FI72334B - Gipsslam som aer pumpbart vid hoeg fastaemneshalt - Google Patents

Description

1 72334

Korkeassa kiintoainepitoisuudessa pumpattavissa oleva kipsi-liete

Keksintö koskee korkeassa kiintoainepitoisuudessa pumpattavissa olevaa kipsilietettä.

Paperi ja puu-lehdessä n:o 9 (1976) ss. 558-570 julkaistun artikkelin perusteella on tunnettua, että tavanomaiset dis-pergointiaineet, polyfosfaatti ja Na-polyakrylaatti, eivät dispergoi kipsiä yhtä hyvin kuin muita paperin päällystyksessä käytettäviä pigmenttejä. Karboksimetyyliselluloosa (CMC) sen sijaan on artikkelin mukaan osoittautunut tähän tarkoitukseen käyttökelpoiseksi. Parhaimman dispergointitu-loksen saavuttamiseksi joudutaan hienoon kipsilaatuun käyttämään CMC:tä jopa 3 % ja karkeampaankin kipsilaatuun noin 2 %. Vastaava dispergointimenetelmä on esitetty suomalaisessa patenttihakemuksessa 793162, jonka mukaan kipsi jauhetaan vasta dispergoinnin jälkeen.

Polyakrylaattidispergointiaineen käyttö kipsin dispergoin-nissa yhdessä steeristä stabiliteettia aikaansaavan sellu-johdannaisen kanssa tunnetaan suomalaisesta patenttihakemuksesta 750387. Samassa hakemuksessa selvitetään kalsiumionien kanssa reaktiivisten aineiden, kuten oksalaattien, karbonaattien, ferrosyanidien, sitraattien, fluorosilikaattien, bi-fluoridien ja fluoridien, tartraattien, polyfosfaattien, silikaattien ja EDTA:n, merkitys edellisten kanssa käytettyinä.

Kipsilietteen hinta nousee näitä tunnettuja dispergointime-netelmiä käytettäessä huomattavaksi suuren CMC-määrän ja CMC:n korkean yksikköhinnan vuoksi. Siksi olisi erittäin toivottavaa löytää tähän tarkoitukseen halvempia dispergointitapoja. Edellä mainitun suomalaisen patenttihakemuksen 793162 mukaan valmistetun kipsilietteen ominaisuudet paperin pääl-lystyspigmenttinä ovat yllättävän huonot varsinkin paperin 2 72334 saaman huonon vaaleuden suhteen. On nimittäin havaittu, että tällä tavalla valmistettua kipsipigmenttilietettä paperin päällystysaineena käytettäessä päällystetyn paperin vaaleus jää jotakuinkin yhtä alhaiseksi kuin kaoliinia käytettäessä, vaikka kipsin vaaleus sinänsä huomattavasti ylittää kaoliinin vaaleuden. Ongelmana on lisäksi se, että lietteen lämpiäminen jauhatuksen aikana aiheuttaa viskositeetin voimakasta lisääntymistä niin, että jauhatus vaikeutuu ja saatu tuote on erittäin tiksotrooppista ja hankalaa käsitellä tavanomaisin lietteenkäsittelylaittein.

Esillä oleva keksintö koskee kipsilietettä, jossa mainitut haitat on suureksi osaksi pystytty eliminoimaan yksinkertaisella tavalla. On nimittäin yllättäen osoittautunut, että käyttämällä CMC:n tilalla depolymeroitua tärkkelystä tai sen johdannaista lukuunottamatta ainakin kahta erilaista polymeeriä, joista ensimmäinen on polysakkaridijohdannainen, edullisesti CMC, ja jälkimmäinen polysakkaridi tai toinen polysakkaridi johdannainen tai muunlainen polymeeri, kuten polyvinyyli-alkoholi tai polyalkyleeniglykoli, tullaan toimeen huomattavasti vähäisemmällä dispergointiainemäärällä.

Keksinnön mukainen kipsiliete voidaan valmistaa dispergoimal-la patenttivaatimusten mukaisilla dispergointiaineilla kipsiä, joka on jauhettu haluttuun hiukkaskokoon ja -muotoon. Kipsin jauhaminen voi tällöin tapahtua joko märkänä tai kuivana. Toinen tapa on valmistaa karkeasta kipsistä notkea keksinnön mukainen kipsiliete ja jauhaa tämä märkäjauhatusta käyttäen haluttuun lopulliseen hienousasteeseen lietteen käyttötarkoituksesta riippuen. Käyttötarkoitus voi esimerkiksi olla paperin täyteaine tai päällystyspigmentti, maalin tai liiman täyteaine tai laastin tai tasoitteen aineosa.

Pigmenttien ja täyteaineiden dispergoinnissa tavallisesti käytettävien polyfosfaattien ja polyakrylaattien vaikutus perustuu siihen, että niiden avulla dispergoitävälle hiukkaselle aikaansaadaan negatiivinen varaus. Mitä suurempi ko.

3 72334 varaus on, sitä enemmän pyrkivät hiukkaset toisiaan hylki-mään samanmerkkisten sähkövarauksiensa vuoksi ja sitä stabiilimpi dispersio on.

CMC on vain lievästi anioninen. Sen vaikutuksen dispergoin-tiaineena uskotaan johtuvan sen muodostamasta suojakerroksesta, joka estää dispergoituja hiukkasia törmäämästä yhteen ja flokkautumasta (steerinen stabilointi).

Käytettäessä CMCrtä tunnetulla tavalla dispergointiaineena kipsin jauhatuksessa, tarvittiin vähintään 1,5 % CMC:tä kipsin määrästä, jotta jauhatustulos 85 % alle 2 ^,um olisi pystytty saavuttamaan korkeassa kiintoainepitoisuudessa.

Koska ei ollut varmuutta jauhatuksessa käytetyn CMC:n toimivuudesta päällystyspastan vedenpidätysaineena, missä tarkoituksessa sitä yleisesti käytetään, käynnistettiin tutkimukset halvemman vaihtoehdon löytämiseksi. Kokeissa havaittiin, kuten suomalaisesta hakemuksesta 810311 ilmenee, että tärkkelyksiä, esimerkiksi hapetetusta perunatärkkelyksestä valmistettua fosforihappoesteriä yksinään tai CMC:n kanssa käyttäen saatiin jauhettu kipsi alempaan viskositeettiin kuin pelkkää CMC:tä käyttäen. Kokeissa käytetty jauha-maton fosfokipsi kuitenkin dispergoitui helpommin pumpattavaksi lietteeksi CMC:n avulla, jota tällöin tarvittiin enintään 0,5 %.

Kokeita jatkettaessa havaittiin nyt yllättäen, että tämän vähäisen CMC-määrän ohella voitiin paitsi tärkkelyksiä käyttää useita muita eri polymeerisiä yhdisteitä niin, että saatiin haluttu liete halvemmilla lisäaineilla tai pienemmillä annostelumäärillä tai tärkkelyksiin nähden paremmin säilyvään olotilaan. Tällaisia muita polymeerisiä yhdisteitä olivat muiden muassa: - dekstriini - dekstraani (sokerista polymeroimalla tuotettu polysakkaridi) - polyvinyylialkoholi 4 72334 - polyalkyleeniglykoli (= polyalkyleenioksidi) ja - karboksimetyyliselluloosa, jonka polymerointiaste poikkeaa edellä mainitusta CMCrstä.

Kahden erilaisen CMC:n yhdistelmä havaittiin toimivaksi/ erityisesti korotetussa lämpötilassa.

Keksinnön mukainen kipsiliete saadaan käyttämällä polymeerejä 0,2-2 % kipsin painosta. Enemmänkin voidaan luonnollisesti lisätä, tällöin edullisesti kipsin jauhatuksen jälkeen, esimerkiksi silloin kun kipsistä valmistetaan paperin pääl-lystyspasta, johon näitä aineita mahdollisesti muutenkin halutaan lisätä. Keksinnön mukaisten lisäaineiden ohella voidaan tällöin lisätä myös pastassa mahdollisesti tarvittava lateksi sideaine .

Keksinnön mukaisessa polymeeriyhdistelmässä polymeerien suhdetta voidaan vaihdella suunnilleen rajoissa 0,2:1-1:0,2, joskin esim. dekstraanin suhteellinen osuus voi olla pienempikin.

Keksintöä selvitetään lähemmin seuraavien esimerkkien avulla. Viskositeettimittaus on suoritettu kunkin yhdistelmän kannalta optimaalisessa pH:ssa. Tämä pH todettiin erittäin vaih-televaksi lähtökipsin laadun mukaan ja oli eri esimerkkitapauksissa alueella 7-10,5.

Esimerkki 1

Noin 80 % alle 2 ^um hiukkaskokoon jauhettua kipsiä, jonka kosteus oli säädetty 31 %:n tasolle, dispergoitiin käyttäen kuivan kipsin määrästä 0,27 % CMC:tä (keskim. polymeraatio-aste n. 200) ja 0,08 % dekstriiniä1 sekä 0,1 % polyakrylaattidispergointiainetta ja 0,15 % natriumheksa-metafosfaattia. Saatiin kipsiliete, jonka viskositeetti oli 2300 cP. Sama koe toistettiin ilman dekstriiniä, mutta käyttäen CMC:tä 0,35 % kipsin määrästä. Tällöin saatiin viskositeetiksi n. 9000 cP.

II

= keskiviskoottinen kauppalaatu 5 72334

Esimerkki 2

Tehtiin esimerkin 1 mukainen dispergointikoe käyttäen 0,27 % CMC:tä, jonka keskimääräinen polymeraatioaste oli n. 200 ja 0,08 % CMC:tä, jonka keskimääräinen polymeraatioaste oli n. 300. Viskositeetiksi pHrssa 8,6 saatiin 1900 cP.

Esimerkki 3

Dispergoitiin erilaisia hienoksi jauhettuja kipsejä käyttäen 0,2 % natriumheksametafosfaattia ja 0,1 % polyakrylaatti-dispergointiainetta kuivaksi lasketun kipsin määrästä. Lisättiin CMC:tä dispergaattoriin kasvavia määriä ja mitattiin viskositeetit. Kokeissa käytettyjen CMC-laatujen keskimääräiset polymeraatioasteet olivat CMC l:llä n. 200 ja CMC 2:11a n. 300. Tulokset on esitetty taulukossa 1.

Taulukko 1

Kahden erilaisista kipsinäytteistä hienoksi jauhetun kipsin dispergointikoetulokset (Brookfield 100 r/min; cP) CMC-määrä Kipsi 1, kiintoaine 54 % Kipsi 2, kiintoaine 61%

% kipsin (n. 85 % < 2 ^,um) , 30°C (n. 85 % < 2 yUm) ,40-45°C

painosta CMC χ CMC1/CMC2=4:1 CMC 1 CMC1/CMC2=4:1 O 7100 7100 9400 9400 0,1 1900 1800 6000 4300 0,2 1900 1600 5000 4500 0,3 2200 1300 5000 5000 0,4 2300 1500 6500 5400 0,5 2800 1600 6600 5300

Esimerkki 4 54 % kiintoainepitoisuudessa jauhettiin kipsiä 85 % alle 2 yUm hienousasteeseen. Tätä kipsiä dispergoitiin käyttäen dispergointiaineena CMC:tä (keskimääräinen polymeraatioaste n. 200) kasvavia määriä taikka ensin 0,15 % kipsin määrästä dekstraania (n n. 2 x 10^) ja sitten kasvavia määriä CMC:tä. Saatiin kuvassa 1 esitetty dispergointitulos. Dekstraanin osuuden lisääminen huononsi dispergointitulosta.

6 72334

Esimerkki 5

Kipsiä jauhettiin mikrojauhinkappaleilla varustetussa myllyssä käyttäen dispergointiaineina 1,5 % CMC:tä (keskimääräinen polymeraatioaste n. 200) ja 0,2 % polyakrylaattidispergointiainetta mahdollisimman korkeassa kiintoainepitoisuudessa n. 85 % alle 2 yUm hienousasteeseen. Kiintoainepitoisuus oli tällöin 68 %.

Samassa kiintoainepitoisuudessa ja samaan hiukkaskokoon jauhettiin kipsiä käyttäen 0,2 % polyakrylaattidispergointiainetta ja sen lisäksi eri jauhatuskerroilla seuraavia keksinnön mukaisia polymeeri-yhdistelmiä.

a) 0,5 % CM3(keskimääräinen polymeraatioaste n. 200) ja 0,2 % dekstriiniä (keskiviskoottinen laatu), b) 0,5 % CMC ja 0,5 % polyetyleeniglykolia (M n. 400), c) 0,5 % CMC ja 0,5 % polyvinyylialkoholia (keskimääräinen molekyylipaino 500-600).

Jauhatus saatiin hyvin suoritetuksi halutulla tavalla, vaikka dispergointiainemäärä vertailukokeessa käytettyyn nähden oli tapauksessa a) alle puolet ja tapauksissa b) ja c) kaksi viidesosaa.

Esimerkki 6

Esimerkin 4 kipsilietteistä valmistettiin paperin päällystys-pastoja lisäämällä joukkoon sideaineeksi 9 paino-osaa sty-reenibutadieenilateksia (kuiva-aineeksi laskettuna) 100 osaa kuivaksi laskettua päällystyspigmenttiä kohti ja pastojen vesiretention parantamiseksi 0,5 osaa CMC:tä (keskimääräinen polymeraatioaste yli 200) sekä viskositeettistabiili-suuden aikaansaamiseksi tarvittava polyakrylaattidispergointi-ainelisäys, joka keksinnön mukaisia kipsilietteitä käytettäessä oli 0,1 osaa, vertailulietettä käytettäessä 0,3 osaa (stabiilisuus testattiin mittaamalla viskositeetti 45°C lämpötilassa 1 päivä säilytetyistä pastoista).

Il 72334 7

Lisäksi tehtiin vertailupasta yleisimmin käytetystä päällys-tyskaoliinista (0,3 paino-osaa polyakrylaattidispergointi-ainetta, 9 osaa lateksia, 0,5 osaa CMC:tä, jonka keskimääräinen polymeraatioaste n. 200 ja 0,5 % CMCrtä, jonka poly-meraatioaste yli 200).

Pastoja kokeiltiin puupitoisen paperin päällystämiseen Dixon- merkkisellä koepäällystimellä terämenetelmällä. Saatiin taulukossa 2 nähtävät tulokset (tulokset interpoloitu n. 10 2 g/m päällystemäärää vastaaviksi).

Taulukko 2

Tuloksia paperin päällystyskokeesta (kipsien kuvaus: ks. esimerkki 4)

Ominaisuus Vertailu- Keksinnön mukaiset Kaoliini kipsi kipsit a) b) c)

Opasiteetti, % 89,4 89,6 90,2 90,5 90,1

Vaaleus, % 71,0 72,1 71,8 72,2 71,2

Kiilto (Hunter 75°) 40 40 44 38 52

Wet M16 (pienin lukema paras) 22 13 12 20 64 Värin absorptio (K&N) 20 21 21 24 16

Pintalujuus (1 g/t) 2,0 1,9 1,6 1,6 1,0

Keksinnön mukaisilla kipseillä saavutettiin parempi vaaleus kuin kaoliinilla, mutta vertailukipsillä huonompi. Keksinnön mukaisilla kipseillä saatiin kaikki muutkin ominaisuudet paremmiksi tai lähes samalle tasolle kuin vertailukipsissä, lukuunottamatta kipsien b) ja c) pintalujuuksia, jotka nekin selvästi ylittivät kaoliinin vastaavan arvon.

Claims (10)

1. Korkeassa kiintoainepitoisuudessa pumpattavissa oleva kipsiliete, joka pääasiassa sisältää kipsiä, vettä ja dis-pergointiaineita, tunnettu siitä, että dispergointi-aine sisältää depolymeroitua tärkkelystä tai sen johdannaisia lukuunottamatta vähintään kahta erilaista polymeeristä yhdistettä, joista ensimmäinen on polysakkaridijohdannainen ja toinen polysakkaridi, polyvinyylialkoholi, polyalkylee-niglykoli (polyalkyleenioksidi) tai erilainen polysakkaridi-johdannainen kuin ensimmäinen polysakkaridijohdannainen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kipsiliete, tunnet-t u siitä, että ensimmäinen polymeeri on selluloosajohdannainen .

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kipsiliete, tunnet-t u siitä, että ensimmäinen polymeeri on karboksimetyyli-selluloosa, jonka polymerointiaste on noin 200-500.

4. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen kipsiliete, tunnettu siitä, että toinen polymeeri on dekstriiniä.

5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen kipsiliete, tunnettu siitä, että toinen polymeeri on dekstraania.

6. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen kipsiliete, tunnettu siitä,että toinen polymeeri on selluloosa-johdannainen, jonka polymerointiaste on olennaisesti suurempi kuin ensimmäisen polymeerin.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen kipsiliete, tunnet-t u siitä, että toinen polymeeri on karboksimetyylisellu-loosaa.

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen kipsi-liete, tunnettu siitä, että se lisäksi sisältää ta- 9 72334 vanomaisia dispergointiaineita, kuten esimerkiksi polyfos-faatteja ja/tai polyakrylaatteja.

9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen kipsi-liete, tunnettu siitä, että se sisältää yhteensä 0,5-1,2 % kipsin painosta laskettuna mainittuja polymeerisiä yhdisteitä.

10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen kipsi-liete, tunnettu siitä, että molempien polymeerien painosuhde on noin 0,2:1 - 1:0,2. 10 _ - τ~ 72334