способ получения композиционного пигмента для изготовления бумаги и картона
Классы МПК: | D21H19/36 покрытия с пигментами D21H19/38 отличающиеся пигментами D21H19/44 отличающиеся другими ингредиентами, например связующим или диспергирующим агентом D21H19/46 низкомолекулярные органические соединения D21H19/64 неорганические соединения D21H17/67 водонерастворимые соединения, например наполнители, пигменты D21H17/69 модифицированные, например связыванием с другими составами перед введением в массу или бумагу D21H17/70 образующие новые соединения в зоне обработки, например внутри массы или бумаги в результате химической реакции с другими веществами, добавляемыми отдельно D21H17/36 полиалкениловые спирты; простые полиалкениловые эфиры; сложные полиалкениловые эфиры C01C1/02 получение или выделение аммиака C01F7/02 оксид алюминия; гидроксид алюминия; алюминаты C01F11/02 оксиды или гидроксиды |
Автор(ы): | Мазитов Леонид Асхатович (RU), Бондарев Анатолий Иванович (RU), Тюрин Евгений Тимофеевич (RU) |
Патентообладатель(и): | Открытое акционерное общество "Центральный научно-исследовательский институт бумаги" (ОАО "ЦНИИБ") (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2005-02-15 публикация патента:
10.09.2006 |
Способ касается получения пигмента для изготовления бумаги и картона и может быть использован в целлюлозно-бумажной промышленности при изготовлении бумаги с наполнителем, мелованной бумаги и картона. Гидроксид кальция смешивают с каолином и добавляют сульфата алюминия в водной среде при перемешивании. Водная среда содержит связующее, выбранное из группы, включающей крахмал и поливиниловый спирт в количестве 1,5-5,0% от массы абс.сухого пигмента, и/или водорастворимый краситель в количестве 0,1-0,5% от массы абс.сухого пигмента. Техническим результатом является улучшение качества пигмента и расширение его области применения. 2 табл.
Формула изобретения
1. Способ получения композиционного пигмента для приготовления бумаги и картона, включающий смешение гидроксида кальция, каолина и сульфата алюминия при диспергировании в водной среде, отличающийся тем, что сначала гидроксид кальция смешивают с каолином при их соотношении от 1,0:4,4 до 1,0:26,4, при этом используют водную среду, содержащую связующее, выбранное из группы, содержащей крахмал и поливиниловый спирт в количестве 1,5-5,0% от массы абсолютно сухого пигмента, и/или водорастворимый краситель в количестве 0,1-0,5% от массы абсолютно сухого пигмента, после чего к дисперсии добавляют сульфат алюминия при соотношении гидроксида кальция к сульфату алюминия 1,0:1,5.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дисперсию пигмента дополнительно высушивают при температуре 50-75°С и получают порошок.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к производству пигментов, а также к технологиям изготовления бумаги с наполнителем, мелованных видов бумаги и картона.
В настоящее время в производстве бумаги и картона большое внимание уделяется разработке пигментов, позволяющих улучшить оптические и механические характеристики бумаг с наполнителем, а также покрытий на мелованных видах бумаги и картона. Разрабатываются также технологии, обеспечивающие возможность централизованного получения пигментов в виде порошка с последующим их использованием в различных производствах.
Известен способ получения белого пигмента путем обработки водной дисперсии гидроксида кальция сульфатом алюминия с получением сульфоалюмината кальция - сатинвейса (ЕР №1198522, С 09 С 1/40, 24.03.2004).
Однако полученная по этому способу дисперсия не подлежит высушиванию. Кроме того, способ не предусматривает получение пигмента, модифицированного связующим и/или крахмалом.
Ближайшим аналогом предлагаемого способа получения композиционного пигмента является способ получения сухого порошка пигмента, который затем можно редиспергировать в процессе приготовления меловальной композиции. Этот способ заключается в приготовлении водной суспензии сульфоалюмината кальция - сатинвейса - путем обработки гидроксида кальция сульфатом алюминия, добавления к этой дисперсии каолина и удаления воды высушиванием, предпочтительно распылением, с получением порошка пигмента - механической смеси сатинвейса и каолина при содержании сатинвейса в смеси 10-30% (см. US 3876443 А, Н.кл. 106-306, МПК 7 С 09 С 1/02, опубл. 08.04.1975).
В этом способе не предусматривается возможность модифицирования пигмента связующим и/или красителем.
Положительным результатом при использовании предлагаемого изобретения является придание пигменту новых свойств благодаря модифицированию связующим и/или красителем, что дает возможность расширить область его применения при изготовлении различных видов бумаги и картона.
Поставленный положительный эффект достигается тем, что в предлагаемом способе получения композиционного пигмента для изготовления бумаги и картона, включающем смешение гидроксида кальция, каолина и сульфата алюминия при диспергировании в водной среде, согласно изобретению сначала гидроксид кальция смешивают с каолином при их соотношении соответственно от 1:4,4 до 1:26,4 с образованием дисперсии, при этом используют водную среду, содержащую связующее, выбранное из группы, содержащей крахмал и поливиниловый спирт в количестве 1,0-5,0% от массы абсолютно сухого пигмента, и/или водорастворимый краситель в количестве 0,1-0,5% от массы абсолютно сухого пигмента, после чего к дисперсии добавляют сульфат алюминия при соотношении гидроксида кальция к сульфату алюминия 1,0:1,5. Сульфат алюминия берут в виде Al2(SO 4)3·18Н2O.
Суспензию пигмента можно дополнительно высушить при температуре 50-75°С и получить порошок.
Способ осуществляют следующим образом.
В реактор-смеситель, снабженный мешалкой, подают заданное количество воды, содержащей в растворенном виде расчетные количества связующего - крахмала или ПВС и/или красителя. Затем при интенсивном перемешивании постепенно вводят в виде порошка или дисперсий заданные количества гидроксида кальция и каолина, дисперсию перемешивают 15-20 минут и к полученной дисперсии постепенно добавляют нужное количество раствора сульфата алюминия, содержащего заданное количество сульфата алюминия в виде Al2(SO4)3·18Н 2О. После завершения подачи раствора сульфата алюминия смесь интенсивно перемешивают 15-20 минут. Получают дисперсию пигмента, модифицированного связующим и/или красителем, с содержанием сухих веществ 20-35%. Ее можно использовать непосредственно, например, при изготовлении белых или цветных бумаг с наполнителем или при приготовлении белых или цветных меловальных составов. Пигмент можно также высушить в слое с последующим измельчением в порошок или же высушить распылением. Этот порошок при необходимости редиспергируют и получают дисперсию с необходимой концентрацией пигмента. Свойства пигмента при высушивании и редиспергировании порошка сохраняются полностью, то есть удержание пигментом связующего и/или красителя сохраняется на том же уровне.
Физико-химические процессы при получении пигмента и при редиспергировании порошка можно представить следующим образом.
При интенсивном перемешивании в водной среде с растворенными в ней связующим и/или красителем, сульфатом алюминия и содержащей в дисперсном состоянии гидроксид кальция и каолин в системе протекает быстрая реакция взаимодействия сульфата алюминия и гидроксида кальция с образованием частиц сатинвейса, а также происходит необратимая сорбция некоторого количества связующего и/или красителя на частицах каолина. Кроме того, при образовании частиц сатинвейса вследствие сильного полярного взаимодействия этих частиц с молекулами воды происходит структурирование значительного по объему водного слоя в гидратных оболочках вокруг частиц сатинвейса не только в момент их образования, но также при редиспергировании порошка в воде. Растворенные в воде вещества оказываются в этих структурированных оболочках.
Свойства структурировать гидратные оболочки сохраняются у частиц сатинвейса и при их высушивании и последующем редиспергировании. Поэтому высушенные вместе с пигментом связующее и/или краситель, находящиеся на поверхности частиц сухого порошка, при его редиспергировании вновь оказываются в связанном с частицами состоянии. Даже при многократном разбавлении такой системы и интенсивном перемешивании водные структурированные оболочки частиц сатинвейса не размываются.
Условия проведения процесса по предлагаемому способу даны в табл.1, характеристики образцов по этим примерам - в табл.2.
При получении пигмента в порошковом виде дисперсию высушивают в слое при 75°С, измельчение кусочков проводят в фарфоровой ступке. В порошках определяют наличие или отсутствие сцементированных агломератов. Во всех образцах по примерам согласно изобретению агломераты отсутствуют. При редиспергировании порошка свойства пигментов сохраняются.
В качестве характеристики композиционных модифицированных пигментов используют степень удержания пигментом красителя и/или связующего, которую определяют следующим образом.
Определенное количество полученной дисперсии модифицированного пигмента смешивают на скоростной мешалке с определенным количеством воды. Разбавленную дисперсию выдерживают в покое до расслаивания. Нижний слой - свободно плавающий осадок дисперсии, а верхний - прозрачный, не содержащий взвеси водный слой. В этом слое определяют содержание связующего и/или красителя. Затем пересчетом на массу сухих веществ пигмента во взятой на разбавление навеске дисперсии определяют количества связующего и/или красителя, как связанных с пигментом, так и находящихся в водной фазе дисперсии. Степень удержания пигментом связующего и/или красителя при многократном разбавлении дисперсии водой выражают в % от поданных в систему в процессе приготовления композиционного модифицированного пигмента количеств связующего и/или красителя.
Как видно из табл. 1 и 2, предлагаемый способ позволяет получать композиционный модифицированный пигмент как белый, так и окрашенный в любой цвет, содержащий определенные количества связующего и крахмала или ПВС. Новые качества пигмента позволяют расширить области его применения, существенно снизить уровень загрязнения окружающей среды сточными водами бумажного производства.
Таблица 1 Условия проведения способа по примерам | ||||||||
№№ примеров | Количество гидроксида кальция, г | Количество сульфата алюминия в виде Al2 (SO4)3·18Н 2O, г | Количество каолина, г | Количество образованного сатинвейса, г | Связующее и его количество, г | Краситель и его количество, г | Выход композиционного пигмента в расчете на сухие вещества, г | Концентрация композиционного пигмента в пасте, % |
1 | 13,65 | 20,52 | 60 | 40 | Крахмал 5,2 | - | 105 | 25 |
2 | 10,24 | 15,39 | 70 | 30 | Крахмал 4,1 | Прямой ярко-оранжевый 0,5 | 104 | 25 |
3 | 8,53 | 12,8 | 75 | 25 | ПВС 2,1 | - | 102 | 25 |
4 | 8,53 | 12,8 | 75 | 25 | - | Прямой фиолетовый 0,5 | 100 | 25 |
5 | 6,89 | 10,26 | 80 | 20 | ПВС 1,0 | Прямой синий 0,1 | 100 | 30 |
6 | 3,41 | 5,13 | 90 | 10 | Крахмал 2,1 | Прямой желтый 0,3 | 102 | 35 |
7 | 10,24 | 15,39 | 70 | 30 | - | - | 100 | 25 |
Таблица 2 Характеристики композиционного пигмента по примерам | |||||
№№ примеров | Связующее и его содержание в пигменте в расчете на сухое вещество, % | Краситель и его содержание в пигменте в расчете на сухое вещество, % | Степень удержания пигментом связующего, % | Степень удержания пигментом красителя, % | Белизна порошка белого пигмента, % |
1 | Крахмал 5,0 | - | 99,6 | - | 91,4 |
2 | Крахмал 4,0 | Прямой ярко-оранжевый 0,5 | 99,5 | 99,9 | - |
3 | ПВС 2,1 | - | 99,4 | - | 91,8 |
4 | Крахмал 3,1 | Прямой фиолетовый 0,5 | 98,4 | 99,9 | - |
5 | ПВС 1,0 | Прямой синий 0,1 | 98,6 | 99,9 | - |
6 | Крахмал 2,0 | Прямой желтый 0,3 | 99,3 | 99,9 | - |
7 | - | - | - | - | 92,3 |
Класс D21H19/36 покрытия с пигментами
Класс D21H19/38 отличающиеся пигментами
Класс D21H19/44 отличающиеся другими ингредиентами, например связующим или диспергирующим агентом
Класс D21H19/46 низкомолекулярные органические соединения
Класс D21H19/64 неорганические соединения
Класс D21H17/67 водонерастворимые соединения, например наполнители, пигменты
Класс D21H17/69 модифицированные, например связыванием с другими составами перед введением в массу или бумагу
Класс D21H17/70 образующие новые соединения в зоне обработки, например внутри массы или бумаги в результате химической реакции с другими веществами, добавляемыми отдельно
Класс D21H17/36 полиалкениловые спирты; простые полиалкениловые эфиры; сложные полиалкениловые эфиры
Класс C01C1/02 получение или выделение аммиака
Класс C01F7/02 оксид алюминия; гидроксид алюминия; алюминаты
Класс C01F11/02 оксиды или гидроксиды