DE60024483T2 - MULTIPHASIC CALCIUM SILICATE HYDRATES, PROCESS FOR PREPARING THE SAME AND IMPROVED PAPER AND PIGMENT PRODUCTS CONTAINING THEM - Google Patents
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Abstract
Description
SACHGEBIETFIELD
Diese Erfindung bezieht sich auf die Herstellung neuartiger kristalliner Calciumsilicathydrat(„CSH")-Strukturen und auf Pigmentprodukte sowie damit hergestellte neuartige Papierprodukte.These The invention relates to the preparation of novel crystalline Calcium silicate hydrate ("CSH") structures and on pigment products and novel paper products made therewith.
HINTERGRUNDBACKGROUND
Die Papierindustrie verwendet derzeit viele verschiedene Arten von Füllstoffen, um Zellstofffasern zu ersetzen und die gewünschten Funktions- und Gebrauchseigenschaften von unterschiedlichen Papieren und Papierprodukten zu erzielen. Lange Zeit wurde z.B. Tonerde als Füllstoff oder Faserersatz verwendet. Dabei war von Bedeutung, dass die Verwendung von Ton auch eine Verbesserung der Druckqualität bewirkt. Ein Nachteil von Ton besteht jedoch darin, dass er einen relativ geringen Weißgrad hat. Außerdem führt die Verwendung von Ton in der Papierherstellung zu einer verringerten Zugfestigkeit und geringerer Dicke und Steifigkeit der Blätter.The Paper industry currently uses many different types of fillers, to replace pulp fibers and the desired functional and performance characteristics to achieve different papers and paper products. For a long time, e.g. Alumina is used as filler or fiber substitute. It was important that the use of clay was also an improvement the print quality causes. A disadvantage of clay, however, is that he has one relatively low whiteness Has. Furthermore leads the Use of clay in papermaking at a reduced rate Tensile strength and reduced thickness and stiffness of the leaves.
Die Papierindustrie ging zur Verwendung von calciniertem Ton über, um den Weißgrad und die Opazität des Papiers zu verbessern. Aus wirtschaftlichen Gründen ist die Verwendung von calciniertem Ton jedoch nur begrenzt möglich, da er relativ teuer ist. Außerdem ist calcinierter Ton von seiner physischen Beschaffenheit her hoch abrasiv.The Paper industry went over to using calcined clay to the whiteness and the opacity of the paper. For economic reasons However, the use of calcined clay only limited possible since he is relatively expensive. Furthermore For example, calcined clay is high in its physical nature abrasive.
Titandioxid (TiO2) ist ein weiteres Beispiel für einen Füllstoff, der häufig in der Papierherstellung verwendet wird. Meist wird Titandioxid verwendet, um die Opazität des Papiers zu verbessern, in einigen Fällen auch, um seinen Weißgrad zu erhöhen. Die Verwendung von Titandioxid ist jedoch nur begrenzt möglich, da es extrem teuer ist. Leider ist es auch das abrasivste aller heute auf dem Markt befindlichen Pigmente. Das spielt eine wichtige Rolle, denn hoch abrasive Pigmente haben in der Papierindustrie insofern nachteilige Auswirkungen, als sie zur Abnutzung kritischer Teile der Papiermaschinen, z.B. der Formsiebe, der Platten von Druckpressen und ähnlicher Komponenten führen. Die laufenden Reparatur- und Wartungskosten ziehen hohe Lebenszykluskosten nach sich.Titanium dioxide (TiO 2 ) is another example of a filler that is commonly used in papermaking. Mostly titanium dioxide is used to improve the opacity of the paper, in some cases also to increase its whiteness. However, the use of titanium dioxide is limited, since it is extremely expensive. Unfortunately, it is also the most abrasive of all pigments on the market today. This plays an important role, because highly abrasive pigments have a detrimental effect in the paper industry in that they lead to the wear of critical parts of the paper machines, eg the forming wires, the plates of printing presses and similar components. The ongoing repair and maintenance costs entail high life cycle costs.
Als erstmals calcinierter Ton eingeführt wurde, wurde er als Verschnittmittel für Titandioxid angeboten. Man konnte damit tatsächlich TiO2 strecken, doch es ist nach wie vor abrasiv und teurer als standardmäßiger Ton oder marktübliche Zellstofffasern.When calcined clay was first introduced, it was offered as an extender for titanium dioxide. It was actually able to stretch TiO 2 , but it is still abrasive and more expensive than standard clay or commercially available pulp fibers.
In jüngerer Zeit, besonders seit Mitte der 1980er Jahre, wurde gemahlenes Calciumcarbonat (GCC) als preiswerter alkalischer Füllstoff verwendet. GCC verbesserte zwar den Weißgrad des Papiers, hat aber ebenfalls den Nachteil, dass es abrasiv ist.In younger Time, especially since the mid-1980s, was ground calcium carbonate (GCC) used as a cheap alkaline filler. GCC improved although the whiteness of the paper, but also has the disadvantage that it is abrasive.
Außerdem verringert die Verwendung von GCC die Zugfestigkeit, die Dicke und die Steifigkeit der Papierblätter. Demzufolge ist Papier, das GCC enthält, meist relativ weich.Also reduced the use of GCC's tensile strength, thickness and rigidity the paper sheets. As a result, paper containing GCC is usually relatively soft.
Einer der am häufigsten eingesetzten alkalischen Füllstoffe für Papier ist schließlich gefälltes Calciumcarbonat (PCC). PCC ist derzeit eine der besten Kompromisslösungen, wenn man einen Füllstoff mit hohem Weißgrad zu einem wirtschaftlich vertretbaren Preis einsetzen will.one the most common used alkaline fillers for paper is finally likes this Calcium carbonate (PCC). PCC is currently one of the best compromise solutions, if you have a filler with high whiteness wants to use at an economically reasonable price.
Ein erheblicher Nachteil der Verwendung von PCC im Papier besteht jedoch darin, dass PCC ein geringeres Lichtstreuvermögen als TiO2 oder calcinierter Ton hat. Außerdem verringert es häufig die Dicke und Steifigkeit der Bögen.However, a significant disadvantage of using PCC in paper is that PCC has a lower light scattering capability than TiO 2 or calcined clay. In addition, it often reduces the thickness and stiffness of the sheets.
Somit besteht in der Papierindustrie nach wie vor Verbesserungsbedarf und der Wunsch nach einem multifunktionalen Pigment, dass zwei oder mehr der folgenden Attribute in sich vereint:
- a) geringere Kosten als sie für TiO2 anfallen;
- b) bessere optische Eigenschaften als calcinierter Ton;
- c) bessere optische Eigenschaften als GCC;
- d) bessere optische Eigenschaften als PCC;
- e) minimaler Verlust an Zugfestigkeit bei erhöhtem Füllstoffeinsatz;
- f) mindestens eine geringfügige Verbesserung der Festigkeitseigenschaften wie etwa der Steifigkeit der Blätter.
- a) lower costs than for TiO 2 ;
- b) better optical properties than calcined clay;
- c) better optical properties than GCC;
- d) better optical properties than PCC;
- e) minimal loss of tensile strength with increased filler usage;
- f) at least a slight improvement in the strength properties such as the stiffness of the leaves.
Wenn ein Papierfüllstoff zusätzlich zu den oben genannten Kriterien auch noch die Porosität des Papiers verbessern (d.h. die Bögen geschlossener machen) und dennoch eine höhere Blattdichte liefern könnte, wäre ein solches Material als Füllstoff sehr begehrt. Bisher gab es auf dem Markt keinen Papierfüllstoff mit diesen Attributen. Deshalb wäre die Entwicklung und die kommerzielle Verfügbarkeit eines solchen Füllstoffs äußerst wünschenswert.If a paper filler additionally to the above criteria also the porosity of the paper improve (i.e. the bows would make it more closed) and yet could provide a higher sheet density would be such Material as filler much sought after. So far, there was no paper filler in the market with these attributes. That's why the development and commercial availability of such a filler is highly desirable.
Der heutige Bedarf an Druckpapieren, insbesondere der schnell steigende Bedarf an Papieren für Tintenstrahldrucker, erfordert die Bereitstellung von Hochleistungspapier. Die Leistungsfähigkeit solcher Papiere würde durch die Verfügbarkeit eines Pigments erhöht, das über eine ausgezeichnete Wasser- und Ölabsorptionsfähigkeit verfügt, so dass das Papier die Tinte schnell aufnehmen und so ein Ausbreiten oder Ausbluten verhindern kann. Außerdem würde die Oberflächentrocknung der Tinte unterstützt.Of the Today's demand for printing papers, especially the rapidly increasing Need for papers for Inkjet printer, requires the provision of high performance paper. The efficiency such papers would through the availability of a pigment increases, the above an excellent water and oil absorption capacity features, so that the paper can absorb the ink quickly and spread out or prevent bleeding. In addition, the surface would dry the ink supports.
Einige der wesentlichen Anforderungen an ein ideales Pigment für die Papierherstellung können wie in den Tabellen 1, 2 und 3 unten dargestellt zusammengefasst werden.Some the essential requirements for an ideal pigment for papermaking can as summarized in Tables 1, 2 and 3 below become.
Tabelle 1: Table 1:
Die Papierindustrie verwendet derzeit verschiedene Kombinationen der verfügbaren Füllstoffe, um die Eigenschaften zu optimieren, die in bestimmten Paperherstellungsanwendungen gewünscht werden. Da die derzeit erhältlichen Füllstoffe jedoch die Festigkeit des Papiers zumindest geringfügig verringern, greift die Industrie auf Zusätze zurück, die die Festigkeit erhöhen wie Stärke und/oder Polymere, um die gewünschten Festigkeitseigenschaften zu erzielen, obwohl Füllstoffe verwendet werden. Leider entsteht aufgrund der unterschiedlichen Teilchenladungsmerkmale der verschiedenen Pigmente durch die Zugabe mehrerer Pigmente und Additive in der Papierherstellung oft ein extrem kompliziertes chemisches System, das recht empfindlich und schwer kontrollierbar sein kann.The paper industry is currently using various combinations of available fillers to optimize the properties desired in certain papermaking applications. Because the However, currently available fillers at least slightly reduce the strength of the paper, the industry resorts to additives that increase strength such as starch and / or polymers to achieve the desired strength properties, although fillers are used. Unfortunately, due to the different particle loading characteristics of the various pigments, the addition of multiple pigments and additives in papermaking often results in an extremely complicated chemical system that can be quite sensitive and difficult to control.
Zusammengefasst kann man sagen, dass weiterhin ein erheblicher und bisher nicht erfüllter Bedarf an einem hochwertigen, kostengünstigen Füllstoff besteht, der verwendet werden kann, um gleichzeitig die gewünschten optischen Eigenschaften und Blattstärken von Papierprodukten zu erzielen. Zudem fehlt weiterhin eine Methode zur zuverlässigen Herstellung eines solchen Pigments, dass die wünschenswerten optischen Eigenschaften aufweist und das im Vergleich zur Verwendung von Titandioxid oder anderen Pigmenten, die derzeit in der Papierherstellung eingesetzt werden, Kostenvorteile mit sich bringt.Summarized It can be said that continues to be a significant and not yet fulfilled There is a need for a high quality, low cost filler that uses can be used to simultaneously achieve the desired optical properties and leaf thicknesses to achieve paper products. In addition, a method is still missing to the reliable Preparation of such a pigment that the desirable optical properties and that compared to the use of titanium dioxide or other pigments currently used in papermaking cost benefits.
GEGENSTAND, VORTEILE UND NEUE MERKMALE DER ERFINDUNGOBJECT, ADVANTAGES AND NEW FEATURES OF THE INVENTION
Dementsprechend besteht ein wichtiges Ziel meiner Erfindung darin, einen Prozess zur Herstellung einzigartiger Calciumsilicathydrat(„CSH")-Produkte bereitzustellen, die kristalline Strukturen mit dem gewünschten Weißgrad, der gewünschten Opazität und anderen gewünschten optischen Eigenschaften liefern.Accordingly An important goal of my invention is a process to produce unique calcium silicate hydrate ("CSH") products that are crystalline Structures with the desired Whiteness, the desired opacity and other desired provide optical properties.
Ein weiteres und damit verbundenes Ziel ist die Bereitstellung eines wirtschaftlich nutzbaren Ersatzes für die aktuellen Papierfüllstoffe wie Titandioxid.One Another and related goal is the provision of a economically usable substitute for the current paper fillers like titanium dioxide.
Ein damit verbundenes wichtiges Ziel ist die Bereitstellung einer Methode zur Herstellung neuartiger Papierprodukte unter Verwendung meiner einzigartigen Calciumsilicathydrat-Produkte.One the associated important goal is to provide a method for making novel paper products using my unique calcium silicate hydrate products.
Ein weiteres wichtiges Ziel ist die Bereitstellung eines neuen Calciumsilicathydrat-Produkts, das als Eigenschaften u.a. eine geringe Schüttdichte, eine gute chemische Stabilität (besonders in wässrigen Lösungen) und eine hohe Adsorptionsfähigkeit aufweist.One another important goal is to provide a new calcium silicate hydrate product, that as properties u.a. a low bulk density, a good chemical stability (especially in watery Solutions) and a high adsorption capacity having.
Diese und andere Vorteile und neuartige Eigenschaften meiner mehrphasigen Calciumsilicathydrate, ihrer Herstellungsmethode und der verbesserten Pigmente und Papierprodukte, die damit hergestellt werden, werden durch die Gesamtbetrachtung und -bewertung in der folgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Tabellen und grafischen Darstellungen besser verständlich und bewertbar.These and other advantages and novel features of my multiphase Calcium silicate hydrates, their method of preparation and the improved Pigments and paper products made with it by the overall consideration and evaluation in the following detailed Description and attached Tables and graphs easier to understand and assessable.
ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY
Ich habe jetzt die Prozessbedingungen entdeckt, die für eine zuverlässige Produktion von einzigartigen Calciumsilicathydrat-Produkten mit besonders vorteilhaften Eigenschaften für die Verwendung als Füllstoff in der Papierherstellung erforderlich sind. Die Produkte werden hergestellt, indem unter hydrothermalen Bedingungen eine Aufschlämmung von gebranntem Kalk und eine Aufschlämmung von gefluxter calcinierter Kieselgur (oder einem anderen geeigneten kieselsäurehaltigen Material) zur Reaktion gebracht werden. Vorzugsweise werden eine feine Aufschlämmung sowohl des Kalks als auch des gefluxten Siliciumdioxids verwendet.I I have now discovered the process conditions necessary for reliable production of unique calcium silicate hydrate products with particularly advantageous Properties for the use as a filler in papermaking are required. The products are made, under hydrothermal conditions a slurry of burnt lime and a slurry of fluxed calcined kieselguhr (or another suitable siliceous Material) are reacted. Preferably, a fine slurry of both the lime and the fluxed silica.
Für eines meiner CSH-Produkte wird die Kalkaufschlämmung herstellt, indem etwa 1,54 lb (Pounds) suspendierter Feststoffe pro Gallone Kalkschlamm verwendet werden. Die Siliciumdioxid-Aufschlämmung wird hergestellt, indem 1,55 lb suspendierter Feststoffe pro Gallone Wasser eingesetzt werden. Das Löschen des Kalkschlamms erhöht die Temperatur der Aufschlämmung bis fast zum Siedepunkt; erst danach wird die Masse zum gefluxten Siliciumdioxid gegeben. Die Aufschlämmung von gefluxter calcinierter Kieselgur wird ebenfalls auf eine Temperatur nahe dem Siedepunkt erhitzt, bevor sie mit dem Kalkschlamm vermischt wird. Wenn beide Aufschlämmungen sich den atmosphärischen Siedepunktbedingungen nähern, werden sie miteinander vermischt und unter Druck in einem Autoklav oder einem ähnlichen Reaktionsbehälter gerührt. Der Reaktionsschlamm wird auf eine Temperatur zwischen 245°C und 260°C erhitzt und die Reaktion wird über etwa zwei Stunden fortgesetzt. Bei den Ausgangsmaterialien wird ein CaO/SiO2-Verhältnis von ca. 1,35 (+/– ca. 0,10) Mol CaO zu 1 Mol SiO2 beibehalten. Nach dem Abschluss der Reaktion wird das Produkt abgekühlt, bevor der Druck abgebaut wird und die Produktkristalle entnommen werden.For one of my CSH products, lime slurry is made using about 1.54 lb (pounds) of suspended solids per gallon of lime mud. The silica slurry is prepared using 1.55 lbs of suspended solids per gallon of water. The deletion of the lime slurry raises the temperature of the slurry almost to the boiling point; only then is the mass added to the fluxed silica. The slurry of fluxed calcined kieselguhr is also heated to a temperature near the boiling point before it is mixed with the lime slurry. As both slurries approach atmospheric boiling point conditions, they are mixed together and stirred under pressure in an autoclave or similar reaction vessel. The reaction slurry is heated to a temperature between 245 ° C and 260 ° C and the reaction is continued for about two hours. In the starting materials, a CaO / SiO 2 ratio of about 1.35 (+/- about 0.10) moles of CaO to 1 mole of SiO 2 is maintained. After completion of the reaction, the product is cooled before the pressure is released and the product crystals are removed.
Generell handelt es sich bei dem Produkt der oben beschriebenen Reaktion um eine mehrphasige Mischung (d.h. im Produkte liegen zwei verschiedene Formen oder Phasen vor), vorwiegend von Foshagit und einer geringeren Menge Xonolit. Wichtig ist, dass kleine, heuhaufenartige Teilchen mit komplexen mehrphasigen kristallinen optischen Fasern entstehen, die in der Papierherstellung vorteilhaft zur Beschichtung und für Nasspartie-Füllstoffe eingesetzt werden können. Die auf hydrothermalem Weg hergestellten mehrphasigen kristallinen optischen Fasern sind jedoch gegenüber den früher hergestellten hydrothermalen Calciumsilicathydraten, die mir bekannt sind, erheblich verbessert, zumindest im Hinblick auf ihre physikalischen Eigenschaften, ihre optischen Eigenschaften und ihre Verwendbarkeit als Füllstoff in der Papierherstellung. Darüber hinaus können meine einzigartigen CSH-Produkte für unterschiedliche Zwecke eingesetzt werden, z.B. als Füllstoffe für hochwertige Papiere, für einfache Gebrauchspapiere, für Zeitungspapier, Papierbeschichtungen sowie für Farben, Gummimischungen und andere Strukturmaterialien.In general, the product of the reaction described above is a multi-phase mixture (ie, there are two different forms or phases in the product), predominantly foshagite and a minor amount of xonolite. What is important is that small, heuschaufenartige particles with complex mehrphasi crystalline optical fibers are formed, which can be used in the papermaking advantageous for coating and for wet-end fillers. However, the multiphase crystalline optical fibers prepared hydrothermally are significantly improved over the previously prepared hydrothermal calcium silicate hydrates known to me, at least in view of their physical properties, optical properties, and usability as a papermaking filler. In addition, my unique CSH products can be used for a variety of purposes, such as fillers for high-quality papers, plain consumer papers, newsprint, paper coatings, paints, rubber compounds, and other structural materials.
Es ist festzustellen, dass mein hydrothermaler Prozess zur Herstellung meiner einzigartigen mehrphasigen Calciumsilicathydrate („CSHs") einschließlich meiner neuartigen mehrphasigen Mischung von Foshagit und Xonolit (CaO4(SiO3)(OH)2 bzw. C6Si6O17(OH)2) eine einzigartige Mischung von Calciumsilicathydraten hervorbringt, die ein einzigartiges und charakteristisches Röntgenbeugungsmuster aufweisen.It can be seen that my hydrothermal process for making my unique multiphase calcium silicate hydrates ("CSHs") including my novel multiphase blend of foshagite and xonolite (CaO 4 (SiO 3 ) (OH) 2 and C 6 Si 6 O 17 (OH), respectively). 2 ) yields a unique blend of calcium silicate hydrates that has a unique and characteristic X-ray diffraction pattern.
Die Variablen, die sich auf die chemische Zusammensetzung meiner CSH-Produkt und die primäre und sekundäre Struktur der CSH-Partikel und ihre charakteristischen Eigenschaften auswirken, können u.a. beeinflusst werden durch (a) das CaO/SiO2-Molverhältnis, (b) die Konzentration des CaO und des SiO2 im Reaktionsschlamm, (c) die Reaktionstemperatur und (d) die Reaktionszeit. Durch Veränderung der genannten Variablen konnte ich zwei neuartige Pigmentprodukte entwickeln. Diese beiden Produkte können allgemein wie folgt beschrieben werden:
- (1) Ein mehrphasiges Calciumsilicathydrat mit einer primären Foshagit-Phase und einer sekundären Xonolit-Phase. Ich bezeichne dieses Produkt als Calciumsilicathydrat der Marke „TiSil".
- (2) Ein mehrphasiger Calciumsilicathydrat-Komplex mit einer primären Riversideit-Phasenfraktion und einer geringeren Xonolit-Phasenfraktion. Ich bezeichne dieses Produkt als Calciumsilicathydrat der Marke „StiSil".
- (1) A multi-phase calcium silicate hydrate having a primary foshagite phase and a secondary xonolite phase. I refer to this product as "TiSil" brand calcium silicate hydrate.
- (2) A multiphase calcium silicate hydrate complex having a primary Riversideite phase fraction and a lower Xonolite phase fraction. I refer to this product as calcium silicate hydrate brand "StiSil".
Das
erste Produkt entsteht bei einem hohen CaO/SiO2-Molverhältnis (Verhältnis von
CaO zu SiO2 ca. 1:1 bis ca. 1,7:1), hoher
Temperatur (200°C–300°C), niedriger
Endkonzentration der Aufschlämmung (~0,4–0,6 lb
Feststoffe pro Gallone der Aufschlämmung) und einer Reaktionszeit
von ca. 2 Stunden. Es weist das charakteristische Röntgenbeugungsmuster
auf, das in
Das
zweite Produkt entsteht, indem Kalk und Siliciumdioxid bei geringem
Molverhältnis
(ca. 0,85:1 von CaO zu SiO2), niedriger
Reaktionstemperatur (180°C
bis 190°C),
hoher Endkonzentration der Aufschlämmung (~0,7–1,0 lb Feststoffe pro Gallone
der Aufschlämmung)
und mit einer Reaktionszeit von ca. 2 Stunden zur Reaktion gebracht
werden. Dieses Calciumsilicat unterscheidet sich deutlich von dem
oben genannten ersten Produkt. Sein einzigartiges Röntgenbeugemuster
ist in
Zusammengefasst weisen diese hydrothermal hergestellten Calciumsilicathydrat-Produkte die folgenden einzigartigen Merkmale auf:
- • eine einzigartige kristallo-chemische Zusammensetzung
- • ein mehrphasiges Kristallsystem
- • eine primäre und eine sekundäre faserige Teilchenstruktur
- • ein hohes Wasserabsorptionsvermögen (im Bereich von –300%–1000%).
- • a unique crystallo-chemical composition
- • a multiphase crystal system
- • a primary and a secondary fibrous particle structure
- • a high water absorption capacity (in the range of -300% -1000%).
Aufgrund der einzigartigen Eigenschaften und ihrer physikalischen Struktur sind diese einzigartigen CSH-Produkte in der Lage, Papierprodukten eine Kombination vorteilhafter Eigenschaften auf eine Art und Weise zu verleihen, die bisher bei Papierfüllstoffen unbekannt war. Die Verwendung dieser Produkte in Papier kann z.B. das Papiervolumen und die Gurley-Porosität gleichzeitig steigern. Außerdem bestehen diese Produkte zwar aus großen Partikeln, streuen das Licht aber dennoch besser PCC, GCC, Ton oder selbst calcinierter Ton.Because of their unique properties and their physical structure, these unique CSH products are able to give paper products a combination of beneficial properties in a manner previously unknown in paper fillers. For example, using these products in paper can increase paper volume and Gurley porosity simultaneously. In addition, while these products are made up of large particles, the light scatters PCC, GCC, clay or even calcine better sound.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
Um meine einzigartigen Calciumsilicathydrat(CSH)-Produkte herzustellen, muss zunächst eine Calciumquelle bereitgestellt werden. Dies erfolgt normalerweise durch die Herstellung einer Aufschlämmung von calciumhaltigem Material, in der Regel Kalk. Es können jedoch unterschiedliche Calciumquellen verwendet werden. Einige Bespiele sind CaCO3, CaCl2 und hydrierter Kalk. Ich fand die Verwendung von Kieselkalk mit Abmessungen von unter ½ Zoll vorteilhaft. Zuerst wurde das CaO in Wasser gelöscht. Die Menge und die Zugabegeschwindigkeit des Kalks wurden festgelegt und beibehalten, um eine gewünschte Konzentration der Kalkaufschlämmung zu erhalten. Da das Löschen von Kalk ein exothermer Prozess ist, musste sowohl die Zugabegeschwindigkeit des Kalks als auch die verwendete Wassermenge reguliert werden. Beim Löschen wurde als optimale Temperatur eine Temperatur nahe des Siedepunktes ermittelt, d.h. etwa 100°C (212°F), damit möglichst feine Kalkpartikel entstehen. Nach dem Abschluss des Löschen wurde die Kalkaufschlämmung durch ein Sieb mit der Maschengröße 200 gegeben, um Fremdkörper und zu große Partikel zu entfernen. Die gesiebte und gelöschte Kalkaufschlämmung wurde auf den verfügbaren Kalk (als CaO) getestet und dann in einen Autoklav überführt. Die Chemie des Löschprozesses kann wie folgt dargestellt werden:To make my unique calcium silicate hydrate (CSH) products, a calcium source must first be provided. This is normally done by making a slurry of calcium containing material, usually lime. However, different calcium sources can be used. Some examples are CaCO 3 , CaCl 2 and hydrated lime. I found the use of silica with a size of less than ½ inch advantageous. First, the CaO was quenched in water. The amount and the rate of addition of the lime were set and maintained to obtain a desired concentration of the lime slurry. Since the deletion of lime is an exothermic process, both the rate of addition of the lime and the amount of water used had to be regulated. When extinguishing, a temperature near the boiling point was determined as the optimum temperature, ie about 100 ° C (212 ° F), so that as fine as possible lime particles. After completion of the quenching, the lime slurry was passed through a 200 mesh sieve to remove foreign matter and oversize particles. The sieved and quenched lime slurry was tested for available lime (as CaO) and then transferred to an autoclave. The chemistry of the quenching process can be represented as follows:
Die
Löslichkeit
von Calciumhydroxidschlamm ist umgekehrt proportional zur Temperatur,
wie in
Als nächstes muss eine Aufschlämmung von siliciumhaltigem Material hergestellt werden (also eine SiO2-Aufschlämmung). Dabei können verschiedene siliciumhaltige Materialien wie Quarz, Wasserglas, Ton, reines Siliciumdioxid, natürliches Siliciumdioxid (Sand), Kieselgur, gefluxte calcinierte Kieselgur oder eine beliebige Kombination dieser Materialien als Ausgangsma terial verwendet werden. Ich verwende vorzugsweise ultrafeine gefluxte calcinierte Kieselgur. Aus diesem Rohstoff wurde eine Aufschlämmung von –1,55 lb Feststoffen pro Gallone Wasser hergestellt. Der Schlamm wurde dann bis fast zum Siedepunkt vorgeheizt, d.h. auf fast 100°C.Next, a slurry of silicon-containing material must be made (ie, a SiO 2 slurry). In this case, various silicon-containing materials such as quartz, water glass, clay, pure silica, natural silica (sand), diatomaceous earth, fluxed calcined diatomaceous earth or any combination of these materials can be used as Ausgangsma material. I prefer to use ultrafine fluxed calcined diatomaceous earth. From this feed, a slurry of -1.55 pounds of solids per gallon of water was made. The sludge was then preheated to almost the boiling point, ie to almost 100 ° C.
Wichtig
ist, dass die Löslichkeit
von Siliciumdioxid (anders als die von Ca(OH)2)
direkt proportional zur Temperatur ist, wie in
Die
Auflösung
von Siliciumdioxid kann wie folgt dargestellt werden:
Die Löslichkeit von Siliciumdioxid kann durch eine Steigerung des pH-Werts und/oder die Verwendung verschiedener Additive (Natriumhydroxid) erhöht werden. Der Grad der Löslichkeit des Siliciumdioxids ist außerdem abhängig von der Teilchengröße. Deshalb verwende ich vorzugsweise ultrafeine gefluxte calcinierte Kieselgur, um die Löslichkeit des Siliciumdioxids zu erhöhen.The solubility of silica may be due to an increase in pH and / or the Use of various additives (sodium hydroxide) can be increased. The degree of solubility of the silica is also dependent from the particle size. Therefore I prefer to use ultrafine fluxed calcined kieselguhr, about the solubility of the silica.
Als nächstes wurde die siliciumhaltige Aufschlämmung in einem Autoklav mit der Kalkaufschlämmung gemischt, um eine hydrothermale Reaktion der beiden Schlämme zu erreichen. Wichtig ist, dass die Menge des CaO in der Kalkaufschlämmung und die Menge des SiO2 in der Aufschlämmung der gefluxten calcinierten Kieselgur im Voraus festgelegt wurde, um ein bestimmtes CaO/SiO2-Molverhältnis zu erzielen. Außerdem wurde die Konzentration der beiden Aufschlämmungen (CaO und SiO2) so gewählt, dass die Endkonzentration der Reaktionsmischung im Autoklav um 0,2 lb Feststoffe pro Gallone Schlamm bis etwa 1,0 lb Feststoffe pro Gallone Schlamm zurückging.Next, the silicon-containing slurry was mixed with the lime slurry in an autoclave to achieve a hydrothermal reaction of the two muds. Importantly, the amount of CaO in the lime slurry and the amount of SiO 2 in the slurry of the fluxed calcined kieselguhr were set in advance to achieve a certain CaO / SiO 2 molar ratio. In addition, the concentration of the two slurries (CaO and SiO 2 ) was chosen such that the final concentration of the reaction mixture in the autoclave was 0.2 lb solids per gallon of sludge to about 1.0 lb solids per Gallon of mud went back.
Die hydrothermale Reaktion selbst wurde in einem Druckbehälter in drei Hauptschritten durchgeführt:
- 1) Aufheizen der Aufschlämmung auf die gewünschte Temperatur (z.B. 180°C bis 300°C)
- 2) Ablauf der Reaktion bei dieser Temperatur über eine festgelegte Zeit (z.B. 60 Min. bis 240 Min.)
- 3) Stoppen der Reaktion und Abkühlen
- 1) heating the slurry to the desired temperature (eg 180 ° C to 300 ° C)
- 2) Procedure of the reaction at this temperature for a fixed time (eg 60 min. To 240 min.)
- 3) Stop the reaction and cool
In
meinem Labor wurde der Reaktionsautoklav gekühlt, indem Löschwasser
durch eine innen liegende Kühlschlange
geleitet wurde oder es wurde eine externes Mantelkühlsystem
verwendet. Ich bevorzuge einen Abkühlungsprozess von ca. 25 bis
30 Minuten, um die Temperatur von ca. 230°C auf ca. 80°C zu senken, wie in
Die oben erwähnten Prozessschritte sind sehr wichtig, da ich die umgekehrten Löslichkeiten von Kalk und Siliciumdioxid in Abhängigkeit von der Temperatur und der Zeit genutzt habe, um die gewünschte Reaktionsmischung herzustellen und so zu dem gewünschten mehrphasigen Calciumsilicathydrat-Produkt zu gelangen.The mentioned above Process steps are very important as I have the reverse solubilities of lime and silica depending on the temperature and used the time to prepare the desired reaction mixture and so to the desired multiphase calcium silicate hydrate product to arrive.
Ohne
meine Erfindung auf irgendeine spezielle Theorie zu beschränken, kann
ich die folgende Reaktion während
der hydrothermalen Reaktion zwischen calciumhaltigem und siliciumhaltigem
Material postulieren. Am Anfang sind während des Aufheizprozesses
sehr wenige Ca++-Ionen verfügbar.
Bei einer Temperatur über
100°C beginnt
das Siliciumdioxid, in ein Gelstadium überzugehen. Bei einer Temperatur über 130°C werden
die Siliciumdioxid-Ionen
für die
Reaktion verfügbar.
Wenn die Temperatur sich der 180°C-Marke
nähert, reagiert
das Calcium-Ion Ca++ mit dem Si+-Ion, so dass ein Metallsilicat
entsteht. Die Reaktion kann wie folgt ausgedrückt werden:
Dabei
gilt:
x = 1 bis 6
y = 1 bis 6Where:
x = 1 to 6
y = 1 to 6
Die festen Ca(OH)2-Teilchen reagieren mit SiO2 in der Gelphase, so dass ein Calciumsilicathydroxid entsteht, dessen kristallo-chemische Struktur als Ca6Si6O17(OH)2 (Xonotlit) ausgedrückt werden kann. Wenn die Temperatur weiter von 180°C auf 250°C erhöht wird, kondensiert das Calciumsilicat-Hybridprodukt mit den verbleibenden Ca(OH)2-Teilchen, so dass wieder ein anderes Calciumsilicathydroxid entsteht, dieses Mal mit einem charakteristischen Röntgenbeugungsmuster und der kristallo-chemischen Formel CaO4(SiO3)3(OH)2 (Foshagit).The solid Ca (OH) 2 particles react with SiO 2 in the gel phase to form a calcium silicate hydroxide whose crystallo-chemical structure can be expressed as Ca 6 Si 6 O 17 (OH) 2 (xonotlite). As the temperature is further increased from 180 ° C to 250 ° C, the calcium silicate hybrid product condenses with the remaining Ca (OH) 2 particles to form another calcium silicate hydroxide, this time with a characteristic X-ray diffraction pattern and the crystallo-chemical Formula CaO 4 (SiO 3 ) 3 (OH) 2 (Foshagit).
Ich habe meinen hydrothermalen Reaktionsprozess so weiterentwickelt, dass mehr als ein einzigartiges Calciumsilicathydrat hergestellt werden kann. In diesem Zusammenhang ist es wichtig zu erwähnen, dass die folgenden Variablen entscheidend für die Herstellung eines gewünschten Endprodukts sind:
- 1) Löschtemperatur
- 2) CaO/SiO2-Molverhältnis
- 3) Konzentration der Aufschlämmung
- 4) Reaktionstemperatur
- 5) Reaktionszeit bei dieser Temperatur
- 1) extinguishing temperature
- 2) CaO / SiO 2 molar ratio
- 3) Concentration of the slurry
- 4) reaction temperature
- 5) reaction time at this temperature
Durch Veränderung dieser Variablen kann ein Produkt hergestellt werden, das Calciumsilicathydroxid in verschiedenen Phasen enthält. Zu diesen Phasen können gehören:By change This variable can be used to make a product containing calcium silicate hydroxide in contains different phases. To these phases can belong:
Obwohl es normalerweise keine wichtige Rolle spielt, sollte erwähnt werden, dass die CSH-Zusammensetzung meines Endprodukts auch geringe Mengen Calcit – Aragonit enthalten kann, die infolge von Nebenreaktionen entstehen.Although it does not usually play an important role, it should be noted that the CSH co The composition of my final product may also contain small amounts of calcite aragonite, which may be the result of side reactions.
Das
erste und wichtigste Produkt meines Prozesses ist eine mehrphasige
CSH-Zusammensetzung mit Materie in unterschiedlichen Phasen in Form
von CaO4(SiO3)3(OH)2 (Foshagit)
und Ca6Si6O17(OH)2 (Xonotlit).
In
Die
rasterelektronenmikroskopischen Aufnahmen (REMs) dieses ersten Produkts
sind in den
Die
primären
Partikel haben einen Durchmesser zwischen 0,1 und 0,2 Mikron und
eine Länge
zwischen 1,0 und 4,0 Mikron.
Die
REM in
Die Calciumsilicathydroxid-Mischung meiner Erfindung verfügt außerdem über einen sehr hohen Weißgrad. Nachstehend ein Vergleich mit anderen Pigmenten:The Calcium silicate-hydroxide mixture of my invention also has a very high whiteness. Below is a comparison with other pigments:
Verschiedene Pigmente und ihre typischen veröffentlichten Weißgradwerte:Various Pigments and their typical published Whiteness values:
Eine der signifikantesten Eigenschaften der Stoffzusammensetzung, die durch meinen Prozess entsteht, ist die Fähigkeit dieser mehrphasigen Calciumsilicate, große Mengen Wasser zu absorbieren. Diese Calciumsilikate können jede Menge zwischen 350% und 1000% ihres Eigengewichts adsorbieren. Durch dieses hohe Wasserabsorptionsvermögen ist mein Pigment bestens geeignet, um das Durchschlagen von Tinte durch Schreib- und Druckpapiere, Zeitungspapier und andere Papiere zu verhindern.A the most significant properties of the composition, the The result of my process is the ability of this multiphase Calcium silicates, large To absorb quantities of water. These calcium silicates can be any Amount between 350% and 1000% of their own weight adsorb. By this high water absorbency is my pigment best suitable for the penetration of ink through writing and printing papers, Prevent newsprint and other papers.
Beispiel 1: Herstellung von mehrphasigen Silicathydraten (5XPC 12)Example 1: Preparation of multiphase silicate hydrates (5XPC 12)
Zuerst wurden 135,09 Gramm 1/2'' Drehofen-Kieselkalk (Mississippi Lime Co.) exakt abgewogen und in 410 Milliliter entionisiertem Wasser gelöscht. Die Löschreaktion ist exotherm und ließ die Temperatur der Aufschläm mung fast bis zum Siedepunkt ansteigen. Als die Temperatur der Aufschlämmung sich kurz vor dem Siedepunkt befand und bevor ein großer Teil des Wassers verdunstet war, wurden weitere 1190 Milliliter Wasser zugegeben, um die Aufschlämmung zu verdünnen und abzukühlen. Der Schlamm wurde dann 30 Minuten bewegt, um eine vollständig Löschung sicherzustellen, bevor er durch ein Sieb mit der Maschengröße 140 gegeben wurde. Der Schlamm wurde dann in einen 5-Liter-Autoklav gegeben und gemäß der ASTM-Methode C25 auf die Verfügbarkeit von Kalk getestet. Der Autoklav war mit einem externen Heizelement ausgestattet, das in einem isolierten Mantelgehäuse untergebracht war. Der Autoklav war außerdem mit einem Magnetantrieb mit regulierbarer Geschwindigkeit zum Rühren der Aufschlämmung während der Reaktion ausgestattet. Es wurden ca. 109,6 Gramm ultrafeiner gefluxter calcinierter Kieselgur abgewogen und zu 750 ml heißem Wasser gegeben (Konzentration: 1,22 lb/Gallone). Die Siliciumdioxidaufschlämmung wurde ca. 10 Min. bis fast zum Siedepunkt erhitzt und dann zu der abgesiebten und getesteten Kalkaufschlämmung gegeben. Die exakte Menge der Siliciumdioxidaufschlämmung, die zur Kalkaufschlämmung gegeben wurde, wurde anhand der Kalkverfügbarkeit ermittelt, so dass ein Molverhältnis von 1,35 Mol CaO/SiO2 erhalten werden konnte. Das Gesamtvolumen der Aufschlämmung wurde ebenfalls auf eine Endkonzentration von 0,425 lb/Gallone eingestellt. Anschließend wurde das Hochdruckgefäß geschlossen, abgedichtet und an ein automatisiertes Heiz-Kühlsystem (RX 330) angeschlossen. Der Inhalt des Autoklavs wurde mittels des oben genannten Motors mit Magnetantrieb ständig bewegt.First, 135.09 grams of 1/2 "rotary kiln silica (Mississippi Lime Co.) was accurately weighed and quenched in 410 milliliters of deionized water. The quenching reaction is exothermic and allowed the temperature of the slurry to rise almost to the boiling point. When the temperature of the slurry was near the boiling point and before much of the water had evaporated, an additional 1190 milliliters of water was added to dilute and cool the slurry. The slurry was then agitated for 30 minutes to ensure complete extinguishment before being passed through a 140 mesh screen. The slurry was then placed in a 5 liter autoclave and tested for lime availability according to ASTM method C25. The autoclave was equipped with an external heating element housed in an insulated jacket. The autoclave was also equipped with a variable speed magnetic drive for stirring the slurry during the reaction. Approximately 109.6 grams of ultrafine fluxed calcined diatomaceous earth were weighed and added to 750 ml of hot water (concentration: 1.22 lb / gallon). The silica slurry was heated to near boiling point for about 10 minutes and then added to the screened and tested lime slurry. The exact amount of the silica slurry added to the lime slurry was determined from the lime availability, so that a molar ratio of 1.35 moles of CaO / SiO 2 could be obtained. The total volume of the slurry was also adjusted to a final concentration of 0.425 lb / gallon. Subsequently, the high-pressure vessel was closed, sealed and connected to an automated heating-cooling system (RX 330). The content of the autoclave was constantly moved by means of the above-mentioned magnetically driven motor.
Der Hochdruckreaktor wurde durch ein externes Mantelheizelement aufgeheizt. Der Autoklav wurde mit einer konstanten Geschwindigkeit von 338 Um/min bewegt. Der Reaktor wurde ca. 100 Min. aufgeheizt, um die Zieltemperatur von 245°C (473°F) zu erreichen. Die Temperatur wurde nach dem Erreichen der Zieltemperatur mit Hilfe der Temperaturregelung zwei Stunden auf 245°C gehalten. Am Ende der Reaktion, wurde das „Abschreckwasser" durch die Kühlschlange im Inneren des Autoklavs geleitet. Dieser Abkühlungsprozess wurde fortgesetzt, bis die Innentemperatur im Gefäß ca. 80°C erreicht hatte (ca. 30 Minuten). Dann wurde das Gefäß geöffnet und die Reaktionspro dukte wurden in ein Aufbewahrungsgefäß gegeben. Ein Teil der aus dem Prozess hervorgegangenen Aufschlämmung wurde 12 Stunden in einem 105°C warmen Ofen getrocknet. Während des Trocknungsprozesses entstanden aus dem Schlamm harte Brocken, die mit Hilfe eines Mörsers und eines Stößels zerkleinert werden mussten. Das nun pulverisierte, trockene Produkt wurde durch ein Sieb mit der Maschengröße 140 gebürstet, um die Gleichförmigkeit des Produkts für die Tests zu gewährleisten. Das Pigment in diesem Beispiel wurde als 5XPC 12 bezeichnet. Mit dem Trockenpulver wurden folgende Tests durchgeführt:
- 1) Röntgenbeugungsanalyse
- 2) Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen (REM)
- 3) Weißgrad
- 4) Prozentuale Wasserabsorption
- 5) Luftdurchlässigkeit (Blaine-Methode)
- 6) pH-Wert
- 1) X-ray diffraction analysis
- 2) Scanning electron micrographs (SEM)
- 3) whiteness
- 4) Percent water absorption
- 5) Air permeability (Blaine method)
- 6) pH
Im Luftdurchlässigkeitstest wurden zwei Werte ermittelt. Der erste ist das Gewicht des Pulvers in Gramm, das benötigt wird, um die Kapsel zu füllen. Es zeigt die „Schüttdichte" des Pulvers an. Der zweite Wert ist die Zeit in Sekunden, die eine kontrollierte Luftmenge zum Passieren des komprimierten Pulvers in der Kapsel benötigt. Sie liefert eine ungefähre Messung der „Struktur" des Teilchens.in the Air permeability test two values were determined. The first is the weight of the powder in grams, that needed will be to fill the capsule. It indicates the "bulk density" of the powder. The second value is the time in seconds that a controlled one Amount of air to pass the compressed powder in the capsule needed. It provides an approximate Measurement of the "structure" of the particle.
Die Prozessbedingungen sind in Tabelle 1a beschrieben, die Pigmenteigenschaften in Tabelle 1b.The Process conditions are described in Table 1a, the pigment properties in Table 1b.
Tabelle 1a: Table 1a:
Tabelle 1b: Table 1b:
Das
Röntgenbeugungsmuster
dieses neuartigen mehrphasigen Calciumsilicathydrats ist in
Es wurde festgestellt, dass die großen Peaks für die Phase I das Vorhandensein von Calciumsilicathydroxid-Foshagit-(Ca4(SiO3)3(OH)2) mit großen Peaks bei d(Å) = 2,97, d(Å) = 2,31 und einem kleinen Peak bei d(Å) = 5,05 anzeigen. Für die Phase II zeigte das Röntgenbeugungsmuster das Vorhandensein von Calciumsilicathydrat – Xonotlit – (Ca6Si6O17(OH)2) mit großen Peaks bei d(Å) = 3,107, d(Å) = 1,75 und einem kleinen Peak bei d(Å) = 3,66. Ich habe somit aus einer einzigen Reaktion eine neuartige Kombination von Foshagit und Xonotlit gewonnen.The large peaks for phase I were found to be the presence of calcium silicate hydroxide foshagite (Ca 4 (SiO 3 ) 3 (OH) 2 ) with large peaks at d (Å) = 2.97, d (Å) = 2.31 and a small peak at d (Å) = 5.05. For phase II, the X - ray diffraction pattern showed the presence of calcium silicate hydrate - xonotlite - (Ca 6 Si 6 O 17 (OH) 2 ) with large peaks at d (Å) = 3.107, d (Å) = 1.75, and a small peak d (Å) = 3.66. I have thus gained from a single reaction a novel combination of Foshagit and Xonotlite.
Tabelle 1c: Table 1c:
Die
REM-Bilder mit 10.000facher und 2000facher Vergrößerung sind in den
Das REM mit geringerer Vergrößerung zeigt die dreidimensionale Struktur der Sekundärteilchen der Calciumsilicathydrate. Die Struktur scheint durch das Ineinandergreifen der „faserigen" Primärkristalle und teilweise auch durch Bindungen zwischen den Fasern durch Siliciumdioxid-Hydrogel entstanden zu sein, das sich in den ersten Phasen der hydrothermalen Reaktion gebildet hat. Dies sind die beiden Hauptgründe dafür, dass die Sekundärteilchen recht stabil sind und ihre 3D-Struktur weitgehend behalten, wenn sie den Scherkräften des Prozesses ausgesetzt sind. Diese Teilchen scheinen auch dem Druck standzuhalten, dem sie beim Kalandrieren oder den abschließenden Prozessschritten in der Papierherstellung ausgesetzt sind. Die mittlere Größe der Sekundärteilchen liegt, wie festgestellt wurde, zwischen 10 und 40 Mikron. Um dieses Pigment bei der Verwendung in Papier zu beurteilen, wurden Laborblätter zur Auswertung hergestellt. Die Laborblätter wurden unter Verwendung des Produktmusters 5XPC 12 hergestellt, um die Eigenschaften des Pigments in der Papierherstellung zu ermitteln. Das Verfahren umfasst die Herstellung eines Standard-Zellstoffbreis aus 75% Hartholz und 25% Weichholz. Beide Zellstoffquellen wurden separat in einer Valley-Mahlmaschine auf einen spezifischen kanadischen Standard-Mahlgrad von 450 ± 10 gemäß den TAPPI-Testmethoden T-200 und T-227 vermahlen. Die Laborblätter wurden aus dem vorbereiteten Material auf einer britischen 6''-Laborblattform gemäß TAPPI-Testmethode T-205 geformt. Folgende Abweichungen von der Standardmethode lagen vor. Da das Ziel bei der Herstellung dieser Laborblätter das Testen der Füllstoffleistung war, wurde den Laborblättern Füllstoff in unterschiedlichen Austauschmengen beigegeben (gewöhnlich 15%, 20% und 25%). Um eine Vergleichbarkeit zwischen den verschiedenen Mengen zu erzielen, wurde durch eine Reduzierung des Fasergehalts ein konstantes Basisgewicht hergestellt. D.h., ein Blatt mit 25% Füllstoff enthielt nur 75% des Fasermaterials, das in einem Blatt ohne Füllstoff enthalten war. Eine weitere Abweichung von der Standardtestmethode bestand in der Zugabe eines Retentionshilfsstoffs. Es wurde ein Retentionsmittel (Percol 175) zugegeben, um den Füllstoff im Blatt zu halten, bis das Blatt vollständig getrocknet war. Alle anderen Komponenten bei der Herstellung der Laborblätter entsprachen der TAPPI-Testmethode T-205.The lower magnification SEM shows the three-dimensional structure of the secondary particles of calcium silicate hydrates. The structure appears to have been formed by the interlocking of the "fibrous" primary crystals and, in part, by inter-fiber bonding through silica hydrogel formed in the first stages of the hydrothermal reaction, which are the two main reasons that the secondary particles are right Stable and largely retaining their 3D structure when exposed to the shear forces of the process, these particles also appear to withstand the pressure experienced in calendering or final process steps in papermaking, the average size of the secondary particles being, as noted From 10 to 40 microns, to evaluate this pigment when used in paper, handsheets were prepared for evaluation and the handsheets were made using the product pattern 5XPC 12 to determine the properties of the pigment in papermaking the production of a standard pulp of 75% hardwood and 25% softwood. Both pulp sources were separately ground in a Valley mill to a specific Canadian standard freeness of 450 ± 10 according to the TAPPI test methods T-200 and T-227 ground. The handsheets were molded from the prepared material on a British 6 "laboratory sheet in accordance with TAPPI T-205 test method. The following deviations from the standard method were present. Since the goal in preparing these handsheets was to test the filler performance, filler was added to the handsheets in varying amounts (usually 15%, 20% and 25%). To achieve comparability between the different amounts, a constant basis weight was produced by reducing the fiber content. That is, a sheet of 25% filler contained only 75% of the fiber material contained in a sheet without filler. Another departure from the standard test method was the addition of a retention aid. A retention aid (Percol 175) was added to hold the filler in the sheet until the sheet was completely dried. All other components in making the handsheets corresponded to the TAPPI T-205 test method.
Die Laborblätter wurden mit einer Ausnahme gemäß der TAPPI-Testmethode T-220 getestet. Statt einer 15-mm-Probe wurde zum Testen der Zugfestigkeit eine 25,4-mm-Probe verwendet und die Berechnung des Zugfestigkeitsindexes wurde entsprechend angepasst. Die Laborblätter wurden gemäß der TAPPI-Testmethode T-211 verascht.The laboratory sheets with one exception according to the TAPPI test method T-220 tested. Instead of a 15mm sample was used to test the tensile strength used a 25.4 mm sample and calculating the tensile index was adjusted accordingly. The handsheets were tested according to the TAPPI test method T-211 ashed.
Die Laborblätter wurden auf die folgenden Eigenschaften getestet:
- 1. Opazität
- 2. Streukoeffizient der Blätter
- 3. Streukoeffizient des Füllstoffs
- 4. Weißgrad
- 5. Volumen (Verhältnis Basisgewicht/Dicke)
- 6. Steifigkeit
- 7. Porosität
- 8. Glätte
- 9. Zugfestigkeitsindex
- 1. opacity
- 2. Scattering coefficient of the leaves
- 3. Scattering coefficient of the filler
- 4. Whiteness
- 5. Volume (ratio basis weight / thickness)
- 6. stiffness
- 7. Porosity
- 8. Smoothness
- 9. Tensile index
Es wurde ein alkalischer Standard-Füllstoff, gefälltes Calciumcarbonat (PCC) (SMI Albacar HO), als Referenzmaterial verwendet, um die Produktleistung zu ermitteln. Die Ergebnisse aus der Bewertung der Laborblätter sind in den Tabellen 1d und 1e wiedergegeben.It became a standard alkaline filler, likes this Calcium carbonate (PCC) (SMI Albacar HO), used as reference material, to determine the product performance. The results from the evaluation the lab sheets are shown in Tables 1d and 1e.
Tabelle 1d: Table 1d:
Tabelle 1e: Table 1e:
Tabelle 1f: Table 1f:
Tabelle 1g: Table 1g:
Example 2 – (Pigmentmuster 5XPC – 27)Example 2 - (pigment pattern 5XPC - 27)
Dieses neuartige mehrphasige Calciumsilicathydrat wurde durch eine hydrothermale Reaktion von Kalk und Siliciumdioxid hergestellt. Das für dieses neue Produkt verwendete CaO/SiO2-Molverhältnis betrug 0,85, die Endkonzentration der Aufschlämmung betrug –0,8 lb/Gallone, die Reaktionstemperatur 190°C und die Reaktionszeit 2,5 Stunden. Eine Zusammenfassung dieser Bedingungen ist in Tabelle 2a wiedergegeben.This novel multiphase calcium silicate hydrate was prepared by a hydrothermal reaction of lime and silica. The CaO / SiO 2 mole ratio used for this new product was 0.85, the final concentration of the slurry was -0.8 lb / gallon, the reaction temperature 190 ° C and the reaction time 2.5 hours. A summary of these conditions is given in Table 2a.
Unter Verwendung einer neuen Kombination von Reaktionsbedingungen entstand ein völlig neues Produkt. Zuerst wurde das CaO/SiO2-Molverhältnis auf 0,85 eingestellt, die Reaktionstemperatur auf 190°C, die Konzentration der Aufschlämmung wurde auf 0,75 lb/Gallone erhöht und die Reaktionszeit auf 2,5 Stunden verlängert. Das in diesem Beispiel verwendete Produkt erhielt die Bezeichnung 5XPC 27. Eine Zusammenfassung der Reaktionsbedingungen ist in Tabelle 2a wiedergegeben.Using a new combination of reaction conditions created a completely new product. First, the CaO / SiO 2 molar ratio was adjusted to 0.85, the reaction temperature was 190 ° C, the slurry concentration was increased to 0.75 lb / gal, and the reaction time was extended to 2.5 hours. The product used in this example was designated 5XPC 27. A summary of the reaction conditions is given in Table 2a.
Tabelle 2a: Table 2a:
Das
aus dem Prozess hervorgegangene Calciumsilicathydrat wurde auf den
Weißgrad,
die Wasserabsorption, die Luftdurchlässigkeit und Dichte nach Blaine
und den pH-Wert des Pigments getestet. Es wurde außerdem eine
Röntgenbeugunganalyse
und eine Analyse der rasterelektronenmikroskopischen Aufnahmen dieses
Produkts durchgeführt.
Die Pigmenteigenschaften sind in
Das unter diesen Bedingungen entstandene Calciumsilicathydrat verfügte über einen wesentlich geringeren Weißgrad und Wasserabsorptionswert als das CSH der Marke TiSil, das in Beispiel 1 beschrieben wurde. Es führte jedoch zu einem wesentlich höheren Blattvolumen und einer höheren Blattdurchlässigkeit. Die Pigmenteigenschaften meines neuartigen Pigments 5XPC 27 sind in Tabelle 2b dargelegt. Wie es scheint, führt dieses Produkt zu einem wesentlich höheren Blattvolumen. Außerdem war die Blattdurchlässigkeit bei diesem neuen Produkt höher als bei dem Foshagit-Xonotlit-Komplex, wie er in Beispiel 1 beschrieben wurde.The calcium silicate hydrate formed under these conditions had one much lower whiteness and water absorption value as the CSH brand TiSil, which is exemplified 1 has been described. It led but to a much higher level Leaf volume and a higher Journal permeability. The Pigment properties of my novel pigment 5XPC 27 are in Table 2b set forth. It seems like this product leads to one much higher Leaf volume. Furthermore was the leaf permeability higher with this new product as in the foshagite-xonotlite complex as described in Example 1 has been.
Tabelle 2b: Table 2b:
Durch
die Reduzierung des Molverhältnisses
von CaO/SiO2 auf ~0,85 und die Senkung der
Reaktionstemperatur auf 190°C
entdeckte ich ein weiteres einzigartiges und nützliches mehrphasiges Calciumsilicathydrat-Material
mit einem charakteristischen und einzigartigen Röntgenbeugungsmuster. Die Röntgenbeugungsanalyse
zeigt, dass dieses Produkt eine Mischung aus Riversideit [Ca5Si6O16(OH)2] und Xonotlit (Ca6Si6O17(OH)2] ist. Das
Röntgenbeugungsmuster
ist in
Tabelle 2c: Table 2c:
Es wurde festgestellt, dass die großen Peaks für die Phase I das Vorhandensein von Calciumsilicathydrat – Riversideit – (Ca5Si6O16(OH)2) mit großen Peaks bei d(Å) = 3,055, d(Å) = 3,58 und einem kleinen Peak bei d(Å) = 2,80 anzeigen. Für die Phase II zeigte das Muster das Vorhandensein von Calciumsilicathydroxid – Xonotlit – (Ca6Si6O17(OH)2) mit großen Peaks bei d(Å) = 3,056, d(Å) = 4,09 und einem kleinen Peak bei d(Å) = 2,50. Das Pigment enthielt außerdem Spurenanteile von Calcit (CaCO3). Der andere Teil der Aufschlämmung wurde auf die Leistungsfähigkeit des Pigments als Füllstoff in Papier getestet. Das Papier wurde zu Laborblättern geformt und anhand der in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren getestet.The large peaks for phase I were found to be the presence of calcium silicate hydrate - Riversideite - (Ca 5 Si 6 O 16 (OH) 2 ) with large peaks at d (Å) = 3.055, d (Å) = 3.58 and a small peak at d (Å) = 2.80. For phase II, the pattern indicated the presence of calcium silicate hydroxide xonotlite (Ca 6 Si 6 O 17 (OH) 2 ) with large peaks at d (Å) = 3.056, d (Å) = 4.09, and a small peak d (Å) = 2.50. The pigment also contained trace amounts of calcite (CaCO 3 ). The other part of the slurry was tested for the performance of the pigment as a filler in paper. The paper was made into handsheets and tested by the methods described in Example 1.
Die
REM-Aufnahmen mit 10.000facher und 2000facher Vergrößerung sind
in den
Die 2000fache Vergrößerung zeigt die Bildung eines unregelmäßigen kugelförmigen Teilchens, das durch das faserige Ineinanderwachsen einer Reihe von faserigen Primärkristallen entstanden ist. Die Teilchengröße liegt im Bereich von 10–30 Mikron und die Kristalle scheinen willkürlich gewachsen zu sein.The 2000x magnification shows the formation of an irregular spherical particle, that by the fibrous interweaving of a series of fibrous ones primary crystals originated. The particle size is in the range of 10-30 Mikron and the crystals seem to have grown arbitrarily.
Dieses mehrphasige (vorwiegend Riversideit und Xonotlit) Calciumsilicathydrat zeigte einen geringeren Weißgrad als im Beispiel 1. Bedeutender ist jedoch, dass dieses Material auch eine viel geringere Wasserabsorption aufweist (etwa 360%–400%).This multiphase (mainly Riversideite and Xonotlite) calcium silicate hydrate showed a lower whiteness than in example 1. More significant, however, is that this material also has a much lower water absorption (about 360% -400%).
Um die Leistungsfähigkeit in Papier zu bewerten, wurden unter Verwendung dieses Pigments Laborblätter geformt und dann wie in Beispiel 1 getestet. Die Ergebnisse zur Leistung in Papier sind in den Tabellen 2d–g wiedergegeben.Around the efficiency in paper, laboratory sheets were formed using this pigment and then tested as in Example 1. The results of the performance in paper are shown in Tables 2d-g.
Dieses Produkt zeigte im Vergleich zu reinem Zellstoff eine deutlich höhere Steifigkeit und ein deutlich höheres Blattvolumen. Anders als das Pigment in Beispiel 1 (in dem Foshagit die Hauptkomponente war), führte diese zweite Pigmentkombination (in der Riversideit und Xonotlit enthalten sind) zu einem wesentlich offeneren Blatt, wie die niedrigen Gurley-Porositätszahlen zeigen. Die Werte für die optischen Eigenschaften wie Weißgrad, Opazität und Streukoeffizient des Blatts gingen zurück.This Product showed a significantly higher stiffness compared to pure pulp and a much higher one Leaf volume. Unlike the pigment in Example 1 (in Foshagit the main component was) led this second pigment combination (in the Riversideite and Xonotlite contained) to a much more open sheet, such as the low Gurley Porositätszahlen demonstrate. The values for the optical properties such as whiteness, opacity and scattering coefficient of the leaf went back.
Im Vergleich zu einem alkalischen Füllstoff wie gefälltem Calciumcarbonat sind bei diesem zweiten Pigment (das vorwiegend Riversideit sowie Xonotlit enthält) die Blattsteifigkeit und das Blattvolumen sehr viel höher. Die optischen Eigenschaften (Opazität, Weißgehalt etc.) der Laborblätter waren jedoch weniger gut. Die weniger guten optischen Eigenschaften dieses neuen mehrphasigen Produkts waren eindeutig auf die großen Teilchen und die unregelmäßige Kugelstruktur, die in den REM-Aufnahmen zu erkennen ist, zurückzuführen.in the Compared to an alkaline filler how felled Calcium carbonate are in this second pigment (which predominantly Riversideit and Xonotlite contains) the leaf stiffness and the leaf volume much higher. The optical properties (opacity, Brightness etc.) of the handsheets but were less good. The less good optical properties This new multiphase product was clearly on the big particles and the irregular sphere structure, which can be recognized in the SEM images, due.
Tabelle 2d: Table 2d:
Tabelle 2e: Table 2e:
Tabelle 2f: Table 2f:
Tabelle 2g: Table 2g:
Diese mehrphasige Calciumsilicathydrat-Zusammensetzung war also sehr nützlich zur Verbesserung der Blattsteifigkeit und des Blattvolumens. Sie war außerdem bestens geeignet, um das Blatt „zu öffnen" (die Gurley-Porosität zu senken), damit es besser „atmen" kann. Aufgrund seiner ausgezeichneten Steifigkeit bezeichne ich dieses Produkt als „CSH" der Marke StiSil.These multiphase calcium silicate hydrate composition was thus very useful for Improvement of leaf stiffness and leaf volume. she was Furthermore Ideal for "opening" the sheet (lowering Gurley porosity) for better "breathing". Because of his excellent rigidity I call this product "CSH" of the brand StiSil.
Beispiel 3: Veränderung der Reaktionstemperatur (XPC 119)Example 3: Change the reaction temperature (XPC 119)
Zuerst wurden 39,9 Gramm Kieselkalk exakt abgewogen und langsam unter konstantem Rühren in 1,2 l Wasser in einem Becherglas gegeben. Die Menge des Kalks und des Wassers sowie die Zugabegeschwindigkeit des Kalks wurden kontrolliert, um zu verhindern, dass die Aufschlämmung aufgrund der exothermen Natur der Kalklöschreaktion zu Kochen anfing. Der gelöschte Kalk von Ca(OH)2 wurde mit einem Sieb der Maschengröße 200 gesiebt. Das zurückbleibende Material wurde verworfen. Die gefilterte Ca(OH)2-Aufschlämmung wurde mittels Säuretitration getestet, um die exakte Menge des verfüg baren Kalks zu bestimmen. Der gelöschte Kalk wurde dann in einen 2-l-Autoklav gegeben. Anschließend wurden 31,06 Gramm ultrafeine, calcinierte Kieselgur zu 200 ml Wasser gegeben, um eine Aufschlämmung mit einer Konzentration von 0,1553 g/l herzustellen. Diese Aufschlämmung wurde ebenfalls unter ständigem Rühren erhitzt und bis fast zum Siedepunkt (nahe 100°C) gebracht. Als nächstes wurde das Siliciumdioxid in den Autoklav mit der heißen Aufschlämmung von gelöschtem Kalk gegeben. Die Gesamtfeststoffkonzentration der CaO + SiO2 Aufschlämmung im Autoklav betrug zu diesem Zeitpunkt ~0,5 lb/Gallone. Das Molverhältnis von Kalk und Siliciumdioxid betrug 1,67 CaO/SiO2. Der Hochdruckreaktor wurde versiegelt und dann durch ein externes elektrisches Mantelheizelement erhitzt.First, 39.9 grams of siliceous lime were accurately weighed and slowly added to 1.2 liters of water in a beaker with constant stirring. The amount of lime and water and the rate of addition of the lime were controlled to prevent the slurry from starting to boil due to the exothermic nature of the lime slaking reaction. The quenched lime of Ca (OH) 2 was sieved with a 200 mesh sieve. The remaining material was discarded. The filtered Ca (OH) 2 slurry was tested by acid titration to determine the exact amount of lime available. The slaked lime was then placed in a 2 liter autoclave. Subsequently, 31.06 grams of ultrafine calcined diatomaceous earth was added to 200 ml of water to prepare a slurry having a concentration of 0.1553 g / liter. This slurry was also heated with constant stirring and brought to almost the boiling point (near 100 ° C). Next, the silica was added to the slaked lime hot slush autoclave. The total solids concentration of the CaO + SiO 2 slurry in the autoclave at this time was ~ 0.5 lb / gallon. The molar ratio of lime and silica was 1.67 CaO / SiO 2 . The high pressure reactor was sealed and then heated by an external electric jacket heater.
Der Autoklav wurde gleichzeitig durch einen Motor mit Magnetantrieb mit einer konstanten Geschwindigkeit von 600 Um/min bewegt. Der Autoklav wurde erhitzt, bis eine voreingestellte Temperatur von 220°C erreicht war. Von diesem Punkt an wurden die Reaktionsbedingungen durch eine Systemsteuerung, RX-32, konstant gehalten. Die CaO + SiO2 Aufschlämmung reagierte bei einer Temperatur von 220°C über eine Dauer von 120 Minuten. Am Ende dieses Zeitraums wurde das „Abschreckwasser" durch ein Kühlsystem im Inneren des Autoklavs geleitet. In dem Druckgefäß kondensierte Dampf und die Temperatur sank rapide. Es wurde weiter Kühlwasser zugeführt, bis das Gefäß eine Temperatur von ca. 80°C erreicht hatte.The autoclave was simultaneously moved by a magnetically driven motor at a constant speed of 600 rpm. The autoclave was heated until a pre-set temperature of 220 ° C was reached. From this point on, the reaction conditions were kept constant by a system controller, RX-32. The CaO + SiO 2 slurry reacted at a temperature of 220 ° C over a period of 120 minutes. At the end of this period, the "quench water" was passed through a cooling system inside the autoclave, steam condensed in the pressure vessel and the temperature dropped rapidly, and cooling water continued to be supplied until the vessel reached a temperature of about 80 ° C.
Die
Silicat-Aufschlämmung
wurde in ein Becherglas gegeben. Im Folgenden wird der gesamte Erhitzungs-/Abkühlungszyklus
beschrieben (s.
- – Zeit bis zum Erreichen der Temperatur ~100 Min.
- – Zeit bei erreichter Temperatur ~120 Min.
- – Zeit für das Abkühlen ~25 Min.
- - Time to reach the temperature ~ 100 min.
- - Time at reached temperature ~ 120 min.
- - Cooling time ~ 25 min.
Ein Teil der Aufschlämmung wurde auf die folgenden Eigenschaften getestet:
- 1) Röntgenbeugungsanalyse
- 2) Rasterelektronenmikroskop (REM)
- 3) Weißgrad
- 4) Wasserabsorption
- 5) Luftdurchlässigkeit nach Blaine (ASTM/ASTM C204-78a)
- • Probengewicht (g) – Anzeige der Schüttdichte
- • Zeit (in Sek.), die eine bestimmte Menge Luft braucht, um das Probenvolumen zu passieren – Anzeige der Teilchenpackung oder -struktur
- 1) X-ray diffraction analysis
- 2) Scanning Electron Microscope (SEM)
- 3) whiteness
- 4) water absorption
- 5) Blaine air permeability (ASTM / ASTM C204-78a)
- • Sample weight (g) - Bulk density indication
- • Time (in seconds) that takes a certain amount of air to pass through the sample volume - Displays the particle packing or structure
Die Reaktionsbedingungen und Pigmenteigenschaften sind in den Tabellen 3a bzw. 3b wiedergegeben.The Reaction conditions and pigment properties are shown in the tables 3a and 3b reproduced.
Beispiel 4: Veränderung der Reaktionstemperatur (XPC 107)Example 4: Change the reaction temperature (XPC 107)
In diesem Beispiel waren alle Reaktionsbedingungen und Parameter identisch mit dem Beispiel 3, außer dass die Reaktionstemperatur von 220°C auf 233°C erhöht wurde. Der aus dem Prozess resultierende Calciumsilicathydrat-Komplex wurde dann anhand des vorstehend beschriebenen Testprogramms getestet. Die resultierenden Reaktionsbedingungen und Pigmenteigenschaften sind in den Tabellen 3a bzw. 3b wiedergegeben.In In this example all reaction conditions and parameters were identical with example 3, except that the reaction temperature was increased from 220 ° C to 233 ° C. The one from the process resulting calcium silicate hydrate complex was then determined using the tested as described above. The resulting Reaction conditions and pigment properties are shown in the tables 3a and 3b reproduced.
Beispiel 5: Veränderung der Reaktionstemperatur (XPC 124)Example 5: Change the reaction temperature (XPC 124)
In diesem Beispiel wurden alle Reaktionsbedingungen und -parameter konstant wie in Beispiel 3 gehalten außer der Reaktionstemperatur. Die Reaktionstemperatur wurde von 233°C auf 243°C erhöht. Der aus dem Prozess resultierende Calciumsilicathydrat-Komplex wurde wie in den vorangegangnen Beispielen getestet. Die Reaktionsbedingungen und Pigmenteigenschaften sind in den Tabellen 3a bzw. 3b wiedergegeben.In This example has all the reaction conditions and parameters constant as in Example 3 except the reaction temperature. The reaction temperature was raised from 233 ° C to 243 ° C. The one resulting from the process Calcium silicate hydrate complex was as in the previous examples tested. The reaction conditions and pigment properties are in Tables 3a and 3b, respectively.
Tabelle 3a: Table 3a:
Tabelle 3b: Table 3b:
Es ist zu beachten, dass bei der mittleren Reaktionstemperatur von 233°C das Material mit dem höchsten Weißgrad erzielt wurde.It it should be noted that at the average reaction temperature of 233 ° C that Material with the highest whiteness was achieved.
Beispiel 6: Veränderung des CaO/SiO-Molverhältnisses (XPC 130)Example 6: Change of the CaO / SiO 2 molar ratio (XPC 130)
In diesem Beispiel wurden alle Reaktionsparameter konstant wie im Beispiel 4 gehalten außer dem CaO/SiO2-Molverhältnis. Das CaO/SiO2-Molverhältnis wurde verändert, so dass es 1,4 betrug.In this example, all reaction parameters were kept constant as in Example 4 except for the CaO / SiO 2 molar ratio. The CaO / SiO 2 molar ratio was changed to be 1.4.
Es wurden 69,0 g SiO2 und 78,0 g CaO gemischt, so dass ein CaO/SiO2-Molverhältnis von 1,4 entstand. Die beiden Aufschlämmungen, CaO und SiO2 wurden im Autoklav vermischt. Die Konzentration im Autoklav wurde eingestellt, indem Wasser zugegeben wurde, bis sie 0,7 lb/gal betrug. Die Reaktion wurde zwei Stunden fortgesetzt, dann wurde der Autoklav abgekühlt und das Produkt wurde behandelt wie in Beispiel 1. Die Reaktionstemperatur wurde konstant auf 233°C gehalten. Die Reaktionsmischung wurde mit Hilfe eines am Autoklav befestigten Motors mit Magnetantrieb mit einer konstanten Geschwindigkeit von 600 Um/min bewegt. Das Endprodukt wurde auf die Schlüsselparameter getestet; die Reaktionsbedingungen und die wichtigsten Pigmenteigenschaften sind in den Tabellen 4a bzw. 4b wiedergegeben.69.0 g of SiO 2 and 78.0 g of CaO were mixed, resulting in a CaO / SiO 2 molar ratio of 1.4. The two slurries, CaO and SiO 2 , were mixed in an autoclave. The concentration in the autoclave was adjusted by adding water until it was 0.7 lb / gal. The reaction was continued for two hours, then the autoclave was cooled and the product was treated as in Example 1. The reaction temperature was kept constant at 233 ° C. The reaction mixture was agitated by means of a magnetically-driven motor mounted on the autoclave at a constant speed of 600 rpm. The final product was tested for the key parameters; the reaction conditions and the most important pigment properties are shown in Tables 4a and 4b, respectively.
Beispiel 7: Veränderung des CaO/SiO2-Molverhältnisses (XPC 132)Example 7: Change in the CaO / SiO 2 mole ratio (XPC 132)
In diesem Beispiel wurden alle Reaktionsparameter konstant wie im Beispiel 4 gehalten, nur das CaO/SiO2-Molverhältnis wurde auf 1,6 erhöht. Die hydrothermale Reaktion wurde mit dem gleichen Erhitzungs- und Abkühlungszyklus wie in den vorhergehenden Beispielen durchgeführt und das Endprodukt wurde wieder auf die wichtigsten Pigmenteigenschaften getestet. Die Reaktionsbedingungen und die wichtigsten Pigmenteigenschaften sind in den Tabellen 4a bzw. 4b wiedergegeben.In this example all reaction parameters were kept constant as in Example 4, only the CaO / SiO 2 molar ratio was increased to 1.6. The hydrothermal reaction was carried out with the same heating and cooling cycle as in the previous examples and the final product was again tested for the most important pigment properties. The reaction conditions and the most important pigment properties are reproduced in Tables 4a and 4b, respectively.
Beispiel 8: Veränderung des CaO/SiO2-Molverhältnisses (XPC 134)Example 8: Change in the CaO / SiO 2 mole ratio (XPC 134)
Auch hier wurden die Reaktionsparameter wieder alle konstant wie in Beispiel 4 gehalten, nur das CaO/SiO2-Molverhältnis wurde auf 1,8 erhöht. Die hydrothermale Reaktion wurde mit dem gleichen Erhitzungs- und Abkühlungszyklus wie in den vorhergehenden Beispielen durchgeführt und das Endprodukt wurde wieder auf die wichtigsten Pigmenteigenschaften getestet. Die Reaktionsbedingungen und die wichtigsten Pigmenteigenschaften sind in den Tabellen 4a bzw. 4b wiedergegeben.Again, the reaction parameters were again all kept constant as in Example 4, only the CaO / SiO 2 molar ratio was increased to 1.8. The hydrothermal reaction was carried out with the same heating and cooling cycle as in the previous examples and the final product was again tested for the most important pigment properties. The reaction conditions and the most important pigment properties are reproduced in Tables 4a and 4b, respectively.
Tabelle 4a: Table 4a:
Tabelle 4b: Table 4b:
Es ist zu beachten, dass bei einem CaO/SiO2-Molverhältnis von 1,6 das Calciumsilicathydrat mit der höchsten Wasserabsorptionsfähigkeit gewonnen wurde.It should be noted that at a CaO / SiO 2 molar ratio of 1.6, the calcium silicate hydrate having the highest water absorbency was recovered.
Beispiel 9: Veränderung der Reaktionszeit (XPC 172)Example 9: Change the reaction time (XPC 172)
In diesem Beispiel wurden alle Prozessbedingungen konstant wie in Beispiel 7 gehalten außer der Reaktionszeit, die auf eine Stunde verkürzt wurde. Der Calciumsilicathydrat-Komplex wurde wie in den vorhergehenden Beispielen getestet und die Reaktionsbedingungen und die wichtigsten Pigmenteigenschaften sind in den Tabellen 5a bzw. 5b wiedergegeben.In In this example all process conditions became constant as in example 7 kept except the reaction time, which was shortened to one hour. The calcium silicate hydrate complex was tested as in the previous examples and the reaction conditions and the most important pigment properties are shown in Tables 5a or 5b reproduced.
Beispiel 10: Veränderung der Reaktionszeit (XPC 173)Example 10: Change the reaction time (XPC 173)
In diesem Beispiel wurden alle Prozessbedingungen konstant gehalten wie in Beispiel 9 außer der Reaktionszeit, die auf 2 Stunden verlängert wurde. Der Calciumsilicathydrat-Komplex wurde wie in den vorhergehenden Beispielen getestet und die Reaktionsbedingungen und die wichtigsten Pigmenteigenschaften sind in den Tabellen 5a bzw. 5b wiedergegeben.In In this example all process conditions were kept constant as in Example 9 except the reaction time, which was extended to 2 hours. The calcium silicate hydrate complex was tested as in the previous examples and the reaction conditions and the most important pigment properties are shown in Tables 5a or 5b reproduced.
Beispiel 11: Veränderung der Reaktionszeit (XPC 174)Example 11: Change the reaction time (XPC 174)
In diesem Beispiel wurden alle Prozessbedingungen konstant gehalten wie in Beispiel 9 außer der Reaktionszeit, die auf 3 Stunden verlängert wurde. Der Calciumsilicathydrat-Komplex wurde wie in den vorhergehenden Beispielen getestet und die Reaktionsbedingungen und die wichtigsten Pigmenteigenschaften sind in den Tabellen 5a bzw. 5b wiedergegeben.In In this example all process conditions were kept constant as in Example 9 except the reaction time, which was extended to 3 hours. The calcium silicate hydrate complex was tested as in the previous examples and the reaction conditions and the most important pigment properties are shown in Tables 5a or 5b reproduced.
Tabelle 5a: Table 5a:
Tabelle 5b: Table 5b:
Es ist zu beachten, dass bei einer Reaktionszeit von 2 Stunden das Produkt mit dem höchsten Weißgrad gewonnen wurde. Die längere Reaktionszeit von 3 Stunden erbrachte die höchsten Wasserabsorptionswerte, jedoch bei geringerem Weißgrad.It It should be noted that with a reaction time of 2 hours the Product with the highest whiteness was won. The longer one Reaction time of 3 hours yielded the highest water absorption values, but with less whiteness.
Beispiel 12: Veränderung der Konzentration der CaO-SiO2-Aufschlämmung (XPC 136)Example 12: Change in concentration of CaO-SiO 2 slurry (XPC 136)
In
diesem Beispiel wurden alle Reaktionsbedingungen konstant wie in
Beispiel 7 gehalten außer
der Konzentration der CaO/SiO2-Aufschlämmung, die
auf 0,4 lb/Gallone gesenkt wurde. Zuerst wurden 49,6 g Kalk gelöscht, gesiebt
und auf das verfügbare
CaO titriert. Dann wurden 34,2 g ultrafeine calcinierte Kieselgur
aufgeschlämmt.
Die Aufschlämmung
von gefluxter calcinierter Kieselgur wurde zu der Kalkaufschlämmung gegeben,
so dass die Mischung ein anfängliches
CaO/SiO2-Molverhältnis von 1,6 aufwies. Dann
wurden die Ausgangsstoffe der Reaktion in einen 2-l-Autoklav gegeben
und es wurde soviel Wasser zugegeben, dass die Endkonzentration
der CaO + SiO2-Aufschlämmung 0,4 lb/Gallone betrug.
Die Reaktionstemperatur wurde auf 233°C eingestellt. Der Autoklav
wurde mit einem Temperaturregler für den Erhitzungs- und den Abkühlungszyklus
wie in
Beispiel 13: Veränderung der Konzentration der CaO-SiO2-Aufschlämmung (XPC 138)Example 13: Change in Concentration of CaO-SiO 2 slurry (XPC 138)
In dieser Reaktion wurden alle Reaktionsparameter konstant gehalten wie in Beispiel 12 außer der Konzentration der CaO + SiO2 Aufschlämmung, die auf 0,6 lb/Gallone angehoben wurde. Das Produkt wurde wie im Beispiel 3 getestet und die Reaktionsbedingungen und die wichtigsten Pigmenteigenschaften sind in den Tabellen 6a bzw. 6b wiedergegeben.In In this reaction all reaction parameters were kept constant as in Example 12 except the concentration of CaO + SiO 2 slurry, which is at 0.6 lb / gallon was raised. The product was tested as in Example 3 and the reaction conditions and the most important pigment properties are shown in Tables 6a and 6b, respectively.
Beispiel 14: Veränderung der Konzentration der CaO-SiO2-Aufschlämmung (XPC 140)Example 14: Change in concentration of CaO-SiO 2 slurry (XPC 140)
In dieser Reaktion wurden alle Reaktionsparameter konstant gehalten wie in Beispiel 12 außer der Konzentration der CaO + SiO2 Aufschlämmung, die auf 0,8 lb/Gallone angehoben wurde. Das Produkt wurde wie im Beispiel 3 getestet und die Reaktionsbedingungen und die wichtigsten Pigmenteigenschaften sind in den Tabellen 6a bzw. 6b wiedergegeben.In In this reaction all reaction parameters were kept constant as in Example 12 except the concentration of the CaO + SiO 2 slurry, which is at 0.8 lb / gallon was raised. The product was tested as in Example 3 and the reaction conditions and the most important pigment properties are shown in Tables 6a and 6b, respectively.
Beispiel 15: Veränderung der Konzentration der CaO-SiO2-Aufschlämmung (XPC 141)Example 15: Change in concentration of CaO-SiO 2 slurry (XPC 141)
In dieser Reaktion wurden alle Reaktionsparameter konstant gehalten wie in Beispiel 12 außer der Konzentration der CaO + SiO2 Aufschlämmung, die auf 0,9 lb/Gallone angehoben wurde. Das Produkt wurde wie im Beispiel 3 getestet und die Reaktionsbedingungen und die wichtigsten Pigmenteigenschaften sind in den Tabellen 6a bzw. 6b wiedergegeben.In In this reaction all reaction parameters were kept constant as in Example 12 except the concentration of the CaO + SiO 2 slurry, which is at 0.9 lb / gallon was raised. The product was tested as in Example 3 and the reaction conditions and the most important pigment properties are shown in Tables 6a and 6b, respectively.
Tabelle 6a: Table 6a:
Tabelle 6b: Table 6b:
Es ist zu beachten, dass die Konzentration der Aufschlämmung von 0,8 lb/Gallone den höchsten Weißgrad und die geringste Schüttdichte hervorbrachte.It It should be noted that the slurry concentration of 0.8 lb / gal the highest whiteness and the lowest bulk density brought forth.
Beispiel 16 (5XPC 52) Example 16 (5XPC 52)
In diesem Beispiel wurden die gleichen Verfahren verwendet, die in Beispiel 1 beschrieben sind, außer dass der siliciumhaltige Rohstoff gewechselt wurde. Anstelle von Kieselgur wurde eine Quelle aus 100% reinem Siliciumdioxid verwendet (Handelsname: Min-U-Sil). Die Reaktion wurde bei einer sehr geringen Konzentration der CaO-SiO2-Aufschlämmungvon 0,2 lb/Gallone durchgeführt. Der daraus resultierende Calciumsilicathydrat-Komplex wurde auf die gleichen Hauptpigmenteigenschaften wie im Beispiel 1 getestet. Die Reaktionsbedingungen und die wichtigsten Pigmenteigenschaften sind in den Tabellen 7a bzw. 7b wiedergegeben.In this example, the same procedures described in Example 1 were used, except that the silicon-containing raw material was changed. Instead of kieselguhr, a source of 100% pure silica was used (trade name: Min-U-Sil). The reaction was carried out at a very low concentration of 0.2 lb / gal CaO-SiO 2 slurry. The resulting calcium silicate hydrate complex was tested for the same main pigment properties as in Example 1. The reaction conditions and the most important pigment properties are shown in Tables 7a and 7b, respectively.
Beispiel 17 (5XPC 55)Example 17 (5XPC 55)
In diesem Beispiel wurden die gleichen Verfahren verwendet, die in Beispiel 16 beschrieben sind (einschließlich der Verwendung von reinem Siliciumdioxid als Quelle von siliciumhaltigem Material). Der einzige Unterschied war hier, dass die Konzentration der CaO-SiO2-Aufschlämmung auf 0,4 lb/Gallone erhöht wurde. Die Temperatur wurde auf 232°C gehalten. Der aus dieser Reaktion hervorgegangene Calciumsilicathydrat-Komplex wurde wie im Beispiel 16 getestet. Die Reaktionsbedingungen und die wichtigsten Pigmenteigenschaften sind in den Tabellen 7a bzw. 7b wiedergegeben.In this example, the same procedures described in Example 16 were used (including the use of pure silica as the source of silicon-containing material). The only difference here was that the concentration of CaO-SiO 2 slurry was increased to 0.4 lb / gallon. The temperature was maintained at 232 ° C. The calcium silicate hydrate complex resulting from this reaction was tested as in Example 16. The reaction conditions and the most important pigment properties are shown in Tables 7a and 7b, respectively.
Tabelle 7a: Table 7a:
Tabelle 7b: Table 7b:
Beispiel 18 Natriumsilicat (5XPC 57)Example 18 Sodium silicate (5XPC 57)
In diesem Beispiel wurden alle Reaktionsverfahren konstant wie in Beispiel 1 gehalten. Der einzige Unterschied bestand in der Zugabe eines anderen siliciumhaltigen Ausgangsstoffes. Hier wurden 20 Teile gefluxter calcinierter Kieselgur durch flüssiges Natriumsilicat ersetzt, so dass das Na2O-SiO2-Verhältnis 1:3 betrug (Produkt „N" des Herstellers P.Q.). Das Gesamtmolverhältnis von CaO/SiO2 wurde bei 1,31 gehalten, die Konzentration der CaO-SiO2-Aufschlämmung betrug 0,5 lb/Gallone und alle anderen Reaktionsbedingungen wurden ebenfalls beibehalten. Auch dieses Produkt wurde nach den in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren getestet. Die Reaktionsbedingungen und die wichtigsten Pigmenteigenschaften sind in den Tabellen 8a bzw. 8b wiedergegeben.In this example, all the reaction procedures were kept constant as in Example 1. The only difference was the addition of another silicon-containing precursor. Here, 20 parts of fluxed calcined diatomaceous earth was replaced with liquid sodium silicate so that the Na 2 O-SiO 2 ratio became 1: 3 (product "N" of the manufacturer PQ) .The total molar ratio of CaO / SiO 2 was maintained at 1.31 , the concentration of the CaO-SiO 2 slurry was 0.5 lb / gallon and all other reaction conditions were maintained as well.This product was also tested according to the methods described in Example 1. The reaction conditions and the most important pigment properties are shown in Tables 8a and 8b, respectively 8b.
Tabelle 8a: Table 8a:
Tabelle 8b: Table 8b:
Es ist zu erwähnen, dass der größte Unterschied zwischen diesem Produkt und dem vorhergehenden Beispiel in den hier erzielten hohen Weißgrad-Werten liegt.It is to mention that the biggest difference between this product and the previous example in here achieved high whiteness values lies.
Beispiel 19 (CSH der Marke TiSil im Vergleich zu PCC)Example 19 (CSH of the mark TiSil compared to PCC)
Anwendung
eines mehrphasigen Calciumsilicathydrat-Komplexes, der vorwiegend
Foshagit, Ca4(SiO3)3(OH)2 sowie etwas
Xonotlit, Ca6Si6O17(OH)2 enthält, in der
Papierherstellung mit den folgenden Prozessbedingungen. Mein neuartiger
Calciumsilicathydrat-Komplex, den ich als CSH der Marke TiSil bezeichne, wurde
in der Herstellung von Laborblättern
eingesetzt. Er wurde mit handelsüblichem
PCC (Albacar von SMI (HO)) und einer Mischung von PCC und ca. 60
lb/t TiO2 verglichen. Die Ergebnisse der
Tests sind in den Tabellen 9a und 9b wiedergegeben. Die Diagramme,
die die Leistung von TiSil im Vergleich zu PCC zeigen, sind in den
Tabelle 9a: Table 9a:
Tabelle 9b: Table 9b:
Tabelle 9c: Table 9c:
Das CSH-Pigment der Marke TiSil bewirkt offenbar Verbesserungen bei einer Kombination von Eigenschaften, die bis dahin unerreichbar waren. Bisher ging z.B. gewöhnlich die Porosität der Blätter zurück, wenn das Volumen verbessert wurde. Außerdem wurden die optischen Eigenschaften deutlich schlechter, wenn das erhöhte Volumen durch größere Teilchen erzielt wurde. Die einzigartige Zusammensetzung und Struktur meines neuartigen Pigments ermöglicht jedoch die Verbesserung mehrerer entscheidender Papiereigenschaften wie die Steigerung des Volumens und die Verringerung der Porosität.The CSS pigment of the brand TiSil apparently causes improvements in a combination of properties that were previously unattainable were. So far, for example, usually the porosity the leaves back, when the volume has been improved. In addition, the optical Properties significantly worse when the increased volume due to larger particles was achieved. The unique composition and structure of my novel pigment allows However, the improvement of several key paper properties such as the increase in volume and the reduction in porosity.
Beispiel 20 (CSH der Marke TiSil im Vergleich zu PCC bei 60 lb/t TiO2)Example 20 (CSH brand TiSil compared to PCC at 60 lb / t TiO 2 )
In
diesem Beispiel wurde das Calciumsilicathydrat aus dem Beispiel
1 (5XPC12) mit einer Mischung aus Albacar(HO) von SMI verglichen,
die pro Tonne 60 lb TiO2 enthielt. Die Ergebnisse
der Papiertests sind in den Tabellen 10a und 10b wiedergegeben.
Die grafische Darstellung der Daten ist in den
Tabelle 10a: Table 10a:
Tabelle 10b: Table 10b:
Tabelle 10c: Table 10c:
CSH der Marke TiSil zeigt hier ein ausgezeichnetes Lichtstreuvermögen, eine ungewöhnliche Fähigkeit, das Blatt zu schließen (erhöhte Gurley-Porosität) und eine signifikante Verbesserung des Blattvolumens, der Steifigkeit und des Zugfestigkeitsindexes.CSH The brand TiSil shows here an excellent Lichtstreuvermögen, a unusual Ability, close the sheet (increased Gurley porosity) and a significant improvement in leaf volume, stiffness and the tensile index.
Beispiel 21 (CSH der Marke TiSil im Vergleich zu Bulkite – XPC65)Example 21 (CSH of the mark TiSil vs. Bulkite - XPC65)
In
diesem Beispiel wurde das Pigment meiner Erfindung, ein Calciumsilicathydrat-Komplex
(Foshagit-Xonotlit-Komplex), unter den in Tabelle 11a angegebenen
Bedingungen hergestellt. Das Pigment wurde auf seinen Weißgrad, seine
Wasserabsorption, die Blaine-Werte und den pH-Wert getestet. Die
Ergebnisse sind in Tabelle 11b wiedergegeben. Dieses Produkt wurde
als Pigment für
die Papierherstellung mit handelsüblichem Calciumsilicat (Handelsname
Bulkite) verglichen. Die grafische Darstellung der Ergebnisse ist
in den
Tabelle 11a: Table 11a:
Tabelle 11b: Table 11b:
Tabelle 11c: Table 11c:
Tabelle 11d: Table 11d:
Auch dieses Produkt zeigt wieder eine erhebliche Verbesserung gegenüber den Standardpigmenten der Branche.Also This product again shows a significant improvement over the Standard pigments of the industry.
Beispiel 22 (XPC 117) Anwendung in Zeitungspapier In diesem Beispiel wurde das mehrphasige CSH Foshagit-Xonotlit mittels des gleichen Verfahrens wie in Beispiel 1 und unter Verwendung der Prozessbedingungen in Tabelle 12a hergestellt.example 22 (XPC 117) Application in Newsprint In this example was the multiphase CSH Foshagit-Xonotlit by the same method as in Example 1 and using the process conditions in Table 12a made.
Tabelle 12a: Table 12a:
Das Produkt wurde auf seinen Weißgrad, die Wasserabsorption, die Blaine-Werte und den pH-Wert getestet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 12b wiedergegeben.The Product was based on its whiteness, water absorption, Blaine values and pH. The results are shown in Table 12b.
Tabelle 12b: Table 12b:
Der
Calciumsilicathydrat-Komplex dieser Erfindung wurde zum Ausgangsmaterial
für die
Herstellung von Zeitungspapier gegeben (20% Kraftzellstoff, 80%
TMP). Um die Leistungsfähigkeit
des von mir erfundenen Produkts mit anderen Produkten zu vergleichen,
wurden Laborblätter
mit einem handelsüblichen
Calciumsilicat (Hubersil, JM Huber Co.) und einem gefällten Calciumcarbonat
(ebenfalls von JM Huber Co) hergestellt. Die Zeitungspapierblätter, die
diese Pigmente enthielten, wurden auf die folgenden Eigenschaften
getestet:
Blattvolumen, Steifigkeit, Porosität, Glätte, Weißgrad, Opazität und verschiedene
Druckqualitätsparameter
wie Durchschlagen, Durchscheinen und allgemeines Durchdrucken der
Tinte. Die Blätter
wurden außerdem
auf den Haftreibungskoeffizienten getestet.The calcium silicate hydrate complex of this invention was added to the starting material for the production of newsprint (20% kraft pulp, 80% TMP). To compare the performance of the product I invented with other products, handsheets were made with a commercial calcium silicate (Hubersil, JM Huber Co.) and a precipitated calcium carbonate (also from JM Huber Co). The newsprint sheets containing these pigments were tested for the following properties:
Sheet volume, stiffness, porosity, smoothness, whiteness, opacity and various print quality parameters such as strike through, bleed through, and overall print through of the ink. The sheets were also tested for static coefficient of friction.
Die
auf einen Aschegehalt von 6% interpolierten Istwerte sind in den
Tabellen 12c und 12d wiedergegeben. Ein Vergleich zwischen dem von
mir erfundenen Produkt und dem PCC von Huber sowie HuberSil ergab
die Unterschiede, die in den Tabellen 12e und 12f wiedergegeben
sind. Die entsprechenden, auf einen Aschegehalt von 6% interpolierten
Balkendiagramme, sind in den
Tabelle 12c: Table 12c:
Tabelle 12d: Table 12d:
Tabelle 12e: Table 12e:
Ein Vergleich meiner neuen mehrphasigen CSH-Produkte mit dem Calciumsilicat von Huber ergab die folgenden Verbesserungen:One Comparison of my new multiphase CSH products with the calcium silicate von Huber made the following improvements:
Tabelle 12f: Table 12f:
Auch hier bewirkt mein mehrphasiges CSH-Produkt wieder bessere Papier- und Druckeigenschaften als das derzeit handelsübliche Calciumcarbonat und die handelsüblichen Calciumsilicat-Füllstoffe.Also Here, my multiphase CSH product again produces better paper and printing properties than the currently commercially available calcium carbonate and the commercial ones Calcium silicate fillers.
Beim Testen meiner neuartigen mehrphasigen Calciumsilicathydrat-Produkte wurden die konventionellen Industriestandards für die Qualitätskontrolle befolgt. Der Weißgrad wurde mit Hilfe eines GE/TAPPI Weißgrad-Messgeräts, Modell S-4, gemessen. Wenn der pH-Wert gemessen wurde, geschah dies mit einer pH-Messvorrichtung gemäß der TAPPI-Methode T-667. Das Zermahlen von Zellstoff erfolgte mittels einer Valley-Mahlmaschine nach der TAPPI-Methode T-200. Die Laborblätter wurden mit Hilfe einer britischen Laborblattform gemäß der TAPPI-Methode T-205 hergestellt. Zum Testen der Laborblätter auf ihre Zugfestigkeit wurde ein Streifen von einem Zoll verwendet; im Übrigen wurde der Test nach der TAPPI-Methode T-220 durchgeführt. Soweit der Mahlgrad gemessen wurde, geschah dies mit Hilfe einer kanadischen Standard-Mahlgrad-Messvorrichtung gemäß dem TAPPI-Standard T-227. Veraschungstests wurden bei 500°C gemäß der TAPPI-Methode T-211 durchgeführt. Die Luftdurchlässigkeit wurde anhand der Blaine ASTM Methode C204 getestet. Der verfügbare Kalk wurde nach der ASTM Methode C25 gemessen. Zum Testen von Feinpapier wurde ein Standard-Zellstoffbrei aus 75% Hartholz und 25% Weichholz hergestellt. Die beiden Zellstoffarten wurden separat in einer Valley Mahlmaschine gemäß den TAPPI-Testmethoden T-200 und T-227 auf einen spezifischen kanadischen Mahlgrad von 450 ± 10 zermahlen. Zum Testen von Zeitungspapier wurde ein Standard-Zeitungspapier-Zellstoffbrei aus 20% Weichholz-Kraftpapierfasern und 80% termomechanischem Zellstoff hergestellt. Beide Zellstoffarten wurden mit kandischen Standard-Mahlgradwerten von 180 csf ±25 beschafft. Dieser Mahlgrad wurde als ausreichend angesehen und der Zellstoff wurde nicht weiter zermahlen. Zur Auflösung der Faserstoffbreie wurde heißes Wasser zugegeben, um zur Entspannung der Zellstofffasern beizutragen und Faserklumpen in den produzierten Blättern zu vermeiden. Aus dem wie beschrieben hergestellten Ausgangsmaterial wurden auf einer britischen 6''-Laborblattform in Einklang mit der TAPPI-Testmethode T-205 Laborblätter geformt. Da diese Laborblätter hergestellt wurden, um die Leistung der Füllstoffe zu testen, wurde den Laborblättern etwas Füllstoff in unterschiedlichen Austauschmengen (normalerweise 15%, 20% und 25%) zugegeben. Um eine Vergleichbarkeit zwischen den verschiedenen Austauschmengen zu erzielen, wurde durch eine Reduzierung des Fasergehalts ein konstantes Basisgewicht erzielt. D.h., dass ein Blatt mit 25% Füllstoff nur 75 der Fasermenge eines Blattes ohne Füllstoff enthielt. Es wurde außerdem ein Retentionshilfsstoff verwendet, um den Füllstoff bis zur vollständigen Trocknung im Blatt zu halten. Alle anderen Komponenten bei der Herstellung der Laborblätter entsprachen der TAPPI-Testmethode T-205. Laborblätter, die in Feinpapier Titandioxid enthielten, wurden ähnlich geformt, außer dass doppelt so viel Retentionsmittel erforderlich war wie bei den anderen Füllstoffen. Wenn TiO2 in Verbindung mit einem anderen Füllstoff verwendet wurde, musste außerdem zuerst das TiO2 zugegeben werden, dann eine Dosis des Retentionsmittels und dann der Füllstoff und eine zweite Dosis des Retentionsmittels. Laborblätter zum Testen von Zeitungspapier wurden nach einer ähnlichen Methode hergestellt wie die Feinpapier-Laborblätter. Es wurden jedoch andere Füllstoffzugabemengen verwendet. Bei den Zeitungspapierblättern wurde gewöhnlich 3%, 6% und 9% Füllstoff zugegeben. Die Laborblätter wurden gemäß der TAPPI-Testmethode T-220 getestet, außer dass eine Probe von 25,4 mm verwendet wurde und die Werte für den Zugfestigkeitsindex entsprechend umgerechnet wurden. Die Laborblätter wurden gemäß der TAPPI-Testmethode T-211 verascht.Testing of my novel multiphase calcium silicate hydrate products followed conventional industry standards for quality control. The whiteness was measured using a GE / TAPPI whiteness meter, model S-4. When the pH was measured, this was done with a pH measuring device according to the TAPPI method T-667. The crushing of pulp was carried out by means of a Valley grinding machine according to the TAPPI method T-200. The handsheets were made using a British laboratory sheet mold according to the TAPPI method T-205. To test the handsheets for tensile strength, a one inch strip was used; by the way, the test was carried out according to the TAPPI method T-220. As far as the freeness was measured, this was done by means of a standard Canadian grinder-measuring device according to the TAPPI standard T-227. Ashing tests were carried out at 500 ° C according to the TAPPI method T-211. Air permeability was tested using the Blaine ASTM Method C204. The available lime was measured according to the ASTM method C25. For testing fine paper, a standard pulp of 75% hardwood and 25% softwood was made. The two types of pulp were separately ground to a specific Canadian freeness of 450 ± 10 in a Valley milling machine according to the TAPPI test methods T-200 and T-227. For testing newsprint, a standard newsprint pulp was made from 20% softwood kraft paper and 80% thermomechanical pulp. Both types of pulp were obtained with standard Kandic freeness values of 180 csf ± 25. This freeness was considered sufficient and the pulp was not further ground. To dissolve the pulp, hot water was added to help relax the pulp fibers and avoid fiber lumps in the produced sheets. From the starting material prepared as described, laboratory sheets were formed on a British 6 "laboratory sheet in accordance with the TAPPI Test Method T-205. Since these handsheets were made to test the performance of the fillers, some filler was added to the handsheets in different replacements (typically 15%, 20% and 25%). In order to achieve comparability between the different replacement quantities, a constant basis weight was achieved by reducing the fiber content. That is, a sheet of 25% filler contained only 75% of the fiber content of a non-filled sheet. A retention aid was also used to keep the filler in the sheet until completely dry. All other components in making the handsheets corresponded to the TAPPI T-205 test method. Sheets containing titanium dioxide in fine paper were similarly shaped except that twice as much retention aid was needed as with the other fillers. In addition, when TiO 2 was used in conjunction with another filler, TiO 2 had to be added first, followed by a dose of retention aid and then the filler and a second dose of retention aid. Newsprint paper sheets were made by a similar method to the fine paper handsheets. However, other filler addition levels were used. For the newsprint sheets, 3%, 6% and 9% filler were usually added. The handsheets were tested according to the TAPPI T-220 test method except that a 25.4 mm sample was used and the tensile index values converted accordingly. The handsheets were ashed according to the TAPPI test method T-211.
Zusammengefasst bestehen die einzigartigen kristallinen Mikrofasern, die als Produkt der hierin beschriebenen Reaktionen entstehen, in einem einzigartigen Produkt in Form von Bündeln mit einer Größe von ca. 10 bis ca. 40 Mikron, die normalerweise in der Form von Heuhaufen oder Kugeln auftreten. Die einzelnen Fasern messen vorzugsweise im größten Durchmesser ca. 0,2 Mikron und haben eine Länge von bis zu 4 oder 5 Mikron, so dass sie ein relativ großes L/D-Verhältnis aufweisen.Summarized The unique crystalline microfibers exist as a product the reactions described herein arise in a unique manner Product in the form of bundles with a size of approx. 10 to about 40 microns, usually in the form of haystacks or bullets occur. The individual fibers preferably measure in the largest diameter about 0.2 microns and have a length up to 4 or 5 microns, so they have a relatively large L / D ratio.
Ein wichtiger Umstand ist, dass die vorstehend beschriebenen kristallinen Mikrofasern positive Eigenschaften entfalten, wenn sie als Füllstoffe in Papier eingesetzt werden, besonders in unbeschichtetem und beschichtetem Holzschliff sowie in unbeschichtetem und beschichtetem Feinpapier. Die bereits erwähnten Adsorptionseigenschaften tragen dazu bei, dass die Papiere die Druckfarbe aufnehmen. Außerdem helfen sie dem Papierblatt, Feinstoffe zu adsorbieren, so dass die Gesamtretentionsfähigkeit der Blätter beim Papierherstellungsprozess verbessert wird. Insgesamt weisen die Papierendprodukte eine verbesserte Porosität, Glätte, Volumen und Steifigkeit auf. Der Weißgrad und die Opazität werden beibehalten oder verbessert. Darüber hinaus wird die Bedruckbarkeit des Endprodukts aufgrund der verbesserten Tintenadsorption deutlich verbessert.One important circumstance is that the above-described crystalline Microfibers develop positive properties when used as fillers used in paper, especially in uncoated and coated Wood pulp and in uncoated and coated fine paper. The already mentioned Adsorption properties contribute to the papers being the printing ink take up. Furthermore they help the paper sheet to adsorb fines so that the Total retention capacity the leaves improved in the papermaking process. Overall wise the final paper products improved porosity, smoothness, volume and rigidity on. The whiteness and the opacity are maintained or improved. In addition, the printability of the final product due to the improved ink adsorption significantly improved.
Es ist unverkennbar, dass meine einzigartigen, leichten, flaumigen adsorptiven Calciumsilicathydrat-Produkte und ihre Herstellungsmethode sowie die Papierprodukte, in denen sie zum Einsatz kommen, jedes für sich eine beträchtliche Verbesserung in der Kunst der Papierherstellung darstellen. Obwohl nur wenige exemplarische Ausführungsformen dieser Erfindung im Detail dargestellt wurden, werden diejenigen, die mit dieser Technik vertraut sind, erkennen, dass der hierin beschriebene Prozess und die damit hergestellten Produkte von diesen Ausführungsformen ausgehend abgewandelt werden können, ohne im Wesentlichen von den neuartigen Erkenntnissen und den dadurch erzielten Vorteilen abzuweichen.It is obvious that my unique, lightweight, fluffy adsorptive calcium silicate hydrate products and their method of manufacture, as well as the paper products in which they are used, each represent a significant improvement in the art of papermaking. Although only a few exemplary embodiments of this invention have been presented in detail, those that come with Those skilled in the art will recognize that the process and products manufactured thereby can be modified from these embodiments without departing substantially from the novel knowledge and advantages attained thereby.
Es ist somit erkennbar, dass die oben genannten Ziele einschließlich derer, die sich aus der vorliegenden Beschreibung ergeben, effizient erreicht wurden. Da bestimmte Änderungen an der Art und Weise der Herstellung der CSH-Produkte und der einzigartigen Papierprodukte, die mit ihrer Hilfe hergestellt werden, vorgenommen werden können, versteht sich, dass meine Erfindung in anderen spezifischen Formen zum Ausdruck kommen kann, ohne dass eine Abweichung vom Geist oder den wesentlichen Merkmalen der Erfindung vorliegt. Es können viele andere Ausführungsformen dazu verwendet werden, um unter Anwendung der hierin offenbarten Grundsätze vorteilhafte Ergebnisse zu erzielen. Es versteht sich deshalb, dass die vorstehenden Beschreibungen der stellvertretenden Ausführungsformen der Erfindungen nur zur Veranschaulichung und zur besseren Verständlichkeit der Erfindung wiedergegeben wurden. Sie sollen keine vollständige Aufzählung und keine Einschränkung darstellen und sie begrenzen die Erfindung nicht auf die exakten Ausführungsformen, die offenbart wurden. Es sollen alle Änderungen, Äquivalente und Alternativen eingeschlossen sein, die durch den Geltungsbereich und den Geist der Erfindung abgedeckt sind, so wie diese im vorstehenden Text und in den beigefügten Ansprüchen beschrieben sind. Die Ansprüche als solche sollen die Produkte, Prozesse, Methoden sowie äquivalente Prozesse und Methoden umfassen. Der Geltungsbereich der hierin beschriebenen Erfindung soll somit auch Variationen der genannten Ausführungsformen einschließen, die durch den allgemeinen Bedeutungsumfang und die Reichweite des hierin verwendeten Wortlauts abgedeckt sind und die durch die hierin verwendeten Begriffe oder deren juristische Entsprechungen beschrieben werden.It It is therefore apparent that the above objectives, including those of which result from the present description, achieved efficiently were. Because certain changes on the way of making the CSH products and the unique Paper products made with their help can be It is understood that my invention in other specific forms can be expressed without a departure from the spirit or the essential features of the invention is present. There can be many other embodiments to be used using the herein disclosed principle to achieve advantageous results. It is therefore understood that the above descriptions of the representative embodiments the inventions for illustrative purposes only and for clarity of the invention have been reproduced. They should not be a full list and no restriction represent and they do not limit the invention to the exact Embodiments, which were revealed. It's all about changes, equivalents and alternatives to be included, by the scope and the spirit covered by the invention, as in the above text and in the attached claims are described. The requirements as such, the products, processes, methods and equivalent Include processes and methods. The scope of the invention described herein The invention is thus intended to also variations of the aforementioned embodiments lock in, by the general scope of meaning and the range of the The terms used herein are those covered and those herein used terms or their legal equivalents become.
ANHANG 1 – VERZEICHNIS DER ABBILDUNGENANNEX 1 - DIRECTORY THE PICTURES
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