FI72771B - Belaeggningspasta foer papper eller kartong och dispergeringsblandning foer pigment. - Google Patents

Description

1 72771

Paperin tai kartongin päällystyspasta ja pigmenttien dispergoin-tiaineseos.

Keksintö koskee pastaa paperin tai kartongin päällystämiseksi, joka muodostuu pigmenteistä, joiden määrästä vähintään puolet on kerroksellisia silikaattipigmenttejä, sideaineista ja apuaineista kuten tavanomaisista orgaanisista ja/tai epäorgaanisista disper-gointiaineista, edullisesti polyakrylaatista tai pääasiassa poly-akrylaattia sisältävistä kopolymeereistä tai johdannaisista, ja lisäksi vähintään noin 5 millimoolia kaksi- tai useampiarvoisen mataliin ioneja 1 kg kerroksellista silikaattia kohti.

Päällystyspigmentit ovat keskimääräiseltä hiukkaskooltaan useimmiten alle 2 pm:n kokoisia mineraalisia tai synteettisiä tuotteita. Eniten käytetään silikaattipigmenttejä. Kaoliini on kerroksellinen alumiinisilikaatti. Muita mineraalisia, kerroksellisia silikaattipigmenttejä ovat mm. talkki ja kiille. Synteettisistä silikaattipigmenteistä käytetyin on natriumalumiinisilikaatti. Myöskin amorfista piidioksidia käytetään erikoistarkoituksissa, samoin happopigmenteistä tärkeimmät ovat kalsiumkarbonaatti, sa-tiinivalkoinen, aluminiinihydroksidi ja kalsiumsulfaatti eri ki-demuotoineen (kipsi, hemihydraatti ja anhydriitti) ja titaanidioksidi. Lisäksi käytetään pienemmissä määrin orgaanista alkuperää olevia erikoispigmenttejä.

Pigmenttien liettämiseksi käyttötarkoituksen vaatimaan korkeaan kuiva-ainepitoisuuteen ja homogeeniseen olotilaan käytetään dis-pergointiaineita.

Kaoliinin dispergointiaineiksi mainitaan teoksessa Paper Coating Additives (Technical Association of the Pulp and Paper Industry, Inc., Atlanta, 1978) seuraavat: polyfosfaatit alkalisilikaatit (vesilasi) alkalimetallihydroksidit ja -karbonaatit, jotka toimivat kun pH on yli 10.

2 72771 anioniset polymeeriset yhdisteet, kuten lignosulfonaatit, naftaleenisulfonaatit tai polyakrylaatit tavanomaisten dispergointiaineiden lisäksi deflokkulointiai-neina voivat toimia myös monet ei-ioniset polymeerit tai pin-ta-aktiiviset aineet, joista tunnetuimmat ovat rasva-alkoholien ja etyleenioksidin kondensaatiotuotteita.

Lueteltuja dispergointiaineita voidaan käyttää useille muillekin pigmenteille kuin kaoliinille. Hydrofobisen talkin kanssa täytyy kuitenkin lisäksi käyttää sopivaa kostutusainetta. Apuaineina dispergoinnissa voidaan myös käyttää erilaisten di- tai polykar-boksyylihappojen suoloja kuten sitraatteja tai tartraatteia ja muita kompleksinmuodostajia.

Pigmenttilietteistä valmistetaan päällystyspasta sekoittamalla joukkoon sideaineiksi synteettistä tärkkelystä tai muuta luonnon sideainetta taikka lateksia tai vesiliukoista sideainetta, yleensä molempia, sekä usein apuaineita vaahtoamisen estämiseksi, pastan reologian säätämiseksi tai päällystetyn paperin veden keston tai käsiteltävyyden parantamiseksi. Pastan pH:n säätämiseksi käytetään lisäksi emäksiä, tavallisesti lipeätä. Ammoniakkia käytetään joissakin erikoistapauksissa, esimerkiksi haluttaessa pastan pH:n laskevan paperia kuivattaessa niin, että pinnoitteen veden kestoa lisäävät hartsit paremmin toimisivat.

Muilla tekniikan aloilla tiedetään kaoliinin dispergoinnissa käytettävän tai käytettäväksi ehdotetun aminoyhdisteitä, mm. ami-noalkoholeja, joiden hiiliketjun pituus on 2-6 C-atomia tai po-lyamiineja kuten etyleeni-, propyleeni- ja butyleenidiamiinia, taikka ammoniakkia (Journal of Paint Technology 46 (1974):594, ss. 51-64). Pigmenttien dispergoinnissa lateksimaaleja varten tunnetaan myös 2-amino-2-metyyli-l-propanoli eli AMP (Paint and Varnish Production, Oct. 1971, s. 55-61).

3 72771

Toisessa yhteydessä, nimittäin titaanidioksidilietteen valmistuksessa dispergointiaineena tunnetaan mainitun AMPtn lisäksi mm. trietanoliamiini, monoetanoliamiini, aminoetyylietanoliamiini, N-metyylietanoliamiini, dietanoliamiini, dimetyylietanoliamiini, di-isopropyylietanoliamiini, metyylidietanoliamiini, monoisopropano-liamiini (MIPA), di-isopropanoliamiini, morfoliini, N-aminopro-pyylimorfoliini, 2-amino-l-butanoli, 2-amino-2-metyyli-l,3-pro-paanidioli tai tris(hydroksimetyyli)aminometaani (DE Offenl. 1 810 042 ja 2 135 535).

Eri kationien vaikutuksista kaoliinilietteisiin on runsaasti kirjallisuutta olemassa. Tiedossa on, että 25 % kuiva-ainepitoisen kaoliniittirikkaan savilietteen viskositeetti nousee kun lisätään jauhatuksessa joukkoon alkaliklorideja. Ammonium- ja kaliumklori-di nostavat viskositeettia enemmän kuin natriumkloridi. Kun ammo-niumionin yksi vety korvataan yhä kasvavilla hiilivetyketjuilla pienenee viskositeetin nousu. Myös useampien vetyatomien korvaaminen etyyliryhmillä vähentää viskositeetin nousua. Etyleenidia-miini nostaa viskositeettia enemmän kuin etyyliamiini ja heksy-leeniamiini (Rheological Acta 9 (1970):1, s. 1-29).

Paperin päällystyspastan pH-säädössä ammoniakilla viskositeetti myös nousee korkeammaksi kuin lipeällä (Deutsche Papierwirtschaft 1980:3, sivu 160). Eräät polyamiinit, mm. etyleenidiamiini, die-tyleenitriamiini, trietyleenitetramiini, tetraetyleenipentamiini, trietyleenidiamiini, dimetyyliaminopropyyliamiini ja dietyyliami-nopropyyliamiini, voivat kaoliinilietteeseen aiheuttaa dilatant-tisuutta ja päällystyspastassa ne lisäävät tiksotrooppisuutta (Tappi 43 (1960):3, ss. 235-241).

Paperin päällystyksessä on havaittu saatavan tiettyjä etuja kun teräpäällystyksessä tavanomainen tela-applikointi korvataan niin-sanotulla "short dwell time" applikoinnilla, jossa märän päällystyspastan kontaktiaika paperiradan kanssa on minimoitu. Nykyiset laitekonstruktiot edellyttävät kuitenkin tela-applikointiin verrattuna selvästi alhaisempaa viskositeettia, jotta päällyste- 4 72771 kerros saataisiin tasalaatuiseksi. Käytännössä joudutaan pastaan usein lisäämään enemmän vettä kuin tela-applikoinnissa. Nykyisiä dispergointiaineita lisäämällä pastan viskositeettia ei mainittavasti pystytä alentamaan. Päin vastoin on seurauksena optimian-nostelun ylittämisestä usein viskositeetin nousu.

Usein toivotaan päällysteelle parempaa vaaleutta, opasiteettia, imukykyä ja painettavuutta kuin mitä pelkkää kaoliinia käyttäen on mahdollista saavuttaa. Tällöin on eduksi käyttää kaoliinin ohella mm. sellaisia pigmenttejä kuin kipsi, satiinivalkoinen tai ++ ++ kalsiumsilikaatti, jotka luovuttavat pastaan Ca -ioneja. Ca -ioneja voi pastaan tulla myös kalsiumstearaatista, jota yleisesti käytetään pastan apuaineena. Pastaan voi joutua myös muita kaksi- ++ H—3+ 3+

tai useampiarvoisia metalli-ioneja (Mg , Zn , Zr , AI

j.n.e.) joko tarkoituksella (esim. päällysteen veden keston pa- ++ rantamiseksi) tai ei-toivotun liukenemisen kautta. Mg -ioneja voi liueta esimerkiksi talkissa epäpuhtautena olevasta magnesium-karbonaatista. Kaoliini on tunnetusti erittäin herkkää tällaisten kaksi- tai useampiarvoisten metalli-ionien vaikutukselle. Seurauksena on liian korkea viskositeetti ja huono stabiilisuus pastoissa .

Nykyisin tunnettuja kaoliinin dispergointitapoja käyttäen on mahdollista valmistaa esimerkiksi teräpäällystykseen soveltuvaa pastaa, missä kuiva-ainepitoisuus on yli n. 60 paino-% ja missä pigmenttinä käytetään kaoliinia ja tällaista kaksi- tai useampiar-voista metalli-ionia luovuttavaa pigmenttiä kuten esimerkiksi kipsiä, jos pigmenttien seossuhde on kussakin tapauksessa tietyllä helpoksi tunnetulla alueella. Kaoliinin ja kipsin kohdalla helppoja seossuhteita ovat ne, joissa kipsiä on yli 40 paino-% pig-menttimäärästä. Vaikein seossuhde on kun kipsiä on vain muutama prosentti pigmenttimäärästä. Tällainen vaikea seossuhde syntyy esimerkiksi silloin kun päällystyslaitoksella siirrytään käyttämään kipsiä ja kaoliinia sisältävän ensimmäisen pastalaadun jälkeen toista, jossa pigmenttinä on pelkkä kaoliini. Konetta on vaikea nopeasti puhdistaa niin, ettei pastakaukalon nurkkiin.

5 72771 sihdeille, putkiliitoksiin tms. kohtiin jäisi kipsipitoista pastaa. Näissä olosuhteissa ei tämä toinen pasta säily stabiilina, jos se tehdään tunnetun tekniikan mukaan, vaan viskositeetti nousee voimakkaasti ja päällystys joudutaan keskeyttämään.

Tiettyjen sideaineiden kuten esimerkiksi hieman fosfaattiryhmiä sisältävän hapetetun perunatärkkelyksen kanssa korostuvat edellä mainitut viskositeettiongelmat.

Pastan voiteluaineena yleisesti käytettävä kalsiumstearaatti nostaa pastan viskositeettia myös jo sinänsä ja erityisesti edellä mainittujen tilanteiden yhteydessä.

Nyt on yllättäen löydetty päällystyspasta ja dispergointiaineseos, joilla edellä esitetyt viskositeettiongelmat voidaan vähentää tai jopa kokonaan välttää.

Tämä tulos on saavutettavissa pastalla, joka muodostuu pigmenteistä, joiden määrästä vähintään puolet on silikaattipigmenttejä, sideaineista ja apuaineista kuten tavanomaisista orgaanisista ja/tai epäorgaanisista dispergointiaineista, edullisesti polyak-rylaatista tai pääasiassa polyakrylaattia sisältävistä kopolymee-reistä tai johdannaisista. Keksinnölle on tunnusomaista se, että pasta lisäksi sisältää ammoniakkia, ammoniumsuoloja, 2-8 C-atomia sisältäviä amiineja ja/tai aminoalkoholeja, polyamiineja, näiden kondensaatiotuotteita etyleenioksidin ja/tai propyleenioksidin kanssa, kaliumhydroksidia ja/tai kaliumsuoloja.

Keksinnön mukainen pasta sisältää edullisesti noin 0,05-1 paino-% tavanomaista orgaanista ja/tai epäorgaanista dispergointiainetta | ja noin 0,05-1 paino-% ammoniakkia, ammoniumsuoloja, 2-8 C-atomia sisältäviä amiineja, aminoalkoholeja, polyamiineja, näiden kondensaatiotuotteita etyleenioksidin ja/tai propyleenioksidin kanssa, kaliumhydroksidia ja/tai kaliumsuoloja.

Keksinnön kohteena on myös sellaiset dispergointiaineseokset pig menttien dispergoimiseksi jotka muodostuvat edellä mainituista dispergointiaineista ja keksinnölle tunnusomaisista aineista.

6 72771

Silikaattipigmenttiä voidaan käsitellä em. dispergointiaineyhdis-telmällä joko sitä dispergoitaessa lietemuotoon tai dispergoinnin jälkeen tai pastan teon yhteydessä. Pigmentin tai pastan käsittely tehdään varmistamaan siirtyminen prosessissa metalli-ioneja luovuttavasta pastasta oleellisesti metalli-ionivapaaseen pastaan tai päinvastoin.

Keksintöä selvitetään lähemmin oheisten vertailuja sisältävien esimerkkien avulla. Esimerkeissä käytetyt lisäaineet voidaan lisätä joko erikseen tai valmiina seoksena. Kaikissa esimerkeissä käytettiin English China Clay-tehtaan SPS-kaoliinilaatua.

Esimerkki 1

Kuivaa kaoliinia dispergoitiin veteen 68 paino-%:n kuiva-ainepitoisuuden omaavaksi lietteeksi käyttämällä 0,3 osaa Na-polyakry-laattia ja 0,1 osaa NaOH 100 osaa kaoliinia kohti. Tästä lietteestä tehtiin paperin päällystyspasta lisäämällä joukkoon sideaineiksi 10 osaa styreenibutadieenilateksia ja 1 osa karboksi-metyyliselluloosaa. Pastan pH säädettiin 8,0:ksi NaOH-liuoksella ja kuiva-ainepitoisuus säädettiin 59 paino-%:ksi. (Pasta A, ver-tailupasta).

Toinen pasta valmistettiin seuraavasti: kuivaa kaoliinia dispergoitiin veteen 68 paino-%:n kuiva-ainepitoiseksi lietteeksi käyttäen 0,28 osaa NH -polyakrylaattia 100 kaoliiniosaa kohti ja 4 KOH niin paljon, että kaoliinilietteen pH:ksi saatiin 8,5. Pasta valmistettiin käyttämällä samoja sideaineita kuin pastassa A. Sideaineiden happamuuden vuoksi jouduttiin nytkin käyttämään NaOH-liuosta, jotta pastan pH saatiin 8,0:ksi. Tämänkin pastan kuiva-ainepitoisuus säädettiin 59 paino-%:ksi. (Pasta B, keksinnön mukainen pasta).

7 72771 ++

Tutkittiin pastojen kykyä sietää 2-arvoisia metalli-ioneja Me lisäämällä joukkoon kasvavia määriä MgSO^ ja CaCl^ 0,5 M:n liuoksina. Mitattiin pastojen viskositeetit Brookfield-viskosi-

metrillä 100 r/min nopeudella (η ) ja saatiin taulukossa I

100 esitetyt tulokset:

Taulukko I

Γμθ 1 n (mPas) L —1 100 ++ ++ 4-4-

Pasta mmol/100 g ennen Me - Mg Ca kaoliinia lisäystä A 0 1380 ---- ---- 5 ---- 4900 6 700 10 ---- 7260 >10 000 15 ---- 5980 >10 000 20 ---- 4650 >10 000 B 0 1180 ---- ---- 5 ---- 2600 2550 10 ---- 4080 >10 000 15 ---- 4040 >10 000 _20_----___3060_>10 000 _

Keksinnön mukainen pasta B siis osoittautui vähemmän herkäksi ++ ++

Mg ja Ca -ionien vaikutukselle kuin pasta A.

Esimerkki 2

Kuivaa kaoliinia dispergoitiin veteen 68 paino-%:n kuiva-ainepitoisuuden omaavaksi lietteeksi käyttämällä dispergointiaineina 0,3 osaa Na-polyakrylaattia ja 0,1 osaa NaOH 100 kaoliiniosaa kohti. Tämän kaoliinilietteen pH nostettiin NaOHrlla 9,2reen, li

sättiin vielä 0,3 osaa Na-polyakrylaattia ja 0,4 osaa Na SO

2 4 8 72771 sekä sideaineet, 10 osaa styreenibutadieenilateksia ja 1 osa kar-boksimetyyliselluloosaa. Pastan pH säädettiin pienellä määrällä NaOH-liuosta 8,0:ksi ja kuiva-ainepitoisuus 59 paino-%:ksi. (Ver-tailupasta A).

Keksinnön mukainen pasta B valmistettiin suorittamalla kuivalle kaoliinille samanlainen dispergointi kuin edellä. Kaoliinilietteen pH nostettiin nytkin NaOHrlla 9,2:ksi. Sitten lisättiin 0,28 osaa NH -polyakrylaattia (ekvivalenttinen määrä 0,3 osan kanssa 4

Na-polyakrylaattia) ja 0,42 osaa K SO . Lopuksi lisättiin si- 2 4 deaineet ja suoritetttiin pastan loppusäätö kuten edellä.

++

Pastojen kykyä sietää 2-arvoisia metalli-ioneja Me tutkittiin lisäämällä joukkoon kasvavia määriä MgSO ja CaCl 0,5 M:n liuoksina. Lietteiden viskositeetit n (Brookfield, 100 r/min) η100 mitattiin seuraavin tuloksin:

Taulukko II

Γ Me 1 η (raPas) L 100 + + ++ + +

Pasta mmol/100 g ennen Me - Mg Ca kaoliinia lisäystä A 0 1460 ---- ------ 5 2990 3 820 10 3690 9 550 15 3460 >10 000 20 2830 >10 000 B 0 1460 ---- ----- 5 1590 1 500 10 2320 8 080 15 2190 >10 000 _____20_______________2170___> 10 000_ 9 72771 ++ ++

Keksinnön mukainen pasta B sietää Mg ja Ca ioneja selvästi vertailupastaa A paremmin.

Esimerkki 3

Selvitettiin siirtymistä kipsipigmenttiä sisältävästä päällystys-pastasta 1 kipsivapaaseen pastaan 2 ilman välipesuja.

Pasta 1 Pasta 2 kaoliini (68,5% liete) 60 kuivaosaa 100 kuiva- osaa kipsipigmentti (69,2 % liete) 40 " --- " styreenibutadieenilateksi 11 " 11 " karboksimetyyliselluloosa 1 " 1 " kovetinhartsi 0,1 ” 0,1 " kuiva-ainepitoisuus 59 paino-% 59 paino-% pH 7,5 8,0

Osoittautui, että pastat ovat keskenään yhteen sopimattomia. Pienikin määrä pastaa 1 pastaan 2 sekoitettuna nosti jälkimmäisen viskositeettia niin rajusti, että sen ajaminen päällystyskoneel-la pastan 1 jäljiltä pesemättömässä pastasysteemissä ei olisi voinut tulla kysymykseen.

Tehtiin keksinnön mukainen pasta 3 seuraavasti: 100 osaan tavanomaisesti 0,3 osalla Na-polyakrylaattia dispergoitua kaoliinilie-‘ tettä lisättiin NaOH kunnes pH oli n. 9. Sitten lisättiin 0,3 osaa ammoniumpolyakrylaattia ja 0,4 osaa kaliumsulfaattia liuos-muodossa. Tämän jälkeen lisättiin lateksi, karboksimetyyliselluloosa ja kovetinhartsi kuten pastoissa 1 ja 2. Pastan pH säädettiin 8,2:ksi lipeällä ja kuiva-ainepitoisuus 59 paino-%:ksi vedellä .

10 72771

Pastoista 1 ja 3 tehtiin seoksia, joiden pH ja viskositeetti η mitattiin (taulukko III).

100

Taulukko III

Pasta 1 : Pasta 3 pH η (mPas) 100 1:0 7,3 1040 1 : 2 7,4 1250 1 : 3 7,4 1220 1 : 4 7,5 1260 1:6 7,4 1280 1:9 7,5 1280 1 : 12 7,5 1230 1 : 18 .7,5 1250 0:1 8,2 860

Havaitaan viskositeetin nousevan ajettavuuden kannalta sopivalle tasolle. Mielenkiintoisinta on se, että pastan viskositeetti ja pH ovat käytännöllisesti katsoen riippumattomia pastojen seossuh-teista. Vastaava tulos saatiin, kun kaoliinilietteen käsittelyssä käytettiin lipeän, ammoniumpolyakrylaatin ja kaliumsulfaatin tilalla ammoniakkia, natriumpolyakrylaattia ja kaliumsulfaattia taikka ammoniumpolyakrylaattia ja kaliumhydroksidia. Yhdistelmä natriumhydroksidi, natriumpolyakrylaatti ja natriumsulfaatti johti selvästi suurempaan viskositeetin nousuun.

o

Pasta 3 kesti kahden tunnin testin 50 C:n lämpötilassa pastan 1 jäljiltä pesemättömässä päällystyssimulaattorissa, jonka muodostavat pastasäiliö, pumppulämmönvaihdin, sihti, rakosuutin ja tarvittavat putkistot ja mittalaittaitteet.

72771 11

Esimerkki 4

Polyakrylaattidispergointiaineen Fennodispo A 41 (Kemira Oy) valmistuksen yhteydessä otetusta polyakryylihappoerästä valmistettiin suolat eri emäksillä neutraloimalla. Näitä dispergointiai-neita käytettiin 0,3 osaa dispergoitaessa 100 osaa kaoliinia. Kaoliinilietteestä valmistettiin paperin päällystyspastat sekoittamalla joukkoon 9 osaa styreenibutadieenilateksia ja 1,5 osaa matalaviskoottista karboksimetyyliselluloosaa. Tehtiin myös vastaava 100 osaa kipsipigmenttiä sisältävä pasta. 10 osaa kipsipas-taa sekoitettiin 90 osaan kaoliinipastaa ja mitattiin viskositeetti sekoitus-pH:ssa (6,0-6,5) ja pH:ssa 8,0 (NaOH). Tulokset näkyvät taulukosta IV.

Taulukko IV

n (mPas) 100

Polyakryylihapon kaoliini- 90/10-pasta 90/10-pasta neutralointiin pasta pH 6,0-6,5 pH 8,0 käytetty emäs

NaOH (vertailu) 1700 5000 6350 NH OH 1500 2500 2700 4 etanoliamiini 1800 3600 3100 isopropanoli- amiini 1800 2800 3200

Havaitaan, että polyakryylihapon ammonium- ja aminoalkoholisuolat antoivat kipsipitoiseen kaoliinipastaan alemmat viskositeetit kuin natriumsuola.

12 72771

Esimerkki 5

Kaoliinia dispergoitiin 0,3 paino-%:a Na-polyakrylaattia disper-gointiaineena ja 0,1 paino-%:a NaOH pH:n säätöaineena. Lietteestä tehtiin offset-paperin päällystyspasta, jonka kuiva-ainepitoisuus oli 60 paino-%. Pastan sideaineina käytettiin hapetettua tärkkelystä ja styreenibutadieenilateksia suhteessa 1:1 ja kovet-timena glyoksaalia 10 % tärkkelyksen painosta. Pastan pH oli 7,0. Pasta jaettiin 5 osaan ja lisättiin niihin taulukossa mainitut lisäaineet. Sen jälkeen sekoitettiin 90 osaa k.o. pastaa 10 osaan sellaista pastaa, joka oli tehty samalla sideainesysteemillä mutta ilman mainittuja lisäaineita, käyttäen pigmentteinä kaoliinia ja kipsiä suhteessa 70:30. Näin saatiin siis syntymään pastat, joiden pigmenttisuhde kaoliini:kipsi oli 97:3. Pastojen viskositeetit on ilmoitettu taulukossa V.

Taulukko V

Pasta Lisäaineet paino-% pigmenttimäärästä n:o etanoli- isopropa- Na-poly- heksa- η (mPas) 50 amiini noliamiini akrylaatti metafosf.

1 )--- --- 0,5 --- yli 10 000 2 0,1 --- 0,1 0,3 7 300 3 --- 0,1 0,1 0,3 5 100 4 0,1 --- 0,3 0,3 4 300 5 0,1 0,3 0,3 3 300 * )vertailu

Huolimatta viskositeetin kannalta hankalasta pigmenttisuhteesta, alhaisesta pH:sta ja viskositeettia nostavista apuaineista glyok-saalista ja stearaatista saatiin keksinnön mukaisilla dispergoin-tiaineilla viskositeetti hallintaan.

13 72771

Esimerkki 6

Tehtiin päällystyspasta jossa pigmenttinä oli kaoliini ja sideaineina hapetettua tärkkelystä ja styreenibutadieenilateksia ja tärkkelyksen silloittajana 10 % tärkkelyksen painosta glyoksaaliin ja ureaan perustuvaa tuotetta. Kaoliini lietettiin ennen pastan valmistusta 68 paino-%:n kuiva-ainepitoisuuteen käyttäen 0,3 paino-% natriumpolyakrylaattia dispergointiaineena ja natriumhyd-roksidia lietteen pH:n säätämiseksi 7,5:een.Tähän pastaan lisättiin lisädispergointiaineita yhteensä 0,6 osaa 100 kaoliiniosaa kohti ja sekoitettiin 95 osaan näin saatua pastaa 5 osaa sellaista pastaa, jonka pigmentistä 60 paino-% oli kaoliinia ja 40 paino-% kipsiä. Lopulliseksi kaoliini:kipsi pigmenttisuhteeksi saatiin siis 98:2.

Saatiin seuraavat tulokset:

Taulukko VI

Koe- Lisädispergointi- Kaoliinipasta Kipsipit. pasta n:o aineet pH n pH n 100 100 1 --- (vertailu 1) 6,2 1900 5,9 >10 000 2 0,6 Na-polyakr. 7,2 1220 6,6 5 150 (vertailu 2) 3 0,1 etanoliamiini 7,0 1130 6,4 3 960 0,5 Na-polyakry- laatti 4 0,1 Na-polyakry- 6,2 850 5,9 >10 000 laatti 0,5 Lutensol ED 370 14 72771 fö,25 etanoliamiini 8,6 860 7,8 1 940 5 </θ,25 Na-polyfos- I faatti '0,1 Na-polyakry-laatti 6 Jo,25 etanoliamiini 8,7 940 7,9 2 740 (0,35 Na-polyakry- laatti Γθ, 25 Lutensol ED I 370 7 t0'25 Na-polyfos- 8,0 740 7,3 2 200 ! faatti i

10,1 Na-polyakry-^ laatti + NaOH

8 0,25 etanoliamiini 8,6 630 7,8 1 900 0,35 Na-polyakry- laatti

Kokeissa 1-7 käytetty tärkkelys on hapetettu perunatärkkelys (H- 20, Hämeen Peruna Oy). Kokeessa 8 käytettiin hapetettua maissi- tärkkelystä, joka edelliseen nähden on pilkottu matalampaan vis- kositeettitasoon (Araisol 5597, CPC). Lutensol ED 370 (BASF) on keksinnön mukainen etyleenidiamiiniin, propyleenioksidiin ja ety- leenioksidiin perustuva tuote, jonka molekyylipaino on noin 10 000 o ja samenemispiste suolaliuoksessa noin 90 C.

Tässä koesarjassa lisädispergointiaineen määrä 0,6 paino-% oli valittu koneella tapahtuvaa lajinvaihtoa varten kipsipitoisesta pastasta kipsiä sisältämättömään pastaan ilman välipesua. Näin suuri dispergointiainemäärä tarvitaan vain ensimmäisiin vaihdon jälkeisiin pastoihin. Tuloksista nähdään, että keksinnön mukaisilla dispergointiaineyhdistelmillä 5-8 saavutetaan käyttökelpoinen tulos. Kipsipitoisen pastan vaikutuksesta tapahtuva noin 0,8 pH-yksikön pudotus on ennakoitava nostamalla kaoliinipastan pH:ta vastaavasti.

is 72771

Kaikilla keksinnön mukaisilla dispergointiaineyhdistelmillä 3-8 on mahdollista alentaa kipsivapaan kaoliinipastan viskositeettia esimerkiksi short dwell time-applikaattoria ajatellen. Tällöin edullinen dispergointiainemäärä on noin välillä 0,05 paino-% -1,0 paino-% kaoliinista, riippuen siitä missä määrin pidetään tärkeänä säilyttää pastan kuiva-ainepitoisuutta korkeana.

Esimerkki 7

Tehtiin kaksi kaoliinilietettä, joiden sekoitettavuutta natriuma-lumiinisilikaatin kanssa tutkittiin.

Kaoliiniliete 1: kaoliini dispergoitiin 68,5 paino-%:n kuivaaine-pitoisuudessa Diaf-dispergaattorilla käyttäen 0,3 osaa natriumpo-lyakrylaattia ja 0,02 osaa NaOH 100 kaoliiniosaa kohti. Lietteen pH säädettiin lopuksi 8,5:een ja kuiva-ainepitoisuus 65 paino-%:iin.

Kaoliiniliete 2: natriumpolyakrylaatti korvattiin ammo-niumpolyakrylaatilla ja natriumhydroksidi kaliumhydroksidilla, muuten se oli kuten kaoliiniliete 1.

Kaoliinilietteisiin dispergoitiin 5 osaa kuivaa natriumalumiinisi-likaattipigmenttiä (paperin päällystykseen myytävää laatua) 95 kaoliiniosaa kohti. Näistä lietteistä valmistettiin edelleen päällystyspastat lisäämällä joukkoon 100 pigmenttiosaa kohti 10 osaa styreeni-butadieenilateksia ja 1 osa karboksimetyylisellu-loosaa. Saatiin seuraavat viskositeetit:

Taulukko VII

η (mPas) 100

Kaoliiniliete Seosliete Edellisten Pasta erotus 1 (vertailu) 134 252 118 1720 2 (keksinnön 114 216 102 1590 mukainen) ie 72771

Tuloksista nähdään, että keksinnön mukaisella lietteellä, jonka valmistuksessa on käytetty Na-vapaata dispergointiainetta ja emästä, viskositeetti on alempi, viskositeetin nousu natriumalu-miinisilikaattia lisättäessä on vähäisempi, mikä helpottaa pastan tekoa, ja myös pastan loppuviskositeetti on alempi.

Esimerkki 8

Tehtiin talkista (Finnminerals Oy:n Finntalk C-10) päällystyspas- toja, joiden kuiva-ainepitoisuus oli 59 paino-% käyttäen 11 osaa styreeni-butadieenilateksia ja 1,5 osaa karboksimetyyliselluloo- saa (Finnfix 5) sideaineina 100 pigmenttiosaa kohti. Pasta 1 ei sisältänyt muita aineosia, pasta 2 0,3 osaa Na-polyakrylaatti- dispergointiainetta, pasta 3 0,3 osaa NH -polyakrylaattidis- 4 pergointlainetta, pasta 4 kuten pasta 3, mutta lisäksi 0,4 osaa kaliumsulfaattia. 250 g:aan talkkipastoja sekoitettiin 50 g sellaista pastaa, jossa sideaineet olivat samat mutta pigmenttinä kaoliinia ja kipsiä suhteessa 60:40. Viskositeetit olivat (Taulukko VIII) :

Taulukko VIII

η50 {mPas)

Pasta n:o Talkkipasta Sekoituksen jälkeen 1 3000 >10 000 2 2700 >10 000 3 2800 >10 000 4 2900 7 100

Huomataan että keksinnön mukainen pasta 4 kesti paremmin kipsipi-toisen pastan läsnäolon.

17 72771

Esimerkki 9

Tehtiin paperin päällystyspastoja, joissa 100 kaoliiniosaa kohti oli sideaineina 7 osaa styreenibutadieenilateksia ja 5 osaa hapetettua perunatärkkelystä sekä 0,4 osaa kovettaja-hartsia. Pastoihin lisättiin erilaisia lisäaineita, joilla pyrittiin stabiloimaan pasta niin, että kun niihin vielä lisättiin 2 osaa kipsipigmenttiä, saataisiin stabiili ja helppokäyttöinen pasta. Pastojen viskositeetit mitattiin Brook-field-viskosimetrilla 100 r/min nopeudella ja virtausominaisuudet arvosteltiin Haake Rotovisko-laitteella saatujen reogrammien avulla. Tulokset olivat:

Taulukko IX

Koe Lisäaine Määrä Viskositeetti, mPas Myötörajan suh- n:o_% kaoliinista heti_1 d kulutt. teellinen suuruus 1 ei lisä- — 6120 2520 85 aineita 2 trietano- 0,2 4400 1800 55 liamiini 3 trietano- 0,6 3200 2480 30 liamiini : 4 trietano- 0,45 liamiini l Na-heksa- 0,15 960 830 17 metafosf.

Na-polyak- 0,05 rylaatti 5 trietano- 0,15 : liamiini

Na-heksa- 0,3 1370 1390 18 metafosf.

Na-poly- 0,15 akrylaatti 6 Na-heksa- 0,4 metafosf.

: Na-polyak- ,0,2 1920 2400 30 rylaatti •

Kuten koetuloksista näkyy stabiloi jo pienikin trietanoliamii-nimäärä pastaa niin että viskositeettimuutokset vähenevät ja myötöraja pienenee kohtuulliseksi. Lisäksi todettiin korkeissa leikkausnopeuksissa Haake-laitteella tehdyissä pastojen kuormituskokeissa, että trietanoliamiini esti reopektian syntymistä, • so. leikkausjännityksen lisääntymistä pastaa rasitettaessa, ver rattuna polyakrylaatti- ja heksametafosfaattilisäaineilla todettuun .

Claims (7)

1. Pasta paperin tai kartongin päällystämiseksi, joka muodostuu pigmenteistä, joiden määrästä vähintään puolet on kerroksellisia silikaattipigmenttejä, sideaineista ja apuaineista kuten tavanomaisista orgaanisista ja/tai epäorgaanisista dis-pergointiaineista, edullisesti polyakrylaatista tai pääasiassa polyakrylaattia sisältävistä kopolymeereistä tai johdannaisista, ja lisäksi vähintään noin 5 millimoolia kaksi- tai useampiarvoisen metallin ioneja 1 kg kerroksellista silikaattia kohti, tunnettu siitä, että se •.sen lisäksi sisältää ammoniakkia, ammcniumsuoloja, 2-8 C-atomia sisältäviä amiineja ja/tai aminoalkoholeja, polyamiineja, näiden kondensaatiotuotteita etyleenioksidin ja/tai propyleeni-oksidin kanssa, kaliumhydroksidia ja/tai kaliumsuoloja.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen pasta, tunnettu siitä, että pastan kerroksellinen silikaattipigmentti on kaoliini tai talkki ja metalli-ioneja luovuttavat komponentit ovat kalsium-pitoisia pigmenttejä tai kalsiumstearaattia.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen pasta,tunnettu siitä, että pastan kerroksellinen silikaattipigmentti on kaoliini ja metalli-ioneja luovuttava komponentti on talkki tai natrium-aluminiumsilikaatti.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen pasta, tunnettu siitä, että se sisältää noin 0,05 - 1 paino-% tavanomaista orgaanista ja/tai epäorgaanista dispergointiainetta ja noin 0,05 - 1 paino-% ammoniakkia, ammoniumsuoloja, 2-8 C-atomia sisältäviä amiineja, aminoalkoholeja, polyamiineja, näiden kondensaatiotuotteita etyleenioksidin ja/tai propyleenioksidin kanssa, kaliumhydroksidia ja/tai kaliumsuoloja.

5. Dispergointiaineseos pigmenttien dispergoimiseksi, tunnettu siitä, että se sisältää painosuhteessa 10:1 - 1:10 tavanomaista orgaanista ja/tai epäorgaanista dispergointiainetta, edullisesti polyakrylaattia tai pääasiassa polyakrylaattia sisältävää sekapolymeeria tai johdannaista, ja ammoniakkia, ammoniumsuoloja, 2-8 C-atomia sisältäviä amiineja, aminoalkoholeja, poly- 19 72771 amiineja, näiden kondensaatiotuotteita etyleenioksidin ja/tai propyleenioksidin kanssa, kaliumhydroksidia ja/tai kalium-suoloja.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen dispergointiaineseos, tunnettu siitä, että epäorgaaninen dispergointiaine on polyfosfaattia.

7. Menetelmä paperin tai kartongin päällystyspastareseptin vaihtamiseksi päällystyskoneella ilman pesutaukoa tai vain vähäisin pesuin pastasta A pastaan B tai päinvastoin, pastan A ollessa kaksi- tai useampiarvoisia metalli-ioneja sisältävä pasta ja pastan B ollessa näitä ioneja huonosti sietävä, pigmenttimäärästään vähintään puolet kerroksellista silikaattia sisältävä pasta, tunnettu siitä, pastaan B lisätään ammoniakkia, ammoniumsuoloja, 2-8 C-atomia sisältäviä amiineja ja/tai aminoalkoholeja, polyamiineja, näiden kondensaatiotuotteita etyleenioksidin ja/tai propyleenioksidin kanssa, kaliumhydroksidia ja/tai kaliumsuoloja. 20 7 2 7 71