DE1696189A1

DE1696189A1 - Verfahren zum Herstellen von Schlaemmkreide

Info

Publication number: DE1696189A1
Application number: DE1968E0035721
Authority: DE
Inventors: Gwilliam Ralph Derek; William Windle
Original assignee: English Clays Lovering Pochin Co Ltd
Current assignee: Imerys Minerals Ltd
Priority date: 1967-02-09
Filing date: 1968-02-08
Publication date: 1971-11-18
Also published as: LU55435A1; SE338961B; NL151729B; NO129689B; BE710544A; US3534911A; FI46972B; GB1215576A; DE1696189B2; FR1571363A; DK123365B; FI46972C; NL6801812A

Description

Die Erfindung bezieht sich aur ein Verfahren zum Herstellen einer Schlämmkreide zur Verwendung als Bestandteil einer Komposition zum Überziehen von Papier, und sie betrifft ferner solche Schlämmkreide enthaltenden Papierüberzugskompositionen·

Schlämmkreide bzw. feinkörniges Galeiumcarbonat wird in zunehmendem Ausmaß als Pigment bei Kompositionen zur Herstellung von mit einem Überzug versehenen bzw· gestrichenem Papier verwendet· Das zu diesem Zweck normalerweise verwendete Oaloiumcarbonatpigment wird auch als ausgefälltes Caloiumcarbonat bezeichnet, und dieses Pigment wird durch Kalzinieren bzw· Rösten von Kalksteig, gewonnen}, wobei dieser Prozeß gasförmiges Kohlendioxyd und gebrannten bsw« ungelöschten Kalk liefert· Der ungelöschte Kalk wird dann mit Wasser gelöscht, so daß man Naßkalk erhält, der nach verschiedenen Verfahren behandelt werden kann, z.B. duroh eine erneute Verbindung mit Kohlendioxyd, so daß man ausgefälltes Qaleiumearbonat erhält*

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,Ferner ist es z.B. gemäß den U.S.A.-Patenten 2 345 311 und 2 346 243 bekannt, ein ausgefälltes Galciumcarbonatpigment zur Verwendung als Bestandteil von Papierüberzugskompositlonen z.B. mit 1 bis 2 Gewichtsprozent Gummiarabikum oder Kasein, als Dispersionsmittel zu behandeln, um den Klebstoffbedarf des Pigments zu verringern.

Als eine alternative Quelle für Schlämmkreide kommt natürliche Kreide in Frage. Der Ausdruck "natürliche Kreide" bezeichnet hier das natürlich vorkommende Calciumcarbonate φ das aus den Bückständen von Coccolithen entstanden ist. Natürliche Kreide besteht aus Calcitkristallen in Form von Teilchen, die hauptsächlich einen äquivalenten Kugeldurchmesser im Bereich von 0,001 bis 0,005 mm haben$ wird dieses Material abgebaut, sind die Galcitkristalle locker miteinander verbunden, so daß sie größere Teilchen bilden} dieses Material ist von ausgefälltem Caleiumearbonat und anderen Galciumcarbonatquellen wie gemahlenem Kalkstein, Marmor oder Auster schal en zu unterscheiden· Natürliche Kreide kommt jedoch in Verbindung mit verschiedenen harten Verunreinigungen vor, bei denen es sich z.B. um Flintteilchen handelt $ SchlämsskreMe, die zur Verwendung bei PapierUberzugskompoaitionen in den Handel gebracht wird, soll von harten Seilohen, ζ·Β· Flintteilchen, im wesentlichen frei sein» und sie soll ho*ehst@ns einen kleinen Prozentsatz, z.B. 0,03 Gewichtsprozent, an !Seilchen enthalten, die größer sind als es der loohweit eines Siebes Hr. 300 nach englischer Norm entspricht« Eines der gebräuchlichen Verfahren zum Herstellen von aus natürlicher Kreide umfaßt Maßnahmen, vm eisen

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der Harte Verunreinigungen enthält, in einer Walzenmühle mit Wasser zu waschen, so daß man eine Suspension erhält, die eine niedrige Konzentration der natürlichen Kreide in Wasser darstellt» wobei das Wasser z.B. 10 bis 15 Gewichtsprozent an festen Stoffen enthält; aus dieser Suspension können die harten Verunreinigungen, z.B. die llintteilchen, durch Absetzen oder Sieben entfernt werden· Bei diesem Verfahren ist es jedoch erforderlich, die Kalksuspension zu konzentrieren, bevor sie getrocknet und vor dem Verkauf gemahlen wird; die bis jetzt durchgeführten Versuche, mit höheren Feststoffkonzentrationen zu arbeiten, haben sich nicht als befriedigend erwiesen, da die Suspension dann keine ausreichende Strömungsfähigkeit besitzt.

Hunmehr wurde festgestellt, daß es möglich ist, eine Schlämmkreide aus natürlicher Kreide herzustellen, welche die Vorteile des bekannten ausgefällten Calciumcarbonate bietet, d.h. auf der eine geeignete Menge eines !Dispersionsmittels abgelagert ist, wobei gleichzeitig die Kachteile der bekannten Verfahren zum Behandeln von natürlicher Kreide vermieden werden, bei denen eine Suspension mit niedrigem Feststoffgehalt gemahlen wird, um die fliatteilchen von der Suspension abzutrennen, und bei denen die so erhaltene Suspension konzentriert wird· Genauer gesagt sieht die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen von Schlämmkreide aus natürlicher Kreide zur Verwendung als Bestandteil einer Papierüberzugskomposition vor, das Maßnahmen umfaßt, um erstens eine natürliche Rohkreide, * die harte Verunreinigungen enthält, in einem wässerigen Medium bei einem Feststoffgehalt im Bereich von 60 bis 75

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Gewichtsprozent und in Gegenwart von 0,05 bis 0,50 Gewichtsprozent eines Dispersionsmittels bezogen auf das Gewicht der Kreide so lange zu mahlen, daß man eine strömungsfähige Suspension von Natankreideteilchen erhält, um ferner die flüssige Suspension der Naturkreideteilchen von den harten Verunreinigungen zu trennen und um schließlich die Suspension von Kalkteilchen zu trocknen, so daß man eine Schlämmkreide ' aus natürlicher Kreide erhält, auf deren Teilchen ein Dispersionsmittel abgelagert ist·

Wenn die Schlämmkreide zur Verwendung bei der Herstellung einer Papierüberzugskomposition geeignet sein soll, darf sie, wie schon erwähnt, nicht mehr als etwa 0,05 Gewichtsprozent an Teilchen enthalten, die größer sind, als es der lochweite eines Siebes ITr. 300 nach englischer Norm entspricht· Um diesen Reinheitsgrad zu erzielen, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die harte Verunreinigungen enthaltende rohe Naturkreide zuerst in Anwesenheit des Dispersionsmittel leicht zu vermählen, was genügt, um die harten Verunreinigungen von der Kreide zu trennen, und eine flüssige Suspension zu erzeugen, woraufhin die harten Verunreinigungen von der flüssigen Suspension getrennt werden; Danach wird die Vermahlung der Haturkreide— suspension in Gegenwart des Dispersionsmittels zuendegeführt* Dieser Arbeitsgang kann vor oder nach dem Trocknen der Kreidesuspension durchgeführt werden. Gemäß einem Verfahren nach der Erfindung wird die Kreidesuspension, die das Dispersionsmittel enthält, jedoch von harten Verunreinigungen frei ist, mit Hilfe eines teilchenförmigen Schleifmittels, z.B. Quarz-

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körnern, gemahlen· Alternativ ist es bei einem anderen erfindungsgemäßen Verfahren möglich, die Schlämmkreide, die durch Trocknen der Kreidesuspension gewonnen worden ist, aus der die harten Verunreinigungen entfernt worden sind, im trockenen Zustand zu mahlen, z.B. in einer Hammermühle·

Als Dispersionsmittel kann man bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ζ·Β· ein Salz einer Polyphosphorsäure verwenden, ferner ein Salz einer Polykieselsäure, ein Salz einer Polyacrylsäure, ein Salz einer Polymethacrylsäure, ein Dinaphthylmethansulfonat, ein Lignosulfonat oder ein Alginat, z.B. Natriumalginat· Die Menge des Dispersionsmittels., die benötigt wird, wenn eine gute Dispersion der natürlichen Schlämmkreide erzielt werden soll, wenn die Schlämmkreide als Bestandteil einer Papierüberzugskompositiön verwendet wird, ist ziemlich kritisch. Die Menge, die jeweils in einem bestimmten lall verwendet werden muß, richtet sich nach den Eigenschaften des Dispersionsmittels und nach der spezifischen Oberfläche bzw· der Teilcliengrößenzerteilung der Schlämmkreide· Je größer die spezifische Oberfläche der Schlämmkreide ist, desto größer ist die erforderliche Menge des Dispersionsmittels· Wenn man aus natürlicher Kreide gemäß der Erfindung eine Schlämmkreide herstellt, zeigt es sich, daß die Menge des Dispersionsmittels im Bereich von 0,05 bis 0,50 Gewichtsprozent und vorzugsweise im Bereich von 0,05 bis 0,20 Gewichtsprozent bezogen auf das Gewicht der Schlämmkreide liegen muß. Die Menge des Dispersionsmittels, das der harte Verunreinigungen enthaltenden natürlichen Hohkreide zugesetzt werden muß, richtet sich daher nach der Menge des Dispersionsmittels, das in einer

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Papierüberzugskomposition enthalten sein muß, bei deren Herstellung die Schlämmkreide verwendet wird; im allgemeinen zeigt es sich jedoch, daß dann, wenn man der natürlichen Rohkreide diejenige Menge dee Dispersionsmittels zusetzt, welche in der Papierüberzugskomposition enthalten sein muß, brauchbare Ergebnisse erzielt werden. Gemäß der Erfindung wird daher bei der ersten Vermahlung der rohen Naturkreide eine Menge des Dispersionsmittels verwendet, die im Bereich von 0,05 bis 0,50 Gewichtsprozent und vorzugsweise im Bereich von 0,05 bis 0,20 Gewichtsprozent liegt.

Hohe Naturkreide enthält in der Form, in der sie abgebaut wird, normalerweise etwa 20 Gewichtsprozent Wasser, so daß eine Beigabe von weiteren 5 Gewichtsprozent Wasser zusammen mit dem Dispersionsmittel gewöhnlich ausreicht, ein Material zu erzeugen, das zur Durchführung des ersten Schritts des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist.

Die die harten Verunreinigungen enthaltende rohe Naturkreide kann z.B· in einer Kugelmühle verarbeitet werden· Nach einer kurzen Mahldauer, die gewöhnlich etwa 10 bis 20 min beträgt, haben sich die Kreideteilchen von den Flintteilchen getrennt, und sie sind in einer Aufschwemmung dispergiert, die von der Kugelmühle abgegeben werden kann, wobei die Flintteilehen in der Mühle zurückbleiben. Die größeren Flintstücke können in der Kugelmühle als Seil der Mahlcharge bei mehreren Arbeitsgängen belassen werden j danach kann man sie entfernen, um die Mahlkiesel wieder auf die ursprüngliche Menge zu bringen«

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Die das Dispergierungsmittel enthaltende Kreideaufschwemmung, die so erzeugt worden ist und zweckmäßig einen Feststoffgehalt von etwa 70# aufweist, kann dann leicht mehrfach gesiebt werden, so daß man eine Aufschwemmung erhält, die frei von Seilchen sind, die größer sind, als es der Lochweite eines Siebes Nr. 300 nach englischer Norm entspricht· Man kann auch andere Verfahren zum Klassieren der !Teilchengröße anwenden, z.B. das Auswaschen oder das Absetzenlassen· Das so gewonnene Erzeugnis kann dann auf bekannte Weise getrocknet werden, z.B. in einer beheizten Schlagmühle, so daß man ein pulverförmiges flintfreies Erzeugnis erhält. Ferner ist es möglich, andere Trοcknungsverfahren anzuwenden und z.B. einen drehbaren Trockner, einen Sprühtrockner oder einen Schalentrockner (tray drier) zu benutzen·

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele an Hand der Zeichnungen.

Fig. 1 und 2 zeigen schematisch die Konstruktion und Wirkungsweise von zwei Ausführungsformen von Anlagen zum Erzeugen von Schlämmkreide aus Naturkreide gemäß der Erfindung·

Bei der in Fig. 1 gezeigten Anlage wird eine rohe Naturkreide in dem Zustand, in welchem sie abgebaut wurde, zusammen mit etwa 5 Gewichtsprozent Wasser und etwa 0,1 Gewichtsprozent eines Diapergierungsmittels bezogen auf das Gewicht der trockenen Rohkreide einer Kugelmühle 1 zugeführt und etwa 1t> min lang gemahlen, wobei sich die Kugelmühle in der in

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Fig· 1 bei A wiedergegebenen Stellung befindet. Nach der Beendigung des Mahlvorgangs wird die Kugelmühle angehalten und in die bei B angedeutete Stellung gedreht, so daß die Kreidesuspension aus der Kugelmühle über eine Platte 2 mit Löchern von etwa 6,5 mm Durchmesser entweichen und zu einer Hutsche bzw· einer geneigten leitung 3 gelangen kann. Sie Kreidesuspension wird einem Satz von Sieben 4, 5 und .6 von zunehmend kleinerer Maschenweite zugeführt| bei dem Sieb 4 kann es sich z.B. um ein Sieb Kr· 60 nach englischer Norm handeln, bei dem Sieb 5 um ein Sieb Nr. 100 und bei dem Sieb 6 um ein Sieb Nr* 300 nach englischer Norm« Die zu großen Materialteilchen können jeweils von der Oberfläche jedes Siebes entfernt und erneut der Kugelmühle 1 zugeführt werden, um weiter gemahlen zu werden· Die Suspension, die jetzt im wesentlichen nur Teilchen enthält, die kleiner sind, als es der Lochweite eines Siebes Nr. 300 nach englischer Norm entspricht, wird in einem Schalentrockner 7 getrocknet, und die trockenen Kreideklumpen werden mit Hilfe einer förderschnecke 8 einer Hammermühle 9 zugeführt, in der das Material zu einem feinen Pulver gemahlen wird, das nicht mehr als 0,03 Gewichtsprozent an Teilchen enthält, die größer sind als es der Lochweite eines Siebes Nr. 300 nach englischer Norm entspricht· Die pulverisierte Schlamm kreide wird mit Hilfe von Unterdruck einem Zyklonabscheider 10 zugeführt, und das trockene Pulver wird von der Luft getrennt und in einem Sack 11 gesammelt. Die Luft wird zusammen mit einer gewissen Menge an mitgerissenem Staub über eine Rohrleitung 12 einem hier nicht gezeigten Beutelfilter und von dort aus der Atmosphäre zugeführt.

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Bei der in tfig. 2 gezeigten Anlage wird die Kreidesuspension, aus der die harten Verunreinigungen entfernt worden sind, und die einen feststoffgehalt von etwa 70 Gewichtsprozent besitzt, von der Kugelmühle 1 abgegeben und einer Mühle 22 zugeführt, die ein teilehenförmiges Mahlmittel, z.B. Quarzkörner, enthält, wobei die Seilchen des Mahlmittels eine Größe im Bereich von etwa 12,5 mm bis zu einer Größe entsprechend der lochweite eines Siebes ITr. 100 nach englischer Norm haben; vorzugsweise liegen die feilchen des Mahlmittels zwischen dem Sieb Nr* -8 und dem Sieb +30 nach englischer Norm, und das Material wird in Gegenwart des Dispergierungsmittels so lange gemahlen, bis man eine Schlämmkreide aus natürlicher Kreide mit dem gewünschten Reinheitsgrad erhalten hat· Die Kreidesuspension wird dann aus der Mühle über eine gelochte Platte 23 abgezogen, deren Löcher einen solchen Durchmesser haben, daß das teilchenförmige Mahlmittel in der Mühle zurückgehalten wird. Die Suspension strömt in einen Sumpf 24, aus dem sie mit Hilfe einer Pumpe 25 einem Sprühtrockner 17 zugeführt wird, der über eine Rohrleitung 18 mit heißem Gras gespeist wird. Die Gase werden über eine Rohrleitung 19 abgeführt und einem Zyklonabscheider 20 zugeleitet, der alle mitgerissenen getrockneten Kreideteilchen von den Gasen trennt. Die dem unteren Teil des Zyklonabscheiders 20 entnommenen Teilchen werden dem Material beigefügt, das dea Trockner 17 entnommen wird, und die Gase werden an die Atmosphäre über eine Rohrleitung 21 und einen hier nicht gezeigten Beutelfilter abgeführt.

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Nachstehend wird ein Ausführungebeispiel der Erfindung mit weiteren Einzelheiten beschrieben.

Unter Benutzung einer Anlage der in Mg. 1 gezeigten Art wurden 2 Tonnen Bohkreide in eine Kugelmühle mit einer Länge Ton etwa 2,15 ο und einem Durchmesser von etwa 1,80 η eingebracht, die durch einen Motor von 20 PS Bit einer Drehzahl von 20 u/min angetrieben wurde und eine Füllung von 6 Tonnen Flintstücken bzw· Kieselsteinen enthielt, deren Abmessungen im Bereich von etwa 38 mm bis etwa 6,5 mm lagen· ferner wurden der Kugelmühle etwa 135 ltr Wasser und etwa 2 kg eines Natriumsalzes einer Polyacrylsäure zugeführt, wobei der Polymerisationsgrad der Polyacrylsäure etwa gleich 40 war; die Mühle wurde 15 min lang betrieben, um die Flintteilchen von der Kreide zu trennen. Nach Ablauf dieser Periode wurde die Mühle angehalten, und die Kreidesuspension wurde der Mühle über ein Sieb mit einer lochweite von etwa 6,5 mm entnommen· Die Suspension wurde nacheinander durch drei Siebe geleitet, und zwar ein Sieb Nr. 60, ein Sieb Hr. 100 und ein Sieb Nr· 300 nach englischer Norm· Die so gesiebte Suspension ward« in einem Sohalentrockner getrocknet, und die getrocknet· Naturkreide bsw. die Schlämmkreide wurde in einer Hammermühle gemahlen und dann in einem Sack gesammelt. Das ao hergestellt· Erzeugnis hatte eine solche Korngrößenverteilung, däB nur etwa 0,Q3£ der Teilchen größer waren, als es der lochweite eines Si^Vas Nr. 300 nach englischer Norm entspricht! 17% der Teilob&a hatten einen Äquivalenten Kugelduroheeaeer von 0,010 ma», und 34% der Teilohen hatten einen äquivalente!'. W tgeldurohmetier . weniger als 0,002 ma.

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Es wurde versucht, das soeben beschriebene Verfahren zu wiederholen, jedoch unter fortlassung des Dispergierungsmittels beim Mahlen der I'lintteilchen enthaltenden natürlichen Rohkreide, doch zeigte es sich, daß die Kreide nicht einwandfrei verarbeitet werden konnte. Insbesondere wurde die harte Ronkreide lediglich in eine etwas weichere Kreide verwandelt, und das Endprodukt bestand aus einem Teil erweichter Kreide, einem Teil nicht dispergierter Kreideklumpen und an der* Kreide haftenden tflintteilchen; außerdem hatte das Erzeugnis eine Konsistenz ähnlich derjenigen eines sehr klebrigen Kittes.

Eine Probe von Schlämmkreide, die mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Verfahrens aus natürlicher Kreide hergestellt worden war, wurde mit einer Probe einer normalen handelsüblichen Schlämmkreide aus natürlicher Kreide verglichen, deren Teilchen nicht mit einem Dispersionsmittel versehen waren. Beide Schlämmkreideproben aus Naturkreide wurden zu einer Aufschwemmung mit einem Peststoffgehalt von 78% verarbeitet; hierzu wurde eine Dispersionsmühle für Laboratoriumszwecke verwendet. Bei der normalen handelsüblichen Schlämmkreide wurde eine Dispersion innerhalb einer Stunde erzielt, während bei der aus Naturkreide hergestellten Schlämmkreide, die gemäß der Erfindung mit einem Dispergierungsmittel versehen und hergestellt worden war, die Dispersion schon nach 25 min beendet war. Beide Schlämmkreideaufschwemmungen wurden mit einer Aufschwemmung eines für Überzüge vorgesehenen Tone gemischt, die 75 Gewichtsprozent Teilchen mit einem äquivalenten Kugeldurchmesser von weniger als 0,002 mm und 0,2 Gewichtsprozent Teilchen mit einem äquivalenten Kugeldurchmesser von mehr als 0,010 mm

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enthielt; die Mengen der beiden Stoffe wurden so gewählt, wie es erforderlich war, tun ein Pigment zu erzeugen, das zu 7596 aus Ton und zu 2596 aus Naturkreide-Schlämmkreide bestand. Aus jeder Probe wurden Papierüberzugskompositionen in der üblichen Weise hergestellt, wobei 100 Gewichtsteile des Pigments verwendet wurden, sowie ein Klebstoff, der aus 10 Gewichtsteileη Stärke (Viscosol 310) und zu 10 Gewichtsteilen aus einem Styrolbutadienpolymerlatex (Dow Latex 636) bestand.

Dann wurden mit Überzügen versehene bzw. gestrichene Papierbogen unter Benutzung einer Streichmaschine mit nacheilender Klinge hergestellt, wobei die Laufgeschwindigkeit des Papiere etwa 460 m/min betrug, und wobei die Maschine so eingestellt war, daß der Überzug ein Gewicht von 10 g/m erhielt· Die maßgebenden Eigenschaften der mit diesen Überzügen versehenen Bogen sind in der folgenden !Tabelle zusammengestellt.

Glanz: I.G.T.-TAPPI- Aufnahme-Einheiten Geschwindigk,

m/min

Handelsübliche Schlämmkreide

ohne Dispergierungsmittel 32,!? 95 Gemäß der Erfindung hergestellte Schlämmkreide 37,6 108

Patentansprüche1

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Herstellen von Schlämmkreide zur Verwendung bei der Herstellung von Papierüberzngskompositionen, dadurch gekennzeichnet, daß eine harte Verunreinigungen enthaltende rohe Natankreide in einem wässerigem Medium bei einem jpeststoffgehalt im Bereich von 60 bis 75 Gewichtsprozent und in Gegenwart von 0,05 bis 0,50 Gewichtsprozent eines Dispergierungsmittels bezogen auf das Gewicht der Rohkreide genügend lange gemahlen wird, so daß man eine strömungsfähige Suspension der natürlichen Kreideteilchen erhält, daß die strömungsfähige Suspension der natürlichen Kreideteilchen von den harten Verunreinigungen getrennt wird, und daß die von den harten Verunreinigungen befreite Suspension der Kreideteilchen dann getrocknet wird, so daß man eine aus natürlicher Kreide hergestellte Schlämmkreide erhält, auf deren Teilchen ein Dispergierungsmittel abgelagert ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rohe Natrukreide in einem wässerigen Medium gemahlen wird, das 0,05 bis 0,20 Gewichtsprozent des Dispergierungsmittels bezogen auf das Gewicht der Rohkreide enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreideteilchen, aus denen die harten Verunreinigungen entfernt worden sind, weiter gemahlen werden, so daß man eine Schlämmkreide erhält, die nicht mehr als

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0,05 Gewichtsprozent Teilchen enthält, die größer sind, als es der Lochweite eines Siebes Nr. 300 nach englischer Norm entspricht,

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Dispergierungsmittel aus der Gruppe gewählt ist, die Salze von Polyphosphorsäuren, Salze von Polykieselsäuren, Salze von Polyacrylsäuren, Salze von Polymethacrylsäuren, Dinaphthylmethansulfonate, Lignosulfonate und Alginate umfaßt.

!j. Papierüberzugsicomposition, die als Pigment Schlämmkreide enthält, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Schlämmkreidepigment um aus natürlicher Kreide hergestellte Schlämmkreide handelt, auf deren Teilchen ein Dispergierungsmittel abgelagert worden ist, und daß die Schlämmkreide mit Hilfe eines Verfahrens nach Anspruch 1 bis 4 hergestellt worden ist.

Der Patentanwalt:

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