Способ получения композиционного пигмента для изготовления бумаги и картона

Способ получения композиционного пигмента для изготовления бумаги и картона

Реферат

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 1Условия проведения способа по примерам
№№ примеров	Количество гидроксида кальция, г	Количество сульфата алюминия в виде Al2(SO4)3·18Н2O, 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 2Характеристики 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

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.