СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО ПИГМЕНТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БУМАГИ И КАРТОНА Российский патент 2006 года по МПК D21H19/36 D21H19/38 D21H19/44 D21H19/46 D21H19/64 D21H17/67 D21H17/69 D21H17/70 D21H17/36 C01C1/02 C01F7/02 C01F11/02 

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.

Таблица 1
Условия проведения способа по примерам№№ примеровКоличество гидроксида кальция, гКоличество сульфата алюминия в виде Al₂(SO₄)₃·18Н₂O, гКоличество каолина, гКоличество образованного сатинвейса, гСвязующее и его количество, гКраситель и его количество, гВыход композиционного пигмента в расчете на сухие вещества, гКонцентрация композиционного пигмента в пасте, %113,6520,526040Крахмал 5,2-10525210,2415,397030Крахмал 4,1Прямой ярко-оранжевый 0,51042538,5312,87525ПВС 2,1-1022548,5312,87525-Прямой фиолетовый 0,51002556,8910,268020ПВС 1,0Прямой синий 0,11003063,415,139010Крахмал 2,1Прямой желтый 0,310235710,2415,397030--10025

Таблица 2
Характеристики композиционного пигмента по примерам№№ примеровСвязующее 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, %1Крахмал 5,0-99,6-91,42Крахмал 4,0Прямой ярко-оранжевый 0,599,599,9-3ПВС 2,1-99,4-91,84Крахмал 3,1Прямой фиолетовый 0,598,499,9-5ПВС 1,0Прямой синий 0,198,699,9-6Крахмал 2,0Прямой желтый 0,399,399,9-7----92,3

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.

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.