NO343464B1

NO343464B1 - Fremgangsmåte for behandling av fyllstoffer, pigmenter eller mineraler i vandig suspensjon, inneholdende naturlig karbonat

Info

Publication number: NO343464B1
Application number: NO20013140A
Authority: NO
Inventors: Matthias Buri; René Vinzenz Blum; Patrick A C Gane; Beat Karth
Original assignee: Omya Int Ag
Priority date: 1998-12-24
Filing date: 2001-06-22
Publication date: 2019-03-18
Also published as: FR2787802B1; ES2600303T3; BG65522B1; PL204927B1; WO2000039222A1; HU230823B1; DK1149136T3; SK8902001A3; HK1044011A1; HUP0104826A3; HRP20010441A2; RS50420B; EP1149136B1; FR2787802A1; EP3020769A1; YU45801A; US7638017B2; US20040020410A1; NZ512460A; HK1044011B

Abstract

Et pigment, et fyllstoff eller et mineral inneholdende et naturlig kalsiumkarbonat, be-handlet med en eller flere H30+ ion donorer og gassformig C02, tillater reduksjon av papirvekten ved konstant overflate uten tap av de fysikalske egenskaper når det benyttes som massepigment eller som beleggsmasse for papiret. Særlig beskrives det et pigment, et fyllstoff eller et mineral inneholdende et naturlig kalsiumkarbonat, eller dolomitt eller blandinger talkum-kalsiumkarbonat,kaolin-kalsiumkarbonat alene eller i kombinasjon med naturlige og/eller syntetiske fibre eller lignende, behandlet med en eller flere middels sterke til sterke H30+ ion donorer i nær-vær av gassformig C02. Oppfinnelsens teknologi finner særlig anvendelse i papirindustrien idet det oppnås papi-rark med spesielt gode egenskaper, det vil si en reduksjon av vekten for en gitt tykkelse.

Description

Foreliggende oppfinnelse angår mineralfyllstoffer, særlig for papiranvendelser, og deres forbedring ved egnet behandling for å forbedre enten fabrikasjonsprosessen for papirark eller egenskapene. Spesielt angår foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for behandling av pigmenter, fyllstoffer eller mineraler i vandig suspensjon, inneholdende et naturlig karbonat som tillater å redusere vekten av papir ved konstant overflate.

Slike fyllstoffer er velkjente av fagmannen og man kan for eksempel nevne naturlig kalsiumkarbonat, syntetisk eller "presipitert" kalsiumkarbonat ("PCC"), og diverse fyllstoffer som dolomitt, blandede fyllstoffer på basis av karbonater av forskjellige metaller som særlig kalsium i forbindelse med magnesium og analoger, diverse fyllstoffer som talkum eller analoger, og blandinger av slike fyllstoffer seg imellom som for eksempel talkum-kalsiumkarbonat- eller kalsiumkarbonat-kaolinblandinger eller også blandinger av naturlig kalsiumkarbonat med aluminiumhydroksid, mika eller også med syntetiske eller naturlige fibre.

Det er likeledes unødvendig å detaljere fremstillingsprosessen for et ark eller en folie av papir, papp eller lignende. Fagmannen vet at man danner en masse ("pulp") som i det vesentlige omfatter fibre (cellulosefibre av naturlig opprinnelse som nåle- eller løvved, syntetiske slike eller blandinger), et fyllstoff som definert ovenfor og en egnet mengde vann.

Man danner generelt en trykkpasta eller en "thick stock" som fortynnes med vann til en fortynnet pasta eller "thin stock". Denne masse går gjennom forskjellige additivtilsetninger som forskjellige polymerer, for å forbedre flokkuleringsbetingelsene og således "dannelsen" av arket, fyllstoffets retensjon og avhelling av vann under wiren. Det vandige medium inneholdende en del av det opprinnelige fyllstoff og som helles av, under undertrykk, under wiren, kalles "hvitvann". Arket underkastes så forskjellige behandlinger der en vesentlig operasjon kalles belegning. Under denne belegningsoperasjon er det kjent at det eksisterer tap av belegningsmasse og av belagt papir. Dette belagte papir resirkuleres til massechargen og kalles "belegningsskap".

Foreliggende oppfinnelse angår mer spesielt behandlingen, med en kombinasjon av en eller flere middels sterke til sterke H3O<+>iondonorer og et aktivt gassformig medium, av fyllstoffer eller mineraler, i vandig suspensjon, inneholdende et naturlig karbonat, for eksempel et naturlig kalsiumkarbonat, eller et hvilket som helst pigment inneholdende naturlig kalsiumkarbonat i kombinasjon med andre mineraler. I realiteten er det logisk at det naturlige kalsiumkarbonat kan blandes med inerte mineraler vis-a-vis de middels sterke til sterke H3O<+>iondonorer som velkjent i papirindustrien.

Anvendelsene for foreliggende oppfinnelser er særlig på papirområdet med oppnåelse særlig av like eller forbedrede egenskaper for arket, særlig hva angår opasitet, hvithet, vektreduksjon for en gitt tykkelse. Denne vektreduksjon for papir ved konstant tykkelse av arket med bevaring eller forbedring av arkets egenskaper kalles "bulk"egenskaper i det følgende.

En spesiell og interessant anvendelse av oppfinnelsen angår, på ikke-begrensende måte, forbedring av egenskapene under en digital betrykning som betrykning ved hjelp av en blekkstråle på det ikke-belagte papir men som er fylt med pigment som er behandlet ifølge oppfinnelsen, eller også på overflatebehandlet papir eller også belagt ved hjelp av pigmentene ifølge oppfinnelsen.

På det spesielle området som gjelder betrykning med en blekkstråle angår oppfinnelsen, uten begrensning, blandinger der fyllstoffet samtidig oppviser karakteristika som forhøyd granulometri, grovere korn og en øket spesifikk overflate.

En annen spesiell anvendelse av oppfinnelsens teknologi er på malingsområdet.

Således er hovedformålet ved oppfinnelsen å redusere vekten av papir for en gitt dimensjon mens man holder egenskapene i papiret identiske eller også forbedrer dem.

Et annet viktig mål ved oppfinnelsen er behandling og belegning av papirark eller ark av papir i bred betydning, derunder papp og lignende, med blandinger ifølge oppfinnelsen og særlig behandling av pigmenterte overflater av papirark.

Vektreduksjonen for papir ved en gitt tykkelse er meget interessant ikke minst av transportgrunner og særlig når det gjelder portotakstene samt av miljøgrunner, særlig når det gjelder økonomien for naturlige materialer og energiressurser.

Således foreslår WO 92/06038 der formålet er å forbedre opasiteten og hvitheten for papir inneholdende "bulk"midlet i arket, eller også belagt med en masse inneholdende et slikt middel, en løsning som ikke tillater energiøkonomi.

Opasitetsegenskapene og den bedre hvithet oppnås ved en meget kompleks prosess som griper inn under dannelsen av papirarket. Som man vet dannes arket på wiren ved en flokkulering eller agglomerering eller sammenføring av forskjellige bestanddeler av massen og særlig i fibrene eller deres fibriller. Denne "agglomerering" favoriseres ved avrenning av vannet som suges gjennom wiren. Visse av de fysiko-kjemiske fenomener kan allerede inntre, særlig på høyde med hodekassen, eller i det minste kan visse transformasjoner eller interaksjoner skje allerede der, noe som favoriserer denne eller hin egenskap på wiren eller efter den.

Uten å ønske å være bundet av noen spesiell teori antas det at fyllstoffet, i henhold til den behandling det eventuelt underkastes, vil interagere på forskjellig måte med fibrillene og fibrene. Oppfinnelsen er basert på en spesiell behandling som, i denne kontekst, fører til en "bulk"egenskap, det vil si til en god interaksjon med fibernettet. Som antydet også i WO 92/06038, gir denne "bulk" seg utslag i en bedre lysdispersjon for arket.

Problemet er imidlertid komplisert ved det faktum at en oppløsning for å oppnå denne "bulk" og som er å øke volumet for de indre porer i papiret (WO 96/32449, side 2 linje 15 f.), forsinker avhelling av vann og forsinker derved fremstillingsprosessen for papiret mens tendensen går mot maskiner som er raskere og raskere.

Oppfinnelsen forbedrer likeledes sterkt den endelige abrasivitetsegenskap for pigmentet under papirfremstillingen, det vi si at den tillater å redusere abrasjonen på metall- eller polymersikten som benyttes og abrasiteten for pigmentet under belegningen av papir, det vil si tillater å redusere abrasjonen av den benyttede slepekniv. WO 96/32449 understreker betydningen av denne egenskap idet det antydes at pigmentet TiO2 er et godt "bulk"middel men er for abrasivt, se side 1 linje 35 f (og i tillegg også kostbart).

Til slutt gir oppfinnelsen likeledes muligheten for å opprettholde stivheten i papiret med redusert papirvekt ved spesielle anvendelser som fremstilling av konvolutter.

Som antydet ovenfor og som bekreftet i detalj i WO 96/32448 og WO 96/32449, kjenner man to prinsipale typer for kalsiumkarbonat, en naturlig type og en syntetisk type.

Syntetisk kalsiumkarbonat eller "PCC" oppnås på i og for seg kjent måte ved en reaksjon mellom ulesket eller kalsinert (lesket) kalk og CO2; man oppnår således et syntetisk kalsiumkarbonat som i henhold til reaksjonsbetingelsene presenterer seg i diverse former som nåler eller andre krystallformer. Det foreligger tallrike patenter som beskriver syntesen av PCC.

Som ren dokumentasjon beskriver US 5364610 en fremgangsmåte for fremstilling av kalsiumkarbonat for å oppnå en PCC i skalenohedrisk form. Det beskriver som kjent teknikk prosesser for å oppnå karbonatet ved karbonisering med CO2. Dette PCC sies å gi papir forbedrede egenskaper og særlig hvithet. Det kan videre henvises til US 5075 093.

Det er likeledes godt kjent at PCC kan gi "bulk" som inkluderer interaksjonene som svekker fibernettet. WO 93/06038 supra beskriver således en karboniseringsprosess av kalk for å oppnå en PCC som har "bulk"egenskaper.

I motsetning til dette gir naturlig karbonat ikke denne egenskap mens det ville være meget interessant å kunne oppnå det slik at industrien ikke er tvunget til å benytte et syntetisk karbonat.

Det foreligger således et vesentlig behov for, ut fra naturlige karbonater, å oppnå "bulk"egenskaper eller interaksjoner som er gunstige for overflateegenskapene. Videre er det helt og holdent overraskende, på grunn av at PCC har en lite gunstig interaksjon for styrken i fibernettet, at det nye pigmentet ifølge oppfinnelsen ikke bar gir de samme egenskaper som PCC men likeledes bevarer de fordelaktige egenskapene for det naturlige kalsiumkarbonat.

På overraskende måte er det således tilveiebragt et pigment med ideelle synergetiske egenskaper.

Forskjellige behandlinger er allerede foreslått av den angjeldende industri.

WO 96/32448 beskriver en fremgangsmåte for behandling av en kalsiumkarbonatdispersjon (angitt med uttrykket "slurry" i den angjeldende industri) med lav karbonatkonsentrasjon (1 til 30 % faststoffer) med polyDIMDAC (dimetyldiallylammoniumhomopolymer) som er et kationisk aggregeringsmiddel med lav molekylvekt på 10000 til 500000 for å oppnå den beskrevne "bulk". Dette patentet benytter like godt PCC som naturlig, oppmalt karbonat, kjent ved forkortelsen G(N)CC ("ground natural calcium carbonate"), eller blandinger derav. Denne prosess er i prinsippet en flokkulering, en aggregering av små partikler på de større og egenskapen for interaksjon med fibrene oppnås hovedsakelig ved den kun grovere granulometri i partiklene. De fysiske egenskaper for papir blir således ugunstig påvirket når vekten reduseres.

WO 96/32449 beskriver i det vesentlige det samme. Formålet er å oppnå en selektiv aggregering av de fine og ultrafine partikler ved hjelp av et aggregeringsmiddel som oppviser et fyllstoff motsatt den totale ladning av fyllstoffet.

US 4367207, angitt i WO 92/06038, beskriver en prosess for behandling av CaCO3 med CO2 i nærvær av en elektrolytt av anionisk organopolyfosfasttype men formålet er kun å oppnå en finoppdelt karbonatslurry.

EP 0406662 beskriver en prosess for fremstilling av syntetisk karbonat i henhold til hvilken man gjennomfører en forblanding av CaCO3 av aragonittypen med kalk hvorefter det til denne slurry settes et "fosforsyrederivat", for eksempel fosforsyre eller salter derav, eller forskjellige fosfater, se side 4 linje 17 f., og der man til slutt innfører CO2 for å realisere den klassiske karbonisering. Formålet med dette patent er spesifikt å oppnå en PCC med betydelige partikkeldimensjoner og i en spesiell krystallinsk form (acikulær) som man ikke kan fremstille industrielt. Dette patent angir som kjent teknikk andre patenter som angår fremstillingsprosessen for PCC ved karbonisering slik forbedringene består i å innføre CO2 i suksessive trinn der man tilsetter den før reaksjonen til nukleeringssentrene som tilsvarer den søkte krystallinske form.

Fosforsyren benyttes i EP 0406662 for spesifikt, se side 4 linje 46 f., å danne aragonitformen via en ikke-identifisert forbindelse av typen "kalsiumfosforsyre" som tjener til nye nukleeringssentre for den tilsiktede, krystallinske form (linje 52, linje 55).

Anvendelsene av det karbonat som oppnås er antydet på side 5 linje 2 f. Blant andre isolerte og analoge egenskaper benyttes karbonatet i papirindustrien for å tillate innarbeiding av større mengder mineralstoffer i papiret, noe som fører til papirer med ikkebrennbart indre. Ingen egenskap som papiropasitet, glans eller "bulk" er nevnt i dette patent og derfor også klart ikke noe gjenstand for det. Det eneste anvendelseseksempel angår således en karbonat/harpiksblanding.

Man kjenner likeledes fremgangsmåter for å tilveiebringe spesielle egenskaper for karbonatet.

Man kan blant annet nevne oppnåelsen av resistensegenskaper mot syrer som er nyttig når karbonatet benyttes som fyllstoff i en prosess for fremstilling av papir ad sur vei som er en av de klassiske papirveier. Således beskriver US 5043017 stabilisering av kalsiumkarbonat og særlig PCC (kolonne 1, linje 27), ved tilsetning av et gelaterings middel for kalsium, for eksempel kalsiumheksametafosfat, og en konjugert base som kan være et alkalimetallsalt av en svak syre (fosfor-, sitron-, bor-, eddiksyre eller lignende). Dette dokument henviser til den kjente teknikk der natriumheksametafosfat benyttes som dispergeringsmiddel eller i henhold til hvilken det benyttes en svak syre efter den "primære" karbonisering, ved fremstilling av PCC, eller tvert imot i det første produksjonstrinnet. Dette dokument angir likeledes US 4219590 som beskriver en prosess for å forbedre det tørre kalsiumkarbonat ved en behandling med en "helt tørr, vannfri sur gass". I dette dokumentet dreier det seg i realiteten om å forbedre den allerede kjente overflatebehandling som gjennomføres ved hjelp av en fettsyre eller en sur harpiks eller analoger derav (kolonne 1, linje 17). Dette dokument behandler karbonatet med kokedamper av fosfor-, salt-, salpeter-, salpeter-, kaprin-, akrylsyre eller klorider eller fluorider av aluminium, eller fumarsyrer og så videre. Formålet er å sprenge opp karbonatpartiklene til fine partikler (kolonne 2, linje 65 f.). Dokumentet tar sikte på anvendelsen av HF, SO2 eller fosforsyreanhydrid og det eneste eksempel angir anvendelse av HF eller titantetraklorid (dette sistnevnte forbedrer papirets opasitet, se kolonne 3, linje 12 f.).

Man kjenner likeledes US 5230734 som anvender CO2 for å fremstille et Ca-Mgkarbonat.

WO 97/08247 beskriver en karbonatformulering, likeledes for papir, oppnådd ved hjelp av en svak sur arbeidsmåte. Karbonatet behandles med en blanding av en svak base og en svak syre blant hvilke man kan nevne fosforsyre, der et av de to midler kan være derivat av en organisk syre.

WO 97/14874 beskriver likeledes et karbonat som er resistent mot syrer, for papir, og som behandles med en blanding av to svake syrer for "å inaktivere" karbonatoverflaten.

WO 98/20079 beskriver likeledes en fremgangsmåte for å gjøre et karbonat resistent mot syrer og særlig en PCC, ved å tilsette kalsiumsilikat og en svak syre eller et alun. Dette dokument angir som kjent teknikk US 5164006 som benytter en behandling med CO2 for å oppnå resistensegenskaper mot surt miljø. Imidlertid er tilsetning av produkter som sinkklorid nødvendig, noe som ikke tilfredsstiller miljønormer. Videre er pigmentet ifølge oppfinnelsen ikke resistent mot syrer og reaktiviteten, uventet positiv, tillater å oppnå en god interaksjon med fibrene.

US 5690897 A angår en metode for å rense kalsiumkarbonat. En vandig slurry av kalsiumkarbonat behandles med et jernkomplekserende middel, eksempelvis EDTA, og innføring av CO2 gass, for kontroll av pH under prosessen. pH kontrolleres til 5,5-7 under prosessen, og temperaturen holdes på fra 20 til 100 ºC, foretrukket 40-60 ºC.

Den angjeldende industri har således i desennier søkt å forbedre egenskapene ved naturlig karbonat og/eller et syntetisk PCC karbonatprodukt som oppviser spesifikke egenskaper. Blant de det er søkt efter er visse tentative som angår "bulk" 'en men man merker seg at ingen har referert til anvendelsen av CO2. Denne gass er reservert behandlinger som tar sikte på å gi anti-syreegenskaper uten noen forbindelse med den angjeldende "bulk", eller fremstillingen av PCC ved karbonisering. Man har likeledes assosiert fosforsyre og CO2 men kun for å forbedre produksjonen av PCC.

Tatt i betraktning de forbedrede egenskaper som gis ved PCC har industrien søkt å fremstille syntetiske karbonater som oppviser langsomt forbedrede egenskaper. En fortjeneste for oppfinnelsen er å ha søkt å arbeide på basis av naturlige karbonater.

Det beskrives således tilveiebringelsen av nye, vandige suspensjoner av et eller flere pigmenter, fyllstoffer eller mineraler som eventuelt inneholder et dispergerende polymermiddel som stabilisator for reologien av suspensjonen idet disse pigmenter tillater en reduksjon av vekten av papiret ved konstant overflate.

Disse nye vandige suspensjoner karakteriseres ved at:

a) de inneholder et naturlig karbonat og reaksjonsproduktet eller –produktene av dette karbonat med gassformig CO2 og reaksjonsproduktet eller –produktene av dette karbonat med en eller flere midlere sterke til sterke H3O<+>iondonorer, og b) de har en pH verdi over 7,5, målt ved 20 ºC.

De karakteriseres videre ved at pigmentet, fyllstoffet eller mineralet har en spesifikk BET overflate, målt i henhold til normen ISO 9277, mellom 5 og 200 m<2>/g, fortrinnsvis mellom 20 og 80 m<2>/g og aller helst mellom 30 og 60 m<2>/g.

Spesielt karakteriseres de vandige suspensjoner ved at pigmentet, fyllstoffet eller mineralet oppviser de følgende karakteristika:

- en midlere korndiameter, målt ved en sedimenteringsmetode på en Sedigraf 5100™ apparatur, på mellom 50 og 0,1 mikrometer, og

- en spesifikk BET overflate, målt i henhold til normen ISO 9277, på mellom 15 og 200 m<2>/g.

Helt spesielt karakteriseres de ved at pigmentet, fyllstoffet eller mineralet oppviser de følgende karakteristika:

- en midlere korndiameter, målt ved sedimenteringsmetoden på en Sedigraf 5100™ apparatur og mellom 25 og 0,5 mikrometer og aller helst mellom 7 og 0,7 mikrometer og

- en spesifikk BET overflate, målt i henhold til normen ISO 9277, og mellom 20 og 80 m<2>/g og helst mellom 30 og 60 m<2>/g.

Det beskrives videre pigmenter eller fyllstoffer i tørr tilstand som et naturlig kalsiumkarbonat eller et hvert pigment inneholdende naturlig kalsiumkarbonat, oppnådd ved tørking av vandige suspensjoner ifølge oppfinnelsen, idet denne tørking gjennomføres ved å anvende for fagmannen kjente tørkemidler.

Foreliggende oppfinnelse angår således behandling av pigmenter eller fyllstoffer, i vandige suspensjon, for eksempel et naturlig kalsiumkarbonat eller et hvilket som helst pigment inneholdende naturlig kalsiumkarbonat, eller deres blandinger og derunder med andre fyllstoffer og pigmenter som ikke inneholder karbonationer.

Ifølge oppfinnelsen tilveiebringes det en fremgangsmåte for behandling av pigmenter, fyllstoffer eller mineraler i vandig suspensjon, inneholdende et naturlig karbonat som tillater å redusere vekten av papir ved konstant overflate, kjennetegnet ved at

- pigmentet behandles med en kombinasjon av en eller flere middels sterke til sterke H3O<+>ion donorer og gassformig CO2, og ved at

- den består av de følgende 3 trinn:

a) behandling med den eller de middels sterke til sterke H3O<+>ion donorer, idet

- nevnte middels sterke H3O<+>ion donorer er valgt fra syrer som har en pKa fra og med 0 til og med 2,5 ved 22 ºC, og

- nevnte sterke H3O<+>ion donorer er valgt fra syrer som har en pKa på lik eller mindre enn null ved 22 ºC,

b) behandling med gassformig CO2 hvilken behandling enten er en integrert del av trinn a) eller gjennomføres parallelt med trinn a) eller gjennomføres efter trinn a), idet

- konsentrasjonen av gassformig CO2 i suspensjonen på volumbasis er slik at volumforholdet suspensjon:gassformig CO2 ligger mellom 1:0,05 og 1:20 idet forholdet ligger mellom 1:1 og 1:20 i trinn a) og mellom 1:0,05 og 1:1 i trinn b), c) økning av pH-verdien, målt ved 20 ºC, til over 7,5, i et tidsintervall etter slutten av trinnene a) og b) på mellom 1 time og 10 timer, fortrinnsvis mellom 1 time og 5 timer, uten tilsetning av base, eller umiddelbart etter slutten av trinnene a) og b) med tilsetning av en base, idet trinn c) er det siste trinn i prosessen.

Det beskrives også en vandig suspensjon av fyllstoff- eller mineralpigmenter som kan inneholde et polymert dispergeringsmiddel som reologistabilisator for suspensjonen og omfattende et naturlig karbonat, for eksempel et naturlig kalsiumkarbonat eller dolomitt, behandlet i kombinasjon med en eller flere middels sterke til sterke H3O<+>iondonorer og gassformig CO2.

Som eksempler nevnes de forskjellige naturlige karbonater som oppnås fra kritt og særlig kritt fra Champagne, kalsitt eller marmor, deres blandinger med talkum, kaolin og/eller dolomitt, og/eller aluminiumhydroksider, og/eller titanoksyd, magnesiumoksyd og de analoge oksyder og hydroksider som er velkjente i denne industri.

I foreliggende oppfinnelse blir de forskjellige fyllstoffer og blandinger av fyllstoffer eller blandede "charger" for enkelthets skyld slått sammen under den generelle betegnelse "fyllstoffer" uten at det skulle være nødvendig å nevne et fyllstoff eller en kategori fyllstoffer mer presist.

Syren som benyttes er en middel sterk til sterk syre eller en blanding av slike syrer, som genererer H3O<+>ioner under behandlingsbetingelsene.

I henhold til oppfinnelsen velges den sterke syre blant syrer med en pKa verdi lik eller mindre enn null ved 22 ºC og mer spesielt valgt blant svovelsyre, saltsyre eller blandinger derav.

I henhold til oppfinnelsen er den middels sterke syre valgt blant syrer med en pKa verdi fra og med 0 til og med 2,5 ved 22 ºC og mer spesielt valgt blant H2SO3, H2SO4-, H3PO4, og saltsyre eller deres blandinger. Man kan for eksempel nevne at pKa1-verdien for H3PO4 er lik 2, 161 (Römpp Chemie, Edition Thieme).

I henhold til en likeledes foretrukken utførelsesform kan den eller de middels sterke syrer være blandinger av slike.

I henhold til oppfinnelsen er molmengden av middels sterke til sterke H3O<+>iondonorer i forhold til antall mol CaCO3 totalt sett mellom 0,1 og 2, og fortrinnsvis mellom 0,25 og 1.

Ifølge oppfinnelsen karakteriseres fremgangsmåten for behandling av pigmenter, fyllstoffer eller mineraler i vandig suspensjon og inneholdende et naturlig karbonat, ved at pigmentet behandles med en kombinasjon av en eller flere middels sterke til sterke H3O<+>iondonorer og gassformig CO2.

På en ytterligere foretrukken måte stammer det gassformige CO2 fra en ekstern kilde for CO2 eller også en resirkulering av CO2 eller også en kontinuerlig tilsetning av den samme middels sterke til sterke H3O<+>iondonor som tjente formålet i trinn a) for behandling eller også en annen middels sterk til sterk H3 iondonor, eller også et overtrekk av CO2 og fortrinnsvis et overtrekk som ligger mellom 0,05 bar og 5 bar. I denne forbindelse skal det påpekes at behandlingsbeholderen, fylt med fyllstoffer med en spesifikk vekt i størrelsesorden 1 til 2, kan nå en høyde på for eksempel 20 meter, og det å skape et overtrekk av CO2 kan gå opp i flere bar og kan særlig gå helt opp til 5 bar ved bunnen av beholderen eller i en lukket beholder.

I henhold til en foretrukken utførelsesform repeteres trinnene a) og b) flere ganger.

Videre blir pH-verdien i en foretrukken utførelsesform, målt ved 20 ºC, holdt mellom 3 og 7,5 under trinnene a) og b) for behandlingen og temperaturen ved behandlingen holdes mellom 5 og 90 ºC og fortrinnsvis mellom 45 og 60 ºC.

I henhold til en ytterligere foretrukken utførelsesform er pH-verdien, mellom 1 og 10 timer og mer spesielt mellom 1 og 5 timer efter slutten av behandlingen, over 7,5 ved omgivelsestemperatur og dette uten tilsetning av noen base. Hvis en eller annen base tilsettes stiger pH-verdien umiddelbart. Videre skal det påpekes at efter noen dager observeres det ingen resistens mot syrer.

Fremgangsmåten for behandling av pigmenter, fyllstoffer eller mineraler, i vandig suspensjon, inneholdende et naturlig karbonat som tillater en vektreduksjon av papiret med konstant overflate ifølge oppfinnelsen, karakteriseres ved at konsentrasjonen av gassformig CO2 i suspensjonen, på volumbasis, er slik at forholdet volumet av suspensjonen:volum av gassformig CO2 ligger mellom 1:0,05 og 1:20 med et forhold mellom 1:1 og 1:20 i trinn a) og mellom 1:0,05 og 1:1 i trinn b).

På en helt spesielt foretrukken måte er konsentrasjonen av gassformig CO2 i suspensjonen på volumbasis slik at forholdet volum av suspensjonen:volum av gasformig CO2 ligger mellom 1:0,05 og 1:5 idet forholdet ligger mellom 1:0,5 og 1:1 i trinn a) og mellom 1:0,05 og 1:1 i trinn b).

Det gassformige CO2 kan tildoseres i flytende eller vannfri form.

På likeledes foretrukken måte er varigheten av trinn b) for behandlingen mellom 0 og 10 timer og fortrinnsvis fra 2 til 6 timer.

Behandlingsprosessen ifølge oppfinnelsen gjennomføres i vandig fase (slurry) ved lave, middels høye eller høye tørrstoffkonsentrasjoner men kan også gjennomføres på blandinger av slurrier med forskjellige konsentrasjoner. Fortrinnsvis ligger tørrstoffmengden mellom 1 og 80 vekt-%.

Uten å ønske å være bundet av noen spesiell teori antas det at det gassformige CO2 blant annet spiller en rolle som pH-regulator og som en regulator av absorbsjon/desorpsjon.

I henhold til en utførelsesform av oppfinnelsen karakteriseres fremgangsmåten for fremstilling av den vandige suspensjon ifølge oppfinnelsen ved at det behandlede produkt efter de tre trinn i oppfinnelsens behandlingsprosess, bringes i vandig suspensjon ved hjelp av et dispergeringsmiddel og eventuelt konsentreres igjen.

Den vandige fyllstoffsuspensjon som oppnås ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan innarbeides i fabrikasjonsprosessen for ark og papir, papp eller analoger på nivå med fremstilling av den tykke masse, eller den fortynnede masse, eller ved disse to nivåer som funksjon av papirprosessen. Fyllstoffet innføres i realiteten en eller flere ganger alt efter papirprodusentenes vanlige anbefalinger.

Fyllstoffet som er behandlet ifølge oppfinnelsen oppviser likeledes en stor interesse efter dannelsen av arket og man kan spesielt innarbeide fyllstoffet ifølge oppfinnelsen i de resirkulerte hvitvann eller i de likeledes resirkulerte "beleggsavløp".

Alternativt kan man også anvende behandlingen ifølge oppfinnelsen på de resirkulerte hvitvann eller "beleggsavløp"; man behandler da det resirkulerte medium i henhold til oppfinnelsens prosesstrinn som antydet ovenfor.

De følgende eksempler skal illustrere oppfinnelsen uten på noen måte å begrense den.

Det ble gjennomført en serie forsøk på omslemminger med lavt faststoffinnhold, det vil si størrelsesorden maksimum 30 %, og en annen serie for slurrier med en høy mengde av faststoffer, det vil si rundt 80 %.

De forhøyede mengder oppviser en stor interesse i den angjeldende industri men byr i dag på spesielle viskositetsproblemer. Man må således hyppig men fakultativt sette til et dispergeringsmiddel som kan oppvise ulemper i prosessen (dispergeringsmidlets interferens med konkurrerende reaksjoner på nivå med fenomener som adsorpsjon på overflaten av karbonatet eller andre typer fyllstoffer).

Eksempel 1:

Dette eksempel illustrerer oppfinnelsen og angår behandling av slurrier med lavt innhold av tørrstoffer.

For å gjøre dette fremstiller man i alle prøvene i eksempel 1 som angår vandige suspensjoner med lavt tørrstoffinnhold, CaCO3 eller mineralblandinger inneholdende kalsiumkarbonat, i form av en suspensjon ("slurry") der mengden av faststoff eller tørrstoff varierer mellom 5 % og 30 % på vektbasis, eller i form av en filterkake, eller i form av et tørt pulver, i en egnet reaktor og, hvis nødvendig, fortynner man inn til det ønskede innhold av faststoffer med demineralisert vann eller ledningsvann.

For prøven som angår den vandige suspensjon med middels mengde av tørrstoffer fremstiller man CaCO3 i form av en slik slurry der mengden tørrstoff eller faststoff er i størrelsesorden 45 vekt-%.

For alle disse prøver benyttes en glassreaktor på 1 liter eller på 10 liter eller en plastbeholder på 100 liter eller en sisterne på 40 m³ omfattende et røreverk av typen rotor-stator samt en høyhastighetsrører bestående av en roterende skive med diameter 50 mm for reaktorene på 1 liter og 10 liter, eller 200 mm for plastbeholderen på 100 liter eller 1500 mm for sisternen på 40 m³.

For visse prøver som presiseres nedenfor i eksemplene benyttes det en virvelsjiktblander på 6 liter eller på 600 liter av typen Lödige.

Efter en homogen blanding reguleres suspensjonen eller oppslemmingen til den temperatur som tilsvarer prøven.

Derefter tilsettes en middels sterk til sterk H3O<+>iondonor, fortrinnsvis valgt blant H2SO3, HSO4<-,>H3PO4, oksalsyre eller deres blandinger i form av en oppløsning med en konsentrasjon mellom 1 og 85 vekt-% i det spesifiserte tidsrom. Avvikene er beskrevet nedenfor.

Man tilsetter eller innfører CO2 via bunnen av beholderen eller ved hjelp av en dyse som rager inn i beholderen ovenfra og nedover, i det tidsrom som er antydet nedenfor.

Sammenligningen er et papir som fremstilles parallelt på samme måte, med den samme mengde ikke-behandlede fyllstoffer i en mengde av 75 g/m² og med den samme cellulosebatch.

Prøve nr.1:

Man fortynner 5 kg, beregnet som tørrpigment, naturlig kalsiumkarbonat av typen norsk marmor, med en granulometri slik at 75 vekt-% av partiklene har en diameter under 1 µ, målt ved hjelp av en Sedigraf 5100 fra firma Micromeritics, i form av en filterkake, inntil det oppnås en slurry med en konsentrasjon av tørrstoff på 10 vekt-%, med fortynnet vann, i beholderen på 100 liter. Derefter behandler man den således dannede slurry ved hjelp av svovelsyre i 10 vekt-%ig oppløsning tilsvarende 0,20 mol H3O<+>per mol CaCO3, ved 20 ºC og under omrøring i 2 minutter ved 500 omdreininger per minutt. Efter 15 minutter bobler man gjennom CO2 under et overtrykk på 50 mbar gjennom kalsiumkarbonatsuspensjonen i 5 timer slik at forholdet suspensjonsvolum:CO2 gassvolum er lik rundt 1:0,15.

Efter 24 timers henstand tildanner man papirark som fyllstoff inneholder den kalsiumkarbonatsuspensjon som skal prøves.

For å gjøre dette tildannes det papirark fra en masse eller cellulosemasse på 23 grader SR inneholdende en vedsulfatmasse og fibrene bestående av 80 % bjerk og 20 % furu. Man fortynner derefter 45 tørrgram av denne masse eller pasta i 10 liter vann i nærvær av rundt 15 tørrgram fyllstoffblanding som skal prøves for eksperimentelt å få en fyllstoffmengde på 20 % med 0,5 % nøyaktighet. Efter 15 minutters omrøring og tilsetning av 0,06 tørrvekt-%, beregnet på papirets tørrvekt, av et retensjonsmiddel av typen polyakrylamid, tildannes det et ark med en gramvekt lik 75 g/m² og med en oppfylling på 20 ± 0,5 %. Innretningen som benyttes for å danne papirark er et Rapid-Kötchen system modell 20.12 MC fra firma Haage.

De således dannede ark tørkes i 400 sekunder ved 92 ºC og et undertrykk på 940 mbar. Fyllstoffmengden kontrolleres ved askeanalyse.

Efter at arket er tildannet måles tykkelsen.

Tykkelsen av papiret eller pappen representeres ved den loddrette avstand mellom de to parallelle overflater.

Prøvene kondisjoneres i 48 timer i henhold til den tyske norm DIN EN 20187.

Denne norm presiserer at papiret er et hygroskopisk materiale og som sådan oppviser det karakteristikum at det er i stand til å adopotere sin fuktighetsmengde for å gjøre det egnet i forhold til den til omgivelsesluften. Fuktigheten absorberes når omgivelsesluften utøver en fuktighetsøkning og den evakueres når på den annen side den omgivende luft utøver en fuktighetsreduksjon.

Selv om den relative fuktighet forblir på et konstant nivå er mengden fuktighet i papir ikke nødvendigvis hele tiden den samme hvis temperaturen ikke holdes konstant innen visse grenser. Under en økning eller en reduksjon av mengden fuktighet modifiseres de fysiske egenskaper i papiret.

Av denne grunn må man kondisjonere prøvene i minst en periode på 48 timer inntil de har nådd en likevekt. Prøvene blir likeledes testet under identiske, klimatiske betingelser.

Klimaet for prøven for papiret fastsettes for å tilsvare de følgende verdier:

Relativ fuktighet 50 % (± 3)

Temperatur 23 ºC (± 1)

Tykkelsen bestemmes i henhold til den tyske norm DIN EN 20534 under anvendelse av et mikrometer hvis prøvetrykk hever seg 10 n/cm<2>. Resultatet av prøven bestemmes ved en gjennomsnittsberegning av 10 målinger. Resultatet uttrykkes i mikrometer.

Sammenligningen er et papir fremstilt parallelt på samme måte, med samme mengde fyllstoff men ubehandlet, med en g/m² og fra den samme cellulosesats.

Resultatene er:

a) For pigment:

5 timer etter slutten av behandlingen av prøvens naturlige kalsiumkarbonat er pH-verdien i slurryen 7,6, noe som bekrefter at de ikke er stabile overfor syrer.

b) For papir:

tykkelsesmålingene er:

- For utgangsprøven, sammenligning: 112 µm ved 75 g/m².

- For forsøkets prøve: 120 µm ved 75 g/m², noe som gir en tykkelsesverdi på 112 µm for 70 g/m².

Man ser at i denne prøve og hvis man bringer tykkelsen i papiret til en verdi nær 112 µm, vinner man 5 g/m² eller 6,6 vekt-% papir, noe som betyr en betydelig økonomisk fordel og også en miljømessig.

Prøve nr.2:

I glassreaktoren på 10 liter og under omrøring behandler man 3 kg, beregnet som tørrpigment, av en filterkake av typen norsk marmor med en granulometri slik at 75 vekt-% av partiklene har en diameter under 1 m µ, målt ved hjelp av en Sedigraf 5100 fra firma Micromeritics i form av en oppslemming med en konsentrasjon av tørrstoff på 10 vekt-% og ved en temperatur på 20 ºC, ved hjelp av fosforsyre i 10 vekt-%ig oppløsning tilsvarende 0,15 mol H3O<+>per mol CaCO3. Derefter ble det gjennom oppslemming boblet CO2 under et overtrykk på rundt 100 mbar i 5 timer slik at volumforholdet suspensjon:gassformig CO2 er lik rundt 1:0,1. Umiddelbart efter fremstilling samt efter 1, 2, 3, 4 og 5 timer måles pH-verdien. Man danner arket fra oppslemmingen med lavt tørrstoffinnhold. Med 0,53 vekt-%, beregnet på vekten av det tørre pigment, av et dispergeringsmiddel av typen natriumpolyakrylat med en spesifikk viskositet på 0,75, er det mulig å øke konsentrasjonen av tørrstoff til en verdi på 47 vekt-%.

Den spesifikke viskositet for de anioniske dispergeringsmidler i eksemplene og som som symbol har den greske bokstav "Eta", λ, bestemmes på følgende måte: det tildannes en oppløsning av polymeren som så nøytraliseres til 100 % med en natriumhydroksydoppløsning, pH 9, for måling, ved oppløsning av 50 g, beregnet på tørrpolymer, i 1 liter destillert vann inneholdende 60 g NaCl. Derefter måler man med et kapillærviskosimeter med en Baumé konstant på 0,000105 i et ved 25 ºC termostabilisert bad den tid som er nødvendig for at et nøyaktig definert volum av den alkaliske polymeroppløsning strømmer gjennom kapillaren og denne verdi sammenlignes med den tid som går med for det samme volum av 60 g NaCl/liter for den samme gjennomstrømning.

Det er så mulig å definere den spesifikke viskositet λ på følgende måte:

Eta = tid for gjennomstrømning av polymeroppløsning – tid for gjennomstrømning av NaCl-oppløsning

tid for gjennomstrømning av NaCl-oppløsningen

De beste resultater oppnås når kapillærdiameteren velges slik at tiden som kreves for polymeroppløsningen – tiden som kreves for oppløsningen som ikke inneholder annet enn NaCl ligger mellom 90 og 100 sekunder.

Efter 24 timers lagring dannes papirarkene ved den samme arbeidsmåte som i prøve nr.

1 til 75 g/m² og man måler tykkelse, likeledes ved den samme metode som i prøve nr.1.

Resultatene er som følger:

a) For pigmentet:

3 timer etter slutten av behandlingen med prøvens naturlige kalsiumkarbonat er pH-verdien i slurryen 7,5, noe som bekrefter at de ikke er stabile overfor syrer.

b) For papiret:

målingene av tykkelsen er:

- For utgangsprøven, sammenligning (ikke-behandlet fyllstoff): 113 µm ved 75 g/m²

- For prøvens prøvestykke: 123 µm ved 75 g/m², noe som ved en tykkelsesverdi på 113 µm gir 68,9 g/m².

Man ser i denne prøve at hvis man bringer tykkelsen av papiret til en felles verdi på 113 µm tjener man 6,1 g/m² eller 8,8 vekt-% papir, noe som betyr meget både økonomisk og miljømessig. Man foretar likeledes målinger av opasiteten og hvitheten for de ovenfor fremstilte papirark.

Opasiteten måles i henhold til papirets translusensindeks på arkene ved hjelp av et spektrofotometer av typen Data Color Elrepho 2000 i henhold til normen DIN 53146.

Papirets hvithet måles i henhold til ISO normen kalt Brightness R 457 på Tappi filter under anvendelse av ultrafiolett lys ved hjelp av et spektrofotometer av typen Dato Color Elrepho 2000. Målingen gjennomføres på en stabel av 10 ark for å unngå transulensinnflytelse.

Resultatene som oppnås ved den ovenfor angitte arbeidsmåte er:

- Hvithet for prøvestykke ifølge oppfinnelsen: 89,6

- Opasitet for prøvestykke ifølge oppfinnelsen: 89,4

- Hvithet for sammenligningsprøven (ikke-behandlet): 88,4

- Opasitet for sammenligningsprøven (ikke-behandlet): 86,4

Prøve nr.3:

I en glassreaktor behandles 75 g, beregnet som tørrstoff, av en filterkake av typen norsk marmor, med en granulometri slik at 75 vekt-% av partiklene har en diameter under 1 µm, målt med en Sedigraf 5100 fra firma Micromeritics, i form av en oppslemming med en tørrstoffkonsentrasjon på 10 vekt-% og en temperatur på 20 ºC, ved hjelp av fosforsyre i 10 vekt-%ig oppløsning tilsvarende 0,25 mol H3O<+>per mol CaCO3. Derefter bobler man gjennom CO2 under atmosfærisk trykk i 5 timer slik at volumforholdet suspensjon:gassformig CO2 er lik rund 1:0,05.

Efter 24 timers lagring dannes papirarkene ved samme arbeidsmåte som i prøve 1 til 75 g/m² og man måler tykkelse, likeledes med samme metode som i prøve 1.

Resultatene er:

a) For pigmentet:

5 timer efter slutten av behandlingen av prøvens naturlige kalsiumkarbonat er pH-verdien i slurryen 7,7, noe som bekrefter at de ikke er stabile overfor syrer.

b) For papiret:

tykkelsesmålingene er:

- For prøvens prøvestykke: 119 µm ved 75 g/m², noe som ved en tykkelsesverdi på 113 µm gir 71,1 g/m².

Man ser i denne prøve at hvis man bringer tykkelsen av papiret til en felles verdi på 113 µm tjener man 3,9 g/m² eller 5,2 vekt-% papir, noe som betyr meget både økonomisk og miljømessig.

Prøve nr.4:

Man behandler 1 kg tørt kalsiumkarbontpigment av typen finsk marmor med en granulometri slik at 63 vekt-% av partiklene har en diameter under 1 µ, målt ved hjelp av en Sedigraf 5100 fra firma Micromeritics, fuktig oppmalt til en konsentrasjon på 75 % tørrstoff ved å anvende 0,55 vekt-% av et natriumpolyakrylat med en spesifikk viskositet på 0,54, fortynnet til en slurry konsentrasjon av tørrstoff på 45 vekt-%, og ved en temperatur på 20 ºC, ved hjelp av fosforsyre i 10 vekt-%ig oppløsning tilsvarende 0,15 mol H3O<+>per mol CaCO3. Derefter bobler man gjennom CO2 under et trykk på 100 mbar i 5 timer, slik at volumforholdet suspensjon:gassformig CO2 er lik 1:0,1.

Produktet siles og efter 24 timers lagring dannes arkene med den samme arbeidsmetode som i prøve 1 til 75 g/m². Man måler tykkelsen, også på samme måte som i prøve 1, og resultatene sammenlignes derefter i forhold til det som ble oppnådd ved et ikkebehandlet kalsiumkarbonatprodukt med granulometri slik at 63 vekt-% av partiklene har en diameter under 1 µ, målt med en Sedigraf 5100 fra firma Micromeritics.

Resultatene er:

a) For pigmentet:

2 timer efter slutten av behandlingen av prøvens naturlige kalsiumkarbonat er pH-verdien i slurryen 7,6, noe som bekrefter at de ikke er stabile overfor syrer.

b) For papiret:

tykkelsesmålingene er:

- For prøvens prøvestykke: 116 µm ved 75 g/m², noe som ved en tykkelsesverdi på 113 µm gir 72,9 g/m².

Man ser i denne prøve at hvis man bringer tykkelsen av papiret til en felles verdi på 113 µm tjener man 2,1 g/m² eller 2,8 vekt-% papir, noe som betyr meget både økonomisk og miljømessig.

Prøve nr.5

I en glassreaktor behandles 75 g, beregnet som tørrstoff, av kalsiumkarbonat av typen norsk marmor, med en granulometri slik at 75 vekt-% av partiklene har en diameter under 1 µ, ved hjelp av en Sedigraf 5100 fra firma Micromeritics, i form av en opp slemming med en tørrstoffkonsentrasjon på 10 vekt-% og en temperatur på 35 ºC ved hjelp av fosforsyre i 10 vekt-%ig oppløsning tilsvarende 0,15 mol H3O<+>per mol CaCO3. Derefter bobler man gjennom CO2 under atmosfærisk trykk i 5 timer slik at volumforholdet suspensjon:gassformig CO2 er lik 1:0,05.

Resultatene er:

a) For pigmentet:

5 timer efter slutten av behandlingen av prøvens naturlige kalsiumkarbonat er pH-verdien i slurryen 7,8, noe som bekrefter at de ikke er stabile overfor syrer.

b) For papiret:

tykkelsesmålingene er:

- For prøvens prøvestykke: 118 µm ved 75 g/m², noe som ved en tykkelsesverdi på 113 µm gir 71,8 g/m².

Man ser i denne prøve at hvis man bringer tykkelsen av papiret til en felles verdi på 113 µm tjener man 3,2 g/m² eller 4,2 vekt-% papir, noe som betyr meget både økonomisk og miljømessig.

Prøve nr.6

I glassreaktoren behandles 75 g, beregnet som tørrpigment, kalsiumkarbonat av typen norsk marmor med en granulometri slik at 75 vekt-% av partiklene har en diameter under 1 µ, målt ved hjelp av en Sedigraf 5100 fra firma Micromeritics, i form av en slurry med en tørrstoffkonsentrasjon på 10 vekt-% og ved en temperatur på 45 ºC, ved hjelp av fosforsyre i 10 vekt-%ig oppløsning tilsvarende 0,30 mol H3O<+>per mol CaCO3. Derefter bobler man gjennom CO2 under atmosfærisk trykk i 5 timer slik at volumforholdet suspensjon:gassformig CO2 er lik 1:0,05.

Resultatene er:

a) For pigmentet:

4 timer efter slutten av behandlingen av prøvens naturlige kalsiumkarbonat er pH-verdien i slurryen 7,9, noe som bekrefter at de ikke er stabile overfor syrer.

b) For papiret:

tykkelsesmålingene er:

Prøve nr.7

I glassreaktoren behandler man 36 g tørt kalsiumkarbonatpigment av typen finlandsk marmor med en granulometri slik at 65 vekt-% av partiklene har en diameter under 1 µm, målt ved hjelp av en Sedigraf 5100 fra firma Micromeritics, ved 61,6 vekt-%, i form av en slurry med en tørrstoffkonsentrasjon på 4,8 vekt-% (det vil si mer fortynnet) og en temperatur av 35 ºC, ved hjelp av fosforsyre i 5 vekt-%ig oppløsning tilsvarende 0,32 mol H3O<+>per mol CaCO3. Derefter bobler man gjennom CO2 under atmosfærisk trykk i 5 timer slik at volumforholdet suspensjon:gassformig CO2 er lik 1:0,05.

Resultatene er:

a) For pigmentet:

6 timer efter slutten av behandlingen av prøvens naturlige kalsiumkarbonat er pH-verdien i slurryen 7,5, noe som bekrefter at de ikke er stabile overfor syrer.

b) For papiret:

tykkelsesmålingene er:

- For prøvens prøvestykke: 121 µm ved 75 g/m², noe som ved en tykkelsesverdi på 113 µm gir 70,0 g/m².

Man ser i denne prøve at hvis man bringer tykkelsen av papiret til en felles verdi på 113 µm tjener man 5 g/m² eller 6,6 vekt-% papir, noe som betyr meget både økonomisk og miljømessig.

Prøve nr.8

Man behandler, i glassreaktoren, 3750 g, beregnet som tørrpigment av kalsiumkarbonat av typen finsk marmor, med en granulometri slik at 65 vekt-% av partiklene har en diameter under 1 µ, mot ved hjelp av en Sedigraf 5100 fra firma Micromeritics, ved 75,0 vekt-%, i form av en slurry med en tørrstoffkonsentrasjon på 20 vekt-% og ved en temperatur på 60 ºC, ved hjelp av fosforsyre i 5 vekt-%ig oppløsning, tilsvarende 0,5 mol H3O<+>per mol CaCO3. Derefter bobler man gjennom CO2 under atmosfærisk trykk i 2 timer slik at volumforholdet suspensjon:gassformig CO2 er lik 1:0,1.

Resultatene er:

a) For pigmentet:

6 timer efter slutten av behandlingen av prøvens naturlige kalsiumkarbonat er pH-verdien i slurryen 7,8, noe som bekrefter at de ikke er stabile overfor syrer.

b) For papiret:

tykkelsesmålingene er:

- For prøvens prøvestykke: 132 µm ved 75 g/m², noe som ved en tykkelsesverdi på 113 µm gir 64,2 g/m².

Man ser i denne prøve at hvis man bringer tykkelsen av papiret til en felles verdi på 113 µm tjener man 10,8 g/m² eller 14,4 vekt-% papir, noe som betyr meget både økonomisk og miljømessig.

Prøve nr.9

I glassreaktoren behandler man 36 g, beregnet som tørrpigment, kalsiumkarbonat av typen finlandsk marmor, med granulometri slik at 65 vekt-% av partiklene har en diameter under 1 µ, målt ved hjelp av en Sedigraf 5100 fra firma Micromeritics, til 21,6 vekt-% i form av en slurry med en tørrstoffkonsentrasjon på 4,8 vekt-%, men ved en temperatur på 45 ºC ved hjelp av fosforsyre i 5 vekt-%ig oppløsning tilsvarende 0,32 mol H3O<+>per mol CaCO3. Derefter bobler man gjennom CO2 ved atmosfærisk trykk i 5 timer slik at volumforholdet suspensjon:gassformig CO2 er lik 1:0,05.

Resultatene er:

a) For pigmentet:

8 timer efter slutten av behandlingen av prøvens naturlige kalsiumkarbonat er pH-verdien i slurryen 8,1, noe som bekrefter at de ikke er stabile overfor syrer.

b) For papiret:

tykkelsesmålingene er:

- For prøvens prøvestykke: 126 µm ved 75 g/m², noe som ved en tykkelsesverdi på 113 µm gir 67,1 g/m².

Man ser i denne prøve at hvis man bringer tykkelsen av papiret til en felles verdi på 113 µm tjener man 7,9 g/m² eller 10,5 vekt-% papir, noe som betyr meget både økonomisk og miljømessig.

En måling av abrasjonen gir 1,7 mg som man må sammenligne med abrasjonsverdien for sammenligningsprøven som er 4,5 mg.

Prøve nr.10:

Man behandler i glassreaktoren 36 g, beregnet som tørrpigment, kalsiumkarbonat av typen finlandsk marmor, med en granulometri slik at 65 vekt-% av partiklene har en diameter under 1 µ, målt med en Sedigraf 5100 fra firma Micromeritics, til 21,6 vekt-%, i form av en oppslemming med en tørrstoffkonsentrasjon på 4,8 vekt-% og ved en temperatur, denne gang, på 90 ºC, ved hjelp av fosforsyre i 5 vekt-%ig oppløsning tilsva rende 0,32 mol H3O<+>per mol CaCO3. Derefter bobler man gjennom CO2 under atmosfærisk trykk slik at volumforholdet suspensjon:gassformig CO2 er lik 1:0,05.

Resultatene er:

a) For pigmentet:

2 timer efter slutten av behandlingen av prøvens naturlige kalsiumkarbonat er pH-verdien i slurryen 7,5, noe som bekrefter at de ikke er stabile overfor syrer.

b) For papiret:

tykkelsesmålingene er:

- For prøvens prøvestykke: 125 µm ved 75 g/m², noe som ved en tykkelsesverdi på 113 µm gir 67,7 g/m².

Man ser i denne prøve at hvis man bringer tykkelsen av papiret til en felles verdi på 113 µm tjener man 7,3 g/m² eller 9,7 vekt-% papir, noe som betyr meget både økonomisk og miljømessig.

En måling av abrasjonen ved hjelp av en Einlehner type 2000 apparatur gir 2,00 mg, noe som må sammenlignes med abrasjonsverdien for sammenligningen som er 4,5 mg.

Prøven ovenfor viser at fordelene ifølge oppfinnelsen ligger i en reduksjon av vekten for en identisk arktykkelse og i en reduksjon av abrasjonen samt i en bedre glatthet for en bedre hvithet og man oppnår likeledes en bedre fyllstoffretensjon.

Prøve nr.11:

Man behandler i 40 m³ reaktoren med en høyde på 12 m, 3600 kg, beregnet som tørrstoff, kalsiumkarbonat av typen Carraramarmor, med en granulometri slik at 65 vekt-% av partiklene har en diameter under 1 µ, målt ved hjelp av en Sedigraf 5100 fra firma Micromeritics, til 28,6 vekt-%, i form av en slurry med en tørrstoffkonsentrasjon på 24,8 vekt-% og ved en temperatur av 55 ºC ved hjelp av fosforsyre i 10 vekt-%ig oppløsning tilsvarende 0,30 mol H3O<+>per mol CaCO3. Parallelt med denne reaksjonen og derefter bobler man CO2 gjennom slurryen i 5 timer ved intern resirkulering av CO2 og injeksjon av CO2 i bunnen av reaktoren under et overtrykk på 1,2 bar slik at volumforholdet suspensjon:gassformig CO2 er lik rundt 1:5.

Efter 24 timers henstand dannes papirarkene ved samme arbeidsmåte som i prøve 1 til 75 g/m² og man måler tykkelsen, også ved samme metode som under prøve 1.

Resultatene er:

a) For pigmentet:

5 timer etter slutten av behandlingen med naturlig kalsiumkarbonat ifølge prøven er pH-verdien i slurryen 7,7, noe som bekrefter at de ikke er stabile overfor syrer. Den spesifikke BET-overflate er 35,5 m²/g.

Denne måling av den spesifikke BET-overflate bestemmes i henhold til BET-metoden ifølge normen ISO 9277, nemlig en måling som skjer under avkjøling med flytende nitrogen og under en nitrogenstrøm over prøven som er tørket til konstant vekt og termostatert til 250 ºC i en time under en nitrogenatmosfære. Betingelsene er de til normen som særlig kalles norm ISO 9277 i kravene.

b) For papiret:

tykkelsesmålingene er:

- For prøvens prøvestykke: 126 µm ved 75 g/m², noe som ved en tykkelsesverdi på 113 µm gir 67,3 g/m².

Man ser i denne prøve at hvis man bringer tykkelsen av papiret til en felles verdi på 113 µm tjener man 7,7 g/m² eller 10,3 vekt-% papir, noe som betyr meget både økonomisk og miljømessig.

Prøve nr.12:

Denne prøve illustrerer oppfinnelsen og angår et eksempel på belegninger til forskjellige gramvekter på en plastbærer under anvendelse delvis av en belegningsslurry med lav konsentrasjon av ikke-behandlede fyllstoffer og på den annen side en slurry med lav konsentrasjon med fyllstoffer som er behandlet ifølge oppfinnelsen.

Man går frem ifølge den generelle arbeidsmåte i prøve nr.11 for å behandle slurryen til 17,2 % tørrstoff i form av oppmalt kalsiumkarbonat med 0,5 vekt-% dispergeringsmiddel av typen polyakrylat inntil en granulometrisk fordeling slik at 65 % av partiklene har en diameter under 1 µm, målt med en Sedigraf 5100 fra firma Micromeritics.

Forsøksprotokollen for belegningen består i å gjennomføre belegningen ved hjelp av en belegger av typen Erichsen Bechcoater™ på et ark av halvmatt plastmateriale, markedsført av firma Mühlebach, Sveits.

De to belegningsmasser som anvendes har en sammensetning som omfatter 100 deler pigmentslurry som skal prøves og 12 deler latex på basis av styren/akrylat, markedsført av firma BASF under betegnelsen ACRONAL S 360 D™.

For det første tilsvarer pigmentslurryen som skal testes en ikke-behandlet kalsiumkarbonatslurry på 17,2 % oppmalt kalsiumkarbonat tørrstoff med 0,5 % dispergeringsmiddel av typen polyakrylat til en granulometrisk fordeling slik at 65 % av partiklene har en diameter under 1 µm, målt med en Sedigraf 5100 fra firma Micromeritics.

For det andre tilsvarer pigmentslurryen som skal testes en slurry på 17,2 % kalsimkarbonat tørrstoff av det samme kalsiumkarbonat behandlet ifølge den foregående arbeidsmåte.

Resultatene av tykkelsesmålingen for de tre prøver, den første på plastbærer, den andre på bærer belagt med den ovenfor angitte kalsiumkarbonatslurry som ikke er behandlet og for den siste på bærer belagt med kalsiumkarbonatslurry som angitt ovenfor og behandlet, er sammenfattet i tabellen og diagrammet nedenfor:

Et studium av tabellen viser at:

- ved fravær av belegg er papirtykkelsen 79,59,

- med klassisk belegg går tykkelsen ikke lenger enn til 81,19 for en vekt på 4,78 g/m²,

- ved et belegg med en blanding ifølge oppfinnelsen øker papirtykkelsen meget sterkt til 95,19 for en vekt på 4,28 g/m².

Man oppnår selvfølgelig tykkelsen av belegget ved differansen mellom tykkelsen av det belagte papir og den til det ikke-belagte papir.

Økningen av beleggstykkelsen er således 15,6 mikron mellom belegget for produktet ifølge oppfinnelsen og det ikke-behandlede papir (95,19 vs.79,59), tykkelsen for papiret er 79,5 for en vekt på 4,28 g/m² mot kun 1,6 mellom belegget med en klassisk blanding og det ikke-behandlede papir (81,19 vs.79,59) for en vekt på 4,78 g/m².

Økningen av tykkelse (som gir seg uttrykk i egenskapen kalt "bulk") er således, under anvendelsen av en blanding ifølge oppfinnelsen, rundt 10 ganger høyere for omtrent samme vekt.

Den samme type beregning for forskjellige vekter tillater å sette opp en graf for tykkelsen (mikrometer) som funksjon av vekten (g/m²).

En interpretasjon av denne graf tillater å se at i sammenligningsprøven, det vil si den ikke-behandlede, er fallet i beleggstykkelse 0,5 µm per g per m² mens fallet i tykkelse for belegget ifølge oppfinnelsen er 3,5 µm per g per m².

Man ser at man således oppnår en bedre dekning ("coverage") av arket, en meget bedre maskinbearbeidbarhet ("calendrability") og et øket porevolum, takket være anvendelsen av produktet ifølge oppfinnelsen.

Prøve nr.13:

Denne prøve illustrerer oppfinnelsen og anvender 150 tørrgram av en filterkake av kalsiumkarbonat av typen norsk marmor og med en granulometri slik at 65 % av partiklene har en diameter under 1 µm, bestemt ved måling med en Sedigraf 5100, inneholder 0,5 tørrvekt-% av et natriumpolyakrylat med en spesifikk viskositet lik 0,75 og som er fortynnet til 20 % med vann. Man fremstiller så 1 liter produkt i en glassreaktor og oppvarmer til 70 ºC dråpevis og i løpet av 1 time tilsettes en mengde saltsyre i form av en vandig 10 %-ig oppløsning tilsvarende 0,507 mol H3O<+>per mol CaCO3. Derefter bringes det oppnådde produkt til ny reaksjon i 30 minutter ved indre resirkulasjon av CO2 og injeksjon av CO2 i bunnen av reaktoren og derefter lagres det hele i horisontal posisjon i to roterende sylindre, ved en pH-verdi lik 7,6.

Efter 24 timers lagring tildannes papiret med den samme arbeidsmåte som i prøve nr.1 fra 75 g/m² og derefter måles tykkelse, likeledes ved samme metode som i prøve nr.1.

Resultatene er:

a) For pigmentet:

5 timer efter slutten av behandlingen av prøvens naturlige kalsiumkarbonat er pH-verdien i slurryen 7,6, noe som bekrefter at de ikke er stabile overfor syrer.

b) For papiret:

tykkelsesmålingene er:

- For utgangsprøven, sammenligning: 114 µm ved 75 g/m²

- For prøvens prøvestykke: 120 µm ved 75 g/m², noe som ved en tykkelsesverdi på 114 µm gir 71,2 g/m².

Man ser i denne prøve at hvis man bringer tykkelsen av papiret til en felles verdi på 114 µm tjener man 3,8 g/m² eller 5 vekt-% papir, noe som betyr meget både økonomisk og miljømessig.

Prøve nr.14:

Denne prøve illustrerer oppfinnelsen og anvender 150 tørrgram av en filterkake av kalsiumkarbonat av typen norsk marmor og med en granulometri slik at 65 % av partiklene har en diameter under 1 µm, bestemt ved måling med en Sedigraf 5100, inneholder 0,5 tørrvekt-% av et natriumpolyakrylat med en spesifikk viskositet lik 0,75 og som er fortynnet til 20 % med vann. Man fremstiller så 1 liter produkt i en glassreaktor og oppvarmer til 70 ºC. Man tilsetter dråpevis i løpet av 1 time en mengde oksalsyre med 2 mol krystalvann (2H2O) i form av en vandig 10 %ig oppløsning tilsvarende 0,335 mol H3O<+>per mol CaCO<3>.

Man lar det hele så reagere videre i 30 minutter ved indre resirkulering av CO2 og injeksjon av CO2 i bunnen av reaktoren og det hele lagres i horisontal posisjon og to roterende sylindre ved en pH-verdi på 7,7.

Resultatene er:

a) For pigmentet:

5 timer efter slutten av behandlingen av prøvens naturlige kalsiumkarbonat er pH-verdien i slurryen 8,0, noe som bekrefter at de ikke er stabile overfor syrer.

b) For papiret:

tykkelsesmålingene er:

- For utgangsprøven, sammenligning: 114 µm ved 75 g/m²

- For prøvens prøvestykke: 121 µm ved 75 g/m², noe som ved en tykkelsesverdi på 114 µm gir 70,4 g/m².

Man ser i denne prøve at hvis man bringer tykkelsen av papiret til en felles verdi på 114 µm tjener man 4,6 g/m² eller 6,1 vekt-% papir, noe som betyr meget både økonomisk og miljømessig.

Eksempel 2:

Dette eksempel angår behandling av slurrier med et høyt tørrstoffinnhold.

For å gjøre dette preparerer man i alle prøver i eksempel 2 mineralet, i form av en suspensjon ("slurry") hvis faststoff- eller tørrstoffmengde kan gå helt opp til 80 vekt-%, eller i form av en filterkake, eller i form av tørrpulver, i en egnet reaktor og, hvis nødvendig, fortynner man til det ønskede innhold av tørrstoffer med demineralisert vann eller ledningsvann.

Prøve nr.15:

For denne prøve som viser den kjente teknikk gjennomføres prepareringen av en vandig blanding ved, i en blander og under omrøring, å innføre:

- 750 tørrgram norsk marmor med en granulometri slik at 75 % av partiklene har en diameter under 1 µm, målt ved hjelp av en Sedigraf 5100,

- 250 gram av et tørrtalkum fra Finland med en granulometri slik at 45 % av partiklene har en diameter under 2 µm, bestemt med en Sedigraf 5100,

- 5 tørrgram av en akrylisk bindemiddel bestående av 90 vekt-% akrylsyre og 10 vekt-% tristyrolfenolmetakrylat med 25 mol etylenoksyd,

- den mengde vann som er nødvendig for dannelse av en vandig med 65 % konsentrasjon av tørrstoff.

Etter 30 minutters omrøring og dannelse av ko-strukturen mellom kornene av marmor og den tilsatte kalsium ved hjelp av bindemiddel tilsettes det 5,2 gram av et polyakrylat som delvis er nøytralisert med NaOH og med en spesifikk viskositet lik 0,5 samt den mengde vann og NaOH som er nødvendig for å oppnå en vandig suspensjon på 59,4 % tørrstoff.

Man tildanner arket med en gramvekt på 75 g/m² ved å arbeide på samme måte som i prøve nr.1 og man måler tykkelsen, likeledes ved samme metode som benyttet i prøve nr. 1. Den målte tykkelse er 116 µm for en vekt på 75 g/m².

Prøve nr.16:

For denne prøve som illustrerer den kjente teknikk realiserer man, ved å arbeide på samme måte som i prøve nr.1, papirark med en gramvekt lik 75 g/m² fra en vandig suspensjon med en tørrstoffkonsentrasjon på 77,5 % av en norsk marmor med en granulometri slik at 63 % av partiklene har en diameter under 1 µm, bestemt ved en Sedigraf 5100 måling.

Den målte tykkelse er 115 µm for en vekt på 75 g/m².

Opasiteten bestemmes i henhold til den samme arbeidsmåte som er beskrevet i prøve nr.

2 og i henhold til normen DIN 53146 og er 86,4.

Hvitheten bestemmes i henhold til arbeidsmåten ifølge prøve nr.2 og i henhold til normen ISO Brightness R 457 filter Tappi og er 88,4.

Prøve nr.17:

For denne prøve som illustrerer den kjente teknikk realiserer man ved å arbeide på samme måte som i prøve nr.1, papirark med en gramvekt lik 75 g/m² fra en vandig suspensjon med 67,2 % tørrstoffkonsentrasjon av en filterkake av type norsk marmor med en granulometri slik at 75 % av partiklene har en diameter under 1 µm bestemt ved en Sedigraf 5100 måler, inneholdende 0,5 tørrvekt-% av et natriumpolyakrylat med en spesifikk viskositet lik 0,75.

Den målte tykkelse er 114 µm for en vekt på 75 g/m².

Prøve nr.18:

For denne prøve som illustrerer oppfinnelsen prepareres 4000 g av blandingen fra prøve nr. 15 som er en blanding med 25 tørrvekt-% talkum og 75 tørrvekt-% CaCO3 av typen norsk marmor, i form av en suspensjon med en tørrstoffkonsentrasjon lik 59,4 % i en virvelsjiktblander (Lödigeapparatur) og i løpet av 45 minutter tilsettes dråpevis en mengde fosforsyre i form av en 20 %ig vandig oppløsning tilsvarende 0,15 mol H3O<+>per mol CaCO3.

Efter behandling fortsetter Lödigeapparaturen å dreie seg i en time. Denne virvelsjiktapparatur med kontinuerlig dreining tillater å bytte ut luft med karbonholdig gass som dannes ved reaksjonen, noe som således implikerer et nærvær av karbonisk gass i apparaturatmosfæren.

Derefter lagres det oppnådde produkt i horisontal posisjon på to roterende sylindre ved pH 7,6.

Resultatene er:

a) For pigmentet:

b) For papiret:

tykkelsesmålingene er:

- For utgangsprøven, sammenligning (prøve nr.15): 116 µm ved 75 g/m² - For prøvens prøvestykke: 118 µm ved 75 g/m², noe som ved en tykkelsesverdi på 116 µm gir 73,9 g/m².

Man ser i denne prøve at hvis man bringer tykkelsen av papiret til en felles verdi på 116 µm tjener man 1,1 g/m² eller 1,5 vekt-% papir, noe som betyr meget både økonomisk og miljømessig.

Prøve nr.19:

For denne prøve som illustrerer oppfinnelsen prepareres 3290 g av blandingen fra prøve nr. 16 som er et kalsiumkarbonat av typen norsk marmor, i form av en slurry med en tørrstoffkonsentrasjon lik 75,8 %, i en virvelsjiktblander (Lödigeapparatur) og i løpet av 2 timer tilsettes dråpevis en mengde fosforsyre i form av en 20 %ig vandig oppløsning som tilsvarer 0,5 mol H3O<+>per CaCO3.

Efter behandlingen fortsetter Lödigeapparaturen å dreie seg i en time. Denne virvelsjiktapparatur med fortsatt dreining tillater at luft byttes ut med karbonisk gass som produseres av reaksjonen, noe som således implikerer nærvær av en karbonisk gass i apparaturens atmosfære.

Produktet lagres derefter i horisontal posisjon på to roterende sylindre ved en pH-verdi på 7,6.

Resultatene er:

a) For pigmentet:

7 timer efter slutten av behandlingen av prøvens naturlige kalsiumkarbonat er pH-verdien i slurryen 7,6, noe som bekrefter at de ikke er stabile overfor syrer.

b) For papiret:

tykkelsesmålingene er:

- For utgangsprøven, sammenligning (prøve nr.16): 115 µm ved 75 g/m² - For prøvens prøvestykke: 130 µm ved 75 g/m², noe som ved en tykkelsesverdi på 115 µm gir 66,5 g/m².

Man ser i denne prøve at hvis man bringer tykkelsen av papiret til en felles verdi på 115 µm tjener man 8,5 g/m² eller 11,3 vekt-% papir, noe som betyr meget både økonomisk og miljømessig.

Prøve nr.20:

For denne prøve som illustrerer oppfinnelsen skjærbehandles en blanding av 1600 g av et kalsiumkarbonat av typen norsk marmor med en granulometri slik at 75 % av partiklene har en diameter under 1 µm, bestemt ved måling med en Sedigraf 5100 og som oppviser visse egenskaper i ikke-dispergert tilstand i form av en filterkake, med 400 g av et annet karbonat, oppnådd i henhold til prøve nr.18 supra, ved en tørrstoffkonsentrasjon på 52,8 % (se ovenfor) i en virvelsjiktapparatur av Lödigetypen, i 30 minutter og dispergeres derefter med 0,5 tørrvekt-% av et dispergeringsmiddel som er et natriumpolyakrylat med en spesifikk visksositet lik 0,75 hvorefter konsentrasjonen reguleres til 60 %. Derefter lagres produktet i horisontal posisjon på to roterende sylindre ved en pH-verdi på 8,5.

Resultatene er:

a) For pigmentet:

5 timer efter slutten av behandlingen av prøvens naturlige kalsiumkarbonat er pH-verdien i slurryen 8,5, noe som bekrefter at de ikke er stabile overfor syrer.

b) For papiret:

tykkelsesmålingene er:

- For utgangsprøven, sammenligning (prøve nr.17): 114 µm ved 75 g/m² - For prøvens prøvestykke: 118 µm ved 75 g/m², noe som ved en tykkelsesverdi på 114 µm gir 72,2 g/m².

Man ser i denne prøve at hvis man bringer tykkelsen av papiret til en felles verdi på 114 µm tjener man 2,8 g/m² eller 3,7 vekt-% papir, noe som betyr meget både økonomisk og miljømessig.

Prøve nr.21:

For denne prøve som illustrerer oppfinnelsen skjærpåvirkes 1200 g av et kalsiumkarbonat av typen norsk marmor med en granulometri slik at 65 % av partiklene har en diameter under 1 µm bestemt ved måling med en Sedigraf 5100, i ikke-dispergert tilstand, i form av en filterkake, med 300 g av et annet karbonat som er behandlet i henhold til prøve nr.18 supra, ved en tørrstoffkonsentrasjon lik 52,8 %, i nærvær av vann, for å oppnå en konsentrasjon på 60 %. Skjærpåvirkningen gjennomføres i en virvelsjiktblander av typen Lödige i løpet av 30 minutter og man tilsetter 500 g talkum av finlandsk opprinnelse og en granulometri slik at 35 % av partiklene har en diameter under 1 µm, bestemt ved Sedigraf 5100 måling, en talkum som på forhånd er behandlet med 1,2 % av et bindemiddel av typen akrylisk kopolymer, og vann, for å oppnå en konsentrasjon på 60 %. Man skjærpåvirker det hele på ny i 30 minutter under injeksjon av CO2 i en mengde av 100 ml/min. og det hele dispergeres så med 0,5 tørrvekt-% natriumpolyakrylat med en spesifikk viskositet lik 0,75. Produktet lagres deretter i horisontal posisjon på to roterende sylindre, pH 8,4.

Resultatene er:

a) For pigmentet:

b) For papiret:

tykkelsesmålingene er:

- For utgangsprøven, sammenligning: 114 µm ved 75 g/m²

- For prøvens prøvestykke: 116 µm ved 75 g/m², noe som ved en tykkelsesverdi på 114 µm gir 73,5 g/m².

Man ser i denne prøve at hvis man bringer tykkelsen av papiret til en felles verdi på 114 µm tjener man 1,5 g/m² eller 2 g vekt-% papir, noe som betyr meget både økonomisk og miljømessig.

Prøve nr.22:

For denne prøve som illustrerer oppfinnelsen innfører man CO2 i den slurry som er oppnådd i den forutgående prøve i en mengde av 100 ml/min. og i 5 timer og derefter lagres det oppnåde produkt i horisontal posisjon på to roterende sylindre ved en pH på 8,1.

Resultatene er:

a) For pigmentet:

5 timer efter slutten av behandlingen av prøvens naturlige kalsiumkarbonat er pH-verdien i slurryen 8,1, noe som bekrefter at de ikke er stabile overfor syrer.

b) For papiret:

tykkelsesmålingene er:

- For utgangsprøven, sammenligning: 114 µm ved 75 g/m²

- For prøvens prøvestykke: 117 µm ved 75 g/m², noe som ved en tykkelsesverdi på 114 µm gir 73,1 g/m².

Man ser i denne prøve at hvis man bringer tykkelsen av papiret til en felles verdi på 114 µm tjener man 1,9 g/m² eller 2,5 vekt-% papir, noe som betyr meget både økonomisk og miljømessig.

Prøve nr.23:

For denne prøve som illustrerer oppfinnelsen prepareres det 6000 g av et kalsiumkarbonat av typen norsk marmor med en granulometri slik at 65 % av partiklene har en diameter under 1 µm, målt ved en Sedigraf 5100 apparatur, i form av en dispersjon eller en slurry med en tørrstoffkonsentrasjon lik 77,8 %, i en virvelsjiktblander (Lödige apparatur) og man fortynner med vann til en konsentrasjon på 75,7 %. Man tilsetter 0,15 mol H3O<+>per og lignende CaCO3 ved hjelp av fosforsyre i form av en vandig 20 %-ig oppløsning idet tilsetningen skjer dråpevis i løpet av 45 minutter.

Derefter lar man CO2 boble gjennom produktet i en mengde av 100 ml/min. og i 5 timer hvorefter det oppnådde produkt lagres delvis i 1 uke og delvis i 4 uker i horisontal posisjon på to roterende sylindre.

Resultatene er:

a) For pigmentet:

3 timer etter slutten av behandlingen av prøvens naturlige kalsiumkarbonat er slurryens pH-verdi 7,6, en uke senere er den 7,8 og det er den også 4 uker senere, noe som bekrefter at de ikke er stabile overfor syrer.

b) For papiret:

Tykkelsesmålingene er:

Efter lagring i en uke tildannes papirarkene ved den samme arbeidsmåte som i prøve nr.1 til 75 g/m² og derefter måles tykkelsen, likeledes med den samme metode som i prøve nr.1.

Resultatet av disse tykkelsesmålingene er:

- For utgangsprøven, sammenligning: 115 µm ved 75 g/m².

- For prøvegjenstanden: 119 µm ved 75 g/m², noe som fører til en tykkelsesverdi på 115 µm ved 72,2 g/m².

Man ser at i denne prøve tjener man, hvis man bringer papirtykkelsen til en fellesverdi på 115 µm tjener man 2,8 g/m² eller 3,7 vekt-% papir, noe som betyr en betydelig økonomisk og miljøgevinst.

Efter lagring i 4 uker tildannes papirarkene med den samme arbeidsmåte som i prøve 1 til 75 g/m² og derefter måles tykkelsen, også med samme arbeidsmåte som i prøve nr.1.

Resultatet av disse tykkelsesmålingene er:

- For utgangsprøven, sammenligning: 115 µm ved 75 g/m².

Prøve nr.24:

Denne prøve illustrerer oppfinnelsen og resirkuleringen av karbonisk gass ved hjelp av en rotor-statorblander av typen Silverson.

I en pilotenhet på 1 m³ med en høyde på 2 m innføres i utgangspunktet i en reaktor utstyrt med en Silverson røreverk, 284 liter slurry med 27 % tørrstoffkonsentrasjon av naturlig kalsiumkarbonat av typen Carrara marmor med en granulometri slik at 65 % av partiklene har en diameter under 1 µm, bestemt ved Sedigraf 5100 måling ved 62 ºC og som man har fortynnet med den mengde vann som er nødvendig for å oppnå en suspensjon på 23,1 % tørrstoff hvorefter man iblander en mengde H3PO4 i 50 %-ig oppløsning tilsvarende 0,26 mol H3O<+>per mol CaCO3. Temperaturen ved begynnelsen av syretilsetningen, som varer 1 time 45 minutter, er 52 ºC. Denne gjennomføres for hånd fra et begerglass. Mengden vann som tilsettes med syren som anvendes gir en slurry på 15,8 % tørrstoff.

Den oppnådde slurry blir så i 4 timer behandlet med 60 kg resirkulert CO2 i beholderen under omrøring med Silverson røreverket inneholdende rundt 50 liter.

Resultatene er:

a) For pigmentet:

5 timer etter slutten av behandlingen med naturlig kalsiumkarbonat for prøven er pH-verdien i denne slurry 7,7, noe som bekrefter at de ikke er stabile overfor syrer.

b) For papiret:

tykkelsesmålingene er:

- For utgangsprøven, sammenligning: 117 µm ved 75 g/m²

- For prøvens prøvestykke: 126 µm ved 75 g/m², noe som ved en tykkelsesverdi på 117 µm gir 69,6 g/m².

Man ser at i denne prøve tjener man, hvis man bringer papirtykkelsen til en fellesverdi på 117 µm tjener man 5,4 g/m² eller 7,2 vekt-% papir, noe som betyr en betydelig økonomisk og miljøgevinst.

Prøve nr.25:

Denne prøve illustrerer oppfinnelsen og behandling av "belegningsavfall".

For dette formål dispergerer man, under omrøring og i 30 minutter, i vann, for å oppnå en konsentrasjon av "belegningsavfall" på 10 vekt-%, 800 g slikt "belegningsavfall" av kvaliteten 100 g/m² med en fyllstoffmengde på rundt 15 vekt-% tilsvarende 120 gram tørt naturlig kalsiumkarbonat av typen finlandsk marmor med en granulometri slik at 35 % av partiklene har en diameter under 1 µm, bestemt ved måling med Sedigraf 5100 og belegger til en grad på 25 g/m² per flate, og 400 tørrvektgram naturlig kalsiumkarbonat av typen finlandsk marmor med granulometri slik at 80 % av partiklene har en diameter under 1 µm, bestemt ved Sedigraf 5100 måling idet denne marmor er oppmalt ved hjelp av anvendelse av 0,8 tørrvekt-% av et natriumpolyakrylat som dispergeringsmiddel og oppmalingsmiddel og en styren-butadien lateks som belegningsbindemiddel.

Efter ferdig dispergering behandler man, i glassreaktoren på 10 liter og under omrøring oppslemmingen med en konsentrasjon av tørrstoff på 10 vekt-% og en temperatur på 55 ºC, med en mengde fosforsyre i 50 vekt-%-ig oppløsning tilsvarende 0,4 mol H3O<+>per mol CaCO3. Derefter lar man CO2 under atmosfærisk trykk boble gjennom denne oppslemming og fibrene og i 5 timer slik at volumforholdet suspensjon:gasformig CO2 er lik 1:0,1.

Papirarkene fremstilles i henhold til samme arbeidsmåte som i de foregående prøver ved blanding av "belegningsavfall" behandlet med friske fibre for å oppnå en fyllstoffmengde på 20 vekt-% for det endelige papir.

Resultatene er:

a) For pigmentet:

5 timer etter slutten av behandlingen med naturlig kalsiumkarbonat i denne prøve er pH-verdien i oppslemmingen av "belegningsavfall" 7,6, noe som bekrefter at de ikke eer stabile overfor syrer.

b) For papiret:

tykkelsesmålingene er:

- For utgangsprøven, sammenligning (fremstilt som prøve uten behandling med syre og gassformig CO2): 115 µm ved 75 g/m².

- For prøvestykket: 123 µm ved 75 g/m², noe som fører til en tykkelsesverdi på 115 µm ved 70,1 g/m².

Man ser at i denne prøve tjener man, hvis man bringer tykkelsen i papiret til en vanlig verdi på 115 µm, 4,9 g/m² eller 6,5 vekt-% papir, noe som betyr en betydelig økonomisk gevinst og en miljøgevinst.

Prøve nr.26:

For denne prøve som illustrerer oppfinnelsen preparerer man 447 kg av blandingen fra prøve nr.16 som er et kalsiumkarbonat av typen norsk marmor, i form av en slurry med en tørrstoffkonsentrasjon lik 75,8 %, i en virvelsjiktblander (Lödige apparatur) og man tilsetter dråpevis, i løpet av 2 timer, en mengde fosforsyre i form av en 20 %-ig vandig oppløsning tilsvarende 0,3 mol H3O<+>per mol CaCO3.

Efter at behandlingen med fosforsyre er ferdig lagres produktet i 3 timer i løpet av hvilket tidsrom behandlingen med CO2 skjer ved indre resirkulering av gassformig CO2.

Produktet lagres derefter i horisontal posisjon på to roterende sylindre og pH-verdien er lik 7,8 efter 5 timer.

Efter 24 timers lagring tildannes papirarkene med samme arbeidsmåte som benyttet i prøve 1 til 75 g/m² men med en oppfylling på 25 % pigment og man måler tykkelsen, likeledes med samme arbeidsmåte som i prøve nr.1.

Den spesifikke BET overflate er 11,5 m²/g, bestemt i henhold til samme arbeidsmåte som i prøve nr.11.

Resultatene av tykkelsesmålingene er:

- For utgangstykkelsen, sammenligning (prøve nr.13 med en pigmentoppfylling på 25 %): 114 µm ved 75 g/m².

- For prøvestykket: 119 µm ved 75 g/m², noe som ved en tykkelsesverdi på 114 µm gir 71,8 g/m².

Man ser at i denne prøve tjener man, hvis man bringer papirtykkelsen til en vanlig verdi på 114 µm, 3,2 g/m² eller 4,3 vekt-% papir, noe som betyr en betydelig både økonomisk og miljømessig gevinst.

Resultatene fra måling av bruddlengde, bestemt i henhold til normen DIN EN ISO 1924-2 inkludert normen DIN 53112-1 er:

- For utgangsprøven, sammenligning (prøve nr.14 med en pigmentoppfylling på 25 %): 2,22 km

- For prøvestykket ved en pigmentoppfylling på 25 %: 2,54 km, noe som betyr en økning av bruddlengden på 14,4 % i forhold til de ikke-behandlede produkt, ved 75 g/m².

Videre er motstandsevnen mot strekk, bestemt i henhold til normen DIN EN ISO 1924-2, for en dimensjon på 15 mm, 28 N for prøven mot kun 24,5 N for sammenligningen.

Opasiteten, bestemt ved samme arbeidsmåte som angitt i prøve nr.2 og i henhold til normen DIN 53146, er 86,6.

Hvitheten bestemt i henhold til den samme arbeidsmåte som i prøve nr.2 og i henhold til normen ISO Brightness R 457 filter Tappi, er 89,0 %.

Prøve nr.27:

For denne prøve som illustrerer oppfinnelsen fremstilles 447 kg av preparatet fra prøve nr. 16 men med en granulometri der kun 40 % av partiklene har en diameter under 1 µm, bestemt i henhold til en Sedigraf 5100 måling, i form av en slurry av kalsiumkarbonat av typen norsk marmor og med en tørrstoffkonsentrasjon lik 75,8 %, i en virvel sjiktblander (Lödige apparatur) der det dråpevis og i løpet av 2 timer tilsettes 0,3 mol H3O<+>per mol CaCO3, ved hjelp av fosforsyre i form av en vandig 20 %-ig oppløsning.

Produktene oppbevares derefter i horisontal posisjon på to roterende sylindre ved en pH-verdi på 7,6.

Efter 24 timers oppbevaring tildannes papirarkene ved samme arbeidsmåte som i prøve nr. 1 til 75 g/m² men med en pigmentoppfylling på 25 % og man måler tykkelsen, likeledes med den samme metode som angitt i prøve nr.1.

Den spesifikke BET overflate er 9,8 m²/g, målt i henhold til den samme metode som angitt i prøve nr.11.

Resultatene av tykkelsesmålingen er:

- For utgangsprøven, sammenligning (prøve nr.11 med en pigmentoppfylling på 25 %): 114 µm ved 75 g/m².

- For prøvestykket: 121 µm ved 75 g/m², noe som for en tykkelsesverdi på 114 µm gir 70,7 g/m².

Man ser at i denne prøve tjener man, hvis man bringer tykkelsen i papiret til en vanlig verdi på 114 µm, tjener 4,4 g/m² eller 5,7 vekt-% papir, noe som betyr en betydelig økonomisk og miljømessig gevinst.

Resultatene av lengdemåling, bestemt i henhold til normen DIN EN ISO 1924-2 inkludert normen DIN 53112-1 er:

- For utgangsprøven, sammenligning (prøve nr.11 med en pigmentoppfylling på 25 %): 2,30 km

- For prøvestykket ved en pigmentoppfylling på 25 %: 2,54 km, noe som betyr en økning av bruddlengden på 8,7 % i forhold til de ikke-behandlede produkt, ved 75 g/m².

Videre er motstandsevnen mot strekk, bestemt i henhold til normen DIN EN ISO 1924-2, for en dimensjon på 15 mm, 27,3 N for prøven mot kun 27,3 N for sammenligningen.

Opasiteten, bestemt ved samme arbeidsmåte som angitt i prøve nr.2 og i henhold til normen DIN 53146, er 87,7.

Den samme prøve belegges derefter på et papir på vedbasis med tykkelse 53 µm og med en gramvekt lik 32,9 g/m² ± 0,39 %, ved hjelp av en laboratoriebelegger (Helicoater fra firma Dixon).

Et kort "dwell" hode benyttes med en verktøyvinkel på 45 º. Belegninghastigheten er 800 meter/sekund.

Belegningsmassene som anvendes er en blanding omfattende 100 pph pigment som skal testes, 12 pph lateks (DL 966 av typen styren/butadien) og 0,5 pph karboksylmetylcellulose (Finnfix FF5) og et tørrstoffmengde på 56,6 %.

De oppnådde resultater er:

- Tykkelse for ikke-belagt papir: 53 µm.

- Tykkelse for papir belagt til 7 g /m² for sammenligning med prøve nr.13: 56 µm. - Tykkelse for papir belagt til 7 g/m² for den foreliggende prøve ifølge oppfinnelsen:

59 µm.

- Tykkelse for belegg på 7 g/m² for sammenligning med prøve nr.13: 3 µm.

- Tykkelse for belegg på 7 g/m²2 for foreliggende prøve: 6 µm.

Disse resultater tillater å fastslå at tykkelsen for et belegg kan økes med en faktor 2 i forhold til sammenligningen.

Eksempel 3:

Dette eksempel angår anvendelsen av en betrykning med blekkstråle ("ink jet") av et behandlet eller ikke-behandlet kalsiumkarbonat, benyttet som massefyllstoff ("filler") i papir.

Man fortynner 0,5 kg, beregnet som tørrpigment, naturlig kalsiumkarbonat av typen norsk marmor, med en granulometri slik at 75 vekt-% av partiklene har en diameter under 1 µm, målt ved hjelp av en Sedigraf 5100™ fra firma Micromeritics™ i form av en filterkake, inntil det oppnås en oppslemming med en tørrstoffkonsentrasjon på 15 vekt-%, med destillert vann i en beholder på 10 liter. Derefter behandler man den således dannede slurry med 10 % fosforsyre i 10 vekt-%-ig oppløsning ved 65 ºC under omrøring i 20 minutter ved 500 omdreininger per minutt. Efter 15 minutter bobler man CO2 gjennom suspensjonen av kalsiumkarbonat i 1 time.

Efter at gjennomboblingen er ferdig tildanner man papirarket som fyllstoff inneholder suspensjonen, også her kalt slurry, av det kalsiumkarbonat som skal testes.

For å gjøre dette realiserer man papirark fra en masse eller cellulosepasta med 23 grader SR inneholdende en vedsulfatmasse og fibre bestående av 80 % bjerk og 20 % furu. Man fortynner så 45 tørrgram av denne masse eller pasta i 10 liter vann i nærvær av rundt 15 g av blandingen av fyllstoffer som skal testes for eksperimentelt å oppnå en fyllstoffoppfylling på 20 % ± 0,5 %. Efter 15 minutters omrøring og tilsetning av 0,06 tørrvekt-%, beregnet på papirets tørrvekt, av et retensjonsmiddel av typen polyakrylamid, tildannes det et ark med en gramvekt lik 75 g/m² og oppfylt til 20 % ± 0,5 %. Innretningen som benyttes for å danne arket er et Rapid-Köthen system modell 20.12 MC fra firma Haage.

De således dannede ark tørkes i 400 sekunder ved 92 ºC og et undertrykk på 940 mbar.

Oppfyllingsmengden kontrolleres ved askeanalyse.

Efter at arket er dannet på denne måte måles tykkelsen. Tykkelsen av papiret eller pappen er den loddrette avstand mellom de to parallelle overflater.

Prøvene kondisjoneres i 48 timer (tysk norm DIN EN 20187).

Denne norm presiserer at papiret er et hygroskopisk stoff og som sådan oppviser egenskapen av å være i stand til å tilpasse sin fuktighetsmengde i forhold til den til den omgivende luft. Således absorberes fuktighet når den omgivende luft byr på en økning av fuktigheten og på den annen side evakueres vann når den omgivende luft gir en reduksjon av fuktigheten.

Selv om den relative fuktighet forblir på et konstant nivå er mengden fuktighet i papiret ikke nødvendigvis den samme hvis ikke temperaturen holdes konstant innen visse grenser. Under en økning eller reduksjon av fuktighetsmengden modifiseres papirets fysikalske egenskaper.

Av denne grunn må man kondisjonere prøvene i en periode på minst 48 timer inntil de når en likevekt. Prøvene testes likeledes under identiske klimatiske betingelser.

De klimatiske verdier for papiret er fastlagt til å tilsvare de følgende verdier:

Relativ fuktighet 50 % ± 3 %

Temperatur 23 ºC ± 1 ºC

Tykkelsen bestemmes i henhold til den tyske norm DIN EN 20534 under anvendelse av et mikrometer hvis prøvetrykk ("test print") går til 5 n/cm<2>. Resultatet av prøven bestemmes ved en beregning av gjennomsnittet over 10 målinger. Resultatet uttrykkes i mikrometer. Sammenligningsgjenstanden er et papir fremstilt parallelt på samme måte med samme mengde fyllstoff men ubehandlet, til 75 g/m² og med den samme sats av cellulose.

Resultater:

a) Pigment:

12 timer efter behandling med naturlig kalsiumkarbonat som i dette eksempel, er pH-verdien i slurryen 7,2, noe som bekrefter at de ikke er stabile overfor syrer.

b) Papir:

Resultatene av tykkelsesmålingene er:

- For utgangsprøven, sammenligning: 112 mikron ved 75 g/m²

- For prøvegjenstanden: 120 mikron ved 75 g/m², noe som for en tykkelsesverdi på 112 mikron gir 70 g/m².

Man ser at man i denne prøve, hvis man bringer papirtykkelsen til en vanlig verdi på 112 mikron, tjener 5 g/m² eller 6,6 vekt-% papir, noe som betyr en vesentlig økonomisk og miljømessig gevinst.

Betrykningskarakteristika:

Hvis man gjennomfører en betrykning med en svertestråle omfattende et produkt fra den kjente teknikk (se den vedlagte figur B), og i henhold til prøven ifølge oppfinnelsen (den vedlagte figur A) på en svertestråletrykker av typen EPSON™ Stylus COLOR 500™ ser man at betrykningen ifølge oppfinnelsen er mer presis.

Eksempel 4:

Dette eksempel angår anvendelsen av svertestrålingbetrykning ("ink jet") av et eventuelt behandlet kalsiumkarbonat, benyttet som belegg for papir, og som massefyllstoff.

Man fortynner 0,5 kg, beregnet som tørrpigment, av naturlig kalsiumkarbonat av typen norsk marmor, med en granulometri slik at 75 vekt-% av partiklene har en diameter under 1 mikron, målt ved hjelp av en Sedigraf 5100 fra firma Micromeritics, i form av en filterkake, inntil det oppnås en slurry med en tørrstoffkonsentrasjon på 15 vekt-%, med destillert vann i en beholder på 10 liter. Derefter behandles den således dannede slurry med 10 % fosforsyre i 10 vekt-%-ig oppløsning ved 65 ºC under omrøring i 20 minutter ved 500 omdreininger per minutt. Efter 15 minutter bobler man CO2 gjennom suspensjonen av kalsiumkarbonat i 1 time.

Belegningsprotokoll:

Man benytter den samme protokoll som i prøve nr.27 ovenfor, det vil si at prøven så legges på et papir på basis av ved med 53 µm tykkelse og en gramvekt lik 32,9 g/m² ± 0,39 % ved hjelp av en laboratoriebelegger (Helicoater™ fra firma Dixon™).

Et kort "dwell" hode benyttes med en verktøyvinkel på 45 º. Belegningshastigheten er 800 m/s.

Belegningsmassenen som anvendes er en blanding omfattende 100 pph pigment som skal utprøves, 12 pph latekx (DL 966 av typen styren/butadien) og 0,5 pph karboksymetylcellulose (Finnfix FF5™) og en tørrstoffmengde på 56,6 %.

Prøvene kondisjoneres i 48 timer (tysk norm DIN EN 20187). Denne norm presiserer at papiret er et hygroskopisk stoff og som sådan oppviser egenskapen av å være i stand til å tilpasse sin fuktighetsmengde i forhold til den til den omgivende luft. Således absorberes fuktighet når den omgivende luft byr på en økning av fuktigheten og på den annen side evakueres vann når den omgivende luft gir en reduksjon av fuktigheten.

Relativ fuktighet 50 % ± 3 %

Temperatur 23 ºC ± 1 ºC

Resultater:

a) Pigment:

b) Papir:

Resultatene av tykkelsesmålingene er:

- For utgangsprøven, sammenligning: 112 mikron ved 75 g/m²

Målinger av trykkdensiteten gjennomføres i henhold til en arbeidsmåte som følger og resultatene er sammenfattet i tabell 1.

Den optiske densitet er et mål på refleksjondensiteten for et bilde. I henhold til en arbeidsmåte som hovedsakelig er utarbeidet av produsenten Hewlett-Packard Corporation (HP)™, blir et spesifikt motiv trykket på papir og ved hjelp av et refleksjonsdensitome ter (Macbeth RD 918™) måler man de optiske densiteter for ren sort farve, sort komposittfarve og farvene cyan, magenta og gul.

Hvis ikke annet er sagt gjelder denne protokoll for alle eksemplene som omfatter denne måling.

Man har gjennomført prøvene i tabell 1 på en cellulosepapirbærer eller på et spesialpapir med et produkt bestående av 100 deler pigment som skal prøves, 15 deler PVA (polyvinylalkohol), 5 deler additiv PK-130 fra Stockhausen idet oppfyllingen er 70 m²/g spesifikk overflate, angitt som grov fyllmasse med høy spesifikk overflate.

Belegningen gjennomføres ved hjelp av en Erichsen bench coater™ apparatur på et papir som angitt i tabell 1.

De to første prøver i tabell 1 tilsvarer et ikke-pigmentbelagt papir (stivelseslim på overflaten i maskinpapiret).

De to følgende tilsvarer et papir som er behandlet med syntetiske silikater. Man ser at det er obligatorisk å benytte et spesialpapir for å oppnå en god optisk densitet.

De to siste prøver tilsvarer et papir som er belagt med blandingen ifølge oppfinnelsen. Man ser at oppfinnelsen tillater, ved sammenlignbar betrykningsdensitet, å benytte et normalpapir for svertestrålingbetrykning, det er ikke nødvendig med et mer kostbart spesialpapir.

Man kan således fastslå at oppfinnelsen er overlegen det ikke-belagte papir (1,40 mot 1,20 og 1,39 mot 1,30) og at verdien 1,40 som oppnås ifølge oppfinnelsen på et normalpapir absolutt er sammenlignbart med verdien 1,40 som oppnås i henhold til den kjente teknikk men på et spesialpapir.

TABELL 1

MÅLING AV BETRYKNINGSDENSITETEN VED SVERTESTRÅLE RESULTAT AV PRØVENE: GJENNOMSNITT AV 15 MÅLINGER

Eksempel 5:

Dette eksempel angår anvendelsen av et eventuelt behandlet kalsiumkarbonat med grove partikler men med høy spesifikk overflate, benyttet som papirfyllstoff.

For dette formål fortynnes 0,5 kg, beregnet som tørrpigment, av naturlig kalsiumkarbonat av typen norsk marmor, med en granulometri slik at 65 vekt-% av partiklene har en diameter under 1 µm, målt ved hjelp av en Sedigraf 5100 fra firma Micromeritics, og en spesifikk BET overflate på 15,5 m²/g, målt i henhold til BET metoden ifølge norm ISO 9277, i form av en dispersjon eller slurry med en tørrstoffkonsentrasjon lik 75 %, med et dispergeringsmiddel av typen natriumpolyakrylat som så fortynnes med vann for å oppnå en slurry med en tørrstoffkonsentrasjon på 20 vekt-%, i en 10 liters beholder. Derefter behandles den således dannede slurry med 20 % eller 30 % eller 40 % fosforsyre i 10 vekt-%-ig oppløsning ved 65 ºC under lett omrøring i en mengde av 30 liter/min., under atmosfærisk trykk i bunnen av beholderen i 2 timer. Efter 2 timer bobler man CO2gjennom kalsiumkarbonatsuspensjonen i 1 time.

Fyllstoffet oppviser de følgende karakteristika:

Eksempel 5A, 20 %-ig fosforsyre:

a) For pigmentet:

- midlere korndiameter, analysert visuelt under elektronmikroskop: 7 mikrometer

- spesifikk BET overflate (målt i henhold til BET metoden ifølge norm ISO 9277): 38,5 m²/g

b) For papiret:

tykkelsesmålene er:

- For prøven: 133 µm ved 75 g/m², noe som for en tykkelsesverdi på 113 µm gir 63,7 g/m²

Man ser at i denne prøve tjener man, hvis man bringer tykkelsen av papiret til en vanlig verdi på 113 µm, tjener 11,3 g/m² eller 15 vekt-% papir, noe som betyr en betydelig økonomisk og miljømessig gevinst.

Eksempel 5B 30 %-ig fosforsyre:

a) For pigmentet:

- midlere korndiameter, analysert visuelt under elektronmikroskop: 9 mikrometer

- spesifikk BET overflate (målt i henhold til BET metoden ifølge norm ISO 9277): 44,2 m²/g

b) For papiret:

tykkelsesmålene er:

- For prøven: 139 µm ved 75 g/m², noe som for en tykkelsesverdi på 113 µm gir 61,0 g/m²

Man ser at i denne prøve tjener man, hvis man bringer tykkelsen av papiret til en vanlig verdi på 113 µm, tjener 14,0 g/m² eller 18,7 vekt-% papir, noe som betyr en betydelig økonomisk og miljømessig gevinst.

Eksempel 5C 40 %-ig fosforsyre:

a) For pigmentet:

- midlere korndiameter, analysert visuelt under elektronmikroskop: 13 mikrometer

- spesifikk BET overflate (målt i henhold til BET metoden ifølge norm ISO 9277): 58,4 m²/g

b) For papiret:

tykkelsesmålene er:

- For prøven: 152 µm ved 75 g/m², noe som for en tykkelsesverdi på 113 µm gir 55,7 g/m²

Man ser at i denne prøve tjener man, hvis man bringer tykkelsen av papiret til en vanlig verdi på 113 µm, tjener 19,3 g/m² eller 257 vekt-% papir, noe som betyr en betydelig økonomisk og miljømessig gevinst.

Eksempel 6:

Dette eksempel angår en fremgangsmåte for fremstilling av et produkt ifølge oppfinnelsen, kontinuerlig og ved anvendelse av et eventuelt behandlet kalsiumkarbonat med grove partikler men med høy spesifikk BET overflate, benyttet som papirfyllstoff.

For å gjøre dette fortynnes 100 kg, beregnet som tørrpigment, naturlig kalsiumkarbonat av typen norsk marmor, med en granulometri slik at 65 vekt-% av partiklene har en diameter under 1 µm, målt ved hjelp av en Sedigraf 5100 fra firma Micromeritics, og en spesifikk BET overflate på 15,5 m²/g, målt i henhold til BET metoden ifølge normen ISO 9277 i form av en dispersjon eller slurry med en tørrstoffkonsentrasjon lik 75 % med et dispergeringsmiddel av typen natriumpolyakrylat med vann inntil det oppnås en slurry med en tørrstoffkonsentrasjon på 10 vekt-%, i en beholder på 3000 liter. Derefter behandler man den således dannede slurry med 10 % eller 20 % eller 30 % fosforsyre i rundt 15 %-ig oppløsning ved 65 ºC, kontinuerlig, i 4 celler på 25 liter ved dosering av 1⁄4 av fosforsyren til hver celle under lett omrøring og i en mengde ava 50 liter/min. under atmosfærisk trykk ved bunnen av hver celle. Oppholdstiden for produktet i hver av cellene er 15 min.

Chargen oppviser de følgende karakteristika:

Eksempel 6A, 10 %-ig fosforsyre:

a) For pigmentet:

Slurrykonsentrasjon: 7,8 %

- midlere korndiameter, målt ved hjelp av en Sedigraf 5100 fra firma Micromeritics™, 1,7 mikrometer

- spesifikk BET overflate (målt i henhold til BET metoden ifølge normen ISO 9277): 36,0 m²/g.

b) For papiret:

tykkelsesmålene er:

- For utgangsprøven, sammenligning (ikke-behandlet fyllstoff): 113 µm ved 75 g/m².

- For prøvestykket: 123 µm ved 75 g/m², noe som for en tykkelsesverdi på 113 µm gir 68,9 g/m².

Man ser i denne prøve at man, hvis man bringer tykkelsen av papiret til en vanlig verdi på 113 µm, tjener 6,1 g/m² eller 8,1 vekt-% papir, noe som betyr en betydelig økonomisk og miljømessig gevinst.

Eksempel 6B 19,1 %-ig fosforsyre:

a) For pigmentet:

Slurrykonsentrasjon: 7,8 %

- midlere korndiameter, målt ved hjelp av en Sedigraf 5100 fra firma Micromeritics™, 12 mikrometer

- spesifikk BET overflate (målt i henhold til BET metoden ifølge normen ISO 9277): 49,9 m²/g.

b) For papiret:

tykkelsesmålene er:

- For prøvestykket: 135 µm ved 75 g/m², noe som for en tykkelsesverdi på 113 µm gir 62,8 g/m².

Man ser i denne prøve at man, hvis man bringer tykkelsen av papiret til en vanlig verdi på 113 µm, tjener 12,2 g/m² eller 16,6 vekt-% papir, noe som betyr en betydelig økonomisk og miljømessig gevinst.

Eksempel 6C 30 %-ig fosforsyre:

a) For pigmentet:

Slurrykonsentrasjon: 17,9 %

- spesifikk BET overflate (målt i henhold til BET metoden ifølge normen ISO 9277): 45,7 m²/g.

b) For papiret:

tykkelsesmålene er:

- For prøvestykket: 158 µm ved 75 g/m², noe som for en tykkelsesverdi på 113 µm gir 53,6 g/m².

Man ser i denne prøve at man, hvis man bringer tykkelsen av papiret til en vanlig verdi på 113 µm, tjener 21,4 g/m² eller 28,5 vekt-% papir, noe som betyr en betydelig økonomisk og miljømessig gevinst.

Eksempel 6D:

Dette eksempel angår en fremgangsmåte for fremstilling av et produkt ifølge oppfinnelsen kontinuerlig under anvendelse av eventuelt behandlet kalsiumkarbonat med grove partikler men med høy spesifikk BET overflate, benyttet som papirfyllstoff.

For å gjøre dette fortynner man 100 kg, beregnet som tørrpigment, naturlig kalsiumkarbonat av typen norsk marmor, med en granulometri slik at 65 vekt-% av partiklene har en diameter under 1 µm, målt ved hjelp av en Sedigraf 5100 fra firma Micromeritics, og en spesifikk BET overflate på 15,5 m²/g, målt i henhold til BET metoden ifølge normen ISO 9277, i form av en dispersjon eller slurry med en tørrstoffkonsentrasjon lik 75 vekt-% med et dispergerinsmiddel av typen natriumpolyaspartinsyre, med vann inntil det oppnås en slurry hvis tørrstoffkonsentrasjon er 10 vekt-%, i beholderen på 3000 liter. Derefter behandler man den således dannede slurry med 10 % eller 20 % eller 30 % fosforsyre i ca.15 vekt-%-ig oppløsning, ved 65 ºC, kontinuerlig i 4 celler på 25 liter idet det doseres inn 1⁄4 av fosforsyren i hver celle under lett omrøring og i en mengde av 50 liter/min. under atmosfærisk trykk ved bunnen av hver celle. Oppholdstiden for produktet i hver celle er 15 min.

Fyllstoffet oppviser følgende egenskaper:

a) For pigmentet:

Slurrykonsentrasjon: 8,9 %

- midlere korndiameter, målt ved hjelp av en Sedigraf 5100 fra firma Micromeritics™, 1,9 mikrometer

- spesifikk BET overflate (målt i henhold til BET metoden ifølge normen ISO 9277): 39,1 m²/g.

b) For papiret:

tykkelsesmålene er:

- For prøvestykket: 123 µm ved 75 g/m², noe som for en tykkelsesverdi på 113 µm gir 68,8 g/m².

Man ser i denne prøve at man, hvis man bringer tykkelsen av papiret til en vanlig verdi på 113 µm, tjener 6,2 g/m² eller 8,1 vekt-% papir, noe som betyr en betydelig økonomisk og miljømessig gevinst.

Eksempel 7:

Dette eksempel angår anvendelsen av en blanding av behandlet/ikke-behandlet kalsiumkarbonat som fyllstoff i papirmasse.

a) Fremstilling av behandlet pigment:

Man fortynner 0,6 kg, beregnet som tørrpigment, av naturlig kalsiumkarbonat av typen norsk marmor med en granulometri slik at 65 vekt-% av partiklene har en diameter under 1 mikrometer, målt ved hjelp av en Sedigraf 5100 fra firma Micromeritics™, og en spesifikk BET overflate på 8,4 m²/g, målt i henhold til BET metoden ifølge normen ISO 9277, i form av en dispersjon eller slurry med en tørrstoffkonsentrasjon lik 20 % hvorefter man fortynner med vann til det oppnås en slurry med en tørrstoffkonsentrasjon på 10,2 %, i beholderen på 1 liter. Derefter behandler man den således dannede slurry med 70 % fosforsyre i 10 vekt-%-ig oppløsning ved 60 ºC under omrøring i 1 timer. Efter 1 time bobler man CO2gjennom suspensjonen av kalsiumkarbonat i 0,5 timer.

b) Fremstilling av blandingen av behandlet og ikke-behandlet pigment: man behandler under omrøring i 15 min.

Fyllstoffene oppviser følgende karakteristiske egenskaper:

Eksempel 7A, 100 % behandlet pigment:

a) For pigmentet:

- granulometri slik at 21 vekt-% av partiklene har en diameter under 1 mikrometer, målt ved hjelp av en Sedigraf 5100™ fra firma Micromeritics. - spesifikk BET overflate (målt i henhold til BET metoden ifølge normen ISO 9277): 44,5 m²/g.

b) For papiret:

tykkelsesmålene er:

- For utgangsprøven, sammenligning (ikke-behandlet fyllstoff): 115 µm ved 75 g/m².

- For prøvestykket: 162 µm ved 75 g/m², noe som for en tykkelsesverdi på 115 µm gir 52,2 g/m².

Man ser i denne prøve at man, hvis man bringer tykkelsen av papiret til en vanlig verdi på 115 µm, tjener 22,7 g/m² eller 30,3 vekt-% papir, noe som betyr en betydelig økonomisk og miljømessig gevinst.

Eksempel 7B, 21,5 % behandlet pigment fra eksempel 7A og 78,5 % ikkebehandlet pigment:

Resultat:

a) For pigmentet:

- granulometri slik at 63 vekt-% av partiklene har en diameter under 1 mikrometer, målt ved hjelp av en Sedigraf 5100™ fra firma Micromeritics - spesifikk BET overflate (målt i henhold til BET metoden ifølge normen ISO 9277): 15,5 m²/g.

b) For papiret:

tykkelsesmålene er:

- For prøvestykket: 124 µm ved 75 g/m², noe som for en tykkelsesverdi på 115 µm gir 69,5 g/m².

Man ser i denne prøve at man, hvis man bringer tykkelsen av papiret til en vanlig verdi på 115 µm, tjener 5,5 g/m² eller 7,3 vekt-% papir, noe som betyr en betydelig økonomisk og miljømessig gevinst.

Eksempel 7C, 35,5 % behandlet pigment fra eksempel 7A og 64,5 % ikkebehandlet pigment:

a) For blandingen av pigmenter:

- granulometri slik at 60,0 vekt-% av partiklene har en diameter under 1 mikrometer, målt ved hjelp av en Sedigraf 5100™ fra firma Micromeritics - spesifikk BET overflate (målt i henhold til BET metoden ifølge normen ISO 9277): 20,0 m²/g.

b) For papiret:

tykkelsesmålene er:

- For prøvestykket: 130 µm ved 75 g/m², noe som for en tykkelsesverdi på 115 µm gir 66,3 g/m².

Man ser i denne prøve at man, hvis man bringer tykkelsen av papiret til en vanlig verdi på 115 µm, tjener 8,7 g/m² eller 11,6 vekt-% papir, noe som betyr en betydelig økonomisk og miljømessig gevinst.

Eksempel 7D, 50,0 % behandlet pigment fra eksempel 7A og 50,0 % ikkebehandlet pigment:

a) For blandingen av pigmenter:

- granulometri slik at 42,0 vekt-% av partiklene har en diameter under 1 mikron, målt ved hjelp av en Sedigraf 5100™ fra firma Micromeritics

- spesifikk BET overflate (målt i henhold til BET metoden ifølge normen ISO 9277): 28,0 m²/g.

b) For papiret:

tykkelsesmålene er:

- For prøvestykket: 137 µm ved 75 g/m², noe som for en tykkelsesverdi på 115 µm gir 62,9 g/m².

Man ser i denne prøve at man, hvis man bringer tykkelsen av papiret til en vanlig verdi på 115 µm, tjener 12,1 g/m² eller 16,0 vekt-% papir, noe som betyr en betydelig økonomisk og miljømessig gevinst.

Eksempel 8:

Dette eksempel angår anvendelsen i maling av et behandlet eller ikke-behandlet kalsiumkarbonat.

For å gjøre dette fortynner man 5 tonn, beregnet som tørrpigment, naturlig kalsiumkarbonat av typen norsk marmor og med en granulometri slik at 70 vekt-% av partiklene har en diameter under 1 µm, målt ved hjelp av Sedigraf 5100 fra firma Micromeritics, i form av en filterkake, inntil det oppnås en slurry med en konsentrasjon av tørrstoff på 25 vekt-%, med destillert vann, i en beholder på 45 m³. Derefter behandler man den således dannede slurry ved hjelp av fosforsyre med 10 %-ig oppløsning tilsvarende 0,20 mol H3O<+>per mol CaCO3, ved 60 ºC og under omrøring i 2 timer ved 200 omdreininger per minutt.

Efter 2 timer bobler man CO2under et overtrykk på 50 mbar gjennom suspensjonen av kalsiumkarbonat i 5 timer slik at volumforholdet suspensjonen:gassformig CO2er lik rundt 1:0,15.

Efter 24 timers oppbevaring tørkes denne slurry ved spraytørking og det dannes en malingsemulsjon som som fyllstoff inneholder tørt kalsiumkarbonat som skal testes.

Prosedyre for å fremstille malingen:

I en dispenser på 1 m³ fremstilles malingen ved i vann å dispergere additivene og pigmentene i 10 min. ved omrøring ved 3000 omdreininger/minutt som så reduseres til 1000 omdreininger/minutt hvorefter lateks tilsettes. Det hele dispergeres i ytterligere 10 min.

Malingsformulering:

Resultatene for malingen der sammenligningen er en maling i vandig emulsjon med 18 % TiO2:

Hvithet (DIn 53140) (Sammenligning)

18 % TiO2 15,3 % TiO2 12,6 % TiO2 (væsketykkelse 300 µm)

Ry på hvitt 90,8 % 91,1 % 91,2 % Ry på svart 89,2 % 89,6 % 89,7 %

Opasitet (ISO 2814) 98,3 % 98,4 % 98,4 % Ry på svart:Ry på hvitt – 100

Tykkelse for tørrfilm 104 µm 113 µm 112 µm Vekt av tørrfilm 177 g/m² 166 g/m² 163 g/m²

Man ser at i denne prøve og for å realisere en tykkelse på 104 µm som sammenligning er vekten av filmen med kalsiumkarbonatet ifølge oppfinnelsen kun 153 g/m² og 151 g/m² respektivt mot 177 g/m², og, hvis man bringer tykkelsen av malingen til en fellesverdi på 104 µm, tjener man 24 g/m² henholdsvis 26 g/m² eller 13,5 % henholdsvis 14,7 % på vektbasis av malingen, noe som betyr en vesentlig økonomisk og miljømessig fordel.

Claims

Patentkrav

1.

Fremgangsmåte for behandling av pigmenter, fyllstoffer eller mineraler i vandig suspensjon, inneholdende et naturlig karbonat som tillater å redusere vekten av papir ved konstant overflate, k a r a k t e r i s e r t v e d at

- den består av de følgende 3 trinn:

- konsentrasjonen av gassformig CO2 i suspensjonen på volumbasis er slik at volumforholdet suspensjon:gassformig CO2 ligger mellom 1:0,05 og 1:20 idet forholdet ligger mellom 1:1 og 1:20 i trinn a) og mellom 1:0,05 og 1:1 i trinn b),

c) økning av pH-verdien, målt ved 20 ºC, til over 7,5, i et tidsintervall etter slutten av trinnene a) og b) på mellom 1 time og 10 timer, fortrinnsvis mellom 1 time og 5 timer, uten tilsetning av base, eller umiddelbart etter slutten av trinnene a) og b) med tilsetning av en base, idet trinn c) er det siste trinn i prosessen.

2.

Fremgangsmåte for behandling av pigmenter, fyllstoffer eller mineraler i vandig suspensjon, inneholdende et naturlig karbonat som tillater å redusere vekten av papir ved konstant overflate ifølge krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d at det gassformige CO2 stammer fra ekstern tilmatning av CO2, en resirkulering av CO2 eller den kontinuerlige tilsetning av den samme middels sterke til sterke H3O<+>ion donor som den som tjener som behandling, eller fra en annen middels sterk til sterk H3O<+>ion donor, eller et overtrykk av CO2 fortrinnsvis mellom 0,05x10<5>Pa og 5x10<5>Pa.

3.

Fremgangsmåte for behandling av pigmenter, fyllstoffer eller mineraler i vandig suspensjon, inneholdende et naturlig karbonat som tillater å redusere vekten av papir ved konstant overflate ifølge krav 1 eller 2, k a r a k t e r i s e r t v e d at trinnene a) og b) kan gjentas flere ganger.

4.

Fremgangsmåte for behandling av pigmenter, fyllstoffer eller mineraler i vandig suspensjon, inneholdende et naturlig karbonat som tillater å redusere vekten av papir ved konstant overflate ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 3, k a r a k -t e r i s e r t v e d at pH-verdien, målt ved 20 ºC, ligger mellom 3 og 7,5 under trinnene a) og b) for behandling og ved at temperaturen ved behandlingen ligger mellom 5 ºC og 90 ºC, fortrinnsvis mellom 45 ºC og 60 ºC.

5.

Fremgangsmåte for behandling av pigmenter, fyllstoffer eller mineraler i vandig suspensjon, inneholdende et naturlig karbonat som tillater å redusere vekten av papir ved konstant overflate ifølge krav 4, k a r a k t e r i s e r t v e d at konsentrasjonen av gassformig CO2i suspensjonen på volumbasis er slik at volumforholdet suspensjon:gassformig CO2ligger mellom 1:0,05 og 1:10 idet forholdet ligger mellom 1:0,5 og 1:10 i trinn a) og mellom 1:0,05 og 1:1 i trinn b).

6.

Fremgangsmåte for behandling av pigmenter, fyllstoffer eller mineraler i vandig suspensjon, inneholdende et naturlig karbonat som tillater å redusere vekten av papir ved konstant overflate ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 5, k a r a k -t e r i s e r t v e d at varigheten av trinn b) i behandlingen varer fra 0 timer til 10 timer og fortrinnsvis mellom 2 og 6 timer.

7.

Fremgangsmåte for behandling av pigmenter, fyllstoffer eller mineraler i vandig suspensjon, inneholdende et naturlig karbonat som tillater å redusere vekten av papir ved konstant overflate ifølge et hvilket som helst av kravene1 til 6, k a r a k -t e r i s e r t v e d at pigmentet, fyllstoffet eller mineralet inneholdende et naturlig karbonat er valgt blant naturlig kalsiumkarbonat eller et karbonat inneholdende en dolomitt eller blandinger derav med talkum, og/eller kaolin, og/eller titandioksid TiO2, magnesiumoksid MgO, og andre mineraler som er inerte vis-a-vis de middels sterke til sterke H3O<+>ion donorer.

8.

Fremgangsmåte for behandling av pigmenter, fyllstoffer eller mineraler i vandig suspensjon, inneholdende et naturlig karbonat som tillater å redusere vekten av papir ved konstant overflate ifølge krav 7, k a r a k t e r i s e r t v e d at det naturlige kalsiumkarbonat er valgt blant marmor, kalsitt eller kritt eller et karbonat inneholdende dolomitt.

9.

Fremgangsmåte for behandling av pigmenter, fyllstoffer eller mineraler i vandig suspensjon, inneholdende et naturlig karbonat som tillater å redusere vekten av papir ved konstant overflate ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 8, k a r a k -t e r i s e r t v e d at den eller de sterke H3O<+>ion donorer er valgt blant saltsyre eller svovelsyre og ved at den eller de middels sterke H3O<+>ion donorer er valgt blant H2SO3, HSO4-, H3PO4eller oksalsyre, eller blandinger derav.

10.

Fremgangsmåte for behandling av pigmenter, fyllstoffer eller mineraler i vandig suspensjon, inneholdende et naturlig karbonat som tillater å redusere vekten av papir ved konstant overflate ifølge krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d at det etter de tre behandlingstrinn ifølge krav 1, anvendes et dispergeringsmiddel og eventuelt et rekonsentreringstrinn.