способ получения пигмента для изготовления бумаги и картона

Формула изобретения

1. Способ получения пигмента для изготовления бумаги и картона путем обработки карбоната кальция сульфатом алюминия в водной среде, отличающийся тем, что обработку проводят при расходе сульфата алюминия 25-105% от массы абсолютно сухого карбоната кальция при температуре 80-85°С в течение 90-180 мин с получением суспензии с содержанием сухих веществ в ней 25-35%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что суспензию дополнительно высушивают и получают порошок.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к производству пигментов, а также к технологии 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 обработки карбоната кальция гексаметафосфатом натрия и фосфорной кислотой. Цель этого способа - получить карбонат кальция, устойчивый к воздействию кислой среды (US, №5043017 А, Н.кл. 106-464, опубл. 08.1991).

Ближайшим аналогом предлагаемого способа получения белого пигмента является способ получения устойчивой в кислой среде композиции из карбоната кальция и соли алюминия (US №5599388, Н. кл. 106-464, 162-181.2, 162-181.3, М кл. С 09 С 1/02, опубл. 04.02.1997). Этот способ заключается в приготовлении смеси карбоната кальция с солью алюминия в водной среде в количестве последней от 0,5 до 10% по массе сухого карбоната кальция. В качестве соли может быть использован сульфат алюминия, причем карбонат кальция используется в виде дисперсии, а сульфат алюминия - в виде водного раствора.

Однако продукты, получаемые по этим способам, предназначены лишь для использования в качестве наполнителя в производстве нейтральных или слабокислых бумаг. В качестве компонента меловальных составов предлагаемые продукты использованы быть не могут.

Положительным результатом от использования предлагаемого изобретения является получение устойчивого в кислых средах пигмента, обладающего высокой белизной и пригодного к применению в производствах разных видов бумаги и картона как в качестве наполнителя, так и в качестве компонента в меловальных составах.

Кроме того, этот пигмент можно получать в виде тонкодисперсного порошка, пригодного к редиспергированию без потери свойств пигмента.

Поставленный положительный эффект достигается тем, что в предлагаемом способе получения пигмента для изготовления бумаги и картона, включающем обработку карбоната кальция сульфатом алюминия в водной среде, согласно изобретению обработку проводят при расходе сульфата алюминия 25-105% от массы абсолютно сухого карбоната кальция при температуре 80-85°С в течение 90-180 мин с получением суспензии с содержанием сухих веществ в ней 25-35%.

Подученную суспензию могут дополнительно высушить и получить порошок.

Способ осуществляют следующим образом. В реактор-смеситель, снабженный скоростной мешалкой и паровой рубашкой, подают заданное количество воды, в которую при интенсивном перемешивании в заданном количестве постепенно подают порошок карбоната кальция, после завершения его подачи дисперсию перемешивают 5-10 мин и затем к полученной дисперсии при перемешивании и постепенно добавляют раствор сульфата алюминия, содержащего заданное количество сульфата алюминия в виде Al₂(SO₄)₃·18Н ₂O. После завершения подачи раствора сульфата алюминия температуру смеси в реакторе повышают до 80-85°С и смесь при этой температуре и при интенсивном перемешивании выдерживают 90-180 мин. В результате получают дисперсию пигмента с содержанием сухих веществ 25-35%. Эту дисперсию можно использовать непосредственно, например, в производстве бумаги с наполнителем или при получении меловальных составов. В других случаях дисперсию подвергают высушиванию в слое при температуре 75-85°С с последующим измельчением в тонкодисперсный порошок или высушиванию распылением.

В реакции сульфата алюминия с карбонатом кальция при избытке последнего в реакционной смеси сульфат алюминия в конечном итоге расходуется полностью. В результате этой реакции образуется белый пигмент, обладающий высокой белизной, высокой устойчивостью в системах с кислыми значениями рН, имеющий размеры частиц в дисперсии не крупнее частиц в исходном карбонате кальция. Например, при использовании химически осажденного карбоната кальция размер частиц пигмента не превышает 2 мкм с основным размером менее 1 мкм.

Кроме того, пигмент, высушенный, например, в слое, очень легко измельчается в порошок с размерами частиц менее 1 мкм и вновь редиспергируется в воде без потери своих свойств с получением низковязких дисперсий пигмента с концентрацией до 45%.

Указанные характеристики улучшаются при повышении степени преобразования карбоната кальция в его реакции с сульфатом алюминия, то есть при повышении расхода сульфата алюминия на единицу массы карбоната кальция вплоть до их стехиометрического соотношения (1,112 вес. ч. сульфата алюминия на 1 ч. карбоната кальция).

Условия проведения способа по примерам приведены в таблице 1, характеристики продуктов приведены в таблице 2.

Продуктом, который используется в производстве бумаги и картона, может быть "первичная" дисперсия, то есть полученная в реакции карбоната кальция с сульфатом алюминия, сухой порошок пигмента, полученный из этой дисперсии, а также "вторичная" дисперсия, полученная при редиспергировании порошка пигмента. Продукт разбавляется, например, при введении пигмента в бумажную массу в качестве наполнителя или смешивается с другими компонентами (диспергаторами, пигментами, связующими, латексами и т.п.) при формировании меловальных композиций с разными составами и суммарными концентрациями сухих веществ и соответственно с разными физическими параметрами (например, вязкостными свойствами). Поэтому в качестве характеристик продуктов мы выбрали устойчивость дисперсий без добавок стабилизаторов (по сути это водоотдача, например, в течение 24 ч, выраженная в % к массе дисперсии), простоту измельчения пигмента, высушенного в слое при 75°С, наличие или отсутствие агломератов в измельченном порошке, размер частиц в порошке, возможность редиспергирования порошка без потерь свойств пигмента, оптическую белизну порошка (Белизна исходного карбоната кальция 84,5%).

Как видно из таблиц, предлагаемый способ позволяет получать из карбоната кальция белый пигмент с высокими показателями качества - по оптической белизне, способности к измельчению высушенного материала, размеру частиц пигмента, возможности редиспергирования порошка при сохранении свойств пигмента. Эти свойства дают возможность расширения области применения пигмента.

Таблица 1.
Условия проведения способа по примерам
№№ примеров	Количество карбоната кальция СаСО3, г	Количество сульфата алюминия (СА) в виде Al2(SO 4)3·18Н2 O, г	Количество СА в % к массе СаСО 3	Температура процесса, °С	Длительность процесса, мин.	Степень преобразования СаСО3, %	Выход пигмента из общей массы СаСО3 и СА, %	Концентрация пигмента в дисперсии, %
1	50	12,5	25	80	90	22,5	88,50	35
2	50	27,82	55,64	80	120	50	81,45	30
3	50	41,73	83,46	85	180	75	76,8	25
4	50	52,50	105,0	85	180	95	75,20	25

Таблица 2.
Характеристики образцов пигмента по примерам
№№ примеров	Устойчивость дисперсии в течение 24 час. (водоотдача в % к массе дисперсии	Простота измельчения высушенной дисперсии в порошок	Агломераты в порошке	Размер частиц в порошке, мкм	Белизна порошка %	Возможность редиспергирования порошка	Концентрация редиспергированной суспензии, %	Устойчивость редиспергированной суспензии в теч. 24 час. (водоотдача в % к массе суспензии)
1	<1	Без затруднений	Отсутствуют	<2	86,45	Без затруднений	45	<1
2	-"-	-"-	-"-	<2	87,11	-"-	40	-"-
3	-"-	-"-	-"-	<2	88,12	-"-	35	-"-
4	-"-	-"-	-"-	<2	88,42	-"-	25	-"-