FI112085B - Paperinpäällystyspigmentti ja menetelmä sen valmistamiseksi - Google Patents

Description

1 112085

Paperinpäällystyspigmentti ja menetelmä sen valmistamiseksi Tämä keksintö koskee uusia mekaanisesti delaminoi-5 tuja kaoliinisavipigmenttejä, jotka ovat erityisesti käyttökelpoisia kevyen painopaperin päällystämiseen. Keksintö kohdistuu nimenomaan delaminoituihin kaoliinipäällystys-pigmentteihin, joilla on toivottujen ominaisuuksien ainutlaatuinen yhdistelmä, jota muilla kaoliinipigmenteillä 10 ei ole.

Kaoliinisavipigmenttejä saadaan raakakaoliinista. Raakakaoliini sisältää kaoliinihiukkasia, ylisuuria osasia (soraa) ja osaskooltaan hienoja ja karkeita epäpuhtauksia. Jotkut epäpuhtaudet (esim. hienot rautaa sisältävät tai 15 titaanipitoiset epäpuhtaudet) antavat savelle ei-toivot-tavan värin. Muilla epäpuhtauksilla on ei-toivottava vaikutus kaoliinin reologiaan.

Raakakaoliinin kaoliiniosa on "polydispersistä" siinä mielessä, että osasia esiintyy suuruutensa ja muo-20 tonsa puolesta laajalla alueella. Niinpä raakakaoliini ei sisällä yhdenkokoisia hiukkasia, kuten esimerkiksi sel-‘ laisia hiukkasia, joiden kaikkien koko on 2 pm. Raaka- ·] kaoliini, josta sora on erotettu, sisältää tyypillisesti

Iitit osasia, joiden koko vaihtelee submikronista tai kolloi-\ ’! 25 disesta suuruudesta osasiin, joiden koko on 20 pm tai suu- t rempi.

: Eri malmeista tai jopa saman esiintymän eri vyö hykkeistä saadut kaoliinit voivat vaihdella suuresti •V. epäpuhtauspitoisuuden, osasten koon jakautuman ja kao- 30 liiniosasten morfologian osalta. Kaoliiniosaset, jotka ♦ · ovat hienompia kuin noin 2 pm, koostuvat yleensä ·* ** yksittäisistä hiutaleista, ja osaset, jotka ovat suurempia kuin noin 2 pm, koostuvat hienojen osasten muodostamista kasautumista tai lehtimäisistä muodostumista. Kaoliinien • · .·. ; 35 hiukkaskoot määritetään tavanomaisesti sedimentoitumisen avulla käyttäen Stokesin lakia laskeutumisnopeuksien 2 112085 muuttamiseksi osasten koon jakautumaksi, ja olettamalla kaoliiniosaset muodoltaan pallomaisiksi osasiksi. Tällöin käytetään tavanomaista termiä "ekvivalentti pallon halkaisija" (equivalent spherical diameter (e.s.d.) tar-5 koittamaan hiukkasen kokoa.

Kaoliinisavipigmenttejä käytetään laajasti paperituotteiden päällystämiseen ja niiden täyteaineena, ja niitä käytetään myös funktionaalisina täyteaineina maaleissa ja muoveissa. Tällaisia pigmenttejä on saatavissa hyvin 10 monenlaatuisina, joista käyttäjä valitsee hinnan ja suorituskyvyn perusteella. Aikaisemmin oli käytäntönä yksinkertaisesti käyttää suhteellisen karkeita kaoliinilajeja paperin täyttämiseen ja käyttää hienompia kaoliinilaatuja paperin päällystämiseen. Paperissa karkeammat kaoliini-15 täyteaineet toimivat pääasiallisesti paperimassan jat- koaineina. Paperin päällystämiseen käytettynä paransivat hienot kaoliinipigmentit opasiteettia ja aikaansaivat sileän, mustetta vastaanottavan pinnan ja kiillon, jotka paransivat painatuksen laatua ja esteettistä ulkonäköä.

20 Teollisuudessa, jossa käsitellään teollisuusmine- .. . raaleja, on jo kauan oltu selvillä siitä, että monien • * ; raakakaoliiniesiintymien karkeiden osasten muodostamissa *·'·’ fraktioissa läsnäolevien kaoliinikasautumien mekaaninen ' ’ delaminoiminen tuottaa kaoliinipigmenttejä, joilla on 25 parantunut kyky aikaansaada opasiteettia samoin kuin parantunut sileys paperin päällysteessä; katso esimerkiksi US-patenttia 3 171 718, Gunn et ai.

Mekaanisen delaminoinnin aikana suuret kaoliini-osaset hajotetaan pienemmiksi osasiksi, joilla on suurempi • t ,···, 30 sivusuhde, pääasiallisesti jakamalla savikiteet basaali- • · " lohkeavuuksia pitkin. On myös oltu selvillä siitä, että : ’· mekaanisesti delaminoitujen samoin kuin ei-delaminoitujen kaoliiniosasten osaskoon jakautuman suhteellisesta kaven-tamisesta on tuloksena pigmenttejä, joilla saadaan paran-f*t ; 35 tunut opasiteetti ja sileys paperille yhdessä parantuneen painettavuuden kanssa. Tällaisten pigmenttien esitetään 3 112085 olevan erityisen edullisia käytettäessä niitä kevyiden päällystettyjen paperien valmistukseen syväpainoa varten (katso GB-patenttia 2 058 734). Delaminoitujen pigment tien ominaisuudet ovat erityisen edullisia päällys-5 tettäessä puuhioketta sisältävää paperiraaka-ainetta, jolla on tyypillisesti oleellisesti alempi päällystämättömän arkin valkoisuusaste ja karkeampi pinta kuin kemiallisesti valmistetulla, puuhiokevapaalla perus-paperilla.

10 Delaminoiduilla pigmenteillä on kuitenkin ollut saven vesilietteissä ja paperin päällystysainevalmisteissa huomattavasti huonommat reologiset ominaisuudet suuren leikkausvaikutuksen alaisena (suurempi viskositeetti) kuin ei-delaminoiduilla pigmenteillä. Parempi reologia päällys-15 tysainevalmisteissa sallii paperinpäällystyslaitteen toimia suuremmilla nopeuksilla (mikä suoraan lisää käytetyn päällystyslaitteen tuotantokykyä) tai sallii päällystysai-neiden valmisteissa suuremmat kiinteäainepitoisuudet (vähentäen siten kuivausaikaa ja lisäten siten kuivaus-20 laitteen tehoa). Käyttämällä tavanomaisia delaminoituja ... pigmenttejä täytyy paperinvalmistajan tällöin valita • · ) tasapaino paperin opasiteetin (laadun) ja tuotantotehon • · · '·’** (tuottavuuden) välillä.

Päällystyspastan viskositeetti on ydinasia paperin > · ·: 25 päällystyslaitteissa tarkasteltaessa kapasiteettikysymyk- siä. Saven vesiliete, jolla on ekvivalenttinen vis- :: : kositeetti vertailulietteeseen verrattuna vain 2 - 3 % suuremmassa pigmenttikiintoainepitoisuudessa, merkitsee jV. kaupalliselta kannalta hyvin merkittävää parannusta.

.··*, 30 Paperinvalmistajat pyrkivät yleensä käyttämään sa- ·' vipäällystyspigmenttejä, jotka kykenevät muodostamaan sa- ‘ " ven vesilietteitä, joiden kiintoainepitoisuudet ovat 67 - • · · ·...· 70 % ja joilla on viskositeetti alhaisen leikkausvaikutuk- sen alaisena alle 1 000 mPa-s, edullisesti alle 500 mPa*s, • » ,·, ; 35 mitattuna Brookfield-viskosimetrillä nopeudella 20 • * » kierrosta minuutissa. Näiden lietteiden viskositeetin, 4 112085 suuren leikkausvaikutuksen alaisena, tulee olla sellainen, että ne eivät ole viskoosisempia kuin sellainen liete, jonka Hercules-päätepisteviskositeetti on 16 x 505 dyne-cm nopeuden ollessa 500 kierrosta minuutissa, edullisesti 800 5 kierrosta minuutissa, käytettäessä "A"-punnusta (bob). Alan ammattimiehet ovat selvillä siitä, että käytettäessä Hercules-viskosimetriä ja mitattaessa päätepisteet nopeudella 1 100 kierrosta minuutissa tai suuremmilla nopeuksilla, viskositeetti ilmoitetaan yksikköinä dyne-cm 10 nopeuden ollessa 1 100 kierrosta minuutissa. On tavanomaista käyttää lyhennettyä termiä "dyne". "2 dynen" saviliete on vähemmän viskoosinen kuin "9 dynen" saviliete kyseisissä kiinteäainepitoisuuksissa.

Mekaanisella delaminoinnilla valmistettuja kaolii-15 nipigmenttejä valmistavat nykyisin kaupallisesti ja niitä markkinoivat delaminoituina pigmentteinä monet tuottajat, käsittelylaitosten sijaitessa Georgiassa ja Etelä-Carolinassa, ja niissä käytetään raaka-ainelähteinä alueen liitukauden ja tertiaarisen kauden kerrostumia. Millään 20 kaupasta saatavalla delaminoidulla kaoliinipigmentillä ei . kuitenkaan ole joidenkin ei-delaminoitujen pigmenttien I I · *t ·’ suuren opasiteetin aikaansaavan vaikutuksen ja alhaisen • · · viskositeettiominaisuuden ainutlaatuista toivottavaa yh- f • '· distelmää.

• « *·,’·: 25 Keksinnön yhteenveto

Keksintö tarjoaa kehittämiämme kaoliini- • * t » pigmenttejä, joilla on delaminoidun kaoliipigmentin etuja opasiteetin lisääntymisen, sileyden ja painettavuuden osalta, ja näillä pigmenteillä on kapea osaskoon jakautuma • · 30 sekä suuren että alhaisen leikkausvaikutuksen alaisena • » määritetyt viskositeetit, jotka tarjoavat paperinval- • · • ’· mistä jille tuotantokyvyn parannuksia. Keksinnön mukaiset : : kaoliinipigmentit voivat olla erityisen käyttökelpoisia kevyen puuhiokepaperin suurella nopeudella tapahtuvaan . . 35 päällystämiseen.

5 112085

Olemme myös ottaneet selville ominaisuuksia raaka-kaoliinilla, joka johtaa raakakaoliinia delaminoitaessa kaoliinipigmentteihin, joille on saatu yhdistettyjen ominaisuuksien tällainen paraneminen. Olemme myös identi-5 fioineet erityisiä raakakaoliinilaatuja, joita on saatavissa esimerkiksi Georgiasta, USA:ssa, Paran osavaltion Rio Capimin alueelta Brasiliassa ja Amazonasin osavaltion Manausin alueelta Brasiliassa, joista raaka-aineista voidaan saada delaminoituja kaoliinipigmenttejä, joilla on 10 sekä toivottava alhainen viskositeetti, jollainen ei normaalisti esiinny delaminoiduilla pigmenteillä, ja toivottavia opasiteettia parantavia optisia ominaisuuksia, joita normaalisti liittyy karkeista osasista saatuihin delami-noituihin kaoliinipigmentteihin, ja joskus myös kiiltoa 15 koskevia toivottavia optisia ominaisuuksia, joita ei normaalisti esiinny delaminoiduilla pigmenteillä.

Esillä oleva keksintö tarjoaa kaoliinipigmenttejä, jotka käsittävät delaminoituja kaoliiniosasia ja joilla on seuraava ominaisuuksien ja luonteenomaisten piirteiden 20 tunnusmerkillinen yhdistelmä:

Osaskoko (painoprosenttimäärä hienompia kuin to- • ·* dettu ekvivalentti pallon halkaisija, e.s.d., mitattuna • · · ’.V Sedigraph-laitteen avulla) i '·"· Vähintään 95 % hienompia kuin 10 μπι

• I

!t'.| 25 37 % tai vähemmän hienompia kuin 0,5 μπι ;· 12 % tai vähemmän hienompia kuin 0,2 μπι βι»«

Keskimääräinen osaskoko: vähintään 0,70 μπι jv, % hienompia kuin 2,0 mikronia 30 suhde --—— >2,0 * · d' % hienompia kuin 0,5 mikronia

| I I Q

: : Pinta-ala 12,5 m /g tai pienempi (BET-menetelmä » * t . käyttämällä N2:ta adsorbaattina) 35 • · · * * 6 112085

Viskositeetti

Brookfield-viskositeetti mitattuna nopeudella 20 kierrosta/min [kara nro 2] ja kiinteitä aineita 67 - 68 %: 175 mPa*s tai pienempi ja, edullisimmin, Brookfield-vis-5 kositeetti, mitattuna nopeudella 20 kierrosta/min [kara nro 2] ja nopeus 100 kierrosta/min [kara nro 2] ja kiinteäainepitoisuudessa 72 %: 300 mPa·s tai pienempi

Hercules-viskositeetti, mitattuna nopeudella 1 100 kierrosta/min [A-punnus] ja 67 - 68 % kiinteitä aineita: 10 dyne-päätepiste

Opasiteetti ja kiilto (mitattuna mustan lasin avulla)

Sirontakerroin arvolla 457 nm: > 100,0 m2/kg Sirontakerroin arvolla 577 nm: > 80,0 m2/kg 15 Kiilto: edullisesti vähintään 75 %

Keksinnön muita piirteitä ovat vesipitoiset pape-rinpäällystyskoostumukset, jotka sisältävät keksinnön mukaista pigmenttiä orgaanisen sideaineen kanssa, sekä keksinnön mukaisilla kaoliinipigmenteilla päällystetyt pape-20 nirainat.

,,, Keksintö tarjoaa lisäksi menetelmän vesipitoisen » · • ' kaoliinipigmentin valmistamiseksi, jonka menetelmän mukaan • < · delaminoidaan raakakaoliinia, josta sora on poistettu ja jonka osaskoko on -325 meshiä (so. -0, 044 mm) ja jolla * · • V. 25 kaoliinilla on seuraavat ominaisuudet: • · ;· 1) Osaskoko (e.s.d. määritettynä Sedigraphilla) II*» a) % pienempiä kuin 2 mikronia: 40 - 65 % % pienempiä kuin 0,2 mikronia < 12 %, edullisesti <5% » i a 30 • * *;* b) % pienempiä kuin 2 mikronia ; ·,. suhde -- : > 2,1 : : % pienempiä kuin 0,5 mikronia ti* > 2) Pinta-ala: 12,0 m2/g tai pienempi (BET- » » . , 35 menetelmä käyttäen N2:ta adsorbaattina).

* · i * » » • · 112085 7 3) Rakenteellinen järjestys a) Hinckley-indeksi > 0,90, mikä osoittaa rakenteellisen kokonaisjärjestyksen korkeaa astetta b) C-akselin kidekoherenssi - (001)-huippujen puo- 5 liarvoleveys (Full-Width-Half-Maximum measure = FWHM"001") FWHM (001) < 0,26, mikä osoittaa paksuja, hyvin muodostuneita koherentteja kiteitä - kiderakenteen dif-fraktoiva perusyksikkö (Pianoon et ai. 1988) 4) Kationinvaihtokapasiteetti - mitattuna Na+-ad-10 sorption avulla pH-arvossa 4,0 ei-dispergoidulla -325 mes- hin raakakaoliinilla: < 0,05 mikroekvivalenttia/m2.

Keksinnön mukaisia delaminoituja kaoliinipig-menttejä on valmistettu Rio Capimin ja Manausin raakakao-liineista, ja näitä raakakaoliineja ja Georgiasta ja 15 muualta saatuja sopivia raakakaoliineja voidaan käyttää keksinnön mukaisissa menetelmissä. Irtotavarasyötteenä keksinnön mukaisessa menetelmässä ominaisuuksiltaan edellä kuvatunlainen raakakaoliini voi olla kokonaista raakakaoliinia tai fraktioitua raakakaoliinia tai . 20 kokonaisen tai fraktioidun raakakaoliinin eli molempien \ | seosta. Eräänä tämän keksinnön piirteenä on keskeyttää ‘•V delaminointi sen jälkeen kun pääasiallinen osa * lehtimäisistä rakenteista on jaettu mekaanisesti aikaan- ·,'! saaduilla leikkausvoimilla basaalilohkeavuuksia (001) 25 pitkin erillisiksi hiutaleiksi, mutta ennen kuin hiutaleiden ei toivottu huomattava hieroutuminen on alkanut. Ajankohta, jolloin delaminointi keskeytetään, määritetään yleensä laskemalla muutosnopeus osaskoon • * • * ι···ι jakautumassa määrätyissä osaskoon kontrollipisteissä • » 30 suhteessa viipymisaikaan delaminaattorissa, ja lopet- « · • '*· tamalla delaminointi, kun muutosnopeus lähenee arvoa 0,

• I I

ί.,,ί ja/tai kun todetaan hyvin hienojen osasten esim.

pienempien kuin 3 mikronia) prosentuaalisen määrän • * t.# . suureneminen. Mainittuja osaskoon kontrollipisteitä voi ’ ’ 35 olla esimerkiksi yksi tai useampi tai kaikki ne, joita on 8 112085 käytetty edellä keksinnön mukaisen pigmentin määrittelyssä (10, 0,5 ja 0,2 μηα) , tai vastaavalla alueella olevat osaskoot.

Edullisten suoritusmuotojen kuvaus 5 Seuraavaan taulukkoon on koottu seitsemän karkean raakakaoliinin fysikaalisia ominaisuuksia, mukaan luettuna ne raakakaoliinit, jotka täyttävät keksinnön kriteerit ja joista voidaan valmistaa keksinnön mukaisia tuotteita, samoin kuin ne raakakaoliinit, jotka eivät täytä keksinnön 10 kriteereitä tai joista ei voida valmistaa sen mukaisia tuotteita.

Raakakaoliinit 1, 4, 5, 6 ja 7 ovat kaoliineja, jotka on otettu näytteinä erilaisista kaoliiniesiintymistä keskisessä Georgiassa USA:ssa, ja raakakaoliinit 2 ja 3 15 ovat raakakaoliineja Brasilian Amazonin alueelta. Raaka-kaoliinit 1, 2 ja 3 täyttävät kaikki vaadittujen fysikaalisten ominaisuuksien kriteerit ja soveltuvat käytettäväksi keksinnön mukaisissa menetelmissä; keksinnön mukaiset tuotteet on valmistettu raakakaoliineista 2 ja 3.

,,. 20 Tässä taulukossa viskositeettiominaisuudet edusta- • * t *( · vat juoksevuutta, joka tarkoittaa maksimikiinteäainepi- » » * toisuuksia, jotka on saavutettu optimidispersiolla Brook- 1 * field-arvolla 300 mPa·s. Kaikki ilmoitetut arvot on sei- ♦ * *, ·· laisia -325 meshin raakakaoliineja, joista karkeat osat on < * 25 poistettu, lukuunottamatta rakenteellista järjestystä kos- kevia ominaisuuksia, jotka on mitattu kokonaisesta raaka-kaoliinista .

• * · » * * t * * 9 1 1 9 Π Ο Ρ i I £OUtj

Raakakaoliini 1 2 3 4 567

Juoksevuus (kiinteitä aineita 77,9 76,6 73,6 68,7 67,4 62,5 64,1 0 300 mPa-s) 5 Pinta—ala BET, N2) SA (m2/g) 9,2 8,5 10,8 11,9 16,4 14,6 13,2

Osaskoon jakautuma 5 μπι (% hienompia) 73,3 76, 0 72,0 75,5 76, 9 78,9 60,9 2 μπι (% hienompia) 54,2 55,0 51,0 54,2 56, 9 61,2 43,2 10 1 μπι (% hienompia) 39,5 40,4 32,0 42,4 43, 6 48,5 31,8 0,5 μπι (% hienompia) 16,6 23,3 10,5 25,3 28,1 31,7 20,7 0,2 μιη (% hienompia) 1,4 10,3 0,0 6, 3 8, 4 11, 1 7,0 15

Suhde % -2 μπι 3,26 2,36 4,86 2,14 2,0 1, 9 2,1 % -0,5 μπι

Rakenteellinen järjestys 20 Hinckley'n indeksi 1,07 1,06 1,05 0,62 0,68 0,55 FWHM "001" 0,25 0,25 0,22 0,29 0,25 0,30 • *

Kationinvaihtokapasiteetti (mikroekvivalentteja/m2) ’ pH 4 0,033 0,06 0,30 1,00 0,09 :· 25 ··' Georgialaiselta tuottajalta saadulla tyypillisellä V · aikaisemmalla kaupallisella delaminoidulla pigmentillä on seuraavat ominaisuudet:

Osaskoko: 7 9 % hienompia kuin 2 μπι 30 Jakauma: 63 % hienompia kuin 1 μπι (paino-% hie- 43 % hienompia kuin 0,5 μπι *iit* nompia kuin 16 % hienompia kuin 0,2 μπι '*··’ e . s . d) ·;··: % hienompia kuin 2 mikronia 35 suhde - <2,0 % hienompia kuin 0,5 mikronia 10 112085

Pinta-ala: 15,0 m2/g

Viskositeetti:

Brookfield: 275 mPa · s Θ 20 kierrosta/min, 68 % kiin teitä aineita 5 > 300 mPa·s @ 20 kierrosta/min, 68 69 % kiinteitä aineita Hercules-päätepiste: 600 kierrosta/min 68 %:n kiintoainepitoi- suudessa 10 Musta lasi: sirontakerroin arvolla 457 nm: 100 m2/kg sirontakerroin arvolla 577 nm: 75 m2/kg kiilto: 68 %

Eräät kaupasta saatavat, delaminoituina pig-15 mentteinä myytävät kaoliinipigmentit osoittavat parempaa viskositeettia kuin edellä on esitetty. Näillä pigmenteillä voi olla dyne-päätepiste suuren leikkausvoiman alaisena määritetyssä viskositeetissa 68 %:n kiin- toainepitoisuudessa. Nämä erityiset pigmentit ovat kuiten-20 kin hienompia kuin keksinnön mukaiset tuotteet ja edellä • » · • * mainittu tyypillinen delaminoitu pigmentti, mitattuna suuremmalla pinta-alalla ja kun kaoliiniosasia on suurempia painoprosenttimääriä kontrollipisteissä hienom-: '.j pia kuin 0,5 μη\ ja hienompia kuin 0,2 μπι. Vaikkakin ;· 25 hienojen kaoliiniosasten läsnäolo parantaa delaminoitujen • · I * h!'. kaoliinipigmenttien suuren leikkausvoiman viskositeettia, pienentää hienojen osasten läsnäolo samalla pigmenttien sirontatehoa ja opasiteettia suurentavaa vaikutusta, kuten h on kvantitatiivisesti määritetty aikaansaamalla pienene- 30 minen "hyvän" viskositeetin omaavan pigmentin mustan lasin • sirontakertoimissa keksinnön mukaisten tuotteiden vastaa- : : vien arvojen alapuolelle. Esimerkiksi testatulla, vis- kositeettinsa osalta "parhaalla" kaupasta saatavalla • » . , delaminoidulla pigmentillä oli seuraavat ominaisuudet: • · » *· 35 112085 11

Osaskoko (paino-% hienompia kuin e.s.d.) 98 % hienompia kuin 5,0 μπι 81 % hienompia kuin 2,0 μιη 67 % hienompia kuin 1,0 μιη 5 50 % hienompia kuin 0,5 μιη 21 % hienompia kuin 0,2 μιη Osasen keskikoko 0,50 μιη % hienompia kuin 2,0 μτη

Suhde: - = 1,6 10 % hienompia kuin 0,5 μπι

Pinta-ala 16,9 m2/g Viskositeetti

Hercules-viskositeetti, mitattuna nopeudella 1 100 kierrosta/min (A-punnus) ja 68 % kiinteitä aineita: 15,9 15 dyneä

Brookfield-viskositeetti, mitattuna nopeudella 20 kierrosta/min (kara nro 2) ja 68 % kiinteitä aineita: 290 mPa·s.

Musta lasi ,, , 20 Sirontakerroin arvolla 457 nm: 67 m2/kg ·* Sirontakerroin arvolla 577 nm: 43 m2/kg *'·ν Kiilto 71 % » * * » · * * ·,'·· Vaikkakin tämän delaminoituna pigmenttinä markki- ’I* 25 noidun, kaupasta saatavan pigmentin hyvät suuren leikkaus- voiman viskositeettiominaisuudet havaitaan edullisiksi, katsovat paperinvalmistajat verraten alhaiset mustan lasin sirontakertoimet heikennykseksi paperin ja painatuksen laadun kannalta, erityisesti kevyissä papereissa.

t 1 V 30 Keksinnön mukaisia tuotteita, joilla on oheisissa : patenttivaatimuksissa esitetyt ominaisuudet, on valmistet-

> t I

: : tu eri menetelmillä, jotka kaikki käsittävät vaiheen, jos- sa delaminoidaan mekaanisesti raakakaoliine j a tai raaka- » » . . kaoliinin fraktioita, jotka on saatu Rio Capim -joki- ' ‘ 35 alueelta, Para-osavaltiosta, Brasiliasta. Rio Capimin kao- 112085 12 liineja sisältyy laajoihin sedimenttimuodostumiin, jotka sisältävät karkeaa ja hienoa santaa, savi- ja silttilaje-ja. Lähellä pintaa olevat, savea sisältävät muodostumat ovat säilyneet eroosiolta laakion yläosissa. Savimuodos-5 tumat näyttävät olevan stratigraafisesti Iitteinä makaavia, erittäin vaalean kaoliinin vaakatasossa olevien kerrostumien esiintyessä vaihtelevasti niiden ulkopinnalla olevien lateriittien, hiekkalajien ja värjäytyneiden kaoliinien alapuolella, jotka eivät ole sopivia käsi-10 teltäviksi. Tämän hylkymateriaalin alapuolella on tyypillisesti vaakatasossa oleva kerros erittäin vaaleaa, alhaisen hiekkapitoisuuden omaavaa kaoliinia, joka on hyväksyttävää raaka-ainetta keksinnön mukaisia tuotteita varten. Rio Capim -joen kaoliinialueen pohjoisissa osissa, 15 Igarape Cipoteuan läheisyydessä, voidaan raakakaoliinit katsoa karkeiksi, jolloin -325 meshin [U.S.-seula] fraktiolla on tyypillisesti seuraavanlainen kumulatiivinen osaskoon jakauma.

Paino-% hienompia kuin Alue Keskimäärin 20 2,0p 72 - 39% 58% : ·* 1,0 μτη 55 - 25% 40% 0,5 μιη 34-8% 20% 0,2 μιη 13-1% 6% • · • · · • · · ·;· 25 Vielä eteläänpäin, Igarape Cupijon läheisyydessä ;'j'. on raakakaoliinin -325 meshin fraktio tyypillisesti hie nompaa, keskimäärin 75 %:n kaoliinista ollessa hienompaa ;··_ kuin 2 μτη ja 60 %:n hienompaa kuin 1 mikrometri.

• » *..! Alan ammattimiehet ovat selvillä siitä, että sedi- • t * | 30 mentoimisen käyttämisestä mekaanisesti delaminoitujen kao- j ’·· liinien ohuiden hiutaleiden osaskoon määrittämiseksi on : tuloksena arvot, jotka eivät totuudenmukaisesti kuvasta * · t _ * . ohuiden litteiden levyjen kokoa. Tätä keksintöä käytäntöön . , sovellettaessa käytettyjen raakakaoliinien, joista karkeat ’* 35 osaset on poistettu ja joiden osaskoko vastaa -325 meshiä, ,, 112085 13 mikrovalokuvien (SEM) tarkastelu osoittaa, että numeerisesti ilmaistuna, useimmat erilliset kaoliiniosaset käsittävät kiteitä, joiden pinnan halkaisija on 1 - 2 p ja särmän paksuus pienempi kuin 0,5 pm. Alan ammattimiehet 5 kutsuvat kooltaan tämän kokoisia ja kidemuodoltaan tällaisia osasia "hiutaleiksi" (platelets). Sopivassa raaka-kaoliinissa olevissa hiutaleissa on tyypillisesti ainakin yksi hyvin muodostunut särmä, ja satunnaisilla kiteillä on kuusi hyvin muodostunutta särmää pseudoheksagonaalisessa 10 kidemuodossa. Kaoliiniosaspopulaation karkeuden antavat kaoliinikiteet, joista alan ammattimiehet käyttävät nimityksiä lehtimuodostumat (books) ja suuret levyt. Lehtimuodostumat ovat kaoliniittikerrosten kasaumia. Hyvin muodostuneissa kiteissä kaoliniitin tarkka, säännöllinen 15 basaalilohkeavuus, joissa kaoliniiteissa suorien särmien väliset kulmat ovat 60 astetta, ovat selvästi näkyvissä. Keksintöä käytäntöön sovellettaessa käytetyissä raaka-kaoliinissa olevia lehtimuodostumia voidaan tyypillisesti kuvata karkeasti tasasuuriksi, koon ollessa suuruus- ,, , 20 luokaltaan 15 pm x 15 pm. Toisinaan lehtimuodostumat • · • ·' kehittävät matomaisen muodon, jossa ulottuvuus, joka on « * ^ • I * V.’ kohtisuorassa basaalilohkeavuutta vastaan, on pituudeltaan t ·"· 40 mikrometristä ylöspäin, kaartuen usein kiteen toisen !/*· pään kohdalla. Eräs toinen kidemuoto tunnetaan levynä, ·;· 25 jossa pinnan halkaisija on 10 - 15 pm ja paksuus (suunnassa, joka on kohtisuorassa basaalilohkeavuutta vastaan) on suuruusluokkaa 0,5 pm. Levyillä on tyy-pillisesti vähemmän hyvin muodostuneet särmät kuin * > ... lehtimuodostumilla.

* * 30 Rio Capim -joella alueen "karkeammalta" pohjoi- • seita osalta saadut raakakaoliinit, joista sora on pois- I · t ; : tettu, näyttävät sisältävän suuremman osuuden lehti- muodostumia ja levyjä suhteessa hiutaleihin kuin "hie-. , nommalla" etelämmäisellä alueella.

* · t 14 112085

Raakakaoliini murskataan tyypillisesti ensiksi ja sen jälkeen lietetään veteen, joka sisältää edullisesti savea dispergoivaa ainetta, kuten esimerkiksi seosta, jossa on kalsinoitua soodaa ja natriumsilikaattia, tai 5 kondensoitua fosfaattisuolaa esim. tetranatriumpyro- fosfaattia tai natriumpolyakrylaattia. Lietetyn saven kiinteäainepitoisuus on yleensä välillä 30 - 65 paino-%, yleensä noin 40 paino-%. Lietetystä savesta poistetaan sen jälkeen sora tunnetuilla menetelmillä, kuten käyttämällä 10 seuloja tai sedimentoimista painovoiman vaikutuksesta yhlisuuren aineksen (soran) poistamiseksi. Tähän tarkoitukseen sopivia ovat 200 tai 350 meshin U.S.-stan- dardiseulat (0,074 ja 0,044 mm).

Keksinnön eräässä suoritusmuodossa erotetaan sen 15 jälkeen kaoliiniliete, josta sora on poistettu, yhdeksi tai useammaksi osaskooltaan karkeaksi ja hienoksi fraktioksi, jolloin hienompi fraktio käsittää esimerkiksi 70 -90 paino-% hienompia osasia kuin 2 μπι. Jatkuvatoimisia sentrifugeja, kuten sellaisia, jotka on varustettu suutin-20 kulhoilla tai kierukoilla, voidaan käyttää tai fraktioin- • < f > ·’ tiin voidaan käyttää laskeuttamista painovoiman vaikutuk- sesta. Oivallisia tuloksia saatiin kuvaavassa esimerkissä käytetyllä raakakaoliinilla käyttämällä poistamiseen : ,i sentrifugia ja eristämällä sen jälkeen osaskooltaan hieno ·;'* 25 fraktio, josta 90 paino-% osasista oli hienompia kuin * f s i 2 μιη, ja karkea fraktio, jossa noin 25 paino-% osasista oli hienompia kuin 2 μπι. Hienojen osasten erottamiseen .. . käytetyn sentrifugoinnin jälkeen jäävää osaskooltaan » » karkeaa fraktiota käytetään delaminaattorin syötteenä,

• I

30 mahdollisesti yhdessä osan kanssa hienoja osasia, jotka on i * | erotettu sentrifugoinnin aikana ja/tai osan kanssa syötet- tä, josta sora on poistettu. Jos hienofraktio erotetaan i t » | . ensimmäisessä erotteluvaiheessa, sisältää delaminaattorin ( » , , syötteen osasten populaatio suuremman osuuden suuria leh-

• * I

’* · 35 timäisiä kaoliinimuodostumia ja levyjä, kuin mitä esiintyy 112085 15 kaoliini-lietteessä olevien kaoliiniosasten populaatiossa ennen erottelua. Hienot osaset ja/tai syöte sisällytetään delaminoituun syötteeseen ensisijaisesti mekaanisesti delaminoidun tuotteen osaskoon jakautuman kontrolloi-5 miseksi. Katso esimerkkiä 2.

Vielä eräässä keksinnön suoritusmuodossa suoritetaan kaoliinilietteelle, josta sora on poistettu, dela-minointi suorittamatta välillä osaskoon erottelua. Tästä käsittelystä käytetään nimitystä "kokofraktion delaminoin-10 ti". Katso esimerkkiä 1 ja 3.

Tässä keksinnössä on edullista lopettaa dela- minointi silloin, kun delaminointi on tapahtunut oleellisesti täydellisesti ja jolloin alkaa 5 mikronia hienompien hiutaleiden hiertyminen. Ei-toivotun hier- 15 tymisen alkamista voidaan kontrolloida määrittämällä sellaisten osasten muodostaman fraktion suureneminen, jotka ovat hienompia kuin erityinen e.s.d. (esim. 5,0 ja 2,0 μτη) . Delaminoinnin kestoaika ja intensiteetti vaihtelevat riippuen raakakaoliinin lähteestä, osas- 20 kooltaan karkean ja hienon fraktion seoksesta dela- . ! minaattorin syötteessä ja tuotteelta toivotusta osaskoon * * · jakautumasta.

’ ' Saven delaminointikäsittely voidaan suorittaa käy- * * · ’· V tännössä käyttämällä hienojakoisia jauhatusaineita jaksot- 25 täisessä operaatiossa, joskin on edullista suorittaa pro- ϊ,ί ί sessi jatkuvalla tavalla. Ei-rajoittavia esimerkkejä jau- hatusaineista ovat pienet keraamiset kuulat, karkea hiek-ka, muovilieriöt, -helmet, tai pelletit, jotka ovat nylonia, styreeni-divinyylibentseenikopolymeeriä, polyety- ♦ * t 30 leeniä tai muuta muovia. Jauhatusaine vaikuttaa saven > '* vesisuspensioon.

Jauhatusaineena ovat edullisimmin styreenidivinyy-libentseenikopolymeerihelmet, joiden osaskoko on välillä .·, ; -20 ja +50 meshiä (US-seula) . Helmien tilavuus saviliet- 35 teeseen nähden vaihtelee yleensä välillä 20 - 70 %, 16 112085 edullisimmin välillä 35 - 50 %. Prosessiin tuotu saviliete tulee tyypillisesti kontrolloida välille 20 - 50 % kiinteitä aineita; optimaaliset käsittelyolosuhteet saavutetaan usein kuitenkin välillä 35 - 45 % kiinteitä 5 aineita.

Käsittelyyn käytetty sopiva astia käsittää pystysuoria estelevyjä ja sen korkeuden suhde halkaisijaan on tyypillisesti suurempi kuin 1,0 ja optimaalisesti välillä 1,5 - 2,0. Tällainen astia on varustettu sekoitusjärjes-10 telmällä, joka käsittää pystyakseliin kiinnnitettyjä useita sekoituselementtejä. Sekoituslaitteiden lukumäärä ja niiden välit täytyy optimoida käsittelyn erityisolosuhteita varten tarkoituksella aikaansaada leikkaus-, isku- ja kitkaenergian kohdistus, joka on 15 tarpeen voittamaan Van der Waalsin voimat, jotka pitävät yksityiset hiutaleet kerrostetussa järjestyksessä. Delaminointiin tarvittava energiapanos vaihtelee riippuen raakakaoliinien, käsittelyolosuhteiden ja laitteiden välisistä eroista; tyypillisesti tarvitaan 10 - 50 ; ·_ 20 hevovoimatuntia tonnia kohti delamiinaattoreihin syö- • · \ tettyä savea.

* I · * s · * \ Jatkuvassa delaminoinnissa syötetään savea jat kuvasti delaminointilaitteeseen ja laitteesta poistuva * · '· *: aine yhdistetään edullisesti saven fraktiointikäsittelyyn, 25 josta karkeampi savi palautetaan laitteeseen, samalla kun ·',* ·’ ainoastaan osaskooltaan toivotunlainen hienompi savi pois tetaan. Samalla kun karkeampi savi palautetaan astiaan, jossa delaminointi tapahtuu, on hienomman saven .·". selektiivisellä poistamisella se etu, että prosessin 30 kokonaissaantoa voidaan parantaa, ja levyt, joiden ί " pintahalkaisija on suurempi kuin 5 μπρ voidaan hienontaa *...· osaskooltaan toivottujen tuotteiden saamiseksi. Tällä * tavalla jatkuvan toiminnan aikana laitteeseen jäävän saven .·. : muodostavat pääasiallisesti karkeammat savihiukkaset, 35 joille suoritetaan delaminointi ja jotka jatkuvasti 17 112085 vapautetaan hienommista savihiukkasista suorittamalla selektiivinen erottaminen ja fraktiointi sekä palauttamalla takaisin karkeammat savihiukkaset.

Tässä savisuspension jatkuvassa poistamisessa on 5 hienomman saven erottaminen ja karkeamman saven palauttaminen laitteeseen myös edullisesti jatkuvaa, ja se voidaan toteuttaa kohdistamalla poistetulle savelle keskipakois-erotus palauttaen samalla karkeampi savi laitteeseen tai käyttämällä yhtä tai useampaa syklonierotinta, jotka erot-10 tavat hienomman savifraktion ja palauttavat karkeamman saven laitteeseen.

Delaminoidun saven liete sentrifugoidaan sen jälkeen valinnaisesti ylisuurten osasten, esimerkiksi sellaisten, jotka ovat suurempia kuin 2 pm, poistamiseksi 15 pohjavirtana, ja ylivirtauksena saatu tuote johdetaan sen jälkeen voimakastehoisen magneettisen erottimen läpi, minkä jälkeen suoritetaan valkaisu, suodatus ja kuivaus keksinnön mukaisen tuotteen saamiseksi. Sentrifugoitu pohjavirta, joka sisältää ylisuuret osaset, voidaan sekoittaa 20 sopivien määrien kanssa delaminoitua ja/tai ei- ! delaminoitua savea seosten saamiseksi, joissa on toivottu t » · » * · ' *t osaskoon jakautuma, ja käsitellään edelleen tavanomaiseen tapaan, esim. suorittamalla magneettinen puhdistus ja/tai *: valkaisu muiden edullisten kaoliinituotteiden valmista- 25 miseksi.

« « t : Ensimmäisessä lajitteluvaiheessa voidaan (ennen delaminointia) karkeammasta kaoliinista erotettua osas- • V. kooltaan hienoa fraktiota käsitellä tavanomaiseen tapaan, .···. esim. suorittamalla magneettinen puhdistus ja/tai valkai- * * · 30 su, numeroa 1 tai numeroa 2 olevien savilaatujen : “ saamiseksi.

Kuten mainittiin, sisältyy keksinnön puitteisiin ...d lietteen, josta sora on poistettu, delaminoiminen frak- : tioimatta sitä ennen lietettä. Keksinnön puitteishin si- 35 sältyy myös delaminoiminen käyttäen muita jauhatuksen apu-

112 O 8 F

18 aineita kuin muovihelmiä, esim. hiekkaa, sirkoni- tai lasihelmiä, tai delammnointiprosessia, joka tunnetaan nimellä "superstruusio" (superstrusion).

Keksinnön mukaisia delaminoituja kaoliinipig-5 menttejä voidaan edullisesti käyttää ainoana pigmenttinä päällystyspastavalmisteissa, joita käytetään paperin ja kartongin päällystämiseen. Keksinnön puitteisiin sisältyy kuitenkin myös keksinnön mukaisten pigmenttien käyttäminen seoksina muiden kaoliini- ja ei-kaoliinipigmenttien kansio sa, ja seosten käyttö paperin ja kartongin päällystämiseen. Tällaisia seoksia voidaan valmistaa ennen päällystyspastavalmisteiden valmistusta tai valmistaa samanaikaisesti päällystyspastavalmisteiden valmistuksen kanssa.

15 Delaminoidut pigmentit ovat erityisen edullista käytettynä ainoana pigmenttinä puuhioketta sisältävän kevyen paperin päällystämiseen. Eräällä tyypillisellä puuhioketta sisältävällä kevyellä raakapaperilla, joka on sopiva päällystettäväksi, voi olla seuraavat ominaisuudet: .. . 20 Neliömassa: 24 paunaa/3 300 neliöjalkaa eli 36 g/m2 * 1 Valkoisuus: 67,5 % • » '

Opasiteetti: 76 % ‘ ’ Päällystyspastavalmisteiden valmistamiseksi sekoi- ·.*·: tetaan päällystyspigmentit tavanomaiseen tapaan muiden 25 aineosien ja sideaineiden kanssa, jotka sitovat päällys-: tyspigmentit peruspaperin pintaan. Päällystyspastavalmis- teet vaihtelevat tehtaalta toiselle samaa lopullista .V. käyttötarkoitusta varten ja eroavat pintaominaisuuksien ,··, osalta, joita vaativat käytetyt erilaiset painatus- ’·' 30 menetelmät.

19 112085

Esimerkiksi:

Tyypillisiä LWC-paperin päällystysainevalmisteita Eurooppa

Offset-paperi Syväpainopaperi 5 100 osaa pigmenttiä 100 osaa pigmenttiä 10 osaa Dow 685:tä 4,8 osaa AcronalR548:aa 5 osaa PG280:tä 0,5 osaa NopcoteRC-104 : ää 0,5 osaa NopcoteRC-104 : ää 0,5 osaa SunrezR7 00C: tä 10

Yhdysvallat

Offset-paperi Syväpainopaperi 100 osaa pigmenttiä 100 osaa pigmenttiä 8 osaa PG280:tä 7 osaa PG280:tä 15 8 osaa CP640A:ta 4 osaa CO620A:ta 0,5 osaa NopcoteRC-104:ää 5 osaa CopcoteRC-104:ää 0,5 osaa SunrezRC-700C:tä

Kaikki selityksessä ja patenttivaatimuksissa käy-.. . 20 tetyt osasten koot on määritetty SEDIGRAPH 5100 -merk- *. * kisellä osaskoon analysaattorilla, ja ne on ilmoitettu ' ekvivalenttisena pallon halkaisijana (e.s.d. = equivalent spherical diameters) painoprosentteina laskettuna.

*. ·.* Valon sironta ja kiilto määritettiin levittämällä 25 kaoliinisavisuspensioita, joiden kiinteäainepitoisuudet ::: olivat 60 %, mustille lasilevyille päällysteen painon ollessa 7,0 - 14,0 g/m2 (ilmaistuna kuivana savena).

•V. Päällysteiden heijastuskyky, ilmassa suoritetun kuivauksen .··. jälkeen, on mitattu aallonpituusarvoilla 457 nm ja 577 nm t · · 30 Elrepho-reflektometrin avulla. 457 nm:n aallonpituus vas- • · ·' “ taa sitä aallonpituutta, jota on käytetty TAPPI-vaaleus- I t t *...· mittauksessa, ja 577 nm:n aallonpituus vastaa sitä, jota on käytetty opasiteetin mittaukseen. Hei j astusarvot on ,·. ; muutettu Kubelka-Munk-yhtälöitä käyttäen valosironta- 35 arvoiksi (m2/kg). Valonsironta-arvot ovat saven opasi- 112085 20 teettipotentiaalin mitta. Korkeammat arvot osoittavat, että valo pikemminkin heijastuu ja sirottuu takaisin kuin kulkee läpi. Mitä korkeampi on valonsironta-arvo, sitä suurempi on saven opasiteettipotentiaali. Mustan lasin 5 kiiltoarvo on peilikiillon mitta 75 asteen kulmassa (15 asteen kulmassa paperin tasosta), ja sitä käytetään laajasti pinnan laadun ja kiiltävän ulkonäön (mikä tavanomaisesti samaistetaan korkean laadun kanssa) erityisenä mittana. Monissa sovellutuksissa ovat korkeat 10 kiiltoarvot toivottavia.

Lietteitä valmistettaessa mittauksia varten, joissa määritetään viskositeetti suuren leikkausvaiku-tuksen alaisena (Hercules) ja alhaisen leikkausvaikutuksen alaisena (Brookfield), käytetään Engelhard Corporation 15 -menetelmää PL-1. Brookfield-viskositeetti mitattiin käyttämällä TAPPI-menetelmää T648 om-88 nopeudella 20 kierrosta/min käyttämällä karaa nro 1 tai nro 2; joissakin tapauksissa Brookfield-viskositeetti mitattiin nopeudella 100 kierrosta/min käyttämällä karaa nro 3. Kaikki lietteet 20 valmistettiin käyttämällä optimaalista määrää disper-; goimisainetta noudattaen Engelhard Corporationin PL-3- • f * v·* menetelmää. Kuvaukset PL-1-, PL-3- ja Hercules-visko- *'!*· siteetin mittausmenetelmistä käyvät ilmi US-patentista * i ·*.·: 4 738 726.

25 Seuraavissa esimerkeissä viitataan pigmentin vaa- : leuteen, joka määritettiin tavanomaisella tavalla (TAPPI- standardi T452 m-58) käyttäen G.E. Brightness -mittaria.

Seuraavissa esimerkeissä 1 ja 2 saatiin raakakao-.···. liinisavet Paran Rio Capim -jokialueen pohjoisen osan • t • 30 esiintymistä Brasiliassa. Esimerkissä 3 raakakaoliinit : “ olivat irtonäytettä, joka oli saatu esiintymistä, jotka ovat noin 75 km suoraan pohjoiseen Manausista, Amazonas-osavaltion alueella Brasiliassa.

• » 21 112085

Esimerkki 1

Koko fraktion delaminoituja tuotteita Tämä esimerkki kuvaa keksinnön suoritusmuotoa, jossa kaoliinilietteelle, josta sora on poistettu, suori-5 tetaan mekaaninen delaminointi fraktioimatta sitä ennen lietettä (koko fraktion delaminointi). Syötteenä prosessiin käytetty kaoliiniliete oh näyte edellä kuvatusta Capimin kaoliinista. Liete valmistettiin liettämällä raakakaoliini (pH 4,4) veteen, joka sisälsi 10 natriumpolyakrylaattia (tavaramerkki C211) je kalsinoitua soodaa dispergoimisaineena, jolloin tuloksena oli liete, jonka pH oli 8,2. Lietteestä poistettiin sora kahdessa vaiheessa, jolloin ensimmäisessä vaiheessa lietteen annettiin rauhassa laskeutua 5 minuuttia ja sen jälkeen 15 johdettiin ei-laskeutunut osa 200 meshin seulan läpi. Liete, josta sora oli poistettu ja joka käsitti noin 39 % kiinteitä aineita, sisälsi noin 86 % lähtöaineena käytetystä raakakaoliinista. Talteenotetun kaoliinin osaskoko on sellainen, että 54 % oli hienompia kuin 2 pm. ,, . 20 Vaaleus oli 81,3 %, T1O2- je Fe203-arvot olivat vastaavasti 1,08% ja 0,71%.

t *

Delaminointi suoritettiin koelaitoksen delaminoin-tistimulaattorisa, joka käsitti ruostumatonta terästä olevan astian, jonka nimellismitat olivat; sisähalkaisija „T 25 25,4 cm ja korkeus 38,1 cm. Astian sisässä oli 3 pys- : : : tysuoraa ohjauslevyä leveydeltään noin 1,27 cm ja ne ulot tuivat astian pituudelle. Sekoitusjärjestelmä käsittää 3 :v. keraamista kartiota, jotka on sovitettu turbaanin muotoon, • « ,···, jossa 2 tai 3 kartiota voidaan sovittaa pystysuoralle ak- • · 30 selille. Käyttövoiman antamiseksi astialle siihen on so-: ** vitettu 3/4 hevosvoiman nopeussäätöinen moottori. Tässä 1 * t ·,,,·* astiassa delaminoidaan noin 9,460 kg savilietettä panosta kohti käyttäen tarvittavaa styreenidivinyylibentseenikopo-. lymeeriä olevien helmien tilavuussuhdetta optimaalisten 1 1 1 35 tulosten saavuttamiseksi. Tässä esimerkissä helmien tila- 112085 22 vuus oli 50 % ja lietteen viipymisnopeus delaminaattorissa oli 55 minuuttia. Helmien koko oli välillä -20 - +50 mes-hiä (US-seula) ja niiden muoto oli pallomainen.

Delaminoidun tuotteen osaskoko oh sellainen, että 5 noin 70 % oh pienempiä kuin 2 μιη. Vaaleus oli 81,9 %.

TiC>2:n ja Fe203:n analyysitulokset olivat vastaavasti 1,08 ja 0,72 %, mikä osoittaa sitä, että kaoliini ei ollut vaalentunut delaminoinnin aikana. Delaminaattorista poistetun lietteen kiinteäainepitoisuus oli 19,2 %.

10 Eräässä tapauksessa syötettiin delaminaattorista poistunut aine sen jälkeen jäljempänä kuvattuun vaaleutta parantavaan laitteeseen, josta oli tuloksena viimeistelty tuote A, jossa 70 % kaoliiniosasista oli pienempiä kuin 2 μιη. Eräässä toisessa tapauksessa syötettiin delaminaat-15 torista poistunut aine Sharples-sentrifugiin, joka jakoi lietteen tuotteeksi B, jossa 80 % hienotraktiosta oli pienempiä kuin 2 μπι (saanto 77,3 % ja kiinteäainepitoisuus 19,2 %), sekä karkeaksi hylkyfraktioksi.

Kummankin tuotteen A ja B osalta syötettiin de-.. . 20 laminoitu kaoliini sen jälkeen tavanomaiseen erittäin te- • · t * · * hokkaaseen magneettiseen erottimeen käyttämällä erilaisia * « · ’ ·| läpikulkevan aineen nopeuksia tarkoituksella poistaa * > » ♦ · värilliset paramagneettiset epäpuhtaudet ja siten parantaa ’ * *. vaaleutta. Ennen magneettikäsittelyä oli syötetyn 25 kaoliinin vaaleus 82,3 %; TI02- je Fe203-pitoisuudet olivat ti» : vastaavasti 1,13 ja 0,70 %. Koelaitoksen erittäin tehokas magneettinen erotin on varustettu kanisterilla, jonka jV. sisäläpimitta on 2,54 cm ja korkeus 50,8 cm ja joka • i ,**·, sisälsi noin 100 ruostumatonta terästä nro 430 olevaa • » * * · * 30 täytekappaletta (pads). Tilavuusnopeuslaskelmia käytetään ** hyväksi simuloimaan ekvivalentteja käsittelyolosuhteita ·,,,’ kaupallista mittakaavaa olevissa vastaavissa HIMS- yksiköissä. Tyypillisissä kaupallista mittakaavaa ole-; vissa yksiköissä on kanistereita, joiden halkaisija on 35 213,4 tai 304,8 cm ja korkeus 50,8 cm. Tärkeä seikka 23 112 0 8 5 koelaitoksen mittakaavan suurentamisessa on prosessin teho vaihtelevilla kapasiteeteilla. Niinpä vastaisten mitta-kaavavaatimusten simuloimiseksi vaihdeltiin tilavuus-nopeuksia simuloimaan tyypillisesti tuotantokapasi-5 teetteja, jotka olivat 20 - 40 tonnia tuntia kohti käyttämällä 213,4 cm:n (84 tuuman) kyseistä tyyppiä olevaa HIMS-yksikköä. Laitoksen läpi kulkevan aineen määrän ollessa 20 ja 40 tonnia tuntia kohti saatiin tuotteita, joiden vaaleus oli välillä 87,7 - 88,4 %. Alan 10 ammattimiehet ovat selvillä siitä, että 5-6 pisteen suuruinen vaaleuden lisääntyminen tuloksena magneettisesta erotuskäsittelystä oli epätavallisen korkea; tyypilliset Georgian kaoliinit antavat vaaleuden suurenemiseksi ainoastaan 1-3 pistettä käsiteltäessä niitä ta-15 vanomaisilla erittäin tehokkailla erotusaitteilla.

Kaikkien magneettisesti puhdistettujen tuotteiden vaaleus parani edelleen huomattavasti flokkaamalla magneettisesti puhdistetun kaoliinin lietettä käyttämällä tonnia kohti 2,724 kg alumiinisulfaattia (pH 4,7), käsit-. 20 telemällä tavanomaisella natriumditioniitti-valkaisurea- i t · ) gentilla, suorittamalla sen jälkeen suodatus ja vis- > « · ’··’ kositeetin mittaus. Vaaleustulokset eri ajoille, joissa ‘ * käytettiin erilaisia magneetin läpi kulkevia nopeuksia ja * » valkaisuaineiden määriä, esitetään seuraavassa taulukon 25 muodossa tuotteelle, jonka osasista 80 % oli pienempiä : kuin 2 pm. (Tuote, jonka osasista 70 % oli pienempiä kuin 2 pm, suhtautui vastaavalla tavalla) t I * • * * • · ,♦·*, Delaminoitujen rikastettujen kaoliini tuotteiden vaaleus ’!* 30 Valkaisu- Magneetin läpi kulkevan aineen määrä : '· ainetta tonnia/tunti :,,,· kg/tonni 0 t/tunti 20 t/tuni 30 t/tunti 40 t/tunti 0 82,3 88,4 87,8 87,8 3, 18 84,2 89, 6 89, 4 88,8 35 4,54 85, 0 89, 6 89, 4 89,1 ’ : 5, 9 84,7 89, 6 89,5 89,2 112085 24 Tämän esimerkin mukaisten kahden tuotteen A:n ja B:n ominaisuuksia

Osaskoko A B

% pienempiä kuin 10 μπι 98 100 5 % pienempiä kuin 5 μπι 92 98 % pienempiä kuin 2 μπι 72 80 % pienempiä kuin 1 μιη 52 60 % pienempiä kuin 0,5 pm 28 32 % pienempiä kuin 0,2 μm - 6 10 Keskimääräinen osaskoko 0,94 0,77 % pienempiä kuin 0,2 μιη suhde - 2,57 2,50 % pienempiä kuin 0,5 μπι 15 Pinta-ala m2/g 10,6 11,5

Viskositeetti A B

Kiinteitä aineita % 67,0 67,0

Brookfield = 2 nopeudessa 20 kierrosta/min 97 mPa-s 76 mPa-s . 20 nopeudessa • · · \ [ 100 kierrosta/min 77 mPa-s 5,2 dyneä * · · ’·*·* Hercules nopeudessa ' * 1 100 kierrosta/min 5 dyneä 5,2 dyneä * * · ':· 25 Esimerkki I - jatkoa koko fraktion delaminoiduista tuotteista

Keksinnön mukaisia tuotteita A ja B ja kahta kau- :v, pasta saatavaa suuren sivusuhteen omaavaa delaminoitua • * » * ,···, kaoliinituotetta C ja D, jotka oli valmistettu Georgiasta, » · 30 USA, ja vastaavasti Cornwallista, Yhdistyneet kuningaskun-: ’'· ta, saaduista raakakaoliineista, sekoitettiin tavanomai- i · i • (· sella tavalla sideaineiden kanssa, joita on yleisesti käy- tetty Euroopassa syväpainopaperiin, seuraavanlaiseksi » · . valmisteeksi: ’* 35 25 Päällysvalmiste

Pigmenttiä 100 "1 1 Z 0 ö 5

Acronal 548:aa 4,8

Nopcote C-104:ää 0,5 5 Päällystyspastoiksi yleisesti nimitettyjä seoksia testattiin viskositeetin osalta tavanomaisella tavalla:

Tuote A BCD

Kiinteitä aineita (%) 59,4 59,2 59,2 55,6 10 pH 9, 5 9, 6 9,5 9,8

Brookfield (mPa*s) 20 kierrosta/min 2 070 2 140 3 510 7 220 110 kierrosta/min 672 678 1 064 2 176 kara nro 4 nro 4 nro 4 nro 5 15 4400 H.E.P. "E" 20,4 22,4 25,0 19,6

On pantava merkille, että kaupasta saatavalla tuotteella D on oleellisesti huono reologia, koska se on mitattava tässä valmisteessa 3,5 % vähemmän kiinteitä 20 aineita sisältävänä kuin keksinnön mukaiset tuotteet A ja * » · * · *t | B sekä kaupasta saatava tuote C. Kiinteäainepitoisuuksien * » · ollessa samansuuruiset on keksinnön mukaisilla tuotteilla

J ! * » I

' ’ A ja B parempi viskositeetti kuin kaupasta saatavalla » · tuotteella C.

25 Päällystyspastaa levitettiin sen jälkeen euroop- palaiselle perusarkille, joka on sopiva syväpainoso- vellutuksiin. Seuraavat päällystetyn arkin ja paino- !V. tuloksen ominaisuudet mitattiin: » · * t i · • · I f * » ·

» I

> i » > · » » l

• I

* > » • » 112085 26

Eurooppalainen LWC-syväpaino-paperi Tuote A BCD

Vaaleus (%) 74,0 74,2 73,6 73,6

Opasiteetti (%) 86, 3 86,5 85,8 85,5 5 Kiilto (%) 49 54 48 43

Helio-koe (mm) 25 kg/f 22 25 19 18 30 kg/f 48 67 52 42 PPS 1,19 1,10 1,28 1,27 10

Ominaisuudet on esitetty arvolla 5,5 paunaa/3 300 neliöjalkaa (8,1 g/m2)

Kalenteriolosuhteet: 1 puristuskohta, 140 kg/cm2 ja 60 °C.

15

Kussakin näissä toivottavien päällystettyjen arkkien optisten ominaisuuksien ja painettavuuden mittauksissa keksinnön mukaiset tuotteet A ja B olivat samanvertaisia tai parempia kuin kaupasta saatavat tuotteet C ja 20 D.

• * *t )* Näytteitä edellä kuvatuista tuotteista A, B, C ja * ί # D sekoitettiin sideaineiden kanssa, joita tyypillisesti on < käytetty eurooppalaisissa LWC-valmisteissa.

* * * * « · i · ’,· 25 Päällys tysvalmiste: pigmenttiä 100

Dow 685:tä 10 PG 280:tä 5 • ·

Nopcote C-104:ää 0,5 T 30 Sunnez 700C:tä 0,5 i · • '*· Neljän päällystyspastan viskositeetin mittaukset ! : suoritettiin sen jälkeen tavanomaisella tavalla ja tulokset olivat seuraavat: I » 112085 27

Eurooppalainen LWC-offset-paperi Tuote A B C D

Kiinteäainepitoisuus (%) 58,1 58,1 58,0 58,3 pH 8,5 8,5 8,5 8,5 5 Brookfield (mPa-s) 20 kierrosta/min 840 940 1 490 2 100 100 kierrosta/min 320 330 534 760 kara nro 4 nro 4 nro 4 nro 4 4400 H.E.P. "E" 15,0 15,2 24,8 26,0 10 Päällystyspastavalmisteita A, B, C, D levitettiin eurooppalaiselle perusarkille, joka oli sopiva käytettäväksi LWC-offsetpaperien valmistukseen. Päällystetyn arkin ja painotuotteen ominaisuudet mitattiin tavanomaisella 15 tavalla ja tulokset olivat seuraavat:

Eurooppalainen LWC-offsetpaperi Tuote A BCD

Vaaleus (%) 71,4 71,7 70, 9 70,9 20 Opasiteetti (%) 81,6 81,6 80,7 80,6 ί Kiilto (%) 55 59 56 49

Painotuotteen kiilto (%) 79 81 79 79 :*·: o. d. = 1,6

Painotuotteen läpäisy- 25 vastus (%) 79 79 79 79 !·’;·. o. d. =1,6 IGT-pick (vvp) 35 33 32 33 K & N (%) 21 22 20 18 PPS 1,13 1,06 1,08 1,16 :*··: 30

Ominaisuudet on esitetty arvolla 5,5 paunaa/3 300 neliöjalkaa (8,1 g/m2) , Kalanteriolosuhteet: 4 puristuskohtaa, 140 kg/cm2, ! 60 °c 112085 28 Tällöin eurooppalaisessa LWC-offset-sovellutuk-sessa osoittivat keksinnön mukaiset tuotteet A ja B parempaa päällystyspastaa suuren ja alhaisen leik-kausvoiman alaisena suoritettujen viskositeettien osalta 5 kuin kaupasta saatavat tuotteet C ja D, ja niillä oli samanvertaiset tai hiukan paremmat optiset ja painettavuusominaisuudet.

Esimerkki 2

Raakakaoliinin osaskooltaan karkeista fraktioista 10 saatuja delaminoituja tuotteita Tämä esimerkki kuvaa raakakaoliinin osaskooltaan karkeasta fraktiosta saadun keksinnön mukaisen, mekaanisesti delaminoidun savituotteen sekä nno 1 laatua olevan sivutuotteen valmistusta.

15 Raakakaoliini lietettiin veteen 40 %:n kiinteä- ainepitoisuuteen, jolloin pH-arvoksi tuli 4,4. Seuraavan käsittelyn helpottamiseksi liete dispergoitiin lisäämällä siihen kalsinoitua soodaa (0,91 kg/tonni) ja NR Brand -merkkistä natriumsilikaattiliuosta (1,82 kg/tonni), jol-20 loin pH-arvoksi tuli 8,4.

i .· Dispergoidusta lietteestä poistettiin sora anta- maila sen laskeutua 5 minuutin ajan ja sen jälkeen ei- sedimentoidut osat johdettiin 200 meshin seulan (U.S.-standardi) läpi soran poistamiseksi. Kaoliiniosasten koko t · 25 200 meshin seulan läpäisseessä lietteessä (josta sora oli poistettu) oli sellainen, että 54 paino-% oli pienempiä kuin 2 pm. Vaaleus oli 82,6 %. Kemiallinen analyysi ,, , osoitti 0,90 paino-% TiC^rta ja 0,58 % Fe203:a.

* « « • Liete, josta sora oli poistettu ja joka sisälsi '·>’ 30 32,7 % kiinteitä aineita, jaettiin sen jälkeen Sharples- sentrifugissa hienoksi fraktioksi (93 % pienempiä kuin 2 pm ja kiinteäainepitoisuus 20,6 %) ja karkeaksi fraktioksi * , (22 % hienompia kuin 2 pm).

Sentrifugista saatuun karkeaan pöhjavirtafraktioon - 35 (22 % pienempiä kuin 2 pm) lisättiin osa hienoista osasis- 112085 29 ta (93 % pienempiä kuin 2 μπι) ja osa syötteestä, josta sora oli poistettu, (54 % pienempi kuin 2 pm) delaminaattorisyötteen muodostamiseksi, jolla oli toivottu osaskoko: noin 51 % alle 2 pm. Delaminaattoriin syötetyn 5 saviseoksen vaaleus oli 82,8 % ja se sisälsi analyysin mukaan 0,90 % Ti02:ta ja 0,63 % Fe203:a.

Saadulle dispergoitujen savien seokselle, jonka kiinteäainepitoisuus oli 42,6 % suoritettiin sen jälkeen mekaaninen delaminointi edellisessä esimerkissä kuvatussa 10 koelaitoksen delaminointisimulaattorissa jaksottaisena käsittelynä 1 - 0,5 tunnin ajan käyttäen pallomaisia sty-reeni-divinyylibentseenikopolymeeriä olevia helmiä, joiden koko oli välillä -20 - + 50 meshiä; helmitilavuus oli 35 % delaminoinnin aikana. Delaminoidun tuotteen osaskoon ja-15 kautuma oli sellainen, että 62 paino-% oli pienempiä kuin 2 pm; Ti02- ja Fe203-pitoisuudet olivat 0,86 % ja 0,64 %.

Vaaleus oli 83,5 %.

Delaminaattorista poistettu liete, jolla oli selvä vaaleanpunainen ulkonäkö, erotettiin sen jälkeen Sharples-20 sentrifugissa ja otettiin talteen delaminoitu fraktioitu : '.· tuote, josta päällystyssaviosasten koon mukaan käytettiin :.V laatumerkintä nro 2 (81 % pienempiä kuin 2 pm) ja tuotteen vaaleus oli 84,1 % Ti02-pitoisuus oli 1,24 %; Fe2C>3-pitoi-:*·,· suus oli 0,61 %. Delaminoitu tuote puhdistettiin sen jäl- 25 keen suuritehoisessa magneettisessa erottimessa, jossa oli ruostumatonta teräslaatua 430 oleva teräsvillamatriisi. Tuloksena magneettisesta erotuksesta selvä vaaleanpunainen .. . väri hävisi.

* « I

i(; Osia mekaanisesti delaminoidusta, magneettisesti » » ’···* 30 puhdistetusta savesta valkaistiin sen jälkeen erilaisilla määrillä natriumditioniittia. Optimaalinen valkaisu-aineannos oli 5,44 kg/tonni, jolloin tuloksena oli * , valkaistu delaminoitu tuote, jonka vaaleus oli 90,2 %.

Ti02-pitoisuus oli 0,78 %; Fe203~pitoisuus oli 0,56 %.

30 1 12 0 8 5

Aluksi (ennen delaminointia) suoritetusta Sharples-luokituksesta saatu ei-delaminoidun saven fraktio, jossa 93 % osasista oli pienempiä kuin 2 pm, puhdistettiin myös magneettisesti, valkaistiin ja 5 kuivattiin suihkuttamalla, jolloin saatiin päällystyssavea nro 1. Edellä kuvatulla menetelmällä valmistetulla delaminoidulla tuotteella oli seuraavat ominaisuudet:

Osaskoko: 10 % pienempiä kuin 10,0 pm > 99 % pienempiä kuin 5,0 pm 99 % pienempiä kuin 2,0 pm 81 % pienempiä kuin 1,0 pm 56 % pienempiä kuin 0,5 pm 26 15 % pienempiä kuin 0,2 pm 3

Keskimääräinen osaskoko: 0,88 pm % pienempiä kuin 2,0 pm suhde: - = 3,1 % pienempiä kuin 0,5 pm 20 Pinta-ala: 9,4 m2/g • Lietteen viskositeetti:

Kiinteäainepitoisuuden ollessa 68,5 %: *: * *: Brookfield 20 kierrosta/min: 80 mPa-s 100 kierrosta/min: 70 mPa-s • · 25 Hercules 1 100 kierrosta/min: 6,4 dyneä - päätepiste « · t ·

Kiinteäainepitoisuuden ollessa 71,7 %: ♦ » ·

Brookfield 20 kierrosta/min: 170 mPa-s .. . 100 kierrosta/min: 132 mPa*s •t>|* Hercules 245 kierrosta/min: 16 dyneä '···* 30 Musta lasi

Sirontakerroin arvolla 457 mn: 113 m2/kg Sirontakerroin arvolla 577 nm: 81 m2/kg * , Kiilto: 82,5 %

» I

31 112085

Keksinnön puitteiden mukaista on käyttää hyväksi delaminaattoriin johdettua syötettä, joka käsittää sent-rifugin karkean pohjafraktion (noin 20 % osasista pienempiä kuin 2 μιη) ja sen syötön osaa, josta sora on poistettu 5 (noin 55 % osasista pienempiä kuin 2 pm) , delaminaattori-panoksen muodostamiseen, jonka osasten toivottu koko on sellainen, että 35 % on alle 2 pm. Saadulle dispergoitujen savien seokselle suoritetaan sen jälkeen mekaaninen de-laminointi edellä kuvatuissa olosuhteissa ja kuvatulla 10 tavalla. Delaminaattorista poistetussa aineessa on osaskoon jakautuma sellainen, että noin 60 % on pienempiä kuin 2 pm. Poistettu liete panostetaan sen jälkeen Sharples-sentrifugiin, jolloin oteteen talteen delaminoitu ja fraktioitu tuotevirta, jonka osaskoko on sellainen, 15 että noin 80 % on pienempiä kuin 2 pm, ja joka sen jälkeen puhdistetaan edellä kuvatulla tavalla. Delaminoidun, fraktioidun tuotteen ominaisuudet ovat keksinnön mukaisten tuotteiden laatuvaatimusten mukaisia. Keksinnön tämä suoritusmuoto ei ole rajoitettu edellä esitettyihin 20 erityisiin osaskoon vaihteluihin.

I '.· Raakakaoliinin osaskooltaan karkeista fraktioista ·:> saatuja delaminoituja tuotteita

Edellä kuvatusta käsittelystä saatua delaminoitua tuotetta sekoitettiin sideaineiden ja muiden aineosien t · 25 kanssa jäljempänä kuvatuksi valmisteeksi paperin päällys-tyspastojen valmistamiseksi, jotka testattiin päällystys- • · » pastan viskositeetin osalta ja sen jälkeen levitettiin .. . tavanomaisella tavalla sopivalle, kaupasta saatavalle eu- \t’t rooppalaiselle ja amerikkalaiselle kevyelle paperille.

’··*' 30 Käytettyjä valmisteita olivat: t » • » » * > • « I •

I I I i I

t t »

• < I

* * 32 112085 Päällys ty spas tavalmi s teet:

Amerikkalainen Amerikkalainen Eurooppalainen LWC-offset LWC-syväpaino LWC-syväpaino pigmenttiä 100 pigmenttiä 100 pigmenttiä 100 5 PG 280:tä 8 PG 280:tä 7 Resyn 6833:a 5 CP 620A:ta 8 CP 620:ta 4 FinnFix 5:tä 1,5

Sunrez 700C:tä 0,5

Nopcote Nopcote Nopcote C-104:ää 0,5 C-104:ää 0,5 C-104:ää 0,5 10 Testattuja pigmenttejä olivat:

Pigmentti A - Keksinnön mukainen tuote sellaisena kuin tässä esimerkissä on esitetty.

Pigmentti C - Kaupasta saatava, mekaanisesti delami- noitu pigmentti, joka on valmistettu 15 Georgista, USA, saaduista kaoliinista.

Pigmentti D - Kaupasta saatava delaminoitu luonnon pigmentti, joka on valmistettu kaoliineista, jotka on louhittu Cornwallista, Yhdistynyt kuningaskunta.

20 : , ’ Amerikkalainen LWC-syväpainopaperi :.V Päällystyspastan viskositeetin ja päällystetyn arkin ominaisuuksien mittaustulokset olivat seuraavat:

;'· j Tuote A Tuote C

* · -h 25 Kiinteäainepitoisuus (%) 57,1 57,0 pH 8 8

Brookfield (mPa-s) .. , 20 kierrosta/min 2 640 2 800 100 kierrosta/min 900 978 30 4400 H.E.P. "E" 18,2 23,6

I I

112085 33 Päällystetyn arkin ominaisuuksia (amerikkalainen LWC-syväpaino)

Tuote A Tuote C

Kiilto (%) 55 49 5 Vaaleus (%) 74,2 73,4

Opasiteetti (%) 85,2 84,6

Helio-koe (mm) 84 69

Ominaisuudet on esitetty arvolla 5,5 paunaa/3 300 10 neliöjalkaa (8,1 g/m2)

Kalanteriolosuhteet: 3 puristuskohtaa, 140 kg/cm2,

60 °C

Eurooppalainen LWC-syväpaino

Vastaavalla tavalla koestettiin päällystyspastan 15 viskositeetti ja päällystetyn arkin ominaisuudet tuotteen A, tuotteen C ja tuotteen D osalta eurooppalaisessa LWC-syväpainovalmisteessa, jolloin tulokset olivat seuraavat:

Pastan ominaisuuksia (eurooppalainen LWC-syväpaino)

20 A C D

; Kiinteäainepitoisuudet (%) 57, 1 57,0 57,2 pH (NaOH) 8 8 8

Brookfield (mPa-s) 20 kierrosta/min 1 050 1 680 13 150 25 100 kierrosta/min 352 536 4 280 !·’. 4400 H.E.P. "E" 16, 0 22,8 35,6 • » · » ,,. Päällystetyn arkin ominaisuuksia I I I • · 'ti| (eurooppalainen LWC-syväpaino)

30 A C D

Kiilto (%) 53 46 43

Vaaleus (%) 74, 8 73,8 74,2 ', Opasiteetti (%) 85,6 84,5 84,5 i t i < » ’ | Helio-koe (mm) 51 40 52 ► * * 112085 34

Ominaisuudet on esitetty arvolla 5,5 paunaa/3 300 neliöjalkaa (8,1 g/m2)

Kalenteriolosuhteet: 2 puristuskohtaa, 112 kg/cm2, 60 °C 5

Kussakin edellä olevassa tapauksessa aikaansai keksinnön mukainen tuote A samanvertaisia, parempia tai huomattavasti parempia optisia ja painettavuusomi-naisuuksia verrattuna kaupallisiin delaminoituihin 10 pigmentteihin C ja D; ja keksinnön mukaisella tuotteella oli huomattavasti alempi suuren ja alhaisen leikkaus-vaikutuksen alaisena määritetty viskositeetti kuin kaupasta saatavilla pigmenteillä kiinteäainepitoisuuden ollessa sama samassa päällystyspastavalmisteessa.

15 Eräs vaihtoehtoinen keino keksinnön mukaisen dela- minoidun tuotteen uusien, odottamattomien viskositeetti-ominaisuuksien määrittämiseksi kvantitatiivisesti on määrittää se päällystyspastan kiinteiden aineiden pitoisuus, jolla keksinnön mukainen tuote antaa viskositeetin 20 mittausarvot, jotka ovat samansuuruiset kaupasta saatavien f * * • V pigmenttien kanssa. Tämä määritys suoritettiin mittaamalla kaupasta saatavan tuotteen C Brookfield- ja Hercules-vis-*:··* kositeetti päällystyspastan tyypillisen kiinteäainepitoi- ·'· ! suuden ollessa 57 %.

• t · 25 Keksinnön mukaista tuotetta, tuotetta A, sekoitet- t-;.t tiin pigmentin sideaine j ärj estelmään kiinteäainepitoi- • * · suuden ollessa huomattavasti suurempi kuin 57 % kiinteitä ,, , aineita, ja suoritettiin viskositeetin mittauksia; tämän • · » • ·' jälkeen kiinteäainepitoisuus pienennettiin yhden prosentin

t I

30 suuruisilla muutoksilla lisäämällä deionisoitua vettä, >\t jolloin viskositeetin mittaukset suoritettiin uudelleen .*··. kussakin uudessa alemmassa kiinteäainepitoisuudessa. Tämä • t prosessi toistettiin tulosalueen selvittämiseksi, joka koski päällystyspastan kiinteäainepitoisuuden suhdetta • i Ί 35 viskositeettiin, ja siihen asti, kunnes tuotteen A vis- 112085 35 kositeetin mittaustulokset, jotka alunperin olivat korkeammat kuin tuotteen C, ovat kiinteiden aineiden pitoisuuden laimennuksen johdosta alempia kuin tuotteen C viskositeetin mittaustulos.

5 Tällä tavalla ja käyttämällä tämän esimerkin pig menttejä saatiin selville, että keksinnön mukaista tuotetta A voidaan dispergoida amerikkalaiseen LWC-offsetvalmisteeseen ja saavuttaa Brookfield-viskositeetti-arvo, joka on samanvertainen kaupasta saatavan tuotteen C 10 kanssa päällystyspastan kiinteäainepitoisuuden ollessa 2 % suurempi, ja samanvertainen Hercules-viskositeetin arvo päällystyspastan kiinteäainepitoisuuden ollessa 3 % suu rempi. Nämä erot ovat huomattavia ja ne voivat tarjota huomattavia kaupallisia etuja paperinvalmistajalle.

15 Esimerkki 3

Koko fraktion delaminointi (Manaus, Amazonas, Brasilia, raakakaoliinit) Tässä esimerkissä, jossa käytettiin edellä esimerkissä 1 kuvattuja käsittelyvaiheita tuotteelle A, käytet-20 tiin raakakaoliineja, jotka olivat peräisin kaoliniitti- 1 * t • 'hiekkakerrostumista, jotka sijaitsivat noin 75 kilometriä : V: pohjoiseen Manaus-nimisestä kaupungista, Amazonas-osaval- ;··* tiossa, Brasiliassa.

.·. : Liete valmistettiin liettämällä raakakaoliini ve- • i · 25 teen, joka sisälsi CalgonR-merkkistä dispergoimisainetta, i jolloin saatiin lietettä, jonka pH oli 7,1. Lietteestä • * * ‘ poistettiin sora kahdessa vaiheessa, jolloin ensimmäisessä vaiheessa annettiin lietteen olla rauhassa noin 5 i t * • · « • minuuttia ja sen jälkeen johdettiin ei-laskeutunut osa 200 i i t 30 meshin seulan (U. S.-standardi) läpi. Liete, josta sora on t 1'.^ poistettu ja jonka kiinteäainepitoisuus oli noin 41 %, a sisältää noin 43 % lähtöaineena käytetystä raakakaoliinis- • · ’·’ ta. Talteenotetun kaoliinin osaskoko oli sellainen, että i

t I I ! I

* 57 % oli pienempiä kuin 2 μιη. Vaaleus oli 82,6 %; Fe203- *.’·,· 35 ja Ti02-pitoisuudet olivat vastaavasti 0,69 % ja 0,81 %.

112085 36

Delaminointi suoritettiin edellä kuvatunlaisessa koelaitoksen delaminointisimulaattorissa. Helmitilavuus oli 50 % ja viipymisaika oli 45 minuuttia. Dela- minaattorista poistuva aine syötettiin magneettiseen 5 erottimeen ja sen jälkeen flokattiin ja valkaistiin käyttämällä liuoksena K-briteR-merkkistä natriumditioniit-tia 2,724 kg/tonni, minkä jälkeen suodatettiin, huuh-dettiin ja kuivattiin käyttämällä tavanomaisia menetelmiä.

Tämän esimerkin mukaisella delaminoidulla pig-10 menttituotteella oli seuraavat ominaisuudet.

Osaskoko 99 % hienompia kuin 10 pm

Jakautuma (paino-% hienompia kuin e.s.d.) 93 % hienompia kuin 5,0 μπι 15 71 % hienompia kuin 2,0 μιη 4 9 % hienompia kuin 1,0 μιη 27 % hienompia kuin 0,5 pm 3 % hienompia kuin 0,2 pm Keskimääräinen osaskoko: 1,02 pm 20 % hienompia kuin 2,0 pm : .· Suhde: - =2,6 V.· % hienompia kuin 0,5 pm

Pinta-ala: 9,2 m2/g : Viskositeetti: mitattuna kiinteäainepitoisuuden *;· 25 ollessa 70,3 % • Mi

Brookfield 20 kierrosta/min: 100 mPa · s • · · 100 kierrosta/min: 80 mPa-s

Hercules 1 100 kierrosta/min: 7,7 dyneä *,.! Musta lasi • * it o *; 30 sirontakerroin arvolla 457 nm: 108 m /kg I v. sirontakerroin arvolla 577 nm: 82 m /kg kiilto: ei mitattu • · * - t

• I

i t 37 1 12085

Esimerkki 4

Uusintakäsittelyjä, joissa delaminoidaan uutta raakakaoliinin koko fraktiota ja raakakaoliinista saatuja karkeita fraktioita 5 Tässä esimerkissä käsiteltiin jälleen esimerkissä 1 ja esimerkissä 2 käytettyjä raakakaoliineja, osittain, sillä tavalla kuin on lähemmin esitetty esimerkissä 1 ja esimerkissä 2 keksinnön mukaisten tuotteiden valmistamiseksi .

10 Koko fraktion delaminointi Tässä tapauksessa suoritetaan kaoliinilietteelle, josta sora on poistettu ja jolla on jäljempänä esitetyt fysikaaliset ominaisuudet, mekaaninen delaminointi frak tioimatta sitä ennen lietettä. Delaminaattorista poistuva 15 aine, jonka fysikaaliset ominaisuudet on jäljempänä esitetty, syötettiin Sharples-sentrifugiin, joka jakoi lietteen tuotteeksi A, hienofraktioksi, jossa 75 % osasista oli pienempiä kuin 2 μπι, ja jota selostetaan jäljempänä lähemmin, sekä karkeaksi hylkyfraktioksi. Tuotteena 20 olevalle lietteelle voidaan sen jälkeen suorittaa : ·* vaaleuden parantaminen esimerkissä 1 kuvatulla tavalla.

'.V Koko fraktion delaminointi

Raakakaoliini, Delami- ί '.j josta sora on naatto- ··· 2 5 poistettu, ja rista Lopul- • » · · • j·. syöte delaminaat- poistettu linen

Osaskoon jakautuma toriin aine tuote % alle 5 mikronia 76, 4 91,1 95,8 I · 2 mikronia 55,0 67,6 74,5 30 1 mikronia 40,4 47,4 53,2 • 0,5 mikronia 23,3 25,1 28,8 .* ’ : 0,3 mikronia 10,3 9,2 11,4 > . 0,2 mikronia 4,8 3,6 4,4 . , Pinta-ala m2/g 7, 8 7, 9 8,9 “· 35 BET-N2 38

11208E

Viskositeetti

Kiinteäaine-pitoisuus 72 %

Brookfield 5 20 kierrosta/min 90 mPa·s 138 mPa1s 205 mPa-s

Brookfield 100 kierrosta/min 122 mPa-s 168 mPa-s 174 mPa-s

Kiinteäaine- pitoisuus 68 % 10 Brookfield 20 kierrosta/min 40 mPa-s 59 mPa-s 64 mPa-s

Brookfield 100 kierrosta/min 71 mPa-s 78 mPa-s 76 mPa-s

Hercules 15 1 100 kierrosta/min 1,9 dyneä 2,3 dyneä 2,0 dyneä

Hercules 4 400 kierrosta/min 12 dyneä 28,8 dyneä 26,8 dyneä

Raakakaoliinin karkeasta fraktiosta saatu delami-20 noitu tuote ·’ ·1 Tässä esimerkissä erotetaan raakakaoliinin liete, .V josta sora on poistettu ja jonka fysikaaliset ominaisuudet ovat sellaisia kuin jäljempänä on esitetty, sentrifugin avulla siten kuin esimerkissä 2 on esitetty hienoksi frak-··· 25 tioksi ja karkeaksi fraktioksi, joilla on jäljempänä esi- tetyt osaskoon jakautumat. Osa ensimmäisessä vaiheessa t talteen otetusta hienosta fraktiosta sekoitetaan sen jäl-;·_·, keen karkean fraktion kanssa kaoliinilietteen muodos- tamiseksi syöttämistä varten delaminaattoriin; osaa jäi- • · *” 30 jellä jäävää hienoa fraktiota voidaan sen jälkeen käsitel- • **. lä tavanomaisella tavalla haluttaessa laatuluokkaa nro 1 olevaksi hienoksi fraktioksi. Delamiinaattoripanos, jolla on jäljempänä esitetyt fysikaaliset ominaisuudet, syöte- « » , . tään delaminaattoriin esimerkissä 2 kuvatulla tavalla.

' 35 Delaminaattorista poistuve aine, jolla on jäljempänä esi- ,0 1 12085 39 tetyt fysikaaliset ominaisuudet, syötetään sen jälkeen sentrifugiin lietteen erottamiseksi jäljempänä esitetyn-laiseksi delaminoiduksi tuotteeksi ja karkeaksi hylkyfrak-tioksi. Fraktioidulle, delaminoidulle tuotelietteelle voi-5 daan sen jälkeen suorittaa vaaleuden parantaminen esimerkissä 2 kuvatulla tavalla.

• · • · 1 » > · » 40 1 12085 </) C/ϊ <Λ </) ί(Τ5 · · · ΚΌ Q3

23 (Ο (Ο (Ο (Ο Ο) C

4-J Q» Ο. Q_ Q_ C >-, • rH . CP C C ^ Ό

0 LTs f*~\ Γ-- ΙΓ\ νΟ Γ"- w CC-D

CJ1 » f r r f * Λ O

S3 IN LA N CO Γ ίΛ /-n COO * KN LT\ **

CTS C^- LT\ CM v— U~N C·*— v-O C"— «"* CM

.H T” T“ CM N"N

i- 03 4-J +J

e o 03 S3

C/O -M

CO

-P

V) tn tn CO (Λ

.r-4 Y* * · «O KO

<- <0 « w d> 03 O Q_ Q_ Q- t= c -p ^ cc £ F ^ ^ -P IA O CO CM CO C^· CM CC *" Ό Ό (O 3 - ^ ^ * ro -ρ σ> kn n (Λ (T< j- cm νλ n vd ^ j· C4-» COvO_4-CM T— -a- -4- vO ·» *· <h 03 r r cm co

e -M CM

ro (S) as

H »i—l C Q) O -H

cD o. ro c

♦H

O v5 V5 CO (/>

-m CD CC m m ;Γσ :TO

0. Q_ r? n ™ v ro r- c! LL LL c c: ro CC c c C. L Ό Ό • r-t N"\ θ' ΙΛ j- OD r-

Q3 E f r· r r »- Γ. 00> r“ Ό VO CM

-pro ΓΛ σ> LA Γ- 0O ΙΛ O*' CM «a- f- ** *

:0 r-H Γ"- -T ΝΛ CM ^ CM LTN

?«-. 03 t— C/3 Ό

O

ro ·Ή LT\ ΚΛ V“ V O MD

03 -M ^ r

j*C O-'COCT'rMDCM

<- ro ltn cm ·ς— ^— ro «- :C *♦- . =3 • * -4-1 * * «rH *r-4

* · f) O

·γΗ -3- v” CTn ctn CT' τ— , « o -+-> 03 »· ·- r. »- r r » » , c +J CT" CO O0 CT' vO o- * 03 ro 03 CTs CO MD N"\ 'T- • iH L. »r-4 . * , * =C 4- r—( ; · · -h »> «o Mm .5 .5 ,? £ «> « « “

* .rH *rH ^ 0- Q. C C

**· .—4 CTl EE F F ^ ^ * o S3 00 w c c Ό Ό * * * * CO 03 H— -J· O -t ΙΛ fA CO "

··· j*; -+-> .,h ^ r- *· #- r-v^ O CM O r Ov CM

··· ro :θ «- UD ΙΛ O ΙΛ o -t CTs CM -4" Γ"- r- ·*· 1> LA -i- CM r- ^ * ro oi e ro 03 01 »a <λ * * * e e e i= c= c=

* » »fH »r-4 , «»H ·»—I «f—I »rH

.*··. co! * * roro CO l ro ro ro ro

··. -4-> -4—> I -f~> -4-J -4-> -M

, en if) . - . if) if) in if) o o zJ\ o o o o * * CM l_ l_ Zj 1 l_ l_ L_ l_ ! Π31 C*- *- *- 31 U- l. I— I_ * eri 03 03 (/) | 03 03 03 03

^ | V) »r-t *i-f . .r-» .|H .»-» ·«—I

··· -J | Z3 jxi 'r~j ; jsc

* · -p^ f 3 O I

31 ro ro ro ro ro ro OI en o o -p I o o o o

(M I ·Ή ·γΗ ·ι—I ·γΗ ·Η ·γΗ >(—4 I ,r“4 CM Ο ·Η I C-Ί O O O

* V/ > C= e e e e: e n. o Γ- ni r- -d- . l o o o o o o tl m T- -4-

·»·** CO I L. L_ l_ l_ L- 1_ ε ·Η I ·Ή vU

* * ·ι—)! -3*: _i*: jsi _3»ί φΐο. Cl i ·ιΗ »r—4 ·Ρ-» ·ιΗ ·γΗ ·>—4 rrj I (1) | 03 ·,—( |

= ί E ε ε E e E ”! CVJ Ϊ5. .5SS «oiSS

**· OI LT\ CM T— LT\ ΓΌ CM fOI I <rHl TO 03 03 :fO I 03 03 V) <Λ * » Ol «-·-*. II (/)1 jro *rH .f-t φ| .H .H 0) fl) \s f 03 ο σ o en I i oi ro h- m- +j i ^ h- r—i 77; ( r-4 rt w, -4-» ^ ^^ = ro 00| +-> I i e o o o o o o fO | ro CI I— 00 1 . m o o I o o i_ toi «i—11 LiJ ·η| i i— i— ,r~f I t- i_ ro ro

ö' Q_ I CO > l ^ co m co co I X

Claims (8)

4i 112085

1. Osaskoko (ekvivalentti pallon halkaisija määritettynä Sedigraphin avulla) a) vähintään 95 % hienompia kuin 10 pm 37. tai vähemmän hienompia kuin 0,5 pm 5 12 % tai vähemmän hienompia kuin 0,2 pm b) keskimääräinen osaskoko: vähintään 0,70 pm c) % hienompia kuin 2 pm suhde - : >2,0 % hienompia kuin 0,5 pm 10

2) Pinta-ala: 12,5 m2/g tai pienempi (BET-menetelmä käyttämällä N2:ta adsorbaattina)

1. Osaskoko (ekvivalentti pallon halkaisija määri-15 tettynä Sedigraphin avulla) a) % pienempiä kuin 2 pm: 40 - 65 % % pienempiä kuin 0,2 pm: < 12 % b) % pienempiä kuin 2 pm suhde - : >2,1 20. pienempiä kuin 0,5 pm : 2) Pinta-ala: 12,0 m2/g tai pienempi (BET-menetelmä käyttämällä N2:ta adsorbaattina) • * ·

1. Osaskoko (ekvivalentti pallon halkaisija määritettynä Sedigraphin avulla) a) vähintään 95 % hienompia kuin 10 pm 37. tai vähemmän hienompia kuin 0,5 pm 10 12 % tai vähemmän hienompia kuin 0,2 pm b) keskimääräinen osaskoko on vähintään 0,70 pm % hienompia kuin 2,0 pm c) suhde - : >2,0 % hienompia kuin 0,5 pm 15 2) Pinta-ala 12,5 m2/g tai pienempi (BET-menetelmä käyttämällä N2:ta adsorbaattina)

1. Paperinpäällystyspigmentti, tunnettu siitä että se käsittää delaminoituja vesipitoisia kao- 5 liiniosasia ja sillä on seuraavat ominaisuuudet:

3. Viskositeetti a) Brookfield-viskositeetti, mitattuna nopeudella 20 kierrosta/min ja kiinteäainepitoisuuden 15 ollessa 67 - 68 %; 175 mPa*s tai pienempi b) Hercules-viskositeetti, mitattuna nopeudella 1 100 kierrosta/min ja kiinteäainepitoisuuden ollessa 67 -68 %: dyne päätepiste.

3. Rakenteellinen järjestys * · . . a) Hinckley-indeksi: > 0,90 » * · ’· [· 25 b) C-akselin kidekoherenssi - (001)-huippujen puo- ·*·· liarvoleveys - FWHM (001) < 0,26 V * 4) Kationinvaihtokapasiteetti - mitattuna Na+-ad- sorption avulla pH-arvossa 4,0 ei-dispergoidulla -0,044 : ‘ : mm:n (-325 meshin) raakakaoliinilla: < 0,05 mikroekvi- 30 valenttia/m2: ja • * * B) suoritetaan raakakaoliinille delaminointi kunnes \ti on muodostunut delaminoitua tuotetta, jolla on seuraavat ’>··’ ominaisuudet: • · » 112085

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen pigmentti, tunnettu siitä, että sen Brookfield-viskositeetti, ·_ ” mitattuna nopeuksilla 20 kierrosta/min ja 100 kierrosta/min kiinteäainepitoisuuden ollessa 72 %, on 300 mPa-s tai ·;··· pienempi. 112U85

4. Vesiliete, tunnettu siitä ett se sisältää patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukaista pigmenttiä.

5. Vesipitoinen paperinpäällystyskoostumus, tunnettu siitä että se sisältää patenttivaatimuksen 1, 2 5 tai 3 mukaista pigmenttiä ja orgaanista sideainetta.

6. Paperiraina, tunnettu siitä että se on päällystetty patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukaisella pigmentillä .

7. Menetelmä vesipitoisen kaoliinipigmentin valio mistamiseksi, t unnettu siitä että A) hankitaan -0,044 mm:n (-325 meshin) raaka-kaoliinia, josta sora on poistettu ja jolla on seuraavat ominaisuudet:

3. Viskositeetti a) Brookfield-viskositeetti, mitattuna nopeudella 20 kierrosta/min ja kiinteäainepitoisuuden ol- 20 lessa 67 - 68 %: 175 mPa-s tai pienempi b) Hercules-viskositeetti, mitattuna nopeudella . 1 100 kierrosta/min ja kiinteäainepitoisuuden ’ ollessa 67 - 68 %: dyne päätepiste [ [ 4) Sironta mustaa lasia käytettäessä *· "· 25 sirontakerroin arvolla 456 nm: > 100 m2/kg sirontakerroin arvolla 577 nm: > 80 m /kg » · · V · 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen pigmentti, tun nettu siitä ett sen kiilto (musta lasi) on vähintään 75 %.

4. Sironta mustaa lasia käytettäessä 20 sirontakerroin arvolla 456 nm: > 100 m2/kg sirontakerroin arvolla 577 nm: > 80 m2/kg V. 8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, ’ t * tunnettu siitä että niiden osasten pitoisuus raaka- I » . . kaoliinissa, jotka ovat pienempiä kuin 0,2 pm, on 5 % tai * · * * * * * / 25 pienempi. • ► · » • < » > » 44 11208F.