Способ подготовки наполнителя или пигмента для производства бумаги

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советски к

Социалистическик

Республик и 903438 (6l ) Дополнительное к авт. саид-ву (22)Заявлено 30.06. 80 (21) 2946743/29-12 с присоединением заявки йе(23)прноритетОпубликовано 07 02 ° 82 Бюллетень М 5

{51)М. Кд.

О 21 Н 3/66

Государственный комитет

СССР пв делам изобретений н открытий (53) УД К 676. 1, .023 ° 6

;088.8) Дата опубликования описания 07,02. 82

Я.Е.Диклер, А.Г.Горюнов, Т.И.Качала, В.В.Афанасьева и Ю.А.Крылатов (72) Авторы изобретения

Центральный научно-исследовательски бумаги и Центральный научно-исследо и проектный институт лесохимической (7l) Заявители (54) СПОСОБ ПОДГОТОВКИ. НАПОЛНИТЕЛЯ

ИЛИ ПИГМЕНТА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА

БУМАГИ

Изобретение касается способа подготовки каолина для пигментных покрытий и может быть использовано в целлюлозно-бумажном производстве для наполнения бумажной массы.

В настоящее время для получения дисперсий каолина, обладающих повышенной устойчивостью при хранении, используют диспергаторы, выделенные из группы, включающей полифосфаты, полиспирты, поликислоты и их смеси.

Известен способ диспергирования каолина с использованием в качестве диспергирующего вещества - водорастворимой соли, неполных зфиров сополимера, выбранного из группы сополимеров малеинового ангидрида с этиленом и малеинового ангидрида со стиролем.

Этерифицирующие вещества выбирают из группы, в которую входят бензиловый спирт и монобутиловый эфир зтиленгликоля 3.

Недостатком известного технологи- . ческого решения является большой рас. ход диспергатора 0,25- 1,0 мас.ч. на мас.ч. пигмента.

Наиболее близким к предлагаемому является способ подготовки наполнителя или пигмента путем обработки каолина диспергатором в водной среде при перемешивании. В качестве диспер" гатора в известном способе диспергирования наряду с множеством перечисленных диспергаторов может быть ис о пользован пирофосфат натрия (2) .

Однако вязкость каолиновой суспензии сравнительно высокая. Кроме того, суспензия недостаточно устойчива к действию кислот, щелочей и полива15 лентных каогулянтов, а бумага, полученная с использованием такой суспензии (бумага, обработанная с поверхнос" ти), обладает недостаточным сопротив20 лением к проникновению воды и органических растворителей.

Цель изобретения - улучшение качества бумаги за счет повышения степени дисперсности и устойчивости дис3 . 90З4З персии к кислОтам, щелочам и ПОлива лен7Фы Koа Гуля нтам

11оставленная цель достигается тем, что согласно способу подготовки наполнителя или пигмента для производства бумаги путем обработки каолина диспергатором в водной среде при перемешивании, в качестве диспергатОра испОльзуют ВОдОрастВОримую соль сополимера стирола и малеинового ангидрида, этерифицированного спиртом ИОрмал ь НОГО или раз Вет Влен ного строения с числом атомов углерода 2-15 или смесью указанных спид" тов, при этом расход диспергатора составляет 0,002-0„02 мас.ч. на

1 мас, ч, каолина.

Степень замешения карбоксильных групп сополимера может находиться в пределах 0,2"О, 7, но преимущест- zo венное значение 0,4+О, 1. Соотношение сомономеров в основной цепи указанного сополимера равно 1:1, а молекулярная масса продукта предпочтительно должна находиться в пределах 0,2- 25

4,0.10 . Зтерифицирующие спирты предпочтительно брать с числом атомов углерода 2-12, В качестве этерифицирующего спир та нормального строения могут быть зв использованы, например, этиловый, протиловый, бутиловый, амиловый, ГексилОВый, гептиловыЙ, нонилОВЫЙ спирты.

В качестве этерифицирующего спир" та разветвленного строения могут быть использованы спирты, например изопропиловый, изобутиловый трет"бу" тиловый, изоамиловый, изогексиловый, изОГептилОвый, изонониловый.

Пример 1. Берут 100 мас.ч. каолина, заливают раствором диспергатора, взятым в расчетном количестве.

Через 10 мин после первой пропитки каолина раствором диспергатора доводят рн смеси при помощи раствора едкого натра до 11, 8 и перемешивают на пропеллерной мешапке при скорости

80-90 с 20 мин. Полученную дисперсию используют в производстве бумаги. Параллельно при тех же условиях ведут Обработку каолина пирофосфатом натрия. Раствор пирофосфата натрия берут в тех же соотношениях как по изобретению.

Вязкость полученных суспензий, концентрация, расход диспергатора по предлагаемому и известному способам приведены в табл. 1.

4

Сравнительные показатели вязкости суспензий каолина, диспергированного по предлагаемому и известному способам при расходе диспергаторов

0,4 мас.ч. на 100 мас.ч. каолина приВедены в табл.2.

Снижение степени замещения карбоксильных групп в сополимере стирола и малеинового ангидрида ниже

0,2 приводит к приближению свойств диспергатора к неэтерифицированному сополимеру и к снижению его устойчивости в кислой среде и под действием коагулянтов.

К аналогичным последствиям приводят снижение числа атомов углерода

В зтерифицирующем спирте ниже двух.

Повышение степени замещения карбоксильных групп выше О, 7 приводит к образованию эфиров, нерастворимых в водной среде и не являющихся по этой причине диспергаторами. К таким же результатам приводит увеличение числа атомов углерода в этерифицирующем спирте Выше 16. Снижение расхо-. да диспергатора ниже 0,2 ч. на 100 ч. каолина приводит к уменьшению диспергирующего воздействия. Увеличение расхода диспергатора более 2 ч. на, 100 ч. каолина приводит к обильному пенообразованию в процессе приготовления дисперсии. Соотношение сомономеров основной цепи 1: 1 определяется чередующимся характером их полимеризации.

Молекулярная масса неполных эфиров сополимера стирола и малеинового ангидрида может изменяться и в более широком диапазоне. без потери продухтом диспергирующих свойств, указанный диапазон выбран с целью удобства синтеза названного диспергатора.

Как видно из.табл. 1, результаты полученные по примеру 1, свидетельствуют о том, что при оптимальных условиях реализации, а именно при использовании сополимера стирола и малеинового ангидрида, этерифицированного фракцией спиртов с числом атомов углерода 2" 15 и расходе указанного сополимера 0,2-2,0 мас.ч. на 100 мас.ч каолина при рН 11, 8+0,4, вязкость полученных предлагаемым способом ниже вязкости суспензий, приготовленных путем обработки каолина известным диспергатором (таким как пирофосфат натрия), Пример 2. Берут шесть навесок мелкодисперсного каолина массой.

903438

200 г каждая. В три из них заливают по 200 ч. раствора аммонийной соли сополимера стирола и малеинового ангидрида, этерифицированного спиртом нормального или разветвленного строения с числом атомов углерода 6-8, соответствующих концентрациям (0,2/.

О, 44, 2,04) и перемешивают через

10 мин при скорости вращения пропеллерной мешалки 80-90 с в течение

20 мин.

Остальные навески заливают раство. ром пирофосфата натрия по 200 г в каждую при соответствующих концентрациях (0,2i, 0,4ã., 2,03) и диспергируют при тех же условиях, что и первые три навески.

Каждую из шести полученных суспензий делят на две части и в одну из частей добавляют сульфат алюминия до рН 3,0. Замеряют средний размер частиц во всех образцах суспензии и готовят составы для поверхностной обработки бумаги, включающие .поливиниловый спирт и диспергированный каолин при соотношении 70:30, 50:50, 30:70. Полученную пасту наносят на бумагу-основу. После сушки бумагу подвергают физико-механическим испытаниям. Результаты испытаний бумаги, обработанной с поверхности составом, содержащим суспензию каолина и поливиниловый спирт при соотношении

50:50, приведены в табл.j, а результаты испытаний бумаги, обработанной с поверхности составом, содержащим суспензию каолина и поливиниловый спирт при соотношениях 70:30 и 30:70, приведены в табл.4.

Мз данных табл.3 и 4 видно, что за счет более качественного диспергирования каолина предлагаемым способом (это видно из приведенных значений размеров частиц в суспензиях) удается в равных условиях получать наиболее качественные покрытия при содержании каолина до 503 от массы покрытия. Добавление сульфата алюминия в суспензию каолина, обработанную пирофосфатом натрия, пока-зывает полное преимущество предлагаемого способа обработки каолина по сравнению с известным во всем исследованном диапазоне концентраций каолина.

Пример 3. Берут 4 навески каолина массой 100 ч. каждая и в каждую заливают по 100 ч. 0,4 -ного раствора следующих диспергаторов:

5 о

15 го

25 зо

35 о аммонийнои соли сополимера стирола . и малеинового ангидрида, этерифицированного этанолом со степенью замещения 0,4, аммонийной соли сополимера стирола и чалеинового ангидрида, этерифицированного смесью спиртов с числом атомов углерода 6"8 со степенью замещения 0,4; аммонийной соли не этерифицированного сополимера стирола и малеинового ангидрида, пирофосфата натрия.

После 10 минутного замачивания каолина в растворе диспергатора каждый обраэей перемешивают в пропеллерной мешалке при скорости 80"

90 с 20 мин.Вязкость полученных дисперсий замеряют на вискозиметре

"Реотест" при скорости сдвига 100 с и температуре 20 С. Каждую из сусп ч зий разделяют на две части и в одной из частей доводят рН до 1, 8+0,5 при помощи соляной кислоты. Замеряют вязкость кислых суспензий в тех же условиях, что и у нейтральных суспенэий. В другую порцию суспензии вводят сульфат алюминия до рН 3, 2

0,3 и также замеряют вязкость этих суспензий на вискоэиметре при скорости сдвига 100 с и температуре 20 С.

Частное от деления значения вязкости в кислой среде на значение вязкости в исходной суспензии характеризует устойчивость диспергирования суспензий каолина в кислой среде.

Частное от деление значения вязкости при добавлении сульфата алюминия на значение вязкости исходной суспензии характеризует устойчивость дисперги- рования суспензий каолина к действию поливалентных коагулянтов. Результаты испытаний диспергаторов на устойчивость суспенэий при изменении среды приведены в табл.5.

Из таблицы 5 видно, что уровень вязкости суспензий каолина, обработанных предлагаемым способом, эфиров сополимера стирола и малеинового ангидрида увеличивается при подкислении в 1,6 раза, а при введении сульфата алюминия в 2,3 раза, в то время как обработка каолина не этерифицированным сополимером увеличивает вязкость соответственно в 3,2 и 6,8 раза, а пирофосфат натрия увеличивает вязкость соответственно в 80,8 и

52,7 раза.

Приведенные примеры свидетел ьствуют о высокой эффективности предлагае. мого способа обработки каолина как в направлении достижения оптимальных реологических свойств суспензий (минимальная вязкость суспензий, максимальная седиментационная устойчивость и устойчивость к воздействию кислот и коагулянтов), так и для использования обработанного этим способом каолина в покрытиях бумаги.

У казанным способом можно получит ь концентрированные дисперсии, которые при концентрации каолина в пределах

50-704 имеют характер течения, близкий к Ньютоновскому, в,диапазоне скоростей сдвига 1О -10 С .Опти-. мальное значение рН при диспергировании составляет 11, 8+0,5, вязкость полученных суспензий не превосходят вязкость суспензий, приготовленных в присутствии пирофосфата натрия в качестве диспергатора. Однако предлагаемый способ обладает важным преимуществом по сравнению с существующими, которое заключается в том, что эффект диспергирования, достигаемый этим способом, сохраняется при подкислении дисперсий (до рН 1,5-2) и при добавлении в дисперсию полива" лентных коагулянтов (например, сульфата алюминия до рН 3,0-3,5 или ти.нАммонийная соль эфира сополимера стирола и малеинового ангидрида

0 4 45,9

0,4

Аммонийная соль эфира сополимера стирола и малеинового ангидрида

0,4 386

6-8

0,4

0,4 42,!

Пирофосфат натрия

Аммонийная соль эфира сополимера стирола и малеинового ангидрида

0,2 44,4

0,4 6-8

03438 8 тановой кислоты при рН 1,0-2,0) в большей степени, чем в дисперсиях, полученных другими способами.

Еще одним преимуществом данного способа диспергирования является полное разделение исходного каолина на составляющие частицы, сохраняющиеся при смешивании композиции приготовленной дисперсии каолина с концен1о трированными растворами связующих, например поливинилового спирта (ПВС) или крахмала. Этот эффект наблюдается даже в случае высокодисперсного фракционированного каолина со сред-! ь ним диаметром частиц менее 1 мкм (способ диспергирования каолина путем обработки его пирофосфатом натрия в случае высокодисперсного каолина не позволяет достигнуть полного разделения частиц).

Устойчивость каолиновых дисперсий, полученных предлагаемым способом, в кислой среде и в присутствии поливалентных коагулянтов позволяет обеспечить транспортировку и хранение этих дисперсий без промежуточного высушивания каолина, что может обеспечить значительный экономический эффект в бумажной промышленности.

Таблица 1

Продолжение табл. 1

903438

Пирофосфат натрия

0,2 49,9

Na соль эфира сополимера стирола и малеинового ангидрида 0,2

0,4 54,2

12-15

На соль эфира сополимера стирола и малеинового ангидрида 0,4

2,0 89» 3

2,0 80 5

6-8

Пирофосфат натрия

60

Калийная соль эфира сополимера стирола и малеинового ангидрида

0,4 55,4

0,4 60,4

0,3 6-8

Пирофосфат натрия

Аммонийная соль эфира со-полимера стирола и малеинового ангидрида

0,4 31450

0,4 34300

0,5 6-8

Пирофосфат натрия

Таблица 2

Вязкость суспензии каолина на Реотесте при 20 С и скорости сдвига 100 сек мПа -с (сП) 38,6

49,5

45,6

58,5

55,4

71,0

280, 6

359 8

31450

40326

Концентрация каолиновой суспензии, мас.3

Диспергатор по известному способуаммонийная соль сополимера стирола и малеинового ангидрида, этерифицированного бензиловым спиртом со степенью замещения 0,4

Диспергатор по предлагаемому способу — аммонийная соль сополимера стирола и малеинового ангидрида этериф цированного смесью спиртов С -С со степенью замещения 0,4

11 °

В

Ю о

Ф

1

1

В

1»!

I

I м

I

R 1

У I

З 1

I с

lO °

1 е 1

Х» !

» е

v z е х

X C; а е

Ф х еаХ

X X Y

Cr Фб

T з v х с

T u

4Х Л е v В Ю

903438

1 1 Л

° X

I I! I»

° 1 R! 8! а и 1 с

1 и 1 о о

1 t= T

Ви

° I Ю

1 C1

1 ° X о

Ю .Ю

1

I

1 б

В

1

1

1

1

I

В

1 !

1 х

Ф

I о а

СМВ

О В-

tO 0l I ое!

4ВВ У !

1 б 8 й

v е

Cl и! 4 о! !"

C 1 И

1 Е

1 Cl

I ВВ

s л о

Z л

Ю - 1

X еоаб! зСОВа! и з еч u T l л

ВО о и о с в

° О

ЮЪ а е

С L I

11

I

1

I

Iи

v е! е о

X T

О о

00 м и !

В:= 1 ЕЕ

4I О! X Z о р!

А и и!

I 1 л! е

l 8 I 39 и! ее

Ос! aR а о з

-TO е хи

Y л и» о ла.

a cr o

C O IФМz

283

N IA

»

4ВВ О

Ф CA н

1 1 об е u

1 1 V ф е о

m 44

Ю » в 1О

Л 4О

I I Л

R X

В!

В,В» л

v c

9 8! Э X

I е и

OI 14

1" 3

1 с

1 443

1 !

1

i3 и

1. о

1 C

ОО IA

» » ф Ф

О О

С

1 O Е ! 92

1 1 о ВУ

ВВ О

z z

» » о в

ОЪ ОЪ

ССС1Е .О ° орриоз и И и

X Е R R а. CX l- e Z Z

44

» Ю

О О

1 е x

o z 2 о

T Е X X И X ЗдФ

В-у ока

vcc„° злу о р о о в в.

lO 1

T X 1

50)

e XRXI еев гас

94XRX I

Ее*а!

a ° еиХ е 1 1

ЮВМ I!

I 1 Л ! R X л! 39 8! йЗ

u I c L э сО

Е В

СЭ

С

Cl !

А м! о

»

IA м !В

»

CO

CO

- 1

»

Вн

00 м!

О Ъ

О

4t

» се

ОЪ о

»

ВЧ о в о в

I

1

1 !

1

1

1 !

I

1

1

1

1

1

I

I

1

1

l

I

1

I !

1

1

Ф !

1

I !

903438

Таблица 4

Впитываемост ь по кси» лолу, с

Содержание каолина обработанного

0,4 мас.Ж зара С, сополимер а стирола и малеинового ангидрида, мас. Ф

Исходная суспензия"

105 7 101 0 30

-39,3 85 7 70

105 7

131» 3

30

77,0

70

114,0

122, 4

108, 8 104, 7

30

85,0

32,0

2?, 3 73,5

30 средний диаметр частиц в суспензиях каолина, мкм

1,2

590

0 7

1,5

Содержание

ПВС в покрытии, мас.3

Содержание каолина, обработанного 0,4 мас. пирофосфата натрия, мас. 4

Суспензия с добавлением сульфата алюминия»"" ф%

То Фе,мкм

То же,мкм

То же,мкм

Время промокания по методу сухого индикатора, с

Исходная суспен-. зия"""

Суспензия с добавлением сульфата алюминия""

Впиты" ваемость и ксилолу, с Время промокания по методу су" хого инди катора, с

Таблица 5

903438

От ноше ние вязкости кислой суспензии при рн 1,80,5 к вязкости сходной успенэии каолина

Вид диспергатора

1,6

2 3

4,9

5,1

6,8

3, 2

80,8

52,7

Яммонийная соль сополимера стирола и малеинового ангидрида, этерифицированного бензиловым спиртом со степенью замещения 0,4 (по аналогу) 3 9

2j7

Формула изобретения

Способ подготовки наполнителя или пигмента для производства бумаги путем обработки каолина диспергатором в водной среде при перемешивании, отличающийся ° тем, что, с целью улучшения качества бумаги за счет повышения степени дисперснос«50 ти и устойчивости дисперсий к кислотам, щелочам и поливалентным коагулянтам, в качестве диспергатора используют водорастворимую соль сополимера стирола и малеинового ангид55 рида, этерифицированного спиртом нормального или разветвленного строения с числом атомов углерода 2- 15 или смесью указанных спиртов, при этом расход диспергатора составляет

0,002-0,02 мас.ч. на 1 мас.часть каолина.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США 11 3.366,588, кл. 260-23, опублик. 1968.

2. Патент СШЯ И 2.535.647, кл. 106-72,опублик. 1950 (прототип).

ВНИИПИ Заказ 44/9 Тираж 400 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул. Проектная,4

Аммоний ная сол ь сополи мер а стирола и малеинового ангидрида, этерифицированного смесью спиртов с числом атомов углерода 6-8 со степенью замещения 0,4

Аммоний ная соль сополимера стирола и малеинового ангидрида, этерифицированного этанолом со степенью замещения 0,4

Аммонийная соль не этерифицированного сополимера стирола и малеинового ангидрида

Пирофосфат натрия (no известному способу) Отношение вязкости суспензии с добавкой сульфата алюминия при рН 3, 2+0,3 к вязкости исходной суспензии каолина