DE3146200C1 - Verbesserter Extender für Titandioxid - Google Patents

Description

• Überraschenderweise kann nun die gestellte Aufgabe in der Weise gelöst werden, daß man die wäßrige Suspension des Magnesiumhydrosilikates in natürlicher Verwachsung mit Calcium-Magnesium-Carbonat mit einem sauer reagierenden Aluminiumsalz neutralisiert Lösungen von Aluminiumsulfat, Aluminiumformiat, Aluminiumacetat und Aluminiumhydroxidchloride sind hierzu im besonderen Maße geeignet Alternativ kann das sauer reagierende Aluminiumsalz dem Extender auch im trockenen Zustand in der zur Neutralisierung erforderlichen Menge beigemischt werden. Die Überführung dieses Gemisches in eine Suspension erfolgt dann in der Papierfabrik Anhand der nachstehenden Untersuchungen wird der Gegenstand der Erfindung näher erläutert Vier Proben einer Suspension von Magnesiumhydrosilikat, dessen Teilchengröße zu 99% xmterhalb 30 ,um liegt, werden jeweils mit einer 10%igen Aluminiumsulfatlösung versetzt, wobei in den Proben 1 bis 4 die Aluminiumsulfatmenge, berechnet als wasserfreies Salz, anstieg. Die Konzentration der zu neutralisierenden Füllstoffsuspension lag jeweils bei 30 g/100 ml. Die pH-Einstellung wurde unmit 1bar nach Zugabe des Aluminiumsulfats gemessen und ihre Veränderung über einen Zeitraum von fünf Tagen verfolgt Die Tempera-- der Suspension wurde bei diesen Untersuchungen konstant auf 20"C gehalten. Der pH-Wert der 30%igen wäßrigen Magnesiumhydrosilikat-Suspension lag bei 9,45. Die Ergebnisse zeigt die Tabelle: Tabelle 1 Aluminiumsulfatmenge 40 mg 80 mg 100mg 320mg Einstellung pH 7,5 7,0 6,5 6,0 nach 1 Tag 8,2 7,6 7,25 6,7 nach 2 Tagen 8,2 7,7 7,35 7,0 nach 5 Tagen 8,3 7,85 7,5 7,1 Anschließend wurde die pH-Veränderung einer 50%igen Füllstoffsuspension bei Verdünnung mit Wasser untersucht Die Ergebnisse einer solchen Verdünnungsreihe sind in Tabelle 2 niedergelegt. Die 50%ige Füllstoffsuspension, die einen pH-Wert von 9,4 aufwies, wurde hierbei mittels Aluminiumsulfat zunächst auf einen pH-Wert von 6,5 eingestellt Tabelle 2 Konzentration 50%ig 25%ig 10%ig zig 2%ig 1%ig Einstellung pH 6,5 7,25 7,85 8,2 8,6 8,75 nach 1 Tag 7,1 7,6 8;05 8,45 8,7 8,85 nach 2 Tagen 7,2 7,65 8,15 8,55 8,75 8,85 nach 5 Tagen 7,2 7,7 8,2 8,6 8,8 8,9 Tabelle 2 zeigt, daß der pH-Wert der Suspension mit dem Grad der Verdünnung weit stärker ansteigt als mit der Erhöhung der Standzeit In diesem Zusammenhang muß hervorgehoben werden, daß aus den vorstehenden Untersuchungen sowie dem Stand der Technik nicht ohne erfinderisches Zutun herleitbar war, daß eine Magnesiumhydrosilikat-Suspension gemäß Anmeldung in Faserstoffsuspensionen als Extender für Titandioxid geeignet sein würde.
• Als Folge der Verdünnung mußte ein zu hoher pH-Wert befürchtet werden. Wie aus Tabelle 3 hervorgeht, ist das jedoch überraschenderweise nicht der Fall.
• Ausgegangen wurde bei diesen Untersuchungen jeweils von einem holzfreien Faserstoffansatz aus gebleichtem Fichtesulfitzellstoff von 2% Stoffdichte. In diese Faserstoffsuspensionen wurden Füllstoffsuspensionen eindosiert, und zwar a) Titandioxid (30%) b) 25% Titandioxid 5% Magnesiumhydrosilikat und c) 5% Magnesiumhydrosilikat Vorstehende Prozentangaben beziehen sich auf den Faserstoff in der 2%igen Faserstoffsuspension. Der Extender wurde als 50%ige Suspension, die zuvor mittels Aluminiumsulfat auf einen pH-Wert von 6,5 eingestellt worden war, eingesetzt und das Titandioxid als 30%ige Suspension.
• Tabelle 3 30% TiO2 25% TiO2 5% Magne-+5°/0 Magne- siumhydrosiumhydro- silikat silikat Ausgangs- 7,2 7,25 7,4 wert pH nach 1 Tag 7,2 7,25 7,4 nach 2 Tagen 7,2 7,25 7,4 nach 5 Tagen 7,2 7,25 7,4 Wie ersichtlich, hat sich der Verdünnungseffekt in der 2%igen Faserstoffsuspension nicht so signifikant ausgewirkt, wie aufgrund der vorab beschriebenen Verdünnungsreihe hätte befürchtet werden müssen. Dies aber ist bedeutungsvoll für den Einsatz von Magnesiumhydrosilikat als Extender für Titandioxid, wofür ein substltutionsgrad von etwa 15-20% vorgesehen wird.
• Eine höhere Quote würde den Erwartungen hinsichtlich der Opazität des Dekorpapiers nicht mehr gerecht werden. Dieses Verfahren wird an den nachstehenden Beispielen erläutert.
• Beispiel 1 Zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Füllstoffsuspension werden in einem Mischbehälter 500 1 Wasser vorgelegt und unter Rühren 500 kg Magnesiumhydrosilikat eingetragen. Nach guter Verteilung des Füllstoffes in Wasser erhält man eine Suspension, die unter starkem Rühren mit 18,751 einer im dünnen Strahl dosierten 40%iger Aluminiumsulfat-Lösung vermischt wird. Sie enthält 7,5 kg an festem Aluminiumsulfat (A12(SO4)3 18H20); somit beträgt die zudosierte Menge an Aluminiumsulfat 1,5%, bezogen auf den Extender Nach einer halben Stunde stellt man den Rührer ab, die Füllstoffsuspension wird in einen verschlossenen Behälter gefüllt und bei 20"C stehengelassen. Eine pH-Überprüfung der Suspension wird nach drei Tagen durchgeführt Der Slurry zeigt eine neutrale pH-Einstellung, wie für die Verarbeitung erforderlich.
• Beispiel 2 Eine Mischbütte enthält 500 kg gemahlenen Faserstoff, der in Bewegung gehalten wird. In diese Faserstoffsuspension mit 3,5% Stoffdichte wird Füllstoff in einer solchen Menge eingetragen, daß, bezogen auf den Faserstoff, 25% Titandioxid sowie 5% an behandeltem Hydrosilikat als 50%igen Slurry, verteilt werden. Nach guter Vermischung wird der Stoffbrei mit Wasser auf eine Stoffdichte von 0,8% verdünnt und der Entwässerung auf dem Sieb zugeführt Der Stoffansatz weist einen pH-Wert um 7,2 auf und entspricht den Anforderungen, die an dieses Spezialpapier gestellt werden. Die weitere Zugabe von Hilfschemikalien, wie beispielsweise Farbstoffe, Retentionsmittel, optische Aufheller oder Biocide im Rahmen der hierfür üblichen Rezepturen, ist möglich.
• Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausfuhrungsform der Erfindung erfolgt nun die Zugabe des sauren Aluminiumsalzes in Gegenwart von Natriumaluminat, und zwar in Mengen von 5 bis 50 Gew.-%, insbesondere 10 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das saure Aluminiumsalz.
• Es wird vermutet, daß es durch das vermehrt ausgeflockte Aluminiumhydroxidgel zu einer Stabilisierung der im Wasser suspendierten Magnesiumhydrosilikatteilchen kommt, und die Suspension einen praktisch konstanten pH-Wert zwischen 7 und 8 zeigt Wird eine mittels Aluminiumsulfat und Natriumaluminat auf pH 6,5 eingestellte 50%ige Suspension von Magnesiumhydrosilikat einer Faserstoffsuspension allein oder mit Titandioxid, entsprechend dem Beispiel 2, zugeführt, so stellt man einen pH-Wert-Anstieg von 0,6 fest. Der Endwert des pH-Wert-Anstiegs bleibt bei 7,1.
• Die Konzentration der Faserstoffsuspension lag bei ca.
• 3,5.
• Dieses Ergebnis ist überraschend und ermöglicht eine Substitution des Titandioxids in Mengen bis zu 20 Gew.- %, erforderlichenfalls auch darüber.

Claims (5)

1. Patentansprüche: 1. Stabile wäßrige Suspension von Magnesiumhydrosilikat in natürlicher Verwachsung mit Calcium-Magnesium-Carbonat, d a du reh g e k e an -z e i eh n e t daß sie ein in Wasser sauer reagierendes Aluminiumsalz in Mengen von 0,5 bis 5 Gew.-%, bezogen auf Magnesiumhydrosilikat, enthält.
2. 2. Suspension nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie neben dem sauer reagierenden Aluminiumsalz zusätzlich Natriumaluminat in Mengen von 5 bis 50 Gew.-O/o, insbesondere von 10 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das Aluminiumsalz, enthält.
3. 3. Verwendung der Suspension nach den Ansprüchen 1 bis 2 als Extender für Titandioxid in Dekorpapier.
4. 4. Verfahren zur Herstellung einer Suspension nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine 5 -50%ige wäßrige Suspension von Magnesiumhydrosilikat mit einem sauer reagierenden Aluminiumsalz neutralisiert wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Neutralisation in Gegenwart von Natriumaluminatanteilen ausgeführt wird.

   Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine neutral reagierende wäßrige Suspension von Magnesiumhydrosilikat in natürlicher Verwachsung mit einem reinen Calcium-Magnesium-Carkonat sowie ihre Herstellung und Verwendung als Extender für Titandioxid.

   Für Spezialpapiere, vorzugsweise Dekorpapiere, wird Titandioxid in großen Mengenanteilen als Füllstoff eingesetzt. Es ist zum Egalisieren von Papieroberflä.

   chen, zur Verbesserung des Weißgrades und vor allen Dingen zur Erhöhung der Opazität bestens geeignet.

   Zugaben in Höhe von 30 Gew.-% und mehr sind üblich und erforderlich.

   Wegen des hohen Preises von Titandioxid ist auch bereits vorgeschlagen worden, Titandioxid mit billigen Füllstoffen zu verschneiden. Bekannte Verschnittprodukte der Papierindustrie sind auf Basis Titandioxid-Bariumsulfat und Titandioxid-Calciumsulfat aufgebaut. Die billigen Füllstoffe, auch als Extender bezeichnet, vermögen jedoch Titandioxid nur bis zu etwa 15% zu substituieren. Erhöht man den Substitutionsgrad über diesen Betrag, so stellt man eine Verschlechterung des Weißgrades und der Opazität fest.

   Es ist weiterhin bekannt, als Extender für Titandioxid Magnesiumhydrosilikat einzusetzen. Magnesiumhydrosilikat wird als Mineral bergmännisch gewonnen, zeigt Plättehenstruktur und natürliche Verwachsung mit reinem Calcium-Magnesium-Carbonat. Nach Aufbereitung ist das Mineral - in Abhängigkeit von der Mahlfeinheit - unter verschiedenen Bezeichnungen auf dem Markt erhältlich. Als Extender für Titandioxid soll das aufbereitete Material vor allem wegen seiner hohen Weiße, seiner hervorragenden Deckkraft und seines bemerkenswerten Aufhellungsvermögens bestens geeignet sein.

   Wie sich nunmehr jedoch herausgestellt hat, besteht ein Nachteil des Magnesiumhydrosilikats darin, daß es in wäßriger Suspension deutlich alkalisch reagiert. So liegt der pH-Wert einer gesättigten wäßrigen Lösung bei 10, gemessen bei Raumtemperatur. Ein Einsatz dieses Extenders bei der Dekorpapiertränkung, bei welcher u. a. Melamin- und/oder Phenolharze in der Nähe des Neutralisationspunktes kondensiert werden, ist damit ausgeschlossen.

   Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Mittel zu finden, mit dessen Hilfe der Neutralpunkt in wäßrigen Suspensionen von Magnesiumhydrosilikat eingestellt und über einen längeren Zeitraum gehalten werden kann. Wie sich nämlich gezeigt hat, kann die vorstehende Aufgabe nicht durch Neutralisation mit einer organischen oder anorganischen Säure gelöst werden. Der pH-Wert einer derart neutralisierten Suspension steigt mit der Zeit stark an und erreicht nach mehreren Tagen annähernd den ursprünglichen Wert.