FI96627C - Paperinpäällystyspigmenttejä - Google Patents

Description

96627 1 Paperinpäällystyspigmenttejä

Pigment för pappersbeläggning 5 Tämä keksintö kohdistuu paperinpäällystyskoostumuksiin, jotka sisältävät kahta tai useampaa pigmenttiä, joista toinen ollessaan suspen-soituna veteen vapauttaa liuokseen kationeja, joiden valenssi on kaksi tai enemmän.

10

Ne katjonit, jotka todennäköisimmin vapautuvat vesiliuokseen pape-rinpäällystyspigmentistä, ovat Ca2+, Mg2+ ja Al3+ -jonit ja useita aineita on saatavilla, jotka valkoisuutensa ja alhaisen vesiliukoisuutensa takia ovat sopivia paperipäällystyspigmentteinä, mutta jotka 15 siitä huolimatta eivät ole riittävän liukoisia vapauttaakseen edellä olevan tyyppisiä kationeja liuokseen.

Eräs esimerkki sellaisesta aineesta on kalsiumsulfaatti, jota on saatavilla sekä luonnossa esiintyvänä mineraalina että teollisena 20 tuotteena tai sivutuotteena. Kalsiumsulfaatti esiintyy dihydraatti-na, CaS04-2H20, hemi-hydraattina, CaS04O-5H20 sekä täysin vedettömänä muotona. Se mahdollistaa useita ominaisuuksia, mikä .tekisi sen sopivaksi käytettäväksi paperinpäällystyspigmenttinä, mutta se on heikosti liukeneva veteen, dihydraatin liukoisuuden ollessa, esi-25 merkiksi 2,5 g/1 lämpötilassa 20 °C, ja vapauttaa siksi kalsiumjone-ja liuokseen.

Paperinpäällystyskoostumuksen on yleisesti ottaen sisällettävä juuri riittävästi vettä koostumuksen tekemiseksi nestemäiseksi, koska on 30 epätaloudellista haihduttaa suuria määriä vettä päällystetystä paperista. Yleisesti ottaen koostumuksen on sisällettävä ainakin 50 %, ja edullisesti ainakin 60 paino-% kuivaa pigmenttiä ja pigmentin on oltava ei-flokkuloitunut, jos koostumuksen on oltava riittävän nestemäinen käsiteltäväksi paperinpäällystyssysteemissä. Pigmentin on 35 myös oltava hienoa hiukkaskokoa, jos halutaan hyväksyttäviä optisia ja pinnan tasaisuusominaisuuksia päällystetylle paperille. Raakaa kalsiumsulfaattia ei yleisesti ole saatavilla riittävän hienolla - 96627 2 1 hiukkaskokojakautumalla ja se on jauhettava jollakin seuraavasta kolmesta tavasta: (i) Raaka kalsiumsulfaatti voidaan märkäjauhaa hajoitetussa vesisus-5 pensiossa, jossa on korkea kiintoainepitoisuus ja sisältää ainakin 50 %, ja edullisesti ainakin 60 % kalsiumsulfaattia kuiva-aineen painosta laskettuna. Sopiva hajoitusaine tähän tarkoitukseen on nat-riumkarboksimetyyliselluloosa (CMC), mutta vaadittu määrä kalsium-sulfaatin pitämiseksi hajotetussa muodossa, kun se on tarpeeksi hie-10 nosti jaettu paperinpäällystyspigmenttitarkoitukseen tekee tämän kaupallisesti epäkiinnostavaksi; (ii) Raaka kalsiumsulfaatti voidaan märkäjauhaa vesisuspensioon, joka sisältää pienen määrän kiintoaineita, so. vähemmän kuin 50 pai- 15 no-% ja dispersioaineen poissaollessa, ja hienon kalsiumsulfaatin suspensiosta poistetaan sitten vesi kiintoainepitoisuuden lisäämiseksi haluttuun tasoon ja käsitellään dispersioaineella suspension fluiditeetin lisäämiseksi. Jos suspensiosta, jonka kiintoainesisältö on pieni, poistetaan vettä lämpökuivauksella hienojakoinen kalsium-20 sulfaatti pyrkii muodostamaan aggregaatteja, jotka on hyvin vaikea hajoittaa, kun pigmentti uudelleen dispergoidaan. Jos toisaalta suspensiosta poistetaan vesi korkeapainesuodatuksella meidän englantilaisen patenttijulkaisun n:o 2200103 mukaisella menetelmällä, on välttämätöntä sijoittaa pääosa kulutuksesta käsittelylaitteeseen.

25 Myös kalsiumsulfaatilla, joka on jauhettu pienen kiintoainepitoisuuden omaavassa suspensiossa, on taipumus kapeaan hiukkaskokojakautumaan ja siitä yleensä puuttuu ne hienot hiukkaset, jotka ovat eniten toivottuja paperinpäällystyspigmentissä; tai 30 (iii) Raaka kalsiumsulfaatti voidaan kuivaa jauhetussa tilassa tekemällä tai jättämällä tekemättä sen jälkeistä hiukkaskokoluokitusta ja hienotuote, joka on dispergoituna veteen, sisältää dispergointi-aineen, korkean kiintoainepitoisuuden omaavan suspension muodostamiseksi. Kuitenkin tämä menetelmä tiettyä jauhatusenergian kulutusta 35 kohden, antaa vähemmän hienon tuotteen, kun märkäjauhatus ja tuotteesta myös puuttuu hyvin hienot hiukkaset.

Il I UM- Irlft M I M · i 3 96627 1 On yleista käyttää kalsiumsulfaattia paperinpäällystyskoostumukses-sa, ei ainoana pigmenttinä, mutta yhdistettynä yhteen tai useampaan muuhun pigmenttiin, kuten kaoliiniin, talkkiin tai kalsiumkarbonaat-tiin. Tämä saavutetaan yleensä muodostamalla korkean kiintoainepa-5 toisuuden omaava hajoitettu kalsiumsulfaattisuspensio yhden tai useamman edellä kuvatun menetelmän avulla, valmistamalla korkean kiin-toainepitoisuuden omaava hajoitettu toisen pigmentin suspensio ja sekoittamalla mainitut kaksi suspensiota halutuissa osuuksissa. Kahden suspension sekoittaminen suoritetaan yleensä, kuitenkin niin, 10 että muodostuu massiivinen sekoitetun suspension paksunnos, joka tunnetaan "shokkina", ja vaikka tämä vaikutus voidaan minimoida huolellisella sekoitustekniikalla ja käyttämällä useita erityisdisper-sioaineita tai muita lisäaineita, kuten on kuvattu englantilaisissa patenteissamme n:ot 2179954 ja 2200900, ilmiö on yhä este kalsium-*15 sulfaatin käyttämiseksi paperinpäällystyspigmenttinä. Shokki-ilmiön uskotaan olevan liuokseen vapautuneiden kalsium-ionien aiheuttamaa kalsiumsulfaatin reagoimisesta toiselle pigmentille käytetyn disper-sioaineen kanssa, joka siten saa pigmentit flokkuloimaan.

20 Yleistä tietoa koskien paperinpäällystyskoostumusten laatua ja menetelmiä niiden valmistamiseksi voidaan löytää artikkelista "An operator's guide to aqueous coating for paper and board", Section 9: Formulating and preparing the coating mix, Ed. J.M. Chamberlain;

Paper Industry Technical Association (formely part of British Patent 25 and Board Industry Federation), London, 1982.

Tämän keksinnön kohteena on valmistaa suspensio, joka sisältää kalsiumsulfaattia ja ainakin yhtä toista pigmenttiä, jonka suspension kiintoainepitoisuus on ainakin 50 %, ja edullisesti ainakin 60 %, 30 laskien sekoitettujen pigmenttien kuivapainosta ja jonka viskositeetti on sopiva paperinpäällystyskoostumukselle, esimerkiksi ei suurempi kuin 3000 mPa mitattuna Brookfield Viscometer'illä nopeudella 100 r.p.m. ja lämpötilassa 22 °C. Sekoitettujen pigmenttien suspensio valmistetaan niin, että olennaisesti vältetään shokki-35 ilmiön haitalliset vaikutukset.

Esillä olevan keksinnön mukaisesti aikaansaadaan menetelmä vesisus- 4 96627 1 pension valmistamiseksi, joka sisältää ainakin 50 paino-% sekapig-menttiä, joka käsittää ensimmäisen pigmentin, joka vapauttaa vesiliuokseen kationeja, joiden lataus on suurempi kuin 1 ja toisen pigmentin, joka menetelmä käsittää seuraavat vaiheet: 5 (a) muodostetaan ensimmäinen ja toinen vesisuspensio kummastakin ensimmäisestä ja toisesta pigmentistä, joista kumpikin ensimmäinen ja toinen vesisuspensio ei sisällä enempää kuin 50 paino-% ensimmäistä tai vast, toista pigmenttiä; 10 (b) yhdistetään ensimmäinen ja toinen suspensio flokkuloidun suspension muodostamiseksi; (c) poistetaan vesi vaiheessa (b) muodostetusta mekaanisesti flokku-15 loidusta suspensiosta kiinteän jäännöksen muodostamiseksi; ja (d) sekoitetaan vaiheessa (c) saatu kiinteä jäännös veteen, joka sisältää dispersointiaineen suspension muodostamiseksi, joka sisältää ainakin 50 % sekapigmenttiä kuiva-aineesta laskettuna.

20

Esillä olevan keksinnön erään toisen näkökohdan mukaisesti aikaansaadaan menetelmä vesipitoisen paperinpäällystyskoostumuksen valmistamiseksi, joka sisältää ainakin 50 paino-% sekapigmenttiä, joka käsittää ensimmäisen pigmentin, joka vapauttaa vesiliuokseen katio-25 neja, joiden lataus on suurempi kuin 1 ja toisen pigmentin, joka menetelmä käsittää seuraavat vaiheet: (a) muodostetaan ensimmäinen ja toinen vesisuspensio kummastakin ensimmäisestä ja toisesta pigmentistä, jolloin kumpikin ensimmäinen 30 ja toinen vesisuspensio ei sisällä enemmän kuin 50 paino-% ensimmäistä vast, toista pigmenttiä; (b) yhdistetään ensimmäinen ja toinen suspensio flokkuloidun suspension muodostamiseksi; 35 (c) poistetaan vesi mekaanisesti flokkuloidusta vaiheessa (b) muodostetusta suspensiosta kiinteän jäännöksen muodostamiseksi; : : IKI lilt III·· 5 96627 1 (d) sekoitetaan vaiheessa (c) saatu kiinteä jäännös veteen, joka si sältää dispergointiaineen suspension muodostamiseksi, joka sisältää ainakin SO % sekapigmenttiä kuiva·aineesta laskettuna; ja 5 (e) yhdistetään vaiheessa (d) saatuun suspensioon liima vesipitoisen paperinpäällystyskoostumuksen muodostamiseksi, joka sisältää ainakin 50 % sekapigmenttiä kuiva-aineesta laskettuna.

Kumpikin ensimmäisestä ja toisesta suspensiosta voivat olla joko 10 hajoitettuja tai flokkuloituja. Edullisesti vesipitoinen ensimmäinen suspensio kuitenkin on flokkuloitunut ja toinen suspensio hajoitet-tu. Molemmat suspensiot voivat olla hajoitettuja; esimerkiksi kipsin vesisuspensio, jossa on korkea kiintoainepitoisuus, voitaisiin sekoittaa suspensioon, joka on muodostettu uudelleendispergoimalla 15 olennaisen kuivaa savea veteen kiintoainepitoisuuden ollessa korkea ja tässä tapauksessa molemmat suspensiot voisivat olla hajoitettuja.

Vaiheessa (b), kun suspensiot sekoitetaan yhteen, "shock" -ilmiö aloittaa flokkuloinnin.

20

Kationit, joista ensimmäinen pigmentti vapauttaa, ovat yleisimmin kalsium- tai magnesiumjoneja ja ensimmäinen pigmentti voi esimerkiksi olla kalsiumsulfaattia dihydraattimuodossaan, hemihydraatti- tai anhydraattimuodossa. Toinen pigmentti voi edullisesti olla kaoliini, 25 luonnollinen tai saostettu kalsiumkarbonaatti tai talkki.

Jos, ja kuten tavallisesti asia on, toinen pigmentti on kaoliini vaiheessa (a), on sopivaa käyttää hajoitettua suspensiota, joka sisältää noin 5 % - noin 25 % kaoliinia kuiva-aineesta laskettuna, 30 koska tavanomaisessa märkämenetelmässä kaoliinin uudestaanhienonta-miseksi, raaka kaoliinisuspensio "gritin" jälkeen tai sen jälkeen, kun hiukkaset, jotka ovat suurempia kuin 50 mikronia, on poistettu, hajoitetaan dispergointiaineen avulla ja sille suoritetaan hiukkas-kokoerotus sedimentoimalla painovoiman tai keskipakoisuusvoiman 35 avulla. Kelluva fraktio, joka sisältää kaoliinia, jonka hiukkaskoko-jakautuma on sopiva paperinpäällystyspigmenttiä varten yleisesti omaa kiintoainepitoisuuden alueella 5-25 paino-%. Vaihtoehtoisesti, 6 96627 1 hajoitettu kaoliinisuspensio voidaan valmistaa niin, että sen kiin-toainepitoisuus on suurempi kuin 50 paino-% ja laimennetaan ei enempää kuin 50 paino-%:iin ennen käyttöä. Hajoitettu suspensio, joka sisältää vähemmän kuin 50 paino-% kiintoaineita, voitaisiin valmis-5 taa, mutta on yleensä edullista valmistaa suspensio, joka sisältää korkeamman osuuden kiintoaineita, koska saadaan tehokkaampi disper-gointi näissä olosuhteissa; jos kaoliini dispergoituu yhtä hyvin ensimmäisen pigmentin suspensioon kuin pelkkään veteen, silloin mikä vain epätäydellinen kaoliinin dispergoituminen voitaisiin korjata 10 sen jälkeisessä sekoitusvaiheessa. Jos kaoliini kuitenkin dispergoituu huonommin ensimmäisen pigmentin suspensioon, olisi edullista valmistaa kaoliinisuspensio, jossa on korkea kiintoainepitoisuus ja sitten laimentaa.

15 Hajoitettu kaoliinisuspensio sekoitetaan suspensioon, joka ei sisällä enemmän kuin 50 paino-% kalsiumsulfaattia kuivapainosta laskettuna, joka voi olla joko hajoitettu tai flokkuloitunut, mutta joka keksinnön tarkoituksia varten edullisesti on valmistettu jauhamalla dispergointiaineen poissaollessa joko kuivassa tilassa tai suspen-20 siossa, joka sisältää 5-50 paino-% kuivaa kalsiumsulfaattia. Edullisesti kalsiumsulfaatti jauhetaan hiukkaskokojakautumaan, joka on sellainen, että 60-70 paino-% muodostuu hiukkasista, joiden ekviva-lenttinen pallohalkaisija on pienempi kuin 2 mikronia.

25 Sekoitetusta suspensiosta, joka flokkuloituu täydellisesti sekoituksen aikana, poistetaan sitten vesi kiinteän kappaleen muodostamiseksi ja kappale sekoitetaan dispergointiaineeseen, joka yleensä on liuotettu pieneen määrään vettä hajoitetun suspension muodostamiseksi, joka sisältää ainakin 50 % ja edullisesti ainakin 60 % sekapig-30 menttiä kuivapainosta laskettuna. Dispergointiaine on sopivasti sama kuin se, jota käytettiin hajoitetun kaoliinisuspension valmistukseen, mutta toivottaessa voidaan käyttää toista dispergointiainetta.

Kaoliinille käytetty dispergointiaine voi olla poly(fosforihapon), 35 poly(akryylihapon), poly(metakryylihapon) aikaiimetalli- tai am- moniumsuola, akryylihapon tai metakryylihapon ja 2-akryyliamido-2-raetyylipropaanisulfonihapon (AMPS) välinen kopolymeeri tai male- il . mi «.iti i:ia·.

7 96627 1 iinihapon tai maleiinianhydridin ja vinyyliasetaatin välinen kopoly-meeri. Dispergointiaineen vaadittu määrä on yleensä alueella 0,01-0,5 paino-% kaoliinin kuiva-painoon perustuen.

5 Dispergointiaine sekapigmenttejä varten voi myös olla valittu edellä annetusta ryhmästä ja dispergointiaineen vaadittu määrä on alueella 0,01-0,5 paino-% perustuen sekapigmentin kuiva-painoon.

Edullisesti suspensioon lisätään myös sekapigmenttien tarpeeksi al-10 kalia pH:n nostamiseksi arvoon ainakin 9. Voi olla myös edullista lisätä sekapigmenttien filtterikakkuun (tai sekapigmentin suspensioon) 0,1-1,5 paino-%, perustuen sekapigmenttien kuivapainoon, an-jonisesta kostutusaineesta, joka esimerkiksi voi olla kalsiumdode-kyylibentseenisulfaatti. Kun käytetään kostutusainetta, on joskus 15 välttämätöntä myös lisätä 0,05-0,2 paino-% vaahdonpoistoaineen kuivien sekapigmenttien painosta laskettuna.

Sekoitettujen pigmenttien suspensio voi sisältää 1 paino-% ensimmäistä pigmenttiä ja 99 paino-% toista pigmenttiä - 75 paino-% en-20 simmäistä pigmenttiä ja 25 paino-% toista pigmenttiä.

Liima on normaalisti kiinteiden liimojen vesisuspensio. Käytetyt kiinteät liima-aineet paperinpäällystyskoostumusta koostettaessa valitaan täyttämään levitettävän päällystyksen ja käytetyn painome-25 telmän erityisvaatimukset. Kiinteä liima voi esimerkiksi olla tärkkelys, veteen dispergoitavissa oleva synteettinen hartsi tai lateksi, kuten styreenibutadieenikopolymeeri, polyvinyylialkoholi, akryy-lipolymeeri, polyvinyyliasetaatti, butadieeni-akrylonitriilikopoly-meeri; selluloosajohdannainen, kuten metyyliselluloosa, natriumkar-30 boksimetyyliselluloosa tai hydroksietyyliselluloosa; proteiinipi- toinen aine, kuten kaseiini, eläinliima ja vihannesproteiinit. Käytettyjen kiinteiden liimojen määrä riippuu kyseessä olevasta käytetystä liimasta; koostumus sisältää kuitenkin yleensä esimerkiksi 10-35 paino-%, laskettuna sekoitettujen pigmenttien kuiva-painosta, 35 kiinteitä liima-aineita. Keskustelu paperinpäällystyskoostumusten ainesosista ja menetelmistä näiden koostumusten käyttämiseksi papereihin annetaan luvussa XIX, Volume III, kirjan James P. Casey, toi- 8 96627 / 1 sessa painoksessa, jonka nimi on "Pulp and Paper: Chemistry and Technology", sivut 1646-1651.

Keksintöä kuvataan nyt seuraavien esimerkkien avulla.

5

ESIMERKIT

ESIMERKKI 1 (VERTAILU) 10 Yleisen shokki-ilmiön osoittamiseksi silloin kun kalsiumsulfaatti-suspensioihin sekoitetaan muiden pigmenttien suspensioita, kalsium-sulfaattidihydraattia, joka oli sen reaktion sivutuote, jota käytettiin sitriinihapon valmistamiseksi, sekoitettiin veteen, joka ei sisältänyt dispergointiainetta suspension muodostamiseksi, joka si-15 sälsi 30 paino-% kiintoaineita. Kalsiumsulfaatti jauhettiin sekoittamalla suspensioon Leighton Buzzard -hiekkaa, jonka raekoko oli välillä n:o 16 silmukan B.S. seula (nimellisaukko 1,0 mm) ja n:o 30 silmukan B.S. seula (nimellisaukko 0,5 mm), jolloin saatiin kalsium-sulfaattituote, jonka hiukkaskokojakauma oli sellainen, että 90 pai-20 no-% muodostui hiukkasista, joiden ekvivalentti pallohalkaisija oli pienempi kuin 2 mikronia. Jauhetun kalsiumsulfaatin suspensiosta poistettiin vesi suodattamalla paineessa 1500 psig (10,03 MPa), jolloin saatiin kiinteä kappale, joka sisälsi noin 80 paino-% kiintoaineita. Kappale jälleen dispergoitiin pieneen lisävesimäärään korke-25 an nopeuden laboratoriosekoituskoneessa käyttämällä dispergointi- aineena 2,5 paino-%, laskettuna kalsiumsulfaattidihyraatin painosta, matalan viskositeetin omaavaa natriumkarboksimetyyliselluloosaa (CMC). Tuloksena saadun liuoksen kiintoainepitoisuus oli 59,2 paino-% ja viskositeetti oli mitattuna Brookfield Viscometer'illä käyttä-30 mällä karaa n:o 4 nopeudella 100 r.p.m., 1400 mPa.s.

Seuraavat toisten pigmenttien hajoitetut vesisuspensiot valmistettiin: 35 A. Suspensio, joka sisälsi 67,0 paino-% primääristä kaoliinisavea, jonka hiukkaskokojakautuma oli sellainen, että 80 paino-% muodostui hiukkasista, joiden ekvivalenttinen pallohalkaisija oli pienempi il «il I d,lii i ί i s* 9 96627 1 kuin 2 mikronia ja 0,3 paino-%, laskettuna kuivan kaoliinin painosta, dispergointiaineesta, joka oli kopolymeerin natriumsuola, jossa oli 8 paino-% monomeeriyksikköä AMPS ja 92 paino-% akryylihappoyksi-kön monomeeriä ja 0,1 paino-%, laskettuna kuivan kaoliinin painosta,

4 I

5 natriumhydroksidia.

£. Suspensio, joka sisälsi 74,5 paino-% sekundääristä kaoliinia, jonka hiukkaskokojakautuma oli sellainen, että 97 paino-% muodostui hiukkasista, joiden ekvivalenttinen pallohalkaisija oli pienempi 10 kuin 2 mikronia ja samat dispergoivat reagenssit (so. kopolymeeri-dispergointiaine ja natriumhydroksidi) samoissa määrissä kuin suspensiossa A.

C. Suspensio, joka sisälsi 72,7 paino-% jauhettua luonnonmarmoria, 15 jonka hiukkaskokojakautuma oli sellainen, että 95 paino-% muodostui hiukkasista, jonka ekvivalenttinen pallohalkaisija oli pienempi kuin 2 mikronia ja 0,6 paino-%, laskettuna kuivan marmorin painosta, nat-riumpolyakrylaattidispergointiainetta, jonka keskimääräinen mole-kyylipaino oli 4600.

20 D. Suspensio, joka sisälsi 62,6 paino-% jauhettua talkkia, jonka hiukkaskokojakautuma oli sellainen, että 35 paino-% muodostui hiukkasista, jonka ekvivalenttinen pallohalkaisija oli pienempi kuin 2 mikronia ja 0,3 paino-%, laskettuna kuivan talkin painosta, natrium- 25 heksametafosfaattia ja 1 paino-%, laskettuna kuivan talkin painosta, ei-jonista kostutusainetta, joka perustui polyetyleeniglykoliin.

Jokainen edellä oleva suspensio A-D syötettiin vuorostaan korkean nopeuden laboratoriosekoittajaan, joka oli saatettu liikkeeseen. Jo-30 kaisen suspension viskositeetti mitattiin Brookfield Viscometer'illä käyttämällä karaa n:o 3 nopeudella 100 kierrosta/min. Jokaiseen suspensioon lisättiin riittävästi hajoitettua kalsiumsulfaattisuspen-siota, jolloin saatiin 5 paino-% kalsiumsulfaattidihydraattia laskettuna kuivan toisen pigmentin painosta. Kahden suspension sekoit-35 tamisen vaikutus havaittiin ja tulokset on esitetty taulukossa 1, joka on tämän selityksen lopussa.

10 96627

1 Taulukossa 1 luetellut tulokset osoittavat, että kalsiumsulfaatin hajoitettu suspensio voi tuottaa sykäyksen, kun se sekoitetaan juoksevaan aineeseen, jonkin edellä olevan pigmenttien hajoitetun suspension. I

5

Oletetaan, että kalsiumsulfaatin hajoitetun suspension käyttö tuottaisi vielä voimakkaamman paksunnosvaikutuksen, toisen pigmentin juoksevaan hajoitettuun suspensioon sekoitettaessa, koska flokkuloi-tu suspensio sallisi kalsiumjonien esteettömän vapautumisen liuok-10 seen ja nämä katjonit olisi sitten saatavilla flokkulointivaikutuk-sen muodostamiseksi toisen pigmentin virtaavaan hajoitettuun suspensioon. Hajoitetussa suspensiossa, hajoitusaine pyrkisi reagoimaan tai erottaisi liuokseen vapautuneet kalsiumjonit.

15 ESIMERKKI 2 (VERTAILUA

Samaa raakaa kalsiumsulfaattidihydraattia, jota käytettiin esimerkissä 1, kuivajauhettiin tuotteen saamiseksi, jonka hiukkaskokoja-kautuma oli sellainen, että 30 paino-% muodostui hiukkasista, joiden 20 ekvivalentti pallohalkaisija oli pienempi kuin 2 mikronia. Jauhettu kalsiumsulfaatti sekoitettiin sitten veteen, joka sisälsi 0,7 paino-%, laskettuna kalsiumsulfaattidihydraatin painosta, matalan viskositeetin omaavaa CMC:tä dispergointiaineena korkean nopeuden laborato-riosekoittimeen suspension muodostamiseksi, joka sisälsi 69,4 paino-25 % kalsiumsulfaattidihydraattia. Suspension viskositeetti mitattuna

Brookfield Viscometer'illä käyttämällä karaa n:o 3 nopeudella 100 kierrosta/min. oli 195 mPa.s. Tämä suspensio sekoitettiin esimerkin 1 mukaiseen suspensioon A korkean nopeuden sekoittimessa sellaisissa suhteissa, jotta saataisiin 5 paino-% kalsiumsulfaattidihydraattia 30 kuivan kaoliinin painosta laskettuna. Suspension A kiintoainepitoi-suus oli alun perin 67,0 paino-% ja viskositeetti mitattuna Brookfield Viscometer'illä nopeudella 100 kierrosta/min. oli 740 mPa.s., mutta lisäämällä kalsiumsulfaattisuspensioon muodostui paksu pasta, jonka viskositeetti oli liian korkea mitattavaksi. Tämä esimerkki 35 osoittaa, että suspensio suhteellisen raa'asta kalsiumsulfaatista aiheuttaa sykäyksen, kun se lisätään kaoliinisuspensioon yhtä helposti kuin suhteellisen hienon kalsiumsulfaatin suspensio.

:B in 1 a lii M 1 11 i 11 96627 1 ESIMERKKI 3 (KEKSINTÖÄ Näyte hienon kalsiumdihydraatin flokkuloidusta suspensiosta valmistettiin jauhamalla samaa raaka-ainetta, jota käytettiin esimerkissä 5 1, samalla tavalla kuin on kuvattu esimerkissä 1, ja laimentamalla raaka kalsiumsulfaatin suspensio vedellä kiintoainepitoisuuden pienentämiseksi arvoon 15 paino-%.

Näyte saman kalsiumsulfaatin hajoitetusta suspensiosta valmistettiin 10 myös jauhamalla ja poistamalla vesi raaka materiaalista kuten on kuvattu esimerkissä 1 ja jälleen dispergoimalla filtterikakku 2,5 paino-%:sella CMC:llä perustuen kalsiumsulfaattidihydraatin painoon, ja riittävän suurella määrällä vettä, jolloin saatiin kiintoainepi-toisuus, joka oli 15 paino-%.

15

Jokainen esimerkissä 1 kuvatuista suspensioista A-D laimennettiin kiintoainepitoisuuteen 15 paino-% ja ladattiin vuorollaan korkean nopeuden laboratoriosekoittimeen, joka laitettiin liikkeeseen. Jokaiseen suspensioon lisättiin sitten nopeasti riittävästi kalsium-20 sulfaattidihydraatin flokkuloitua suspensiota, jolloin saatiin seos-pigmenttisuspensio, joka sisälsi 50 paino-% kalsiumsulfaattidihyd-raattia ja 50 paino-% kuivaa toista pigmenttiä.

Vielä yksi seossuspensio valmistettiin sekoittamalla yhteen samalla 25 tavalla kuin on kuvattu edellä suspensio Aja kalsiumsulfaatin ha- joitettu suspensio suhteessa 50 paino-% kalsiumsulfaattidihydraattia ja 50 paino-% kuivaa kaoliinia.

Kaikista viidestä seossuspensiosta poistettiin vesi suodattamalla 30 paineessa, joka oli 150 psig (1,03 MPa) ja kussakin tapauksessa suodatus jäännös jälleendispergoitiin käyttämällä dispergointiaineena 0,5 paino-%:ista, laskettuna kiintoaineiden painosta, samaa disper-gointiainetta, jota käytettiin suspensioiden A ja B valmistuksessa ja riittävästi hydroksidia pH:n nostamiseksi arvoon ainakin 9. Lisä-35 tyn vesimäärän minimoimiseksi dispergointireagenssit sekoitettiin ensin suodatusjäännökseen ja tuloksena saatu nesteytetty massa siirrettiin sitten korkean nopeuden sekoittimeen sekoituksen täydentä- 12 96627 1 miseksi.

Toinen viiden sekoitetun pigmentin sarja valmistettiin edellä kuvatulla menetelmällä paitsi että jokaisessa tapauksessa suodosjäännök-5 seen sekoitettiin suspensiossa A ja B käytetyn dispergointiaineen ja natriumhydroksidin lisäksi, määrä anjonista kostutusainetta kalsium-dodekyylibentseenisulfaattia ja 0,1-0,2 paino-%, kuiva-aineiden perusteella, vaahdon hajottajaa, joka perustui rasvahapon polyeette-rijohdannaiseen.

10

Kussakin tapauksessa suspension kuiva-aineiden prosentuaalinen paino-osuus, suspension pH, viskositeetti mitattuna Brookfield Viscometer' illä käyttämällä 3-6 numeron karoja (riippuen viskositeetista), nopeudella 100 kierrosta/min. määriteltiin ja tulokset on esi-j5 tetty taulukossa II, joka löytyy tämän selityksen lopusta. Jäljempänä oleva taulukko II näyttää myös lisätyn kalsiumdodekyylibentsee-nisulfaatin määrän painoprosentteina aktiivista kostutusainetta kuivien sekoitettujen pigmenttien painon perusteella.

20 Tulokset, jotka on esitetty taulukossa II, osoittavat, että vaikka kaikkien suspensioiden reologiset ominaisuudet paranevat verrattuna taulukossa I oleviin arvoihin, ne suspensiot, jotka sisältävät primääristä kaoliinia (suspensio A) ei vieläkään ole riittävän juoksevia paperinpäällystyskoostumusten valmistamiseksi. Niiden suspensi-25 oiden, jotka sisältävät sekundääristä kaoliinia (suspensio B), viskositeetti on melkein hyväksyttävä, varsinkin kun käytetään kalsium-dodekyylibentseenisulfaattia ja niillä suspensioilla, jotka sisältävät marmoria ja talkkia (suspensiot C ja D) on edullinen matala viskositeetti, joka vähenee vielä enemmän, kun lisätään kalsiumdodekyy-30 libentseenisulfaattia.

ESIMERKKI 4 (KEKSINTÖ’)

Raa'an kalsiumsulfaattidihydraatin flokkuloitu suspensionäyte val-35 niistettiin jauhamalla samaa raaka-ainetta, jota käytettiin esimerkissä 1, samalla tavalla kuin on kuvattu esimerkissä 2, ja sekoittamalla jauhettu tuote korkean nopeuden sekoittimessa riittävän määrän lii »1*11 ma i 13 96627 1 veden kanssa, jolloin saatiin kiintoainepitoisuus 15 paino-%.

Suspension A näyte, joka on kuvattu esimerkissä 1, laimennettiin kiintoainepitoisuuteen 15 paino-% ja ladattiin korkean nopeuden se-5 koittimeen. Siihen lisättiin sitten riittävästi flokkuloitua kal-siumsulfaattisuspensiota, jolloin saatiin sekoitettujen pigmenttien suspensio, joka sisälsi 50 paino-% kalsiumsulfaattidihydraattia ja 50 paino-% kuivaa kaoliinia. Tästä seospigmenttisuspensiosta poistettiin vesi ja se uudelleendispergoitiin veteen, kuten on kuvattu jQ esimerkissä 3.

Saman raa'an kalsiumsulfaattidihydraatin hajoitettu suspensionäyte valmistettiin jauhamalla raaka aine, kuten esimerkissä 2, ja sekoittamalla jauhettu tuote suhteellisen pieneen määrään vettä ja 0,7 j5 paino-%:iin CMC:tä, perustuen kalsiumsulfaattidihydraatin painoon kiintoainesuspension muodostamiseksi, joka sitten laimennettiin veteen kiintoainepitoisuuteen 15 paino-%.

Näyte suspensiosta B, joka on kuvattu esimerkissä 1, laimennettiin 20 kiintoainepitoisuuteen 15 paino-% ja lisättiin korkean nopeuden se-koittimeen. Lisättiin sitten riittävästi hajoitettua kalsiumsulfaat-tisuspensiota seospigmenttisuspension saamiseksi, joka sisälsi 50 paino-% kalsiumsulfaattidihydraattia ja 50 paino-% kaoliinia. Seos-pigmentistä poistettiin vesi ja se jälleendispergoitiin veteen, ku-25 ten on kuvattu esimerkissä 3.

Kussakin tapauksessa kuiva-aineiden prosentuaalinen pitoisuus suspensiossa, suspension pH, viskositeetti mitattuna Brookfield Viscometer' illä käyttämällä numeroiden 3-6 karoja (riippuen viskositee-30 tista) nopeudella 100 kierrosta/min. määriteltiin, ja tulokset on esitetty taulukossa III, joka löytyy tämän selityksen lopusta. Taulukko III osoittaa myös lisätyn kalsiumdodekyylibentseenisulfaatin määrän painoprosentteina aktiivista kostutusainetta kuivien sekoitettujen pigmenttien painoon perustuen.

Nämä tulokset osoittavat, että anjonisen kostutusaineen käyttö on haitallista, kun kalsiumsulfaatti on suhteellisen raakaa, mutta saa- 35 14 96627 1 daan suspensiolta, joiden viskositeetti on hyväksyttävä sekä kostu-tusaineen kanssa että ilman sitä, kun kaoliini on hienoa sekundääristä tyyppiä (suspensio B).

5 Seospigmenttisuspensiot, jotka sisältävät raakaa kalsiumsulfaattia, ovat juoksevampia kuin suspensiot, jotka sisältävät hienoa kalsium-sulfaattia, mutta on toivottavaa käyttää paperinpäällystyskoostumuk-sia, jonka pigmentit ovat hienoa hiukkaskokoa, jos halutaan, että päällystetyn paperin kiilto- ja tasaisuusominaisuudet ovat hyvät.

10 Hyvien Teologisten ominaisuuksien ja hyvän kiillon ja tasaisuuden yhdistämiseksi näyttää olevan edullista jauhaa kalsiumsulfaatti sellaiseen hiukkaskokojakautumaan, että 60-75 paino-% muodostuu hiukkasista, jonka ekvivalentti pallohalkaisija on pienempi kuin 2 mikronia.

15

TAULUKKO I

Toisen pig- kiinto- Viskosi- Kalsiumsulfaattisuspension mentin aineita teetti lisäyksen vaikutus suspensio paino-% (mPa.s) 20 __ A 67,0 740 paksu massa, viskositeetti > 10000 mPa.s B 74,5 560 kiinteäksi tehty C 72,7 360 paksu massa, viskositeetti > 10000 mPa.s 25 D 62,6 75 paksu massa, viskositeetti > 10000 mPa.s 30 !| : M-t i Hl l i I S* i 35 15 96627 1 TAULUKKO il

Toisen pig- kalsium- kalsium- kiinto- viskosi- mentin sulfaatti- dodekyyli- aineita teetti > suspensio suspensio bentseeni- pH paino-% (mPa.s) 5 sulfaatti paino-% A flokkuloitu 0 10,5 63,9 6,660 A flokkuloitu 0,7 10,0 64,3 >10,000 B flokkuloitu 0 10,8 64,3 4,250 10 B flokkuloitu 0,7 9,0 64,1 1,350 C flokkuloitu 0 10,2 62,9 830 C flokkuloitu 0,7 10,6 62,5 280 D flokkuloitu 0 9,7 63,4 690 D flokkuloitu 1,0 9,3 64,8 480 A hajoitettu 0 10,0 66,9 8,100 A hajoitettu 0,7 9,3 66,3 7,550

TAULUKKO III

20 Toisen pig- kalsium- kalsium- kiinto- viskosi- mentin sulfaatti- dodekyyli- pH aine teetti suspensio suspensio bentseeni- paino-% (mPa.s) sulfaatti paino-% 25 A flokkuloitu 0 9,8 70,3 3,120 A flokkuloitu 0,7 9,7 70,7 8,900 B hajoitettu 0 9,0 70,7 235 B hajoitettu 0,7 9,7 70,5 460 30 35

Claims (14)

16 96627

1. Menetelmä vesisuspension valmistamiseksi, joka sisältää ainakin 50 paino-% sekoitettua pigmenttiä, joka käsittää ensimmäisen pigmen- 5 tin, joka vapauttaa vesiliuokseen kationeja, joiden lataus on suurempi kuin 1 ja toisen pigmentin, tunnettu siitä, että menetelmässä: (a) muodostetaan kummankin ensimmäisen ja toisen pigmentin ensimmäi-10 nen ja toinen vesisuspensio, joista kumpikin ensimmäinen ja toinen vesisuspensio ei sisällä enempää kuin 50 paino-% ensimmäistä ja toista pigmenttiä; (b) yhdistetään ensimmäinen ja toinen suspensio flokkuloidun suspen-15 sion muodostamiseksi; (c) poistetaan mekaanisesti vesi vaiheessa (b) muodostetusta flokku-loidusta suspensiosta kiinteän jäännöksen muodostamiseksi; ja 20 (d) sekoitetaan vaiheessa (c) muodostettu kakku veteen, joka sisäl tää dispergointiaineen suspension muodostamiseksi, joka sisältää ainakin 50 paino-% sekoitettua pigmenttiä kuivapainosta laskettuna.

1 Patenttivaatimukset

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu sii-25 tä, että ensimmäinen pigmentti on sellainen, joka vapauttaa vesi- liuokseen kalsium- tai magnesiumkationeja.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ensimmäinen pigmentti on kalsiumsulfaatti. 30

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toinen pigmentti valitaan seuraavista: kaoliini, luonnollinen tai saostettu kalsiumkarbonaatti tai talkki.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että vaiheessa (a) muodostettu toinen vesisuspensio on hajoitettu suspensio. * 17 96627

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että ensimmäisen pigmentin hiukkaskokojakautuma on sellainen, että 60-70 paino-% muodostuu hiukkasista, joiden ekvivalentti pallohalkaisija on pienempi kuin 2 mikronia. 5

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaiheessa (b) muodostettuun seossuspensioon lisätään riittävästi alkalia pH:n nostamiseksi arvoon ainakin 9. 10

8· Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että seospigmentteihin lisätään anjoninen kostu-tusaine.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu sii-15 tä, että anjoninen kostutusaine lisätään määrässä 0,1-1,5 paino-% perustuen kuivien seospigmenttien painoon.

10. Patenttivaatimuksen 8 tai 9 mukainen menetelmä, tunnet -t u siitä, että anjoninen kostutusaine on kalsiumdodekyylibent- 20 seenisulfaatti.

11. Jonkin patenttivaatimuksen 8-10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sekoitettujen pigmenttien vesisuspensioon, joka muodostettiin vaiheessa (b) lisäksi lisätään, vaahdon hajotta- 25. aa määrässä 0,05-0,2 paino-% perustuen kuivien sekoitettujen pigmenttien painoon.

12. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ensimmäisiä ja toisia pigmenttejä käy- 30 tetään sellaisessa määrissä, että aikaansaadaan vaiheessa (b) muodostettu pigmenttien seossuspensio, 1 paino-% ensimmäistä pigmenttiä ja 99 paino-% toista pigmenttiä - 75 paino-% ensimmäistä pigmenttiä ja 25 paino-% toista pigmenttiä.

13. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaiheessa (a) käytetty ensimmäisen pigmenttien vesisuspensio on flokkuloidussa tilassa. 18 96627

14. Menetelmä vesipitoisen pape rinpäällystyskoostumuksen valmistami seksi, joka sisältää ainakin 50 paino-% sekoitettua pigmenttiä, joka käsittää ensimmäisen pigmentin, joka vapauttaa vesiliuokseen kationeja, joiden lataus on suurempi kuin 1 ja toisen pigmentin, 5 tunnettu siitä, että menetelmässä: (a) muodostetaan kummankin ensimmäisen ja toisen pigmentin ensimmäinen ja toinen vesisuspensio, joista kumpikaan ensimmäisestä ja toisesta vesisuspensiosta ei sisällä enemmän kuin 50 paino-% ensimmäis- 10 ta vast, pigmenttiä; (b) yhdistetään ensimmäinen ja toinen suspensio flokkuloidun suspension muodostamiseksi; 15 (c) poistetaan mekaanisesti vesi vaiheessa (b) muodostetusta flokku- loidusta suspensiosta kiinteän jäännöksen muodostamiseksi; ja (d) sekoitetaan vaiheessa (c) muodostettu jäännös veteen, joka sisältää dispergointiaineen suspension muodostamiseksi, joka sisältää 20 ainakin 50 paino-% sekoitettua pigmenttiä kuivapainosta laskettuna; ja ( e) yhdistetään vaiheessa (d) saatuun suspensioon liima vesipitoisen paperinpäällystyskoostumuksen muodostamiseksi, joka sisältää ainakin 25 50 % sekapigmenttiä kuiva-aineesta laskettuna. 30 35 <i m » i in i i i ä : . ! 19 96627