührt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

609 758/272 1.67 Q Biuidesdruckerei Berlin