Патент на изобретение №2283391

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО ПИГМЕНТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БУМАГИ И КАРТОНА

(57) Реферат:

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.

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(SO₄)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)₃·18Н₂О. 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.

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.