PL170873B1

PL170873B1 - Method of obtaining precipitated calcium carbonate in the form of clusters

Info

Publication number: PL170873B1
Application number: PL93305302A
Authority: PL
Inventors: Vicki J Kroc; George H Fairchild
Original assignee: Minerals Tech Inc
Priority date: 1992-04-03
Filing date: 1993-03-12
Publication date: 1997-01-31
Also published as: US5695733A; BR9306159A; WO1993020010A1; KR950700856A; MX9301767A; JPH07509684A; EP0633864A1; TW251326B; FI944355A7; AU3920493A; FI944355L; AU671990B2; CA2133472A1; FI944355A0

Abstract

1. Sposób wytwarzania stracanego weglanu wapnia w postaci gron czastek kalcytu, których znaczna czesc ma morfologie pryzmatyczna, a wspomniane grona maja srednia srednice równowaznej kuli pomiedzy okolo 1,5 a okolo 3,5 mikronów i, powierzchnie wlasciwa pomiedzy okolo 2,0 a okolo 9,0 m2/g, znamienny tym, ze do mieszaniny reakcyjnej zawierajacej material zaszczepiajacy o czastkach skalenoedralnych o sredniej srednicy równowaznej kuli pomiedzy okolo 1,0 a okolo 1,8 mikrona, dodaje sie wapno, wprowadzajac jednoczesnie dwutlenek wegla, przy czym szybkosc doprowadzania tego wapna i dwutlenku wegla dobiera sie tak, aby regulowac przewodnosc wlasciwa roztworu mieszaniny reakcyjnej na poziomie okolo 2,0 do okolo 4,0 mS, wytwarzajac wspomniane grona czastek kalcytu. PL PL PL PL

Description

Wynalazek dotyczy sposobu wytwarzania strącanych cząstek węglanu wapnia w postaci gron, których istotna część ma morfologię pryzmatyczną.

Cząstki węglanu wapnia o różnych rozmiarach i kształtach należą do najużyteczniejszych

W sztuce w ytwarzania papieru. Cząstki te można z grubsza podzielić na dwie grupy, a mianowicie: cząstki naturalnego węglanu wapnia i cząstki strącanego węglanu wapnia. Naturalny węglan wapnia wytwarza się przez mechaniczne mielenie wapienia na cząstki o rozmiarach zaledwie 0,5 mikronów, chociaż mielenie wapienia do rozmiarów poniżej jednego mikrona jest niezmiernie trudne. Z reguły, cząstki mielonego wapienia mają bardzo nieregularny kształt, i zwykle wykazują szeroki rozkład rozmiarów cząstek.

Ogólne sposoby wytwarzania strącanych węglanów wapnia są związane z gaszeniem wapna (tlenku wapnia), temperaturą nasycania dwutlenkiem węgla, i szybkością wprowadzania dwutlenku węgla do gaszonego wapna. Przez odpowiednie regulowanie środowiska roztworu, wytwarza się kalcyt, aragonit lub wateryt W zależności od warunków otoczenia, kalcyt może mieć pokrój kryształu pryzmatyczny, skalenoedryczny lub romboedryczny. Aragonit jest iglasty i przybiera postać albo pojedynczych albo gronowych igieł. Wateryt jest zwykle kulisty, ale jest nietrwały i łatwo pizekształca się w kalcyt. Morfologie kryształów produktów są określone przez stężenie jonów wapniowych i hydroksylowych w środowisku konkretnego roztworu podczas zarodkowania i wzrostu kryształów węglanu wapnia.

Regulowanie rozmiarów przez zmianę warunków gaszenia i nasycania dwutlenkiem węgla jest zwykle ściśle związane z powstającą morfologią i zwykle jest ograniczone dla każdego produktu do stosunkowo wąskiego zakresu.

Na morfologię i rozmiar często znacznie wpływa dodawanie różnych dodatków do wapna gaszonego. Zilustrowano to w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 714 603, w którym opisano syntezę prowadzącą do wytwarzania kulistych cząstek kalcytu, w której do gaszonego wapna przed wprowadzeniem dwutlenku węgla dodaje się rozpuszczony polifosforan. Ujawniono rozmiary cząstek pomiędzy 2,5 a 10,0 mikronów, przy czym rozmiar zależy od ilości dodanego polifosforanu.

Stwierdzono również, że inne dodatki, takie jak wielozasadowe kwasy organiczne i polisacharydy wywierają pewne działanie regulujące rozmiar cząstek, gdy dodaje się je do wapna przed nasycaniem dwutlenkiem węgla, przy czym działanie to zależy od źródła, wieku i czystości stosowanego wapna.

W japońskim opisie patentowym Kokar nr 90-30614 ujawniono sposób wytwarzania regularnego proszku węglanu wapnia przez przedmuchiwanie zawiesiny mleka wapiennego w temperaturze 5 - 20°C gazem zawierającym 10 - 40% objętościowych CO2, następnie filtrację i odwadnianie osadu. Roztwór z filtracji i odwadniania używa się następnie ponownie w procesie.

W opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 367 207 (Vanderheiden) ujawniono sposób wytwarzania subtelnie rozdrobnionego strącanego kalcytu przez dodawanie do zawiesiny mleka wapiennego polielektrolitu organicznego polifosfonianu, i następnie dodawanie do zawiesiny w temperaturze wyjściowej pomiędzy 7°C a 18°C gazowego dwutlenku węgla. Otrzymany subtelnie rozdrobniony strącany kalcyt ma średni rozmiar cząstek poniżej około 0,03 mikrona.

Stabilizowaną kwasem postać węglanu wapnia ujawniono w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 5 043 017 (Passaretti). Stanowi on mieszaninę zawierającą subtelnie rozdrobniony węglan wapnia, do którego dodano środek chelatujący wapń i sprzęgającą zasadę, z następnym dodaniem słabego kwasu, takiego jak kwas fosforowy.

Katayama i inni w opublikowanym opisie europejskiego zgłoszenia patentowego nr EP 406 662 ujawnił sposób wytwarzania węglanu wapnia o postaci kryształów aragonitu przez wstępne mieszanie aragonitowych kryształów węglanu wapnia z Ca(OH)2 w celu wytworzenia wodnej zawiesiny, dodanie do tej wodnej zawiesiny rozpuszczalnego w wodzie związku kwasu fosforowego, i wprowadzanie do wodnej zawiesiny gazowego CO2, aby spowodować nasycenie dwutlenkiem węgla. Powstała aragonitowa krystaliczna postać węglanu wapnia ma duże rozmiary cząstek 1 iglasty kształt, mając dłuższą średnicę 10 do 100 mikronów i krótszą średnicę 0,5 do 4,0 mikronów.

170 873

W japońskim opisie patentowym Kokai nr 89-301510 opisano wytwarzanie węglanu wapnia o kształcie wrzecionowatym przez dodawanie polisacharydów, H2SO4 i/lub ich soli podczas nasycania mleka wapiennego dwutlenkiem węgla.

Δ nt* ΤΟΠ ΠΟ A π /-\r»\'TTh Ή j « z j wi m _/ ^\s uuiji^iyl0 ni ii

ΛΪ7 /-noicna nnfantruwm w vpid^ ραΐνηιυ w j in Ol onń»/ ΤιΑ/1ηΛΓ7ηην uuv *» j»vv<jv·· Ul CWL·

Waldecka, ujawniono sposób wytwarzania ziarnistego szorstkiego pryzmatycznego kalcytowego węglanu wapnia, polegający na nasycaniu dwutlenkiem węgla zawiesiny mleka wapiennego w wyjściowej temperaturze poniżej 20°C az do rozpoczęcia krystalizacji kalcytu, a następnie pozwolenia na wzrost temperatury mieszaniny reakcyjnej do pomiędzy około 30 a 45°C.

W opisie brytyjskiego zgłoszenia patentowego nr 2 145 074A (Shiraishi) ujawniono sposób wytwarzania cząstek aragonitu o kształcie od igieł do słupków, nieregularnych i trójwymiarowo bliźniaczo podobnych. Średnia długość cząstek aragonitu wynosi od 0,3 do 6 mikronów. W sposobie tym stosuje się zarodki kryształów aragonitu, do których dodaje się zawiesinę Ca(OH)₂ i gaz zawierający CO2.

Jak stwierdzono, węglan wapnia, a zwłaszcza strącany węglan wapnia (PCC) ma szerokie zastosowanie do wytwarzania papieru jako wypełniacz, przy czym użycie takich wypełniaczy jest ograniczone ze względu na koszt. Jeśli o to chodzi, masa celulozowa z drewna jest znacznie droższa niż materiały wypełniające; dlatego im więcej wypełniacza mogą stosować wytwórcy papieru, tym niższy jest koszt gotowego produktu. PCC ma także inne zalety. Ma on tendencję do zwiększania żywotności produktów papierowych, gdyż gdy stosuje się PCC zwykle unika się stosowania kwasu. Ma on także tendencję do nadawania papierowi większej nieprzezroczystości, co jest zwykle pożądane, np. im mniej światła będzie przechodzić przez papier, tym zwykle lepsza jest przydatność handlowa produktu.

Stosowanie materiałów wypełniających, takich jak PCC ma jednak także poważną wadę, polegającą na tym, że wytrzymałość papieru maleje bezpośrednio proporcjonalnie do ilości stosowanego wypełniacza. I tak, w przemyśle papierniczym prowadzi się ciągle poszukiwanie nowych materiałów wypełniających, które będą równoważyć aspekt zmniejszenia kosztów stosowania materiałów wypełniających, np. PCC, z jego działaniem zmniejszającym wytrzymałość. Stwierdzono, że zwiększając rozmiar cząstek materiału wypełniającego, stanowiącego PCC, wadę tę nieco wyrównuje się; wytrzymałość papieru wzrasta wprost proporcjonalnie do rozmiarów cząstek materiału wypełniającego. To pożądane działanie jest jednak następnie równoważone przez towarzyszącą mu stratę nieprzezroczystości papieru, również niemal wprost proporcjonalną do stosowanego rozmiaru cząstek. Tak więc, pierwszą troską przemysłu > papierniczego pozostaje zapotrzebowanie na ulepszone wypełniacze PCC, zapewniające lepszą równowagę pomiędzy minimalizacją utraty wytrzymałości papieru, do którego dodaje się wypełniacz, a zachowaniem doskonałych wartości optycznych.

Zgodnie z wynalazkiem wytwarza się cząstki strącanego węglanu wapnia o unikalnym pokroju (i określonym średnim rozmiarze średnicy równoważnej kuli), wpływające na poprawę właściwości papieru, do którego są dodawane jako wypełniacz, obejmujących poprawę równowagi pomiędzy wytrzymałością a nieprzezroczystością.

Dokładniej, cząstki PCC wytwarzane sposobem według wynalazku mają postać gron lub skupisk cząstek kalcytu, w których istotna część tych cząstek, rzędu co najmniej około 25% (w przeliczeniu na całkowitą liczbę cząstek), ale korzystnie ponad 50%, ma morfologię pryzmatyczną, przy czym grona te ponadto charakteryzują się średnią średnicą równoważnej kuli wynoszącą pomiędzy około 1,5 a około 3,5 mikronów, i powierzchnią właściwą pomiędzy około 2,0 a około 9,0 m“/g.

Stwierdzono, że wspomniane poprzednio cząstki PCC w postaci gron można wytwarzać regulowanym, dwuetapowym sposobem. W najszerszym kontekście, sposób ten obejmuje pierwszy etap tworzenia mieszaniny reakcyjnej zawierającej materiał zaszczepiający, składający się ze skalenoedralnych cząstek PCC o średniej średnicy równoważnej kuli wynoszącej pomiędzy około 1,0 a około 1,8 mikronów. Jako drugi etap, do mieszaniny reakcyjnej zawierającej wspomniany poprzednio materiał zaszczepiający wprowadza się dalszą ilość wapna (wodorotlenku wapnia lub tlenku wapnia), równocześnie z dwutlenkiem węgla. Szybkości przepływu dodawanego wapna 1 dwutlenku węgla są tak dobrane, aby regulować przewodność właściwą powstałej mieszaniny reakcyjnej tak, by wynosiła ona pomiędzy około 2,0 a około 4,0 mS.

170 873

Tworzenie się unikalnych gron cząstek PCC w sposobie według wynalazku o wspomnianej poprzednio proporcji pryzmatycznej morfologii jest tak nieoczekiwane jak nieoczekiwane są właściwości tych gron, gdy stosuje się je jako wypełniacz w procesie wytwarzania papieru.

Ulepszone produkty papierowe, zawierające w sobie cząstki PCC wytwarzane sposobem według wynalazku w postaci gron, które charakteryzują się dużą wytrzymałością i pożądaną meprzezroczystością, i mają dalsze nieoczekiwane zalety, takiejak mniejszy koszt w porównaniu ze stosowaniem innych wysoce wzmacniających wypełniaczy, gdyż proces ich wytwarzania w zasadzie nie wymaga chłodzenia ani dodatkowych urządzeń produkcyjnych.

Figura 1 przedstawia wykres, porównujący wpływ trzech reprezentatywnych produktów wytwarzanych sposobem według wynalazku, oznaczonych, odpowiednio, PCC-CP-2, PCC-CP-5 i PCC-CP-6, na wytrzymałość impregnowanego nimi papieru, z wpływem skaienoedralnego PCC, oznaczonego PCC-S, i pryzmatycznego PCC o oddzielnych cząstkach, oznaczonego PCC-P, na wytrzymałość impregnowanego nimi papieru.

Figura 2 przedstawia wykres, porównujący wpływ trzech reprezentatywnych produktów wytwarzanych sposobem według wynalazku, wskazanych na fig. 1, na nieprzezroczystość impregnowanego nimi papieru, z wpływem PCC-S i PCC-P, z fig. 1, na nieprzezroczystość impregnowanego nimi papieru.

Figura 3 przedstawia wykres, porównujący wpływ trzech reprezentatywnych produktów wytwarzanych sposobem według wynalazku, wskazanych na fig. 1, na zaklejanie impregnowanego mmi papieru, z wpływem PCC-S i PCC-P, z fig. 1, na zaklejanie impregnowanego nimi papieru.

Figura 4 przedstawia mikrofotografię, wykonaną przy powiększeniu 10000x, wskazujacą morfologię PCC-S z fig. 1 - 3.

Figura 5 przedstawia mikrofotografię, wykonaną przy powiększeniu 10000x, wskazującą morfologię PCC-P z fig. 1-35.

Figura 6 przedstawia mikrofotografię, wykonaną przy powiększeniu 10000x, wskazującą morfologię typowego pryzmatycznego PCC w postaci gron wytwarzanych sposobem według wynalazku.

Jak podano dotychczas, cząstki PCC wytwarzane sposobem według wynalazku są związane razem w konfigurację lub wzór grona. Przedstawiono to na fig. 6, która będzie ponownie powoływana dalej. Jak widać na mikrofotografii, przedstawionej na tej figurze, cząstki PCC są związane razem w grono lub agregat, a nie mają charakteru oddzielnych cząstek. Ograniczającym aspektem tej konfiguracji lub wzoru jest to, że znaczna część związanych cząstek ma morfologię pryzmatyczną. W praktyce tego wynalazku, znaczna część oznacza wartość procentową rzędu co najmniej około 25%. Korzystne jest jednak, dla uzyskania najlepszej równowagi pomiędzy wytrzymałością a nieprzezroczystością papieru, aby procentowa zawartość cząstek pryzmatycznych w gronie lub agregacie wynosiła około 50% lub więcej.

Stwierdzono także, że średnie średnice równoważnej kuli (określona tu dalej jako AESD) gron wytwarzanych sposobem według wynalazku wynoszą pomiędzy około 1,5 a około 3,5 mikrona, a ich powierzchnia właściwa wynosi pomiędzy około 2,0 a 9,0 m²/g. Grona o AESD około 2,0 do około 2,6, i powierzchni właściwej od około 3 do około 6 m2/g są szczególnie pożądane w zastosowaniach przemysłowych.

Wspomniane poprzednio cząstki PCC wytwarza się sposobem obejmującym pierwszy etap tworzenia mieszaniny reakcyjnej zawierającej materiał zaszczepiający, składający się z oddzielnych skalenoedralnych cząstek PCC o AESD pomiędzy około 1,0 a około 1.8 mikrona. Chociaż do wytwarzania takich cząstek o podanej poprzednio AESD można stosować dowolny sposób, znany w technice, stwierdzono, że korzystnie tworzy się takie cząstki, wprowadzając dwutlenek węgla do wodnej zawiesiny wodorotlenku wapnia, przy czym wprowadzanie dwutlenku węgla początkowo rozpoczyna się w temperaturze pomiędzy około 20°C a około 50°C, zaś najbardziej odpowiedni jest zakres temperatury pomiędzy 30°C a 50°C.

Drugi etap sposobu wytwarzania cząstek PCC obejmuje dodawanie do mieszaniny reakcyjnej z pierwszego etapu, zawierającej skalenoedralny materiał zaszczepiający, dodatkowej ilości wapna w tym samym czasie, w którym doprowadza się dwutlenek węgla, to znaczy jednocześnie. Dalszą ograniczającą cechą tego etapu jest to, że szybkości przepływu dodawanego

170 873 wapna i dwutlenku węgla są tak dobrane, aby regulować przewodność właściwą powstałej mieszaniny reakcyjnej tak, by wynosiły one pomiędzy około 2,0 a około 4,0 mS; korzystna jest przewodność właściwa roztworu pomiędzy około 2,5 a 3,5 mS, a najkorzystniejsza około 3,0 mS.

ΛΑΖ Ηηκτί m nrter\jp- mipC7 aninv nip tpct narQmrżrznaa ΐ mniry ί o

U V J ni UlU^UU <-n« ialU. w. n n — i n j J‘*vj mw j w u i ί iiwomuM » H « J/jU U. J określać empirycznie, np. na podstawie wzrostu i tworzenia się cząstek PCC w postaci gron j wspomnianej poprzednio morfologii, AESD gron i wartości powierzchni właściwej. Stwierdzono także, ze drugi etap procesu w sposobie według wynalazku zwykle prowadzi się w temperaturze w zakresie pomiędzy około 40°C a 70°C.

Wapno dodawane w drugim etapie może także pochodzić z różnych źródeł, takich jak (a) część szarży zawiesiny wodnej wodorotlenku wapnia nie zużytej w pierwszym etapie, (b) z innego źródła zawiesiny wodnej, innego niż stosowana w pierwszym etapie, i (c) wapno bezwodne, takie jak żwir lub granulowane wapno palone (CaO), wytwarzane przez prażenie wapienia. Stosowanie wapna palonego nie jest tak korzystne jak stosowanie wodnej zawiesiny wapna, gdyż większość obecnych sposobów wytwarzania PCC wymaga stosowania w etapie nasycania dwutlenkiem węgla wodnej zawiesiny wapna. Jednak mogłoby ono być korzystne w sytuacji, gdy pożądane jest minimalizowanie stosowania wody w zawiesinie PCC, np., gdy pożądane jest zwiększenie zawartości stałego PCC w zawiesinie.

Należy zauważyć, że nieoczekiwane było 1j, iż cząstki PCC w postaci gron mogły tworzyć się pod koniec drugiego etapu. Uważano, że tylko większe, odosobnione skalenohedralne cząstki mogą powstawać lub wzrastać w warunkach wspomnianego poprzednio drugiego etapu procesu.

Należy także zauważyć, że chociaż krytyczne jest to, że cj najmniej znaczna część cząstek związanych razem w grona lub agregaty wytwarzanych sposobem według wynalazku ma morfologię pryzmatyczną, podczas gdy morfologia pozostałych cząstek związanych ze wspomnianymi gronami lub agregatami może mieć morfologię romboedryczną lub skalenoedryczną. Jak wskazano poprzednio, znaczna część w kontekście tego wynalazku oznacza co najmniej około 25% (w przeliczeniu na całkowitą liczbę cząstek). Poniżej 25%, utworzony produkt będzie zachowywać się zasadniczo w taki sam sposób jak skalenoedralny PCC o zasadniczo takiej samej AESD.

Pożądane jest także, aby zarówno pierwszy jak i drugi etap według wynalazku prowadzić w warunkach mieszania, aby zwiększyć skuteczność wzajemnego oddziaływania pomiędzy reaktywnymi składnikami mieszaniny reakcyjnej.

Istnieją pewne dodatkowe zmienne, występujące we wszystkich znanych sposobach wytwarzania cząstek PCC, które mogą wywierać pewien wpływ na kształt i rozmiar wytwarzanych cząstek. W praktyce tego wynalazku, zmienne te nie są krytyczne i można je dobrać empirycznie. Np., charakterystyka wapna może zmieniać się w zależności od źródła; takie zmiany gatunku wapna mogą się nieco odbić na rozmiarach cząstek PCC.

Gdy we wspomnianym pierwszym etapie sposobu według wynalazku ma być stosowany wodorotlenek wapnia, przydatne jest usuwanie niegaszonego wapna i innych zanieczyszczeń z tej zawiesiny przed wprowadzeniem jej do reaktora. W pierwszym etapie wytwarzania materiału zaszczepiającego można następnie stosować około 30 do około 80% tej przepuszczonej przez sito zawiesiny; pozostałość przepuszczonej przez sito zawiesiny można następnie dodawać w drugim etapie sposobu według wynalazku. W zwykłym sposobie postępowania, gazowy dwutlenek węgla przepuszcza się następnie w postaci pęcherzyków przez wspomnianą poprzednio przepuszczoną przez sito zawiesinę z pierwszego etapu z regulowaną szybkością, aż przewodność właściwa mieszaniny reakcyjnej ulegnie zminimalizowaniu (to znaczy osiągnie minimum), i osiągnie się pH pomiędzy 7,0 a 8,5. W drugim etapie sposobu według wynalazku, strumień gazowego dwutlenku węgla wprowadza się równocześnie z równoważną ilością przepuszczonej przez sito wodnej zawiesiny wodorotlenek wapnia i dopływ gazowego dwutlenku węgla następnie kontynuuje się zwykle, aż przewodność właściwa roztworu w mieszaninie reakcyjnej w drugim etapie lub etapie wzrostu ulegnie zminimalizowaniu, i osiągnie się pH pomiędzy 7 a 8.

Chociaż dla sposobu według wynalazku stosowanie gazowego dwutlenku węgla jest najbardziej typowe, albo w etapie pierwszym albo w etapie drugim sposobu według wynalazku można stosować inne postacie dwutlenku węgla, takie jak ciekły lub stały dwutlenek węgla, lub ich kombinacje.

170 873

Jak stwierdzono poprzednio, istnieją liczne bodźce do zwiększania ilości (wyrażonej poziomem obciążenia) materiału wypełniającego w papierze. Do bodźców tych należą:

(a) oszczędności na kosztach surowców. (Koszty włókien są znacznie wyższe niż koszt moim V w ^pełniacza) ;

(b) oszczędności na kosztach energii. (Dodanie wypełniacza oznacza, że będzie mniej masy celulozowej do uszlachetniania na tonę papieru);

(c) zużycie pary, które stanowi inny aspekt kosztów energii. (Zużycie pary maleje ze wzrostem zawartości wypełniacza tak, ze maleje ilość pary potrzebna do suszenia papieru);

(d) poprawienie właściwości optycznych. (Nieprzezroczystość i białość wzrasta ze wzrostem ilości PCC).

Stosowaniu materiałów wypełniających, takich jak PCC, do wytwarzania papieru, towarzyszą jednak wady. Wady te należy brać pod uwagę w każdym przypadku wytwarzania papieru, obejmującym zwiększenie procentowej zawartości takich materiałów wypełniających. Do wad tych należą:

(a) strata wytrzymałości (b) strata sztywności (c) straty zaklejania - (Można to określić jako stratę odporności na penetrację gotowego papieru przez ciecze).

Jak podano dotychczas, wzrost rozmiaru cząstek wypełniacza, w obecnym kontekście PCC, poprawia pewne właściwości papieru, np. wytrzymałość, sztywność i zaklejanie, na które niekorzystnie wpływa zwiększenie ilości wypełniacza obciążającego papier. Musi to być jednak następnie zrównoważone w odniesieniu do straty nieprzezroczystości występującej, gdy wzrastają rozmiary cząstek PCC.

Cząstki PCC wytwarzane sposobem według wynalazku wpływają na równowagę pomiędzy wspomnianymi poprzednio zaletami i wadami i umożliwiają stosowanie gron o stosunkowo dużych rozmiarach cząstek, przy wysokim poziomie wypełniaczy, co tłumaczy się jako znaczne ulepszenie przemysłowe w stosunku do wypełniaczy PCC stosowanych obecnie do wytwarzania papieru. Można to obserwować w odniesieniu do fig. 1 - 3, przedstawiających wyniki prób na arkusikach laboratoryjnych, pełniej opisanych dalej.

Na figurze 1 reprezentatywne przykłady cząstek PCC wytwarzanych sposobem według wynalazku, oznaczonych dla wygody PC-CP-2, PCC-CP-5, i PCC-CP-6 skontrastowano, w aspekcie wytrzymałości na rozciąganie, mierzonej przez samozerwalność, ze znanym materiałem wypełniającym PCC o morfologii skalenoedralnej i AESD około 1,4 mikrona, oznaczonym dla wygody PCC-S, i z innym znanym materiałem wypełniającym PCC o pryzmatycznej morfologii oddzielnych cząstek i o AESD około 2,0 mikrony, oznaczonym dla wygody pCC-P . Produkty PCC-CP-2, PCC-CP-5, i PCC-CP-6 według wynalazku mają AESD wynoszące, odpowiednio, 2,08 mikrona, 2,04 mikrona i 2,42 mikrona.

Należy także zauważyć, że materiał PCC-S jest przedstawicielem typu wypełniaczy sprzedawanych przez firmę Pfizer Speciality Minerals Inc. pod nazwą handlową Albacar HO, i stanowi materiał wypełniający charakteryzujący się tym, że nadaje papierowi dużą nieprzezroczystość. Materiał PCC-P jest przedstawicielem typu wypełniaczy sprzedawanych również przez firmę Pfizer Speciality Minerals Inc. pod nazwą handlową Albafil XL, i stanowi wypełniacz charakteryzujący się tym, że nadaje papierowi dużą wytrzymałość w porównaniu z innymi wypełniaczami, nawet gdy stosuje się go w dużej ilości procentowej (gdy stanowi duże obciążenie). Mikronowe rozmiary PCC-S (około 1,4) i PCC-P (około 2,0) są typowe dla przemysłowych zastosowań tych materiałów wypełniających.

Na podstawie fig. 1 można zauważyć, że cząstki PCC wytwarzane sposobem według wynalazku zapewniają wytrzymałość na rozciąganie nie różniącą się znacznie od wytrzymałości na rozciąganie wysoce wzmacniającego wypełniacza PCC-P. Należy także zauważyć, że materiały wypełniające wytwarzane sposobem według wynalazku można stosować w ilości procentowej o 5 - 7 punktów wyższej niż wypełniacz PCC-S, nadający dużą nieprzezroczystość, chociaż, przy tym podwyższonym poziomie zawartości, ciągle uzyskuje się równoważną wytrzymałość na rozciąganie jak w przypadku PCC-S przy niższym poziomie obciążenia.

170 873

Na podstawie fig. 2 można zauważyć, że materiały PCC wytwarzane sposobem według wynalazku nadają zasadniczo wyższą nieprzezroczystość papierowi niż to czyni wypełniacz pCC-P. Tak więc, uważa się, że osiągnięto równowagę, to znaczy dobrą nieprzezroczystość i doskonałą wytrzymałość

Na podstawie fig. 3 można zauważyć, że materiały PCC wytwarzane sposobem według wynalazku nadają papierowi znacznie większe korzystne właściwości zaklejające niż nadający dużą nieprzezroczystość wypełniacz PCC-S. Znowu, stanowi to dalszą ilustrację całkowitej korzystnej równowagi właściwości, nierozłącznie związanych z nowymi materiałami według wynalazku.

W kontekście tych figur, format Hercules na fig. 3 oznacza odporność papieru na przenikanie wodnego środka penetrującego. W typowej próbie, na powierzchnię kawałka papieru nanosi się zielony atrament i mierzy się czas jego przeniknięcia na drugą stronę papieru.

Próba, której wyniki przedstawiono na fig. 2 została opracowana przez Technical Association of the Pulp and Paper Industry (TAPPI) do pomiaru nieprzezroczystości.

Strukturę morfologiczną materiału wypełniającego PCC-S, powoływanego wyżej, przedstawiono na mikrofotografii na fig. 4. Strukturę morfologiczną materiału wypełniającego PCC-P, powoływanego wyżej, przedstawiono na mikrofotografii na fig. 5. Typową strukturę morfologiczną cząstek PCC wytwarzanych sposobem według wynalazku przedstawiono na mikrofotografii na fig. 6. Można wyraźnie zauważyć konfigurację grona lub agregatu cząstek PCC wytwarzanych sposobem według wynalazku, i pryzmatyczną morfologię cząstek związanych w tej konfiguracji.

Wynalazek opisano dalej bardziej szczegółowo za pomocą przykładów i przez odnośniki, tam gdzie to daje się zastosować, do rysunków. Przykłady mają charakter ilustrujący i nie są skonstruowane jako ograniczenie wynalazku.

Przykład I.

Faza zaszczepiania:

Do reaktora ze stali nierdzewnej o pojemności 4 litrów, wyposażonego w mieszadło, rurkę do wstrzykiwania gazu i rurkę do wstrzykiwania cieczy, wprowadzono 1,1 litra zawiesiny mleka wapiennego ((Ca(OHh) o stężeniu 7,6% wagowych. Temperaturę zawiesiny Ca(OH)2 doprowadzono do 45°C. Rozpoczęto intensywne mieszanie i wprowadzano gazową mieszaninę 15% CO2 i 85% powietrza z szybkością 5,6 litrów/minutę, aby przeprowadzić nasycenie Ca(OH)2 dwutlenkiem węgla. Nasycanie dwutlenkiem węgla kontynuowano aż doprowadzono pH zawiesiny do 7,5 wskazującego, że reakcja została w zasadzie zakończona. Czas nasycania dwutlenkiem węgla wynosił 32 minuty a końcowa temperatura materiału zaszczepiającego wynosiła 50°C. Stosując mikroskopię elektronową oznaczono, że powstały produkt stanowi CaCO₃ o morfologii skalenoedralnej i o AESD 1,33 mikrona.

Faza wzrostu

Fazę wzrostu prowadzono w tym samym reaktorze ze stali nierdzewnej jak opisano wyżej, wprowadzając dalsze ilości Ca(OH)2 podczas mieszania kryształów zaszczepiających i wprowadzając do reaktora mieszaninę 15% CO2 i 85% powietrza. Stężenie zawiesiny Ca(OH)2 wynosiło 7,6% wagowych i dodawano ją z szybkością 34 ml/minutę, podczas gdy gazową mieszaninę CÓ2/powietrze wprowadzano z szybkością 5,5 litrów/minutę. Szybkość dodawania Ca(OH)2 regulowano, aby utrzymywać stałą przewodność właściwą zawiesiny około 3 mS. Fazę wzrostu kontynuowano w ciągu 39 minut aż do czasu dodania pożądanej ilości Ca(OH)2 i uzyskania pożądanego wzrostu otrzymanego materiału zaszczepiającego. Końcowa temperatura zawiesiny wynosiła 44°C. Powstałe grona miały AESD 2,65 mikronów, a za pomocą mikroskopii elektronowej oznaczono, że w około 90% tworzące je cząstki zostały przekształcone tak, iż mają morfologię pryzmatyczną.

Przykład II.

Faza zaszczepiania:

Do reaktora ze stali nierdzewnej o pojemności 4 litrów, wyposażonego w mieszadło, rurkę do wstrzykiwania gazu i rurkę do wstrzykiwania cieczy, wprowadzono 0,9 litra zawiesiny mleka wapiennego ((Ca(OH)2) o stężeniu 15,1% wagowych. Temperaturę zawiesiny Ca(OH)2 dopro170 873 wadzono do 45°C. Rozpoczęto intensywne mieszanie i wprowadzano gazową mieszaninę 100% CO2 i 0% powietrza z szybkością 1,7 litra/minutę aby przeprowadzić nasycenie Ca(OH)2 dwutlenkiem węgla. Nasycanie dwutlenkiem węgla kontynuowano aż doprowadzono pH zawiesiny do 8,0 wskazującego, że reakcja została w zasadzie zakończona. Czas nasycania dwutlenkiem węgla wynosił 40 minut a końcowa temperatura materiału zaszczepiaj ącego wynosiła 76°C. Stosując mikroskopię elektronową oznaczono, że powstały produkt stanowi CaCC3 o morfologii skalenoedralnej i o AESD 1,31 mikrona.

Faza wzrostu

Fazę wzrostu prowadzono w tym samym reaktorze ze stali nierdzewnej jak opisano wyżej, wprowadzając dalsze ilości Ca(OH)2 podczas mieszania kryształów zaszczepiających i wprowadzając do reaktora mieszaninę 100% CO2 i 0% powietrza. Stężenie zawiesiny Ca(OH)2 wynosiło 15,1% wagowych i dodawano ją z szybkością 25 ml/minutę, podczas gdy gazową mieszaninę CC2/powietrze wprowadzano z szybkością 1,7 litrów/minutę. Szybkość dodawania Ca(OH)2 regulowano tak, aby utrzymywać stałą przewodność właściwą zawiesiny około 3 mS. Fazę wzrostu kontynuowano w ciągu 29 minut aż do czasu dodania pożądanej ilości Ca(OH)2 i uzyskania pożądanego wzrostu otrzymanego materiału zaszczepiającego. Końcowa temperatura zawiesiny wynosiła 71⁰C. Powstałe grona miały AESD 2,08 mikronów, a za pomocą mikroskopii elektronowej oznaczono, że w około 85% tworzące je cząstki zostały przekształcone tak, iż mają morfologię pryzmatyczną. Miały one także powierzchnię właściwą 6,6 m²/g. Produkt z tego przykładu jest reprezentowany na fig. 1 - 3 jako PCC-CP-2.

Przykład III.

Faza zaszczepiania:

Do reaktora ze stali nierdzewnej o pojemności 4 litrów, wyposażonego w mieszadło, rurkę do wstrzykiwania gazu i rurkę do wstrzykiwania cieczy, wprowadzono 1,1 litra zawiesiny mleka wapiennego ((Ca(OH)2) o stężeniu 15,5% wagowych. Temperaturę zawiesiny Ca(OH)2 doprowadzono do 42°C. Rozpoczęto intensywne mieszanie i wprowadzano gazową mieszaninę 10% CO2 i 90% powietrza z szybkością 6,4 litrów/minutę aby przeprowadzić nasycenie Ca(OH)o dwutlenkiem węgla. Nasycanie dwutlenkiem węgla kontynuowano aż pH zawiesiny zaczęło maleć wskazując, że reakcja została w zasadzie zakończona. Czas nasycania dwutlenkiem węgla wynosił 96 minut a końcowa temperatura materiału zaszczepiającego wynosiła 60°C. Stosując mikroskopię elektronową oznaczono, że powstały produkt stanowi CaCO3 o morfologii skalenoedralnej i o AESD 1,62 mikrona.

Faza wzrostu

Fazę wzrostu prowadzono w tym samym reaktorze ze stali nierdzewnej jak opisano wyżej, wprowadzając dalsze ilości Ca(OH)2 podczas mieszania kryształów zaszczepiających i wprowadzając do reaktora mieszaninę 10% CO2 i 90% powietrza. Stężenie zawiesiny Ca(OH)2 wynosiło 15,5% wagowych i dodawano ją z szybkością 9 ml/minutę, podczas gdy gazową mieszaninę CCO/powietrze wprowadzano z szybkością 6,4 litrów/minutę. Szybkość dodawania Ca(OH)2 regulowano tak, aby utrzymywać stałą przewodność- właściwą zawiesiny około 3 mS. Fazę wzrostu kontynuowano w ciągu 120 minut aż do czasu dodania pożądanej ilości Ca(OH)2 i uzyskania pożądanego wzrostu otrzymanego materiału zaszczepiającego. Końcowa temperatura zawiesiny wynosila45°C. Powstałe grona miały AESD 2,41 mikronów, a za pomocą mikroskopii elektronowej oznaczono, że w około 80% tworzące je cząstki zostały przekształcone tak, iż mają morfologię pryzmatyczną. Miały one także powierzchnię właściwą 3,9 m2/g. Przykład ten wskazuje, że tworzenie materiału zaszczepiającego nie musi być zakończone przed zainicjowaniem etapu wzrostu.

Przykład IV.

Faza zaszczepiania:

Do reaktora ze stali nierdzewnej o pojemności 4 litrów, wyposażonego w mieszadło, rurkę do wstrzykiwania gazu i rurkę do wstrzykiwania cieczy, wprowadzono 1,1 litra zawiesiny mleka wapiennego ((Ca(OH)2) o stężeniu 15,5% wagowych. Temperaturę zawiesiny Ca(OH)2 doprowadzono do 34°C. Rozpoczęto intensywne mieszanie i wprowadzano gazową mieszaninę 30% CO2 i 70% powietrza z szybkością 8,5 litrów/minutę aby przeprowadzić nasycenie Ca(OH)2 dwutlenkiem węgla. Nasycanie dwutlenkiem węgla kontynuowano aż doprowadzono pH zawie10

170 873 siny do 7,7 wskazującego, ze reakcja została w zasadzie zakończona. Czas nasycania dwutlenkiem węgla wynosił 64 minuty a końcowa temperatura materiału zaszczepiającego wynosiła 44°C. Stosując mikroskopie elektronowa oznaczono, że powstały produkt stanowi CaCO₃ o

U * Λ. ~ dd, /-»·< < rxl />-»-» ΛΟζΊ,Ό 1 »Λ t 1 k Δ C C ΙΓ e f-\ m 1 V T* k łi Q

1UV1 ΐΟίν^ΙΙ dKaiCHWeui uniej i i,uu m±ivi unu.

Faza wzrostu

Fazę wzrostu prowadzono w tym samym reaktorze ze stali nierdzewnej jak opisano wyżej, wprowadzając dalsze ilości Ca(OH)₂ podczas mieszania kryształów zaszczepiających i wprowadzając do reaktora mieszaninę 30% CO₂ i 70% powietrza. Stężenie zawiesiny Ca(OH)₂ wynosiło 15,5% wagowych i dodawano ją z szybkością 37 ml/minutę, podczas gdy gazową mieszaninę CO₂/powietrze wprowadzano z szybkością 7,3 litrów/minutę. Szybkość dodawania Ca(OH)₂regulowano tak, aby utrzymywać stałą przewodność właściwą zawiesiny około 3 mS. Fazę wzrostu kontynuowano w ciągu 31 minut aż do czasu dodania pożądanej ilości Ca(OH)₂ i uzyskania pożądanego wzrostu otrzymanego materiału zaszczepiającego. Końcowa temperatura zawiesiny wynosiła 51°C. Powstałe grona miały AESD 2,33 mikronów, a za pomocą mikroskopii elektronowej oznaczono, że w około 60% tworzące je cząstki zostały przekształcone tak, iż mają morfologię pryzmatyczną. Miały one także powierzchnię właściwą 5,1 m²/g.

Przykład V.

Faza zaszczepiania:

Do reaktora ze stali nierdzewnej o pojemności 4 litrów, wyposażonego w mieszadło, rurkę do wstrzykiwania gazu i rurkę do wstrzykiwania cieczy, wprowadzono 1,6 litra zawiesiny mleka wapiennego ((Ca(OH)₂) o stężeniu 13,5% wagowych. Temperaturę zawiesiny Ca(OH)₂ doprowadzono do 44°C. Rozpoczęto intensywne mieszanie i wprowadzano gazową mieszaninę 15% CO₂ i 85% powietrza z szybkością 7,3 litrów/minutę aby przeprowadzić nasycenie Ca(OH)₂dwutlenkiem węgla. Nasycanie dwutlenkiem węgla kontynuowano aż doprowadzono pH zawiesiny do 7,5 wskazującego, że reakcja została w zasadzie zakończona. Czas nasycania dwutlenkiem węgla wynosił 90 minut, a końcowa temperatura materiału zaszczepiającego wynosiła 52°C. Stosując mikroskopię elektronową oznaczono, że powstały produkt stanowi CaCO₃ o morfologii skalenoedralnej 1 o AESD 1,67 mikrona.

Faza wzrostu

Fazę wzrostu prowadzono w tym samym reaktorze ze stali nierdzewnej jak opisano wyżej, wprowadzając dalsze ilości Ca(OH)₂ podczas mieszania kryształów zaszczepiających i wprowadzając do reaktora mieszaninę 15% CO₂ i 85% powietrza. Stężenie zawiesiny Ca(OH)2 wynosiło 13,5% wagowych i dodawano ją z szybkością 16 ml/minutę, podczas gdy gazową mieszaninę CCOpowietrze wprowadzano z szybkością 7,3 litrów/minutę. Szybkość dodawania Ca(OH)2 regulowano tak, aby utrzymywać stałą przewodność właściwą zawiesiny około 3 mS. Fazę wzrostu kontynuowano w ciągu 36 minut aż do czasu dodania pożądanej ilości Ca(OH)2 i uzyskania pożądanego wzrostu materiału zaszczepiającego. Końcowa temperatura zawiesiny wynosiła 44°C. Powstały produkt miał AESD 2,04 mikronów, a za pomocą mikroskopii elektronowej oznaczono, że w około 30% tworzące je cząstki zostały przekształcone tak, iż mają morfologię pryzmatyczną. Miały one także powierzchnię właściwą 6,4 m²/g. Produkt ten jest reprezentowany na fig. 1 - 3 jako PCC-CP-5.

Przykład VI.

Faza zaszczepiania:

Do reaktora że stali nierdzewnej o pojemności 4 litrów, wyposażonego w mieszadło, rurkę do wstrzykiwania gazu i rurkę do wstrzykiwania cieczy, wprowadzono 1,3 litra zawiesiny mleka wapiennego ((Ca(OHty) o stężeniu 11,7% wagowych. Temperaturę zawiesiny Ca(OH)2 doprowadzono do 45°C. Rozpoczęto intensywne mieszanie i wprowadzano gazową mieszaninę 15% CO2 1 85% powietrza z szybkością 6,3 litrów/minutę aby przeprowadzić nasycenie Ca(OH)2 dwutlenkiem węgla. Nasycania dwutlenkiem węgla kontynuowano aż doprowadzono pH zawiesiny do 7,5 wskazującego, że reakcja została w zasadzie zakończona. Czas nasycania dwutlenkiem węgla wynosił 79 minut a końcowa temperatura materiału zaszczepiającego wynosiła 52°C. Stosując mikroskopię elektronową oznaczono, ze powstały produkt stanowi CaCO₃ o morfologii skalenoedralnej i o AESD 1,69 mikrona.

170 873

Faza wzrostu

Fazę wzrostu prowadzono w tym samym reaktorze ze stali nierdzewnej jak opisano wyżej, wprowadzając dalsze ilości Ca(OH)2 podczas mieszania kryształów zaszczepiających i wprowadzając do reaktora mieszaninę 15% CO? i 85% powietrza. Stężenie zawiesiny Ca(OH)z wynosiło 11,7% wagowych i dodawano ją z szybkością 14 ml/minutę, podczas gdy gazową mieszaninę COo/powietrze wprowadzano z szybkością 6,3 litrów/minutę. Szybkość dodawania Ca(OH)2 regulowano tak, aby utrzymywać stałą przewodność właściwą zawiesiny około 3 mS. Fazę wzrostu kontynuowano w ciągu 63 minut aż do czasu dodania pożądanej ilości Ca(OH)2 i uzyskania pożądanego wzrostu otrzymanego materiału zaszczepiającego. Końcowa temperatura zawiesiny wynosiła 45°C. Powstałe grona lub agregaty miały aEsD 2,42 mikronów, a za pomocą mikroskopii elektronowej oznaczono, że w około 60% tworzące je cząstki zostały przekształcone tak, iż mają morfologię pryzmatyczną. Miały one także powierzchnię właściwą 4,5 m7g. Są one reprezentowane na fig. 1 - 3 jako PCC-CP-6. Produkt z tego przykładu jest typowym gatunkiem stosowanym w instalacjach przemysłowych.

Przykład VII.

Faza zaszczepiania:

Do reaktora ze stali nierdzewnej o pojemności 4 litrów, wyposażonego w mieszadło, rurkę do wstrzykiwania gazu i rurkę do wstrzykiwania cieczy, wprowadzono 1, 1 litra zawiesiny mleka wapiennego ((Ca(OH)2) o stężeniu 15,3% wagowych. Temperaturę zawiesiny Ca(OH)2 doprowadzono do 33°C. Rozpoczęto intensywne mieszanie i wprowadzano gazową mieszaninę 24% CO2 : 76% powietrza z szybkością 6,3 litrów/minutę aby przeprowadzić nasycenie Ca(OH)2 dwutlenkiem węgla. Nasycanie dwutlenkiem węgla kontynuowano aż doprowadzono pH zawiesiny do 8 wskazującego, że reakcja została w zasadzie zakończona. Czas nasycania dwutlenkiem węgla wynosił 120 minut a końcowa temperatura materiału zaszczepiającego wynosiła 70°C. Stosując mikroskopię elektronową oznaczono, że powstały produkt stanowi CaCO₃ o morfologii skalenoedralnej i o AESD 1,16 mikrona.

Faza wzrostu

Fazę wzrostu prowadzono w tym samym reaktorze ze stali nierdzewnej jak opisano wyżej, wprowadzając dalsze ilości Ca(OH)2 podczas mieszania kryształów zaszczepiających i wprowadzając do reaktora mieszaninę 22% CO21 78% powietrza. Stężenie zawiesiny Ca(OH)₃ wynosiło 15,9% wagowych i dodawano ją z szybkością 13 ml/minutę, podczas gdy gazową mieszaninę CO2/powietrze wprowadzano z szybkością 7,5 litrów/minutę. Szybkość dodawania Ca(OH)2 regulowano tak, aby utrzymywać stałą przewodność właściwą zawiesiny około 3 mS. Fazę wzrostu kontynuowano w ciągu 57 minut aż do czasu dodania pożądanej ilości Ca(OH)2 i uzyskania pożądanego wzrostu otrzymanego materiału zaszczepiającego. Końcowa temperatura zawiesiny wynosiła 68°C. Powstały produkt miał AESD 1,65 mikrona, a za pomocą mikroskopii elektronowej oznaczono, że w około 70% tworzące go cząstki zostały przekształcone tak, iż mają morfologię pryzmatyczną.

Przykład VIII.

Faza zaszczepiania:

Do reaktora ze stali nierdzewnej o pojemności 4 litrów, wyposażonego w mieszadło, rurkę do wstrzykiwania gazu i rurkę do wstrzykiwania cieczy, wprowadzono 0,9 litra zawiesiny mleka wapiennego ((Ca(OH)2) o stężeniu 15% wagowych. Temperaturę zawiesiny Ca(OH)2 doprowadzono do 44°C. Rozpoczęto intensywne mieszanie i wprowadzano gazową mieszaninę 1)0% CO2 i 0% powietrza z szybkością 2,1 litrów/minutę aby przeprowadzić nasycenie Ca(OH)2 dwutlenkiem węgla. Nasycanie dwutlenkiem węgla kontynuowano aż doprowadzono pH zawiesiny do 7,5 wskazującego, że reakcja została w zasadzie zakończona. Czas nasycania dwutlenkiem węgla wynosił 33 minuty a końcowa temperatura materiału zaszczepiającego wynosiła 64°C. Stosując mikroskopię elektronową oznaczono, że powstały produkt stanowi CaCCO o morfologii skalenoedralnej i o AESD 1,99 mikrona.

Faza wzrostu

Fazę wzrostu prowadzono w tym samym reaktorze ze stali nierdzewnej jak opisano wyżej, wprowadzając dalsze ilości Ca(OH)2 podczas mieszania kryształów zaszczepiających i wprowadzając do reaktora mieszaninę 100% CO2 i 0% powietrza. Stężenie zawiesiny Ca(OH)2 wynosiło

170 873

15% wagowych i dodawano ją z szybkością 31 ml/minutę, podczas gdy gazową mieszaninę CO2/powietrze wprowadzano z szybkością 2,1 litrów/minutę. Szybkość dodawania Ca(OH)2 regulowano tak. aby utrzymywać stalą przewodność właściwą zawieśmy około 3 mS. Fazę aw rnmiit oó Hw r»7«n Hndamw nniWui i

WZ-lUMU w unv vr π ijiimui jy ιιν^νι x azyśkania pożądanego wzrostu otrzymanego materiału zaszczepiającego. Końcowa temperatura zawiesiny wynosiła55°C. Powstały produkt miał AESD 3,44 mikronów, powierzchnię właściwą5,9 m²/g, a za pomocą mikroskopii elektronowej oznaczono, że w około 30% tworzące go cząstki zostały przekształcone tak, iż mają morfologię pryzmatyczną.

Przykład IX.

Faza zaszczepiania:

Do reaktora ze stali nierdzewnej o pojemności 4 litrów, wyposażonego w mieszadło, rurkę do wstrzykiwania gazu i rurkę do wstrzykiwania cieczy, wprowadzono 1,3 litra zawiesiny mleka wapiennego ((Ca(OH)z) o stężeniu 12,5% wagowych. Temperaturę zawiesiny Ca(OH)₂ doprowadzono do 22°C. Rozpoczęto intensywne mieszanie i wprowadzano gazową mieszaninę 20% CO₂ i 80% powietrza z szybkością 7,4 litrów/minutę aby przeprowadzić nasycenie Ca(OH)₂dwutlenkiem węgla. Nasycanie dwutlenkiem węgla kontynuowano aż doprowadzono pH zawiesiny do 8,0 wskazującego, ze reakcja została w zasadzie zakończona. Czas nasycania dwutlenkiem węgla wynosił 114 minut a końcowa temperatura materiału zaszczepiającego wynosiła 46°C. Stosując mikroskopię elektronową oznaczono, że powstały produkt stanowi CaCO3 o morfologu skalenoedralnej i o AESD 1,12 mikrona.

Faza wzrostu

Fazę wzrostu prowadzono w tym samym reaktorze ze stali nierdzewnej jak opisano wyżej. Kryształy zaszczepiające mieszano i następnie wprowadzano do reaktora mieszaninę 30% CO₂i 70% powietrza. Stężenie zawiesiny kryształów zaszczepiających wynosiło 9% wagowych. Dodawano suchy CaO z szybkością 3 g/minutę, podczas gdy gazową mieszaninę CO₂/powietrze wprowadzano z szybkością 13,3 litrów/minutę. Szybkość dodawania CaO regulowano tak, aby utrzymywać stałą przewodność właściwą zawiesiny około 2,5 mS. Fazę wzrostu kontynuowano w ciągu 59 minut aż do czasu dodania pożądanej ilości CaO i uzyskania pożądanego wzrostu otrzymanego materiału zaszczepiającego. Końcowa temperatura zawiesiny wynosiła 54°C przy końcowym stężeniu zawiesiny 17% wagowych. Powstałe grona miały AESD 2,08 mikronów, a za pomocą mikroskopii elektronowej oznaczono, ze w około 98% tworzące je cząstki zostały przekształcone tak. iż mają morfologię pryzmatyczną. Miały one także powierzchnię właściwą

6,2 m7g.

Przykład X. Przykład porównawczego badania arkusików laboratoryjnych

- Sporządzanie i badanie arkusików laboratoryjnych zawierających pryzmatyczny PCC w postaci gron

Sporządzano arkusiki laboratoryjne o gramaturze 60 g/m² (40 funtów/3300 stóp²), stosując ogranicznik formatu Formax (Noble and Wood). Wsad masy celulozowej składał się w 75% z bielonej masy celulozowej z drewna liściastego 1 w 25% z bielonej siarczanowej masy celulozowej z drewna iglastego, mielonych do 400 CSF przy pH 7 w wodzie destylowanej. Stosowano środek wspomagający zatrzymanie wypełniacza, stanowiący kationowy poliakryloamid (PAM) o dużej masie cząsteczkowej i średniej gęstości ładunku, w ilości 0,05%. Dimer alkiloketenu (AKD), stanowiący syntetyczny środek zaklejający, stosowano w ilości 0,25% (5 funtów AKD/tone papieru). Wypełniacze dodawano do wsadu masy celulozowej aby osiągnąć docelowe poziomy obciążenia wypełniaczem wynoszące 15% i 25% Ponadto, sporządzono arkusiki laboratoryjne nie zawierające wypełniacza. Przed badaniem arkusiki kondycjonowano przy wilgotności względnej 50% i w temperaturze 23°C. Arkusiki laboratoryjne badano pod kątem gramatury, procentowej zawartości wypełniacza, wytrzymałości na rozciąganie (samozerwalność), nieprzezroczystości (skorygowanej do gramatury 60 g/m2), białości, i zaklejania (próba zaklejania Hercules - HST).

Wypełniacze, oceniane podczas tych badań arkusików laboratoryjnych, obejmowały pryzmatyczne produkty PCC w postaci gron (PCC-P) opisane w przykładach II, V 1 VI. Dla porównania, oceniano także skalenoedralny PCC o wymiarze 1,4 mikrona (PCC-S) i pryzmatyczny PCC o wymiarze 2,0 mikronów (PCC-P). Otrzymane wyniki badań arkusików laborato170 873 ryjnych (samozerwalności, skorygowanej nieprzezroczystości i zaklejania) zsumowano na fig. 1 - 3. Wyniki te wskazują, że pryzmatyczne produkty PCC w postaci gron zapewniają doskonalą równowagę wytrzymałości, nieprzezroczystości i zaklejania.

NTnotorMnorO νΚαΙο dolui hIatatdane rAuuAnzqrrj> 1 nłi

O v£ VłJ «W, S/j-ZkJ /_< 11 V łł łłV »» ći^łę· IWU kompr

Ci nadawanych przez cząstki PCC wytwarzane sposobem według wynalazku, które zapewniają korzyści wytrzymałościowe, jakie uzyskuje się w przypadku stosowania pryzmatycznych PCC w postaci oddzielnych cząstek, przy zachowaniu właściwości optycznych typowych dla skalenoedralnych PCC o takich samych rozmiarach.

Tabela % wypełniacza (równoważny wytrzymałości na rozciąganie) / straty nieprzezroczystości - porównanie PCC o rozmiarze 2 mikronów o różnej morfologii z produktem o morfologu skalenoedralnej o rozmiarze 1,4 mikrona (przy 15% zawartości wypełniacza)

Morfologia PCC	% wypełniacza, równoważny wytrzymałości na rozciąganie przy 15% PCC-S®	Różnice w nieprzezroczystości i w stosunku do 15% PCC-S®
Skalenoedralna^a)	1^,3%	-0,6%
Pryzmatyczna^a) oddzielne cząstki	20,5%	-1,7%
(a) Pryzmatyczna w postaci gron^{v 7}	20,7%	-0,6%

^a Średni rozmiar cząstek = 2,0 mikrony b PCC-S = skalenoedralny PCC, średnia rozmiaru cząstek =1,4 mikrona

Inną zaletą sposobu według wynalazku jest to, ze zupełnie nie wymaga on etapów chłodzenia i tym samym, gdy stosuje się go w instalacji towarzyszącej, zapewnia dalsze zmniejszenie kosztów.

Chociaż opisano i przedstawiono korzystne postacie wynalazku, zrozumiałe jest, że można w nim dokonywać rozwiązań alternatywnych, zmian i modyfikacji, i że wchodzą one w zakres wynalazku.

Claims

1. Sposób wytwarzania strącanego węglanu wapnia w postaci gron zząstek kalcytu, których znaczna część ma morfologię pryzmatyczną, a wspomniane grona mają średnią średnicę równoważnej kuli pomiędzy około 1,5 a około 3,5 mikronów i, powierzchnię właściwą pomiędzy około 2,0 a około 9,0 m7g, znamienny tym, że do mieszaniny reakcyjnej zawierającej materiał zaszczepiający o cząstkach skalenoedralnych o średniej średnicy równoważnej kuli pomiędzy około 1,0 a około 1,8 mikrona, dodaje się wapno, wprowadzając jednocześnie dwutlenek węgla, przy czym szybkość doprowadzania tego wapna i dwutlenku węgla dobiera się tak, aby regulować przewodność właściwą roztworu mieszaniny reakcyjnej na poziomie około 2,0 do około 4,0 mS, wytwarzając wspomniane grona cząstek kalcytu.

Sposób wytwarzania strącanego węglanu wapnia w postaci gron

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania strącanego węglanu wapnia w postaci gron cząstek kalcytu, których znaczna część ma morfologię pryzmatyczną, a wspomniane grona mają średnią średnicę równoważnej kuli pomiędzy około 1,5 a około 3,5 mikronów i powierzchnię właściwą pomiędzy około 2,0 a około 9,0 m²/g, znamienny tym, że do mieszaniny reakcyjnej zawierającej materiał zaszczepiający o cząstkach skalenoedralnych o średniej średnicy równoważnej kuli pomiędzy około 1,0 a około 1,8 mikrona, dodaje się wapno, wprowadzając jednocześnie dwutlenek węgla, przy czym szybkość doprowadzania tego wapna i dwutlenku węgla dobiera się tak, aby regulować przewodność właściwą roztworu mieszaniny reakcyjnej na poziomie około 2,0 do około 4,0 mS, wytwarzając wspomniane grona cząstek kalcytu.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że prowadzi się go w dwóch etapach: (a) przepuszcza się gazowy dwutlenek węgla przez wodną zawiesinę wodorotlenku wapnia, przy czym wprowadzanie tego dwutlenku węgla rozpoczyna się w temperaturze pomiędzy około 20°C a około 50°C, wytwarzając kryształy zaszczepiające cząstek o morfologii skalenoedralnej i średniej średnicy równoważnej kuli pomiędzy około 1,0 a około 1,8 mikrona, i (b) dodaje się do mieszaniny reakcyjnej zawierającej wspomniany materiał zaszczepiający dalsze ilości wodorotlenku wapnia, wprowadzając jednocześnie do mieszaniny reakcyjnej dwutlenku węgla, przy czym szybkość doprowadzania wspomnianego dodatkowo wodorotlenku wapnia i dwutlenku węgla dobiera się tak, aby regulować przewodność właściwą roztworu mieszaniny reakcyjnej na poziomie pomiędzy około 2,0 a około 4,0 mS, wytwarzając wspomniane grona cząstek kalcytu.

3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że przed etapem (a) wodną zawiesinę najpierw przepuszcza się przez sito, usuwając wapno palone i inne zanieczyszczenia, i pomiędzy około 30% do około 80% przepuszczonej przez sito zawiesiny wodorotlenku wapnia wprowadza się do mieszaniny reakcyjnej z etapu (a).

4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że w etapie (b) dodaje się resztę przepuszczonej przez sito wodnej zawiesiny wodorotlenku wapnia jednocześnie z doprowadzaniem dwutlenku węgla do mieszaniny reakcyjnej z etapu (a), zawierającej materiał zaszczepiający, przy czym szybkość doprowadzania dodawanej zawiesiny wodorotlenku wapnia i dwutlenku węgla dobiera się tak, aby utrzymać stałą przewodność właściwą roztworu pomiędzy około 2,0 a około 4,0 mS.

5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że dodawanie gazowego dwutlenku węgla kontynuuje się aż przewodność właściwa roztworu osiągnie minimum i osiągnie się pH pomiędzy 7,0 a 8,5.

6. Sposób według zastrz. 3 albo 4 albo 5, znamienny tym, że jako część etapu (a) przepuszcza się gazowy dwutlenek węgla w postaci pęcherzyków przez przepuszczoną przez sito zawiesinę wodorotlenku wapnia z regulowaną szybkością, aż przewodność właściwa mieszaniny reakcyjnej osiągnie minimum a pH osiągnie wartość pomiędzy 7,0 a 8,5.

7. Sposób według zastrz. 2, albo 3, albo 4, albo 5, znamienny tym, że reakcje w etapie (a) i (b) prowadzi się w warunkach mieszania.

8. Sposób według zastrz. 3, albo 4, albo 5, znamienny tym, że stosuje się przewodność właściwą roztworu mieszaniny reakcyjnej w etapie (b) około 3,0 mS.