DE3612087A1

DE3612087A1 - Waessrige aufschlaemmung von gips oder kreide und deren verwendung zum beschichten von papier

Info

Publication number: DE3612087A1
Application number: DE19863612087
Authority: DE
Inventors: Axel Ingemar Stenungsund Thebrin; Pia Christina Stenungsund Thebrin
Original assignee: Berol Kemi AB
Current assignee: Nouryon Surface Chemistry AB
Priority date: 1985-04-11
Filing date: 1986-04-10
Publication date: 1986-10-23
Also published as: GB2173781B; DK161586A; SE8501773D0; FI861530A; GB8608889D0; DK161586D0; FI861530A0; GB2173781A

Description

dr. V. SCHMIED-KOWARZIK · DR P. WEINHOLD · dr. P. BARZ ■ München DiPL.-iNG. G. DANNENBERG ■ dr. D. GUDEL · dipl.-ing. S. SCHUBERT · Frankfurt

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2063

Berol Kemi AB Postfach 851 S-444 01 Stenungsund SCHWEDEN

Wässrige Aufschlämmung von Gips oder Kreide und deren Verwendung zum Beschichten von Papier

Beschreib u η g

Die Erfindung betrifft eine wässrige Aufschlämmung von Gips oder Kreide, die ein anionisches oberflächenaktives Mittel als Dispergiermittel sowie ein anorganisches Phorphat oder eine organische Aminverbindung als KompI exiermi11eL enthält.

Ly Wässrige Auf schlämmungen von feinteiligem Gips (CaSO,-2H₂O) oder Kreide (CaCO,) werden zum Beschichten von Papier, in der Bauindustrie und als Füllstoffe in vielen Anwendungsbereichen eingesetzt. Um eine homogene Dispersion zu erhalten, wird gewöhnlich Carboxymethylcellulose (CMC) als Dispergiermittel zugesetzt. Wässrige Aufschlämmungen von Gips oder Kreide haben jedoch nur beschränkte Anwendung gefunden, da es schwierig ist, Aufschlämmungen mit ausreichend hohem Gips- oder Kreidegehalt und gleichzeitig niedriger Viskosität sowie hoher Stabilität herzustellen. Normalerweise ist bei derartigen Auf schLämmungen ein Trockengehalt von etwa 65 bis 80 Gewichtsprozent erwünscht.

Es wurde nun gefunden, daß es möglich ist, die Viskosität von wässrigen Gips- oder Kreide-Auf schlämmungen mit einem Trockengehalt von gewöhnlich etwa 50%, in manchen Ausführungsformen 70% oder mehr, gegenüber entsprechenden Aufschlämmungen, die CMC als Dispergiermittel enthalten, zu verringern.

Die erfindungsgemäßen Aufschlämmungen enthalten neben feinteiligem Gips oder Kreide und Wasser ein Dispergiermittel in Form eines oberflächenaktiven organischen Sulfonats oder Sulfats in einer Menge von 0,2 bis 3, vorzugweise 0,4 bis 1,5 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der Zusammensetzung, und ein Komplexiermittel in Form eines anorganischen Phosphats oder einer organischen Aminverbindung in einer Menge von 0,1 bis 3, vorzugsweise 0,2 bis 1,5 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der Zusammensetzung.

Der Grund für diese überraschende Viskositätsverringerung

ist nicht bekannt. Nach einer Theorie wirken die zweiwertigen Kationen in der Aufschlämmung als Kupplungsglieder zwischen anionischen Stellen der Gips- bzw. Kreide-Teilchen und der anionischen Verbindung. Auf diese Weiseentsteht eine bimolekulare Schicht und eine elektrostatische Disp-ersion der Teilchen wird ermöglicht. Gips- oder Kreide-Aufschlämmungen enthalten stets eine gewisse Menge an Ca Ionen, da Gips und Kreide gen'ngfügi g wasserlöslich sind. Aufgrund der Fähigkeit des Komplexiermittels, mit Ca einen Komplex zu bilden, wird nach dieser Theorie angenommen, daß die Funktion von Ca als Kupptungsg I ied erleichtert wird. In vielen Fällen ist die Menge an Ca ungenügend im Vergleich zur Gesamtmenge an Kationen in der wässrigen Phase, so daß in diesen Fällen weitere ' zwei - oder mehrwertige Kationen in die Aufschlämmung eingebracht werden sollten. Vorzugsweise erfolgt dies dadurch, daß man die anionische Verbindung in Form eines zweiwertigen Salzes, vorzugsweise Ca , zusetzt.

Geeignete anionische oberflächenaktive Sulfonate und Sulfate sind z.B. von a( -0 lef i nen mit 8 bis 22 Kohlenstoffatomen abgeleitete e^-Olefinsulfonate, Alkylsulfate mit 8 bis 22, vorzugsweise 12 bis 18 Kohlenstoffatomen und A Iky IbenzoIsuIfonate mit 10 bis 30, vorzugsweise 12 bis 24 Kohlenstoffatomen. Diese können sowohl als Salze als auch als Säuren vorliegen, wobei Salze mit zweiwertigen Kationen, z.B. Calcium oder Magnesium, bevorzugt sind.

Beispiele für geeignete anorganische, komplexierende Phosphate sind herkömmliche komp lexierende Phosphate, wie Tetranatriumpyrophosphat, Natriumhexametaphosphat, Trinatriumphosphat, Natriumhydrogenpyrophosphat, Natriumtripolyphosphat und die entsprechenden Kaliumverbindungen. Von diesen Verbindungen sind Tetranatriumpyrophosphat, Natriumhexametaphosphat und Trinatriumphosphat bevorzugt.

Die komplexbildenden organischen Aminverbindungen umfassen

beliebige herkömmLiehe KompLexiermitte L aus dieser Gruppe und insbesondere Aminverbindungen mit mindestens einem primären oder sekundären Stickstoff und mindestens einer Hydroxylgruppe, wie z.B. Monoethanolamin, Di ethano lamin, Hydroxypiperaziη und Aminoethylethanolamiη. Hiervon sind Hydroxypiperaziη und Aminoethylethanolamiη bevorzugt.

Gips in feinteiliger Form wird in großen Mengen bei der Herstellung von Phosphorsäure aus phosphat ha Itigen Mineralien durch Rekristallisation erhalten. Als Kreide eignet sich z.B. gefällte Kreide, jedoch können auch andere Kreidequalitäten angewandt werden. Die Auswahl der Gips-

und Kreidequalitäten richtet sich selbstverständlich nach dem beabsichtigten Verwendungszweck der Aufschlämmung. Die Teilchengröße und Teilchengrößenverteilung beeinflussen wesentlich die Viskosität der Aufschlämmung. Die durchschnittliche Teilchengröße liegt gewöhnlich unter 100 ^m, vorzugsweise unter 25 ^m. Eine Teilchengrößenverteilung mit einem hohen Anteil an Feinbestandteilen erleichtert eine dichte Packung der Teilchen und auch die Herstellung von Aufsch lämmungen mit hohen Fül IstoffgehaL ten bei geeigneten Viskositäten. Eine geeignete Mahltechnik, um die gewünschte Teilchengrößenverteilung zu erzielen, ist in der internationalen Patentanmeldung Nr. 83/04046 beschrieben. Feinteiliges Material kann auch dadurch erhalten werden, daß man die wässrige Aufschlämmung selbst mahlt. Die Menge an Gips und/oder Kreide in der Aufschlämmung beträgt normalerweise etwa 65 bis 85 Gewichtsprozent.

Zusätzlich zu den genannten oberflächenaktiven anionischen Verbindungen und Komplexiermitte In kann die Aufschlämmung gegebenenfalls übliche Additive enthalten, z.B. Bakterizide, Entschäumungsmittel, pH-Regler und Stabilisatoren. In manchen Fällen kann die mit dem Dispergiermittel allein erzielte Stabilisierung durch Zusatz von ergänzenden Stabilisatoren noch zusätzlich

verbessert werden. Derartige Stabilisatoren sind hauptsächlich Tone^z.B. hydrophobi si erter Bentonit. Andere verwendbare Stabilisatoren sind Celluloseether, wie CMC, Methyl ce I Iu lose und Et hyIhydroxyceI Iu lose. Die genannten Celluloseether zeichnen sich aucti durch eine wünschenswerte Wasserretention aus. Die Stabilisatormenge beträgt vorzugsweise 0,02 bis 0,5, insbesondere 0,05 bis 0,3 Gewichtsprozent der Auf schlämmung.

Die erfindungsgemäßen Auf sch lämmungen können neben Gips und/oder Kreide noch andere teiIchenförmige Materialien enthalten, z.B. Talcum und Tone. Diese zusätzlichen Teilchenmaterialien können während der Formulierung der erfindungsgemäßen Aufschlämmung zugesetzt werden. Diese Verfahrensweise empfiehlt sich dann, wenn die Menge an zusätzlichem TeiLchenmateria I gering ist. Eine andere Verfahrensweise zur Herstellung einer wässrigen Aufschlämmung, die zusätzliches Teilchenmaterial enthält, besteht darin, dessen Aufschlämmung mit einer erfindungsgemäßen Aufschlämmung zu vermischen.

Beispiel

100 Teile feinteiliger Gips (Versuche 1 bis 19 und

Referenzen A bis D) oder Kreide (Versuche 20 und 21 und

Referenzen E und F) mit einem Wassergehalt von

25 Gewichtsprozent und einer Teilchengröße von 1 bis 25 pm werden mit einer anionisehen oberflächenaktiven

Verbindung und einem Komplexiermittel in Form eines anorganischen Phosphats oder einer organischen

Aminverbindung sowie mit Natriumhydroxid und zusätzlichem

Wasser derart versetzt, daß der pH 9 beträgt und der

in der folgenden Tabelle angegebene Trockengehalt erzielt wird. Die Mischung wird unter schnellem Rühren dispergiert

Die Viskosität der erhaltenen Dispersion wird mit einem Brookfield RLV-Viskosimeter bei 30 und 60 U/min bestimmt. Die Stabilität wird visuell nach 24 Stunden mit 1 oder 2 bewertet, wobei 1 bedeutet, daß keine Phasentrennung erfolgt, während 2 bedeutet, daß zwei getrennte Phasen zu beobachten sind.

Tabelle

Versuch Anipnisches g/kg Komplexier-Tensid Teilchen- mittel material g/kg Trocken-Teilchen- gehalt material (Gew.-%)

Viskosität U/min 60 U/min

Stabilität

Ca-dodecyI-benzo Isu Lfonat

2 3 4 5 6 7 δ 9

10 11

12 13

10

1G

10

Na₄-pyrophosphat 67,0

11

DodecylbenzoI-su Ifonsäu re

^^a ~^14-16~ ^ ^ lefi nsuIfonat

Na.-

ο metaphosphat

Na₄-pyrophosphat

Na₆-metaphosphat

Na₄-

pyrophosphat

₆ metaphosphat

pyrophosphat

Na₄-pyrophosphat

69	,7
71	,8
72	,0
73	,4
73	,5
72	,8
75	,0
75	,0
72	,1
70	,9
72	,0
70	,2

240

300 420 560 350

800 920 580 280 590

1240

830 380

160

140 390 560 300

750 800 400 250 410

900

790 240

3612037

Tabelle (Fortsetzung)

Versuch	Anionisches Tensid	g/kg Teilchen- material	Komplexier- g/kg mittel Teilchen- materi a I	3	Trocken gehalt (Gew.-%)	V i s k ο s i 30 U/min	tat 60 U/min	Stabi Li tat
14	Ca-C₁₄_₁₆- Alkylsulfat	10	Na₄- pyrophosphat	5	70,1	380	260	1
15	Dodecylbenzo sulfonsäure	I- 5	Monoethano I- ami η	5	72,1	600	450	1
16	Il	5	Di ethanolamin	5	70,1	1000	800	1 ·
17	Il	5	HydroxyethyI- piperazin	5	70,2	100	100	1
18	Il	5	Ami noethyI- ethanolamin	4	70,1	50	50	1 t
19	Il	4	Il	2	70,0	400	300	1
20	Il	3	Il	2	73,2	350	250	1
21	Il	3	Na₆- metaphosphat		73,0	390	300	1
Refe renz			Addi t i ν	15
A			Ca rboxymethyI- cellulose	15	72,0	1300	1500	2
B			Ca-dodecyl- benzo lsu Ifonat	15	72,1	3100	1800	2
C			Na₄- pyrophosphat	72,0	5000	5000	2

Tabelle (Fortsetzung)

Versuch An ionisches g/kg

Tensid Teilchenmateri a I

Komplexiermittel g/kg

Tei lchenmateri a I

Trockengehalt
(Gew.-%)

Viskosität Stabilität U/min 60 U/min

Referenz

Na₆-	15	72,0	5000	5000
metaphosphat
Il	3	73,0	2000	2000
Aminoethyl-	3	73,0	2100	2000

ethanolamin

Claims

1. Wässrige Aufschlämmung von Gips oder Kreide, die ein Dispergiermittel, enthält, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Dispergiermittel 0,2 bis 3, vorzugsweise 0,.4 bis 1,5 Gewichtsprozent einer oberflächenaktiven anionischen organischen Verbindung in Form eines Sulfonats oder Sulfats und 0,1 bis 3 , vorzugsweise 0,2 bis 1,5 Gewichtsprozent eines Komplexiermitte Is in Form eines anorganischen Phosphats oder einer organischen Aminverbindung enthält.

2. Aufschlämmung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die oberflächenaktive anionische organische Verbindung eine Alkylbenzolsulfonsäure oder ein Calciumsalz davon ist.

3. Aufschlämmung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Phosphat

Tetranatriumpyrophosphat, Natriumhexametaphosphat oder Trinatriumphosphat ist.

4. Aufschlämmung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Aminverbindung mindestens einen primären oder sekundären Stickstoff und mindestens eine Hydroxylgruppe aufweist.

5. Aufschlämmung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Aminverbindung Aminoethy lethano lamiη oder HydroxyethyIpiperaziη ist.

6. Aufschlämmung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Stabilisator in Form eines Tons oder eines Ce I Iuloseethers in einer Menge von 0,02 bis 0,5 Gewichtsprozent enthält.

7. Verwendung einer Aufschlämmung nach den Ansprüchen 1 bis 6 zum Beschichten von Papier.