DE3511945C2

DE3511945C2 -

Info

Publication number: DE3511945C2
Application number: DE19853511945
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Gypsum Research SA
Current assignee: Gypsum Research SA
Priority date: 1985-04-01
Filing date: 1985-04-01
Publication date: 1987-10-15
Also published as: DE3511945A1

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Streichpigmenten für Papier, Pappe und Karton aus Gips durch eine Vermahlung auf eine Teilchengröße von weniger als 5 µm.

Als Streichpigmente für Papier, Pappe und Karton werden vorzugsweise Kaolin und in zunehmendem Maße auch Calciumcarbonat in Form von gemahlener Kreide oder gemahlenem Kalkstein verwendet. In wesentlich geringerem Umfang werden auch künstliche Aluminiumsilikate, Titandioxid, Satinweiß (Calciumsulfoaluminat), Talkum, Bariumsulfat, Magnesiumcarbonat, Calciumsilikat und Gips verwendet. Gipse werden wenig verwendet, in erster Linie weil sie etwas wasserlöslich sind und der gelöste Anteil unangenehme Nebenreaktionen z. B. Umsetzung des Harzleimes zu Calciumresinat hervorrufen kann. Weiterhin müssen sie aus felsartigem Gipsgestein hergestellt werden und bieten daher gegenüber Streichpigmenten aus Kalkstein keine wirtschaftlichen Vorteile.

Insbesondere durch den in steigenden Mengen anfallenden feuchten, feinteiligen Rauchgasgips bietet sich an, diesen wertlosen Reststoff aus der Rauchgasentschwefelung in erhöhtem Maße einzusetzen, insbesondere dort wo die geforderte Qualität für das Papier, die Pappe und den Karton dies gestatten. Die unangenehmen Nebenreaktionen der Gipse bei der Harzleimung können durch neuentwickelte Leimungsmittel, gegebenenfalls in Verbindung mit Hydrophobierungsmitteln überwunden werden, so daß dem erhöhten Einsatz von Gips als Streichpigment für Papier, Pappe und Karton prinzipiell nichts mehr im Wege steht.

Aus TAPPI Monbograph Series No. 20, Paper Coating Pigments geht hervor, daß natürliches Calciumsulfat-Dihydrat (Gips) sowie Anhydrit gelegentlich in feinvermahlenem Zustand als weißes Pigment für Pappen und Spezialitäten verwendet wurden. Dies läßt jedoch noch keine Rückschlüsse darauf zu, daß auch Rauchgasgips, der meist eine völlig andere Zusammensetzung und Korngröße aufweist, ebenfalls für solche Zwecke geeignet ist. Es war nicht vorherzusehen, daß nur Rauchgasgipse mit überwiegend blättchenförmiger Struktur, wie sie bei einigen speziellen Rauchgasentschwefelungsverfahren anfallen, überraschend gute Ergebnisse liefern.

In Zement-Kalk-Gips 36, Nr. 5, Seite 273 ist erwähnt, daß die Feinstvermahlung von zu Halbhydrat gebranntem Rauchgasgips die Qualität von Spachtelmassen verbessern kann, die hierbei nicht die Feinteiligkeit, sondern nur das thixotrope Fließverhalten stört. Hieraus können keine Rückschlüsse auf die Verwendbarkeit speziell vermahlener Rauchgasgipse mit überwiegend blättchenförmiger Struktur als Streichpigment gezogen werden.

Aus der japanischen Patentveröffentlichung 56-57 852 ist bekannt, ein grobes Gipsprodukt in wäßriger Lösung mit einem Alkali- oder Erdalkalisalz einer kondensierten Phosphorsäure zu behandeln und das so erhaltene Produkt als Füllstoff für Papier zu verwenden.

Aus dem Wochenblatt für Papierfabrikation 65 (1934), Nr. 9, Seiten 148 und 149 geht hervor, daß gewisse Gipse zur Füllung und Veredelung feiner Papiere benutzt worden sind. Auch hieraus geht nicht hervor, daß speziell vermahlener Rauchgasgips mit überwiegend blättchenförmiger Struktur als Streichpigment verwendet werden kann.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Herstellung von Streichpigmenten für Papier, Pappe und Karton aus Gips zu entwickeln, welches einfach und wirtschaftlich durchführbar ist und dabei zu Produkten führt die bezüglich ihrer Verarbeitbarkeit und der dabei erzielten Papierqualitäten dem bisher hauptsächlich verwendeten Kaolin möglichst nahe kommt.

Diese Aufgabe kann erfindungsgemäß dadurch gelöst werden, daß als Ausgangsmaterial ein Rauchgasgips mit überwiegend blättchenförmiger Struktur und einem Reinheitsgrad von mindestens 96% eingesetzt wird, welcher in ungemahlenem Zustand folgende Korngrößenanalyse aufweist:
90 bis 200 µm: weniger als 15%,
63 bis 90 µm: ca. 20 bis 25%,
40 bis 63 µm: ca. 20 bis 25%,
kleiner als 40 µm: ca. 40 bis 60%,
sowie einen Chloridgehalt von weniger als 100 ppm, einen Calciumsulfitgehalt von weniger als 0,25% und einen pH-Wert von 5 bis 9 aufweist, bei dem über einen Hydrozyklon der grobe Kornanteil über 90 µm vor der Vermahlung weitgehend entfernt wird.

Vorzugsweise wird der Rauchgasgips naß in Perlmühlen gemahlen. Hierbei zeigt sich als wesentlicher Vorteil, daß der feuchte Rauchgasgips nicht vorher getrocknet werden muß, sondern so wie er anfällt mit Verdünnungswasser direkt der Perlmühle zugeführt werden kann.

Es empfiehlt sich, den Rauchgasgips in Perlmühlen naß mit einer Teilchengröße von mindestens 75% kleiner als 2 µm, einem Weißgrad von mehr als 85% und einem Feststoffgehalt in der Suspension von mehr als 60% zu vermahlen.

Vorzugsweise beträgt der Weißgrad sogar mehr als 90%. Überraschenderweise wurde festgestellt, daß der Weißgrad bei der erfindungsgemäßen Vermahlung um 5 bis 10% ansteigt. Der hohe Weißgrad ist sowohl für Füllstoffe als auch für Streichpigmente von entscheidender Bedeutung.

Um die Eigenschaften des erfindungsgemäß vermahlenen Rauchgasgipses zu optimieren, kann man vor oder nach der Mahlung einer oberflächenaktive Substanz, ein Dispergiermittel, ein Bindemittel, ein Fixiermittel, ein Antischaummittel, ein Hydrophobierungsmittel oder Gemische derselben zusetzen.

Als Zusätze kommen insbesondere in Frage Hexamethaphosphate, Polyacrylate in Mengen von 0,1 bis 0,3%, um eine dünne Konsistenz bei hohem Füllgrad zu erhalten. Zur Fixierung des Striches und der Gipsteilchen auf dem Papier eignen sich insbesondere Celluloseether, Carboxymethylcellulose, Methylcellulose und Stärke-Derivate, sowie synthetische Bindemittel wie Styrol-Butadien-Dispersionen, Acrylester-Dispersionen, Vinylacetat-Dispersionen. Diese Zusätze werden meist in Mengen von 1 bis 5% zugesetzt. Auch als Antischaummittel kommen die bei der bisherigen Papierherstellung üblichen Schaumverhüter und Schaumzerstörer in Frage. Hydrophobierungsmittel, wie z. B. Silicone, drängen die Nebenreaktionen von Gips mit den Harzleimen zurück.

Besonders bewährt haben sich Mischungen des erfindungsgemäß vermahlenen Rauchgasgipses mit bis zu 10% Kaolin, da sich diese Gemisch besonders gut verflüssigen.

Der Vorteil der erfindungsgemäß hergestellten Streichpigmente ist nicht nur die gute Qualität und der hohe Weißgrad, sondern auch die relativ niedrige Füllstoffmenge von ca. 6 bis 8 Gew.-% im Papier. Von weiterem Vorteil ist die geringe Härte dieses Füllstoffes (mosh 2), die geringe Abbrasion und die geringere Dichte im Vergleich zu Kaolin, Talkum, Bariumsulfat, Calciumsulfat und Kreide. Dies hat zur Folge, daß Papier, Pappe und Karton mit den erfindungsgemäß hergestellten Streichpigmenten leichter sind als herkömmliche Papiere.

In dem nachfolgenden Beispiel ist das erfindungsgemäße Verfahren und die Anwendung der erfindungsgemäß hergestellten Produkte näher erläutert; die pH-Wertermittlung erfolgte entsprechend der DIN ISO-Norm 787 Teil 9.

Beispiel 1

Rauchgasgips nach dem Babcock/Kawasaki-Verfahren hat folgende Zusammensetzung:

freie Feuchtigkeit im Anfallzustand: 8%
Reinheitsgrad 97,3% CaSO₄ · 2 H₂O
Korngrößenanalyse (Laser-Granulometrie)

Korngröße
kleiner als µmGew.-% 200100 96 87,6 64 67,5 48 54,6 32 33,6 24 22,3 16 14,9 12 10,5 8 7,7 6 5,7 4 4,5 3 3,7 2 2,5 1 0,7

Teilchenstruktur: Überwiegend blättchenförmig
Schüttgewicht lose: 968 g/l
Chloridgehalt: 35 ppm
Calciumsulfitgehalt (CaSO₃ · 1/2 H₂O): 0,1%
pH-Wert: 6
Weißgrad: 86%

Das Material wurde in einer Perlmühle naß vermahlen auf eine Korngröße von weniger als 5 µm. Der Weißgrad des Rauchgasgipses stieg nach der Vermahlung von 86% auf 91%.

Eine weitere Probe wurde in einer Perlmühle naß bis zu einer Teilchengröße von 82% kleiner als 2 µm vermahlen. Der Weißgrad stieg dabei auf 94% und der Feststoffgehalt in den Suspensionen betrug 62%. Bei der Zumischung von 10% Kaolin wurde eine gute Verflüssigung der Suspension erreicht. Bei Zugabe von üblichen oberflächenaktiven Substanzen, Dispergiermitteln, Bindemittel und Antischaummittel verhielt sich die Suspension in ihren Eigenschaften ähnlich einer Kaolin-Streichmasse. Die Verleimung des Papieres war mit neutralen Leimungsmitteln möglich. Die Verwendung dieser Streichpigmentmasse führte zu guten Papierqualitäten. Durch Vorreinigung über einen Hydrozyklon kann der grobe Kornanteil im Rauchgasgips (d. h. über 90 µm) vor der Mahlung weitgehend entfernt werden. Hierdurch beschleunigt sich die Feinstmahlung und steigt der Weißgrad weiter an.

Beispiel 2 (Vergleich) (nachgereich)

Rauchgasgips nach dem Knauf-Research-Cottrell-Verfahren hat folgende Zusammensetzung:

freie Feuchtigkeit im Anfallzustand: 10%
Reinheitsgrad 96,2% CaSO₄ · 2 H₂O
Korngrößenanalyse (Laser-Granulometrie)

Korngröße
kleiner als µmGew.-% 20099,9 9699,0 6496,2 4882,7 3243,2 2419,4 16 6,4 12 5,7 8 5,5 6 5,4 4 5,0 3 4,6 2 2,4 1 1,2

Teilchenstruktur: überwiegend kugel/quaderförmig
Schüttgewicht lose: 1232 g/l
Chloridgehalt: 25 ppm
Calciumsulfitgehalt (CaSO₃ · 1/2 H₂O): 0,1%
pH-Wert: 6
Weißgrad: 84%

Eine Probe wurde in einer Perlmühle naß bis zu einer Teilchengröße von 82% kleiner als 2 µm vermahlen. Der Weißgrad stieg dabei auf 91% und der Feststoffgehalt in den Suspensionen betrug 57%. Hieraus wurde eine Streichpigmentmasse entsprechend Beispiel 1 hergestellt.

Diese Streichpigmentmasse war wegen des geringen Feststoffgehaltes und wegen geringerer Streichbarkeit weniger gut als Streichpigmentmasse geeignet als das entsprechende Material gemäß Beispiel 1.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Streichpigmenten für Papier, Pappe und Karton aus Gips durch eine Vermahlung auf eine Teilchengröße von weniger als 5 µm, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsmaterial ein Rauchgasgips mit überwiegend blättchenförmiger Struktur und einem Reinheitsgrad von mindestens 96% eingesetzt wird, welcher in ungemahlenem Zustand folgende Korngrößenanalyse aufweist:
90 bis 200 µm: weniger als 15%,
63 bis 90 µm: ca. 20 bis 25%,
40 bis 63 µm: ca. 20 bis 25%,
kleiner als 40 µm: ca. 40 bis 60%,
sowie einen Chloridgehalt von weniger als 100 ppm, einen Calciumsulfitgehalt von weniger als 0,25% und einen pH-Wert von 5 bis 9 aufweist, bei dem über einen Hydrozyklon der grobe Kornanteil über 90 µm vor der Vermahlung weitgehend entfernt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Streichpigment in Perlmühlen naß auf eine Teilchengröße von mindestens 75% kleiner als 2 µm in einer Suspension mit einem Feststoffgehalt von mehr als 60% vermahlen wird.