DE3230737C2

DE3230737C2 - Stabile Suspension von calciniertem Ton und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE3230737C2
Application number: DE3230737A
Authority: DE
Inventors: Peter Morris N.J. Economou; John F. Middlesex N.J. Gergel; Thomas D. Hunterdon N.J. Thompson
Original assignee: Georgia Kaolin Co Inc Elizabeth Nj Us
Current assignee: Georgia Kaolin Co Inc Elizabeth Nj Us
Priority date: 1982-03-10
Filing date: 1982-08-18
Publication date: 1984-04-12
Also published as: CA1204363A; GB2116532B; DE3230737A1; GB2116532A; JPS58163613A; FR2523029A1; US4374203A

Abstract

Es wird eine stabile Aufschlämmung von calciniertem Ton beschrieben. Es wird weiterhin ein Herstellungsverfahren für diese Aufschlämmung beschrieben, bei dem man zu einer Suspension des calcinierten Tons, die mindestens 50% Ton in wäßrigem Medium enthält, etwa 0,30 bis 0,49 Gew.-% eines anionischen Polymeren und etwa 0,007 bis 0,011 Gew.-% eines kationischen Polymeren in der Aufschlämmung zusetzt.

Description

Die Erfindung betrifft eine stabile Suspension von calciniertcm Ton und Insbesondere eine stablln Aufschlämmung von calciniertem Ton. die in Tankwagen und Lastwagen ohne schädliche Absetzungscrschcingungen transportiert werden kann und die durch herkömmliche Einrichtungen leicht aus dem Transporttank gepumpt werden kann. .r,

Kaolin ist ein gut bekanntes anorganisches Pigment, das als Füllstoff In Papier oder als Überzugsmittel für Papier, als Pigment in Anstrichfarben, Kautschuken, Harzen und anderen Materialien verwendet wird. In seinem natürlich vorkommenden Zustand ist es die Form >o eines Iiydratisierlen Aluminiumoxids mil im allgemeinen hexagonaler blättchcnartiger Konfiguration. Kaolin wird in seiner natürlichen hydratisiertcn Form in großen Mengen verwenden. Bei der Calcinierung verliert jedoch das Kaolin sein llydralationswasser und es wird heller als das >^r> natürlich vorkommende hydratisierte Kaolin. Es trägt daher bei daraus hergestellten Überzugsmassen bzw. Überzügen zu einem höheren Trübungsgrad bei. Wenn Kaolin einmal dehydratisiert worden ist, dann kehrt es beim Kontakt mit Wasser nicht In die hydratisierte Form mi zurück, sondern behält seine neuen Eigenschaften bei.

Da calcinierter Kaolin in großen Tonnenmengen verwendet wird, ist es an/usireben. Ihn in Tankwagen oder Tanklasiwagen «ic viele andere Pigmente und Extender in Form von Aufschlämmungen mit hohem Feststoffe- ^h'< halt /u transportieren. Nachteiligerweise hat calclricncr Kaolin in Aul'schlämmungsform eine extrem hohe DlIalanz unil es können nur sehr müßige Fcststoligehaltc erhalten werden (Feststoffgehalte von 50 bis 65%). Bcä diesen mäßigen FestslolTgehalten treten beim Transport von calciniertem Kaolin als Aufschlämmung zwei schwerwiegende Nachtelle auf. Der erste dieser Nachteile besteht in einem Dilatanz-Abseizen, wenn die Aufschiämmungen ohne Durchbewegung bzw. Rühren stehen gelassen werden. Der zweite schwerwiegende Nachteil besteht darin, daß die Aufschlämmungen eine zu große Dilatanz haben, als daß sie durch herkömmliche Einrichtungen aus Tanks gepumpt werden könnten.

Dieses Problem ist der Gegenstand ausführlicher Untersuchungen gewesen und es ist seit langem in der einschlägigen Industrie erkannt worden. Einl^« Versuche, dieses Problem zu lösen, haben sich in der Patentliteratur niedergeschlagen. So wird beispielsweise gemäß der US-PS 38 46 147 versucht, dieses Problem dadurch zu lösen, daß man zu Suspensionen aus calciniertem Ton mit einem Feststoffgehalt von mehr als 40% ein Alkalisierungsmlttel in einer genügenden Menge, daß ein pH-Wert von mindestens 8 erhalten wird und die Aufschlämmung stabilisiert und pumpfähfg gemacht wird, zusetzt. Unter den genannten Alkallslerungsmilteln sind Natriumpyrophosphat (TSPP), Kaliumtrlpolyphosphat (KTPP), Natriumcarbonat (NaCOO und bestimmte anionische Polymere. Gemäß der US-PS 40 17 324 wird vorgeschlagen, dieses Problem dadurch zu lösen, daß man 8 bis 33'/i% hydratlslerten Kaolinton zu dem calcinierten Ton zusammen mit einem Suspendlerungsmltiel, wie Bentonltton, Hydroxyethylcellulose, Melhylcellulose, Carboxymethylcellulose, und einem Disperglerungsmittel, wie einem nicht-ionogenen Netzmittel, einem anionischen Netzmitte! oder einem Alkanolamin, zusetzt. Nachteiligerwelse Ist keine der vorgeschlagenen bekannten Methoden vollständig erfolgreich gewesen, um dieses Problem zu lösen. Die Vorschläge sind zwar in einigen Fällen bis zu einem bestimmten Ausmaß wirksam, jedoch In 'inderen Fällen vollständig unwirksam.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die obigen Mängel zu überwinden und insbesondere eine stabile Suspension von ealclnlcrtem Ton zui Verfügung zu stellen, die von Absetzerscheinungen frei ist und die eine gute Transportfähigkeit aulweist, beispielsweise durch herkömmliche Einrichtungen aus Tanks gepumpt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einer Suspension der oben erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Suspension mindestens 50 Gew.-% calcinierten Ton in einem wäßrigen Medium in Gegenwart von 0,30 bis 0,49 Gew.-'\, eines anionischen Polymeren und 0,007 bis 0,011 Gew.-% eines kationischen Polymeren in der Aufschlämmung enthält.

Erfindungsgemäß kann somit das mit der Dilatanz in calcinieren Tonen verbundene Problem, das den Transport der Aufschlämmung behindert, eliminiert werden, Indem man Kombinationen von kationischen und anionischen Polymeren in den Aufschlämmungen des calcinierten Tons verwendet. Diese Kombination In geeigneten Mengen ergibt eine minimale Absetzung des Kaolins in dem Tank, während der Dllatanzeffekt mlnlmallsiert wird, so daß die Aufschlämmung durch herkömmliche Einrichtungen pumpbar gemacht wird. Beide Wirkungen konnten nach dem Stand der Technik noch nicht erhalten werden.

Die Erfindung wird in den Beispielen erläutert. Diese wurden anhand von identischen Tonzusammensetzunger. durchgeführt. Wenn keine Verdickungsmittel oder Suspendierungsmlttel bei der Herstellung von calclnlerten Tonen mit sowohl leiner Teilchengröße als auch gro-

ber Teilchengröße verwendet werden, dann werden die Ergebnisse erhallen, die in den Beispielen 1 und 2 beschrieben werden.

In den Beispielen wurde als feiner Ton ein calcinierter feiner Ton mit einer Teilchengröße von 80% unterhalb einem äquivalenten Kugeldurchmesser von 2 μπι, 95% unterhalb 5 μΐη und 100% unterhalb 10 μΐη verwendet. Der verwendete grobe Ton war ein calcinierter grober Ton mit einer Teilchengröße von 52% unterhalb einem äquivalenten Kugeldurchmesser von 2 μπι, 85% unterhalb 5 pm und 95% unterhalb 10 μπι.

Fortsetzung

	Beispiel 1	mPa	■ S	18 JO-⁵^ bei 100 Upm
	• Ton mit feiner Teilchengröße,	50
Calcin'erter	Feststoffgehalt 50%	38
	Brookfield-Viskosität Herkules-Viskosität	50
	Upm	68
10
20
50
100

Beispiel 2

Calcinierter Ton mit grober Teilchengröße, Feststoffgehalt 55'V,

Brookfield-Viskosität
Upm mPa ·

Herkules-Viskosität

55
50

18 ]0 ^5vbei 150 Upm

Brookfield-Viskosität
Upm mPa · s

Herkules-Viskosität

52
67

Wie in den Beispielen 1 und 2 gezeigt wird, können die calclnienen Tone mit feiner Teilchengröße nicht bei einem so hohen Feststoffgehalt kleingemacht werden wie calciniene Tone mit grober Teilchengröße. Selbst dann, wenn der calcinierte Ton mit kleiner Teilchengröße mit niedrigerem Feststoffgehalt kleingemacht wird, dann zeigt er eine größere Dilatanz, wie sich durch die Hercules-Viskometerablesungen ergibt.

Beispiel 3

Tabelle, Probe 2A

1. Zu 1133,5 g Wasser wurden langsam 137 g calcinierter Ton mit feiner Teilchengröße zugesetzt. Es wurde gerührt, bis der Ton vollständig benetzt und dispergiert worden war (ungefähr 15 min).

2. Es wurden 1 g einer l%igen Lösung eines 50%igen quaternären Polyamine langsam zugesetzt und es wurde 10 min lang gerührt.

Es wurden 1,5 g einer 27,5%igen Feststofllösung eineij Säure enthaltenden vernetzten Acrylemulsionscopolymeren zugesetzt und es wurde 5 min lang gerührt.

4. Es wurde mit NaOH auf einen pH-Wert von 8,0 eingestellt.

Die erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabelle zusammengestellt.

Tabelle -	Kombinationen von	kationischen	und anionischen Polymeren
Proben			Brookfield-Viskositäl Bemerkungen
			mPs ■ s
			10 Upm 100 Upm

21	000	9	500
13	000	4	600
11	000	5	000
3	400		950
1	050		330
3	800		920

Kontrollprobe von feinem Ton 50

mit einem FeststofTgehalt von 50% 1 A 0,49% (1)*), pH 8,0
1 B C,49%(1) + 0,004% (2)*)
1 C 0,49% (1) + 0,007% (2)
1 D 0,49% (1) + 0,011% (2)

1 E 0,49% (1) + 0,013% (2)

2 A 0,30% (1) + 0,007% (2)

Kontrollprobe von grobem Ton 55

mit einem Feststoffgehalt von 55%

3 A (1,45% (1), pH 8,0

3 B 0,45% (1) + 0,007% (2)

3 C 0,45% (1) + 0,0ü7%(2)

3 D 0,45% (1) + 0,007% hochmolekulares.

stark kationisches quaternisiertcs Acrylpolymeres

*) II) Säure enthüllendes vernemes Acrylemulsionscopolymeres (2) 5O'/niges quiilernarcs l'olyamin

8	300	2	510
3	000		820
4	100	1	100
5	000	1	310

extreme Dilatanz, rasches Absetzen

kein Absetzen, Dilatanz

kein Absezten, Dilatanz

kein Absetzen, weniger Dilatanz

weiches Absetzen, weniger Dilatanz

weniger oder kein Absetzen,
Herkules-Viskosität 18 Dyn bei 260 Upm

extreme Dilatanz, rasches Absetzen

kein Absetzen, jedoch Dilatanz

beste Ergebnisse hinsichtlich der Dilatanz

und des Absetzens

geringes Absetzen, mäßige Dilatanz

geringes Absetzen, müßige Dilatan/.

e Ergebnisse der vorstehend angegebenen Tests zeiblgendes:

Wenn ein oder mehrere nicht-ionogene Verdicker allein verwendet werden, dann kann die Viskosität genügend erhöht werden, daß ein Absetzen verhindert wird, jedoch wird die Dilatanz der Aufschlämmung erhöht anstelle von vermindert. Dies ist nicht zufriedenstellend.

Kombinationen von nicht-ionogenen Verdickern und kationischen Polymeren werden zur Kontrolle der Viskosität verwendet. Das Absetzen eines harten Kuchens kann wirksamer vermindert werden als bei Verwendung von entweder den nicht-ionogenen Verdickern oder den kationischen Polymeren allein. Kombinationen von Celluloseprodukten und kationischen Polymeren neigen dazu, die Thixotropizität zu erhöhen.

Anionische Polymere, wie ein Säure enthaltendes, vernetztes Acrylemulsionscopolymer^s. neigen dazu, sich ähnlich wie nicht-ionogene Verdicker zu verhalten, sie sind aber stärker thixotrop, und sie können daher das Absetzen bei niedrigeren Viskositäten verhindern.

4. Kombinationen von nicht-ionogenen Verdickern und anionischen Polymeren zeigen keinen besonderen Vorteil über die unabhängige Verwendung dieser Viskositätsmodifizierungsmiitel.

Kombinationen von kationischen und anionischen Polymeren ergeben die besten Aufschlämmungen von calciniertem Ton. Die geeignete Kombination ίο gibt eine minimale Absetzung bei einer Minimalisierung der Dilatanz, wie sich aus Beispiel 3, Tabelle, Probe 2 A, ergibt.

Die Kombination von kationischen und anionischen Polymeren scheint die Nachteile der Einzelbestandteile zu korrigieren. Das Verhältnis von kationischem Polymeren zu anionischen Polymeren liegt vorzugsweise im Bereich von 0,30 bis 0,49% anionischem Polymeren (auf das Gewicht bezogen) in der Aufschlämmung zu 0,007 bis 0,01K kaiionischem Polymeren (auf das Gewicht bezogen) in der Aufschlämmung.

Claims

Patentansprüche:

1. Stabile Suspension von calciniertem Ton, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens 50 --, Gew.-¹V. calcinierten Ton In einem wäßrigen Medium in Gegenwart von 0,30 bis 0,49 Gew.-% eines anionischen Polymeren und 0,007 bis 0,011 Gew.-¹V, eines kationischen Polymeren in der Aufschlämmung enthält. H)

2. Stabile Suspension von calciniertem Ton nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das anionische Polymere in einer Menge von 0,30 Gew.-% und das kationische Polymere in einer Menge von 0,007 Gew.-% vorhanden sind. r,

3. Stabile Suspension von calciniertem Ton nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das anionische Polymere ein Säure enthaltendes, vernetztes acrylisches Eniulsionscopolymeres ist und das kationische Polymere ein kationischer Polyelektrolyt » vom quaternären Polyamintyp, der etwa 5O'\. quaternäres aliphatisches Polyamin enthält, ist.

4. Verfahren zur Herstellung einer stabilen Suspension von calciniertem Ton nach den Ansprüchen I bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß v>

(a) calcinierter Ton in Wasser mit einem Disperglerungsmittel vermischt,

(b) 0,30 bis 0,49"i, anionisches Polymeres und 0,007 bis 0.01 \% kationisches Polymeres, bezogen auf das Gewicht der Aufschlämmung des calcinierten Tons, unter Durchrühren bzw. Durchbewegen der Aufschlämmung zugesetzt und

(c) der pH-Wert auf 7 bis 8 eingestellt wird.