Способ получения пигмента для изготовления бумаги и картона

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. Суспензию гидроксида кальция обрабатывают раствором сульфата алюминия в водной среде при перемешивании. Обработку ведут в водной среде, содержащей связующее в растворенном виде. Связующее выбирают из группы, включающей крахмал и поливиниловый спирт в количестве 0,5-5,0% от массы абс.сухого пигмента, и/или 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 пигмента, а также к технологиям изготовления бумаги с наполнителем, мелованных видов бумаг и картона.

Известен способ изготовления сатенвейса, в котором дисперсия гидроксида кальция реагирует со смесью сульфата алюминия и сульфата цинка (US 5904761 А).

Ближайшим аналогом предлагаемого способа получения пигмента является способ, в котором сульфат алюминия и гидроксид кальция смешивается в планетарном смесителе и реагирует с образованием сатинвейса. Сульфат алюминия используется в виде водного раствора с концентрацией соли 20-28%, а гидроксид кальция используется в виде дисперсии с концентрацией 30-40% (ЕР №1198522, С 09 С 1/40, 24.03.2004).

Однако эти способы не позволяют получать сатинвейс, модифицированный связующим и/или красителем.

Положительным результатом от использования предлагаемого изобретения является получение пигментов, модифицированных связующим и/или красителем любого цвета, пригодных к применению в производствах разных видов бумаги и картона как в качестве наполнителя, так и в качестве компонента в меловальных составах.

Свойства пигмента позволяют использовать его в других производствах, например в качестве белого или цветных наполнителей полимеров, в лакокрасочных производствах, при изготовлении строительных материалов и т.д.

Поставленный положительный результат достигается тем, что в предложенном способе получения пигмента для изготовления бумаги и картона путем обработки суспензии гидроксида кальция раствором сульфата алюминия в водной среде при перемешивании согласно изобретению используют водную среду, содержащую в растворимом виде связующее, выбранное из группы, включающей крахмал и поливиниловый спирт в количестве 0,5-5,0% от массы абсолютно сухого пигмента, и/или краситель в количестве 0,1-0,5% от массы абсолютно сухого пигмента.

Способ осуществляют следующим образом. В реактор-смеситель, снабженный скоростной мешалкой, подают количество воды, содержащей в растворенном виде заданное количество связующего - крахмала или ПВС и/или красителя. Затем в этой среде при интенсивном перемешивании диспергируют заданное количество порошка гидроксида кальция, после завершения его подачи дисперсию перемешивают несколько минут. Далее к полученной дисперсии при перемешивании постепенно добавляют раствор сульфата алюминия, содержащего заданное количество сульфата алюминия, стехиометрически равное количеству поданного в реактор гидроксида кальция. В результате получают дисперсию пигмента, модифицированного связующим и/или красителем с содержанием сухих веществ 20-25%.

Эту дисперсию используют, например, в производстве белых или цветных бумаг с наполнителем, или при получении составов для мелования бумаги и картона.

Физико-химические процессы, протекающие в реакционной смеси, можно представить следующим образом.

При стехиометрическом соотношении компонентов в смеси они расходуются полностью. В результате этой реакции при наличии в исходной водной фазе в растворенном виде связующего и/или красителя образуется пигмент, модифицированный связующим и/или красителем. Размер частиц пигмента не превышает 2 мкм с основным размером менее 1 мкм. Пигмент, не содержащий красителя, обладает высокой белизной. Пигмент, модифицированный красителем, может иметь любой цвет. Интенсивность окрашивания высокая.

Способность частиц пигмента удерживать такие вещества, как крахмал, ПВС, краситель, обусловлена, видимо, сильным полярным взаимодействием пигмента с молекулами воды и соответствующим структурированием значительного по объему водного слоя в гидратных оболочках вокруг частиц пигмента при их образовании. В дисперсиях пигмента с концентрацией сухих веществ 20% и выше при среднем размере частиц пигмента порядка 1 мкм вся водная фаза находится в структурированном состоянии. Если вода в процессе образования пигмента содержит растворенные вещества, эти вещества в итоге оказываются в "связанном" частицами пигмента состоянии. Даже при многократном разбавлении такой системы и интенсивном перемешивании водные структурированные оболочки частиц не размываются.

Условия проведения процесса по предлагаемому способу даны в таблице 1, характеристики образцов по этим примерам - в таблице 2.

В качестве основной характеристики модифицированных пигментов используют степень удержания пигментом связующего и/или красителя, 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 фаза дисперсии. Степень удержания пигментом связующего и/или красителя при многократном разбавлении дисперсии водой выражают в % от поданного в систему в процессе изготовления модифицированного пигмента количества связующего и/или красителя.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет получать пигменты (сатинвейс), модифицированные связующим и/или красителем любого цвета. Степень удержания пигментом связующего и/или красителя высокая. 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
№ по примерам	Количество гидроксида кальция, г	Количество сульфата алюминия в воде Al2(SO4)3·18H2O	Связующее и его количество, г	Краситель и его количество, г	Количество воды, г	Выход пигмента в расчете на сухое вещество, г	Концентрация пигмента в массе, %
1	17,065	25,65	Крахмал 1,0	Прямой голубой 0,05	153	51,25	25
2	17,065	25,65	Крахмал 2,0	Прямой желтый 0,25	212	52,0	20
3	17,065	25,65	Крахмал 2,5	-	210	52,5	20
4	17,065	25,65	-	Прямой фиолетовый 0,25	153	51,0	25
5	17,065	25,65	ПВС 0,25	Прямой коричневый 0,2	151	50,5	25
6	17,065	25,65	ПВС 0,5	Прямой синий 0,1	153	51,6	25
7	17,065	25,65	ПВС 1,0	-	204	51,0	20
8	17,065	25,65	ПВС 0,75	Прямой бордо 0,15	206	51,0	20
9 по прототипу	17,65	25,65	-	-	150	50,0	25

Таблица 2. Характеристики 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 связующего, %
1	Крахмал 2,0	0,1	99,9	100
2	Крахмал 4,0	0,5	99,6	99,9
3	Крахмал 5,0	-	97,2	-
4	-	0,5	-	99,9
5	ПВС 0,5	0,4	100	99,9
6	ПВС 1,0	0,2	100	-
7	ПВС 2,0	-	99,9	-
8	ПВС 1,5	0,3	99,9	99,9

Способ получения пигмента для изготовления бумаги и картона путем обработки суспензии гидроксида кальция раствором сульфата алюминия в водной среде при перемешивании, отличающийся тем, что используют водную среду, содержащую в растворенном виде связующее, выбранное из группы, включающей крахмал и поливиниловый спирт в количестве 0,5-5,0% от массы абсолютно сухого пигмента, и/или краситель в количестве 0,1-0,5% от массы абсолютно сухого пигмента.