DE2158350C3 - Verfahren zur Herstellung eines weißen Pigments für den Aufstrich von Papieren - Google Patents

Description

1407 773 beschreibt die Vermahlung von Kreide in einer Kugelmühle, wobei ebenfalls Angaben über den notwendigerweise zu erreichenden Feinheitsgrad fehlen.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines weißen Pigments für den Aufstrich von Papieren zu schaffen, das einfacher und weniger aufwendig als die bekannten Verfahren ist und bei welchem ein sehr hoher Anteil an Calciumcarbonat in Form von natürlicher Kreide verwendet werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man in einer Kugelmühle mit Mikromahlkügelchen Calciumcarbonat, welches zu 40 Gewichtsprozent aus Teilchen einer Größe unterhalb 2 Mikron besteht, in wässeriger Suspension zusammen mit einer solchen Menge Aluminiumsulfat vermahlt, die zur Bildung der Pigmentzusammensetzung unter Reaktion mit einem Teil des Calciumcarbonate gerade ausreicht.

Vorzugsweise wird das ernndungsgemäße Verfahren derart ausgeführt, daß man in die Kugelmühle eine Mischung von 100 g Kreide, bestehend zu etwa 40 Gewichtsprozent aus Teilchen einer Größe unterhalb 2 Mikron, 28 g einer Aluminiumsulfatlösung mit 8,2 Gewichtsprozent Al₂O₃ und 300 g Wasser einführt, das dabei entwickelte Kohlendioxid abzieht, den pH-Wert des Reaktionsgemischs durch Zugabe von Kalkmilch auf 10 einstellt und etwa 80 Minuten lang vermahlt, worauf durch Zugabe von Natriumfluorid Kalküberschuß ausgefällt, weiter 20 Minuten gemahlen und ein Dispersionsmittel zugegeben wird.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Pigmente erhalten, mit welchen man hochwertige Drucke mit relativ geringen Kosten erhalten kann.

Natürliche Calciumcarbonate mit mittlerem Wei3-grad besitzen gute rheologische Eigenschaften. Satinweiß sst ein Pigment, mit dem man sehr weiße, stark glänzende, undurchsichtige und glatte Überzüge erzielt, das aber einen großen Bindemittelanteil erfordert. Die Kombination von natürlichem Calciumcarbonat und Satinweiß ermöglicht es, die erwähnten Nachteile gegenseitig zu korrigieren.

Die mit dem erfindungsgemäß erhaltenen Pigment erzeugten Überzüge bzw. Aufstriche bestehen aus einer Mischung von feinen Satinweiß-Nadeln (Ettringit-Kristallen) und etwas sphärischen Calciumcarbonatpartikeln und haben eine hervorragende Obsrflächenglätte, welche das heliographische Bedrucken erleichtert. Ferner weisen sie eine bemerkenswerte Feinporigkeit auf. Die Struktur solcher Überzüge erweist sich bezüglich der Gleichmäßigkeit des Glanzes, des Weißgrades und der Abdeckfähigkeit als noch vorteilhafter als die Lamellenstruktur des Kaolins. Daher führen die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Pigmente zur Erzielung noch besserer Drucke.

Von den natürlichen Calciumcarbonaten verwendet man vorzugsweise solche mit weicher Struktur, die man generell mit dem Namen Kreide belegt (beispielsweise sedimentäre Kreide aus der Champagne, dem Pariser Becken und anderen Gebieten). Mit Kreide sind sehr leicht erhöhte Feinheiten zu erreichen und Mattierungsefiekte beim Kalandrieren zu unterdrücken.

Man kann aber auch kristalline Calciumcarbonate, insbesondere Urgon-Calcide verwenden.

Das Vermählen kann in einer Feinkugelmühle erfolgen, und zwar gegebenenfalls in Gegenwart eines Dispergiermittels wie Natriumpolyacrylat, Natriumpolyphosphat, Natriumsilikat usw. Vorzugsweise verwendet man Mahlkügelchen aus Glas oder aus SiliquarziL Oft verwendete Mahlelemente wie Ottawa-Sand sind zu vermeiden, da sie zu einer Trübuag führen.

Für das in der erfindungsgemäß hergestellten innigen Mischung von natürlichem Calciumcarbonat ίο und Satinweiß enthaltene Satinweiß kann die Näherungsformel 6 CaO · Al₂O₃ · 3 SO₃ · 31 H₂O angegeben werden.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Beispiel I

In eine Kugelmühle vom Typ »Perl Mill PM 1« der Firma Drais-Werke, welche aus Siliquarzit bestehende Mahlkügelchen von 1 mm Durchmesser enthält und

ao im wesentlichen aus einem vertikalen zylindrischen Behälter mit einem mittleren Rührer besteht, der in unterschiedlich hohen Ebenen Kronen enthält, bringt man 200 g einer Suspension von 20 Gewichtsprozent Champagner-Kreide, welche zu 40 Gewichtsprozent aus Patrikeln einer Größe unter 2 Mikron besteht. Man fügt 270 g Aluminiumsulfatlösung hinzu, welche 8,2 Gewichtsprozent Al₂O₃ enthält. Die sich dabei ergebende Reaktion setzt Kohlendioxidgas frei, das man abzieht. Man stellt den pH-Wert auf 10 ein, indem man Kalkmilch hinzugibt, um dann etwa eine Stunde: lang zu mahlen. Die Zugabe des Kalks kann ebenfalls vor der Zugabe des Aluminiumsulfats erfolgen. Anschließend bringt man Natriumfluorid ein, um den Kalküberschuß auszufällen. Anschließend wird eine zusätzliche Vermahlung von etwa 20 Minuten durchgeführt. Nun fügt man ein Dispergiermittel in wässeriger Lösung hinzu und erhält eine wässerige fließfähige Suspension, die etwa 15 % Satinweiß enthält, wobei BO⁰Zo der Pigmentteilchen eine Größe unterhalb von 2 Mikron haben.

Das gewonnene Erzeugnis, besitzt bezüglich der Feinheit und der Deckkraft bessere Eigenschaften als das Satinweiß, das man durch Reaktion von Aluminiumsulfat mit Kalk eirhält.

Beispiel II

Dieses Beispiel betrifft die unmittelbare Herstellung der innigen Mischung von Calciumcarbonat und Satinweiß, ohne zuvor erst Satinweiß herstellen zu müssen.

Ie die im Beispiel I beschriebene Kugelmühle bringt man eine Mischung ein, die sich wie folgt zusammensetzt:

Champagner-Kreide mit etwa 40 Gewichtsprozent an Partikeln einer
Größe von weniger als 2 Mikron 100 g

Aluminiumsulfatlösung mit 8,2 Gewichtsprozent Al₂O₃ 28 g

Wasser 300 g

Man geht nun gemäß Beispiel I vor (Vermahlungszeit von etwa 80 Minuten) und erhält ein Pigment mit etwa 85 Gewichtsprozent Calciumcarbonat und 15 Gewichtsprozent Satinweiß, wobei 8O°/o der Teilchen eine Größe unterhalb von 2 Mikron haben.

Das direkt gewonnene Pigment wird in geringer Schichtstärke auf einen schv/arzen Untergrund auf-

5 ^ 6

getragen, um seinen Weißgrad nrit dem von Erzeug- Man bringt in die Mühle gemäß Beispiel I eine

nissen zu vergleichen, die unter den gleichen Sedin- Mischung von 260 g Kreide, die etwa 40 Gewichts-

g'ingen gewonnen wurden, und zwar einmal mit einem prozent an Partikeln einer Größe von weniger als

Vergleichspigment (ebenfalls mit 15 °/o Satinweiß) 2 Mikron enthält, und 200 g Satinweiß-Suspension

und zum anderen mit einem klassischen Kaolin-Auf- 5 mit einem Feststoffgehalt von 21 Gewichtsprozent.

strich. Die gemessenen Weißgrade waren folgende: Man mahlt etwa 20 Minuten. Anschließend filtriert

„.. . ^ „. ,_Λ man die Suspension. Man trocknet bei einer Tem-

Direkt gewonnenes Pigment 60 ^^. _VOQ £_{te±alb 105}° C, d. h. bei einer Tem-

Vergleichspigment 50 peratur, bei der die Ettringit-Kristr.lle eine amorphe

Kaolin 45 xo Gestalt annehmen.

Man erhält also im direkten Verfahren gemäß Bei-

Die Weißgradmessung wird mit einem Elrepho- spiel II ein Pigment von wesentlich größerem Weiß-Gerät, mit Blaufilter, das nur Licht mit einer Wellen- grad. Im übrigen ist dieses direkte Verfahren besonlänge zwischen 4300 und 4600A durchläßt, ge- ders einfach und führt durch Verwendung von Kreide messen. 15 an Sielle von Kalk zu einer erheblichen wirtschaft-Das Vergleichspigment wird wie folgt hergestellt: liehen Einsparung.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines weißen Pigments für den Aufstrich von Papieren, bestehend aus einer innigen Mischung von natürlichem CaI-ciumcarbonat und Satinweiß, wobei wenigstens 80% der Teilchen eine Größe unterhalb 2 Mikron haben, enthaltend 15 bis 20 Gewichtsteile Satin-

Trotz ihies hohen Weißgrades und ihres erhöhten Abdeckvermögens werden ausgefällte Calciumcarbonate aber nur begrenzt verwendet wegen der erhöhten Viskosität der wässerigen Suspensionen.

Natürliche Calciumcarbonate werden trotz des vergleichsweise geringeren Preises gegenüber Kaolin und ausgefällten Calciumcarbonaten nur in beschränktem Umfang verwendet wegen des ungenügenden Weißgrades und ihrer Unfähigkeit, beim Kalandrieren

weiß auf 100 Gewichtsteile Calciumcarbonate io einen Glanz zu erzeugen,
dadurch gekennzeichnet, daß man in Aus der OE-PS242831 und der DT-AS 11 67467

einer Kugelmühle mit Mikromahlkügelchen CaI- sind bereits Weißpigmente auf Basis Satiuweiß bekannt. Zur Herstellung wird Kalkmilch verwendet, in die man einen Teil der zur Umsetzung erforderlichen

ciumcarbonat, welches zu 40 Gewichtsprozent
Teilchen einer Größe unterhalb 2 Mikron besteht,

in wässeriger Suspension zusammen mit einer sol- 15 Kohlensäure und dann Aluminiumsulfat zufügt, gechen Menge Aluminiumsulfat vermahlt, die zur folgt von einem weiteren Zusatz von Kohlensäure.

Die erhaltenen Produkte bestehen im wesentlichen aus Satinweiß, haben also einen sehr niedrigen Anteil an Calciumcarbonat.

Bildung der Pigmentzusammensetzung unter Reaktion mit einem Teil des Calciumcarbonats gerade ausreicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- 20 Aus der CH-PS 4 81 193 ist bereits ein Beschichkennzeichnet, daß man in d^;? Kugelmühle eine tungsmittel bekannt, das gekennzeichnet ist durch

einen Gehalt an Satinweiß und Calciumcarbonat als alkalischem Pigmentanteil und einen Gehalt an gewöhnlichem Pigment wie Tonerde und Titandioxid,

Mischung von 100 g Kreide, bestehend zu etwa
40 Gewichtsprozent aus Teilchen einer Größe
unterhalb 2 Mikron, 28 g einer Aluminiumsulfatlösung mit 8,2 Gewichtsprozent Al₂O₃ und 300 g 25 femer durch einen Gehalt an Bindemitteln und einer Wasser einführt, das dabei entwickelte Kohlen- hochmolekularen Carboxyl- oder Schwefelsäuregruppen enthaltenden Verbindung. Calciumcarbonat und Satinweiß wurden also bereits zur Bildung von Pig

menten für die Beschichtung von Papier vorgeschla-

und ein Dispersionsmittel zugegeben wird.

dioxid abzieht, den pH-Wert des Reaktionsgemischs durch Zugabe von Kalkmilch auf 10
einstellt und etwa 80 Minuten lang vermahlt, worauf durch Zugabe von Natriumfluorid Kalküber- 30 gen, jedoch enthält diese Druckschrift keine konschuß ausgefällt, weitere 20 Minuten gemahlen kreten Hinweise darauf, daß als Calciumcarbonat

natürliche Kreide eingesetzt werden kann. Auch entsprechende Mengenverhältnisangaben sind nicht enthalten.

Die US-PS 32 12 919 betrifft ebenfalls ein Pigment zur Papierbeschichtung, bei dem Satinweiß gegebenenfalls zusammen mit Calciumcarbonat verwendet wird. Das Pigment weist jedoch einen sehr hohen Anteil an Satinweiß (mindestens 70°/o) in Verbindung mit

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Herstellung eines weißen Pigments für den Aufstrich von Papieren, bestehend aus einer innigen 40 einem Bindemittel auf.
Mischung von natürlichem Calciumcarbonat und
Satinweiß, wobei wenigstens 80°/o der Teilchen eine
Größe unterhalb 2 Mikron haben, enthaltend 15 bis
20 Gewichtsteile Satinweiß auf 100 Gewichtsteile
Calciumcarbonat.

Daj gegenwärtig am häufigsten für den Aufstrich bei Papieren verwendete Pigment ist Kaolin. Dieses Erzeugnis kommt den Eigenschaften am nächsten, die mar, gegenwärtig von solchen Pigmenten fordert,

Die FR-PS 15 71 363 behandelt die Naßvermahlung von natürlicher Kreide in Gegenwart eines Dispersionsmittels, wobei Verunreinigungen entfernt und dann die Suspension getrocknet wird. Die Vermahlung geht nur so weit, daß 34°/o Teilchen einen Durchmesser unter 2 Mikron aufweisen.

In der US-PS 22 60 826 ist ein Gemisch von natürlicher Kreide und Titandioxid offenbart, das so weit naß vermählen wird, daß es frei von Calciumcarbonat-

nämlich hoher Weißgrad, große Feinheit (etwa 8O°/o 50 teilchen ist, welche größer als 6 Mikron sind. Aus der Partikeln sind kleiner als 2 Mikron), große Ab- dem Artikel von H. Hentschel in Chem. Techdeckfähigkeit und die Fähigkeit, beim Kalandrieren nologie der Zellstoff- und Papierherstellung, 1967, einer, hohen Glanz zu entwickeln. S. 582 und 583, sind bereits kleinere Teilchengrößen

Trotz: allem sind die Ansprüche an den Druck von bekannt. Die dort angegebenen Teilchengrößen von gestrichenen Papieren immer weiter gesteigert wor- 55 0,1 bis 0,3 μπι sollen jedoch nur für chemisch gefällden. Inisbesondere sucht man die Druckgeschwindig- tes Calciumcarbonat gelten und nicht für gemahlene keit zu steigern und glänzende Drucke, vor allem be- natürliche Kreide.

sonders reine Heliodrucke zu erhalten. Erwünscht Der Einsatz von Kugelmühlen zur Vermahlung

sind feirner gestrichene Papiere, die sich im Offset- von Pigmenten ist ebenfalls bereits bekannt. So ist verfahren bedrucken lassen, d. h. Papiere mit guter 60 z. B. die Vermahlung von Satinweiß und Satinweiß-Wasserfestigkeit und erhöhter Absorptionsgeschwin- zusammensetzungen in Kugelmühlen aus der US-PS digkeit. für die Druckfarbe zur Vermeidung von 14 34 227 bekannt. Aus der DT-PS 4 04 739 ist dis Makulaitur. Herstellung von Satinweiß durch Vermahlung einer

Neben Kaolin verwendet man häufig auch noch wässerigen Lösung von Alaun und gelöschtem Kalk andere Pigmente, wie beispielsweise natürliche oder 65 in einer Kugelmühle bekannt. Bis zu welchem Feinausgefällte Calciumcarbonate, welche die Kaschier- heitsgrad gemahlen werden soll, ist allerdings nicht struktur auf dem Papier ändern und die Möglichkeit offenbart. Das Endprodukt ist kein Gemisch von geben, die Feinporigkeit des Papiers einzustellen. Calciumcarbonat und Satinweiß. Auch die US-PS