DE2711910C2 - Weiße Pigmentzusammensetzung und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Weiße Pigmentzusammensetzung und Verfahren zu deren Herstellung

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Description

Die Erfindung betrifft eine weiße Pigmentzusammensetzung aus einer Tonkernkomponente mit Plättchenstruktur mit einem darauf abgeschiedenen Erdalkalioder Zinksilikatniederschlag, der etwa 10 bis 90 Gew.-% der gesamten Pigmeptzusammensetzung ausmacht.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer weißen Pigmentzusammensetzung aus einer Tonkernkomponente mit Plättchenstruktur, wobei auf den Ton-Teilchen In wäßriger Suspension unter Zugabe eines wasserlöslichen Alkalisilikats und eines wasserlöslichen Erdalkali- oder Zinksalzes ein wasserhaltiger Silikatniederschlag abgeschieden wird, der etwa 10 bis 90 Gew.-% der gesamten Pigmentzusammensetzung beträgt. Das erhaltene Produkt wird von der Suspension abfiltriert, gewaschen und gegebenenfalls getrocknet.
Aus der US-PS 29 13 419 sind Teilchen mit einer Tonkernkomponente und einer diese vollständig umgebenden Beschichtung aus Zink- oder Erdalkalimetallsilikat bekannt, zu deren Herstellung gleichzeitig aktive Kieselsäure und eine die Metalllonen enthaltene Lösung einer die Tonkernkomponenten aufweisende Suspension zugegeben werden. Wird dagegen die aktive Kieselsäure zuerst zugegeben, ergibt sich nicht das gewünschte Erzeugnis, sondern es erfolgt ein Niederschlag des SiO2 ohne das Metall. Im übrigen olliiwt der Niederschlag bei dieser bekannten Arbeltswelse eine einheitlich dichte Umhüllung für die Tonkernkomponente, während In der vorliegenden Erfindung der Niederschlag in regelloser Verteilung der kugelförmigen Teilchen auf Kernkomponente abgeschieden wird.
Die US-PS 28 85 366 beschreibt Teilchen mit einer Tonkernkomponente und einer diese vollständig umgebenden Slllkatbeschlchtung. Das in dieser Patentschrift angegebene Verfahren zur Herstellu-g uerartlger Teilchen kann zur Erzeugung »aktiver« Kieselsäure, d. h. von nur geringfügig polymerlsiertem SIO2, die gleichzeitige Zugabe einer Alkalimetallsilikatlösung und einer Säure zur Tonaufschlämmung umfassen. Falls nicht genügend »aktive« Kieselsäure zugegeben wird oder Alkallmetallsilikat und Säure zu schnell reagieren, entsteht nicht die erwünschte kontinuierliche Beschichtung, sondern ein unregelmäßiger KJeselsäureniederschlag, während bei der vorliegenden Erfindung dieser Niederschlag aus Erdalkali- oder Zinksilikat besteht.
In der US-PS 22 59 481 ist ein Verfahren zur Behandlung von Pigmenten beschrieben, deren Neigung zum Absetzen verringert und deren Verfärbung verzögert werden soll, bei dem ein gemahlenes Pulver hergestellt wird. Hierzu wird einer Pigmentaufschlämmung eine Alkalimetallsillkatlösung und darauf ein Erdalkallsalz unter Rühren zugegeben. Das Pigment wird nachfolgend gefiltert, gewaschen, kalziniert und gemahlen. Die verbesserten Eigenschaften des Produkts werden einer Behandlung mit CO2 während des Kalzinierens zugeschrieben.
Die US-PS 22 96 637 beschreibt ein Verfahren zum Ansäuern einer Ton-Natriumsllikatmischung, mit dem der Ton in seiner optischen Wirksamkeit als Pigment verbessert werden soll. Ein anderes Tonpigment mit verbesserten optischen Eigenschaften ist in der US-PS 36 90 907 dargestellt und besteht aus einer Mischung von Ton mit Erdalkalihydroxid.
Aus der US-PS 25 99 094 ist ein Verfahren bekannt, bei dem KaiZiumsllikat auf Zellstoffasern niedergeschlagen wird, nach dem die Zellulosepulpe mit einer Chloridlösung behandelt wurde.
Die angegebenen Pigmentzusammensetzungen finden u. a. In der Papierindustrie Verwendung, um Papieren beigemischt zu werden.
Die Erfindung steht unter der Aufgabe, eine weiße Pigmentzusammensetzung und ein Verfahren zu deren Herstellung kostengünstig verfügbar zu machen und wobei Pigmentzusammensetzungen dennoch eine erhöhte Lichtstreukraft aufweist. Zur Verbilligung soll to der Anteil der Metailsilikatkcmponente verringert werden.
Die Aufgabe wird durch die Im kennzeichne,1 Jen feil der Ansprüche 1 und 2 dargelegten Merkmale gelöst.
Wird die erhaltene Pigmentzusamniensetzung in ein Papierblatt eingebracht, so hat dieses einen Lichtstreukoeffizienten, der erheblich höher ist als der einer einfachen Mischung aus Tonkomponente und Metallsilikat. Dennoch Ist der Metallsilikatanteil bis auf 10%, verglichen mit einer physikalischen Mischung, abgesenkt und hierdurch eine erhebliche Verbilligung eingetreten. Dieses vorteilhafte Ergebnis wird darauf zurückgeführt, daß die kugelförmigen Silikatteilchen beim Einbringen in das Papier als Abstandshalter zwischen den Tonkernkomponenten wirken.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der pH-Wert zwischen 4 und 9 eingestellt. Hierdurch wird die Welterverarbeitung am nassen Ende einer Papiermaschine erleichtert.
Als Tonkemkomponente wird vorzugsweise einer der bei der Papierherstellung üblichen Tone wie Kaolin verwendet und als Alkallmetallslllkat beispielsweise Natriumsilikat. Als wasserlösliches Erdalkall- oder Zinksalz wird aus Kostengründen ein Kalziumsalz verwendet, bevorzugt Kalziumchlorid, obwohl auch Kalziumnitrat oder -azetat Verwendung finden können. Natriumsilikat mit 2 bis 5 Mol, vorzugsweise 3 bis 4 Mol, SiO2 pro Mol Na;O, wird bevorzugt, da es Im Handel erhältlich und im allgemeinen das billigste Alkallmetallslllkat Ist.
Die Reaktionstemperatur ist nicht kritisch und kann zwischen 20 und 850C liegen. Die Konzentration der Silikatlösung wird im Zusammenhang mit den übrigen Variablen so eingestellt, daß das Verfahrer.sprodukt 10 bis 905b der kugelförmigen Teilchen, auf den Tonteilchen niedergeschlagen, aufweist.
Ohne Einstellung des pH-Wertes findet die Reaktion bei etwa pH gleich 9 bis 10 statt. Sowohl die optische Wirksamkeit des Produkts als auch die Reaktionyausbeute wird jedoch durch Einstellung des pH-Wertes auf geringere Werte, nicht geringer als 4, vergrößert. Für Verwendung des Pigmentes bei Beschichtungen oder bei Kalibrierpressen ist ein derart niedriger Wert nicht erforderlich, sondern pH gleich 7 oder darüber, um befriedigende Ergebnisse zu erzielen.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen und Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines typischen Flußdiagramms zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 2 eine Elektronenmikroskopaufnahme, welche die Plättchenstruktur eines typischen Kaolin-Tones zeigt;
Fig. 3 eine Elektronenmikroskopaufnahme, welche die Struktur einer Pigmentzusammensetzung zeigt, die aus 80% Ton der Fig. 2 und 20% Kalziumsilikat besteht;
F i g. 4 eine Elektronenmikroskopaufnahme, welche den Ton von Fig. 2 zeigt, der in ein Handblatt eingebracht wurde, und
Fig. 5 eine Elektronenmikroskopaufnahme mit dem Pigment aus Fig. 3, das in ein Blatt eingearbeitet ist.
Die Pigmentzusammensetzung wird vorzugsweise kontinuierlich hergestellt, entsprechend dem in Fig. 1 gezeigten Verfahren. Zu diesem Zweck ist ein Zufuhrtank 1 vorgesehen. In welchem der Ton und ein mehr- J5 wertiges Metallsalz unter konstantem Umrühren vorgemischt werden. Diese Mischung wird durch eine Pumpe 2 zu einem oder mehreren in Reihe geschalteten Mischern 4,4' gepumpt, wo der Ton/Salz-Brei mit der Alkalimetallsilikatkomponente gemischt wird, welche dem Tank 6 über eine Pumpe 7 zugeführt wird. Die Ausfällungs-Reaktion In den hintereinander angeordneten Mischern 4,4' muß unter hoher Schubkraft erfolgen, um ein promptes, durch das Salz induziertes Ausfällen des Siliziummaterials auf dem Ton zu erreichen. Danach kann der pH-Wert des ausgefällten bzw. niedergeschlagenen Pigmentbreies auf einen Wert nicht unter 4 eingestellt werden, Indem man beispielsweise Alaun oder ähnliches von einem Tank 8 über eine Pumpe 9 zu dem in Reihe angeordneten Mischer 4' zuführt. Nach der pH-Wert-Einstellung wird die Pigmentzusammensetzung gewaschen, um irgendwelche löslichen Salze zu entfernen, und für die endgültige Verwendung gefiltert.
Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung.
Beispiel I
Für die Verwendung mehrerer Pigmentzusammensetzungen als Papier-Füllmaterial wurden In jedem Falle 160 g Wasser mit 10 bis 40 g Ton unter geringer Schub- to kraft in einem Becher zu einem Brei verrührt. Dann wurde eine Menge von CaCl2 · 2H2O dem Tonbrei in trockener Form beigegeben und für 15 min gemischt. Der Ton-/CaCl2-Brei wurde dann in einen Warlng-Mischer gegeben. Unter holler Schubkraft wurde dem Ton-/CaCh-Brei langsam eine 10%ige Natriumsilikatlösung (Feststoffanteile) zugefügt, um das Ausfällen von Kalziumsilikat auf dem Ton einzuleiten, und anschließend ließ man die Mischung sich für insgssamt 2 min mischen. Darauf wurde genügend Papiermacher-Alaun der Mischung beigefügt, um den pH-Wert auf etwa 4 bis 4,5 einzustellen. Das Mischen wurde für weitere 2 min fortgesetzt. Das Reaktionsprodukt des Tones mit dem darauf niedergeschlagenen CaSiI wurde dann in einem Buchner-Trichter gewaschen, um lösliche Salz-Nebenprodukte zu entfernen, und damit stand die Pigmentzusammensetzung für die Auswertung In Handblättern zur Verfügung.
Es wurden mehrere Natriumsilikatanteile ausgewertet, deren Mol-Verhältnisse SiO2: Na2O von 2,50 bis 3,75 : 1 reichten. Jedoch wurde für das oben beschriebene Experiment ein »O«-G:rad-Natriumsilikat mit einem Mol-Verhältnis zwischen SlO2: Na2O von 3,22 : 1 ausgewählt, um eine optimale optische Wirksamkeit des Endproduktes und einen niedrigen Preis zu erzielen. Es wurden fünf verschiedene im Handel erhältliche Kaolin-Tone aus Georgia (Georgia-Kaolin) verwendet, deren Teilchengröße von einem dem WP-Füller mit großer Teilchengröße (60% der Teilchen kleiner als 2 μΐπ) bis zu dem Hydragloss 90-Beschichtungston reichte (97% der Teilchen kleiner als 2μΐη). Zusätzlich war bei den Experimenten ein gespaltener Ton, Nuclay, enthalten. In jedem Fall wurde das Verhältnis von Ton zu Natriumsilikat in der Pigmentzusammensetzung zwischen 0 und 100% mit Abständen von 20% variiert. Das Verhältnis von Natriumsilikat zu CaCU · 2H2O wurde bei einem Wert von 2,8 zu 1 konstant gehalten. Tabelle I zeigt typische Zusatz-Konzentrationen für die Ton-/Kalziumsilikat-Produkte der Pigmentzusammensetzung.
Tabelle I
Konzentration der Zusätze des Pigments
Pigment- Wasser Ton CaCl2 ■ 2H2O Natrium- Alaun zusammen- silikat
Setzung
80 Ton
20 CaSiI		 160 40 3,57 10 8
60 Ton
40 CaSiI		 160 30 7,14 20 12
40 Ton
60 CaSiI		 160 20 10,71 30 18,5
20 Ton
80 CaSiI		 160 10 14,28 40 26,0
100 CaSiI 160 0 17,85 50 27,7
Die Tabellen II bis VI fassen die optische Wirksamkeit der Pigmentzusammensetzungen zusammen, welche mit verschiedenen Basis-Tonen hergestellt wurden. Die optischen Eigenschaften wurden aus Handblättern bestimmt, welche etwa 5 Gew.-% der Pigmentzusammensetzung enthielten. Zum Vergleich mit den optischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Pigmentzusammensetzungen wurden ebenfalls Handblätter mit physikalischen Mischungen von Ton und TiO2 hergestellt. In jedem Falle wurde für den Faser-Eintrag eine Standard-Pulpe-Mischung verwendet und die Handblätter wurden nach Standard-TAPPI-Verfahrensvorschriften hereestellt.
Tabelle II Optischer Vergleich
WP-Füllton
Tabelle IV
Optischer Vergleich - Ultraweiß-90-Τοη
Pigment Hellig Hellig Deck Füll Füll Streu 5 Pigment Hellig 83,3 Deck keit Deck Füll Streu
zusammen keit keit kraft material material koeffizient zusammen keit 82,4 kraft kraft material koeffizient
setzung (%) (%) S' setzung 80,9 (%) S'
Vergleich 78,4 72,5 _ _ 10 Kontrolle 78,4 71,8 _ .
100 WP Ton ι 79,3 75,9 4,93 0,158 lOOUW-90-Τοη 79,0 81,7 75,1 5,36 0,13
80 Ton 80,5 77,7 4,75 0,241 100 TiO2 81,3 84,0 4,45 0,66
20 CaSiI 100 CaSiI 79,0 4,15 0,37
60 Ton 81,1 78,5 4,79 0,273 15 80 Ton 81,8 77,2 4,28 0,26
40 CaSiI 20 CaSiI
40 Ton
60 CaSiI		 82,1 78,9 4,71 0,304 60 Ton
40 CaSiI		 78,9 78,9 4,44 0,37
20 Ton 82,4 78,4 4,45 0,317 20 40 Ton 78,6 3,74 0,37
80 CaSiI 60 CaSiI 81,6
80 Ton 81,1 79,3 5,23 0,293 20 Ton 78,6 4,13 0,34
20 TiO2 80 CaSiI 82,7
60 Ton 82,3 80,9 5,04 0,405 25 80 Ton 78,5 4,53 0,27
40 TiO2 20 TiO2 83,0
40 Ton 83,0 82,0 4,99 0,465 60 Ton 79,8 4,84 0,34
60 TiO2 40 TiO2
20 Ton 83,3 82,8 5,01 0,521 30 40 Ton 82,0 5,05 0,46
80 TiO2 60 TiO2
20 Ton 83,6 5,13 0,55
35 80 TiO2
Tabelle V
Tabelle III
Optischer Vergleich - Hydrogloss 90-Ton
Optischer Vergieicn - PDM-Fuliion
40 Pigment
zusammen		 Füll Streu
Pigment Deck Streu setzung material koeffizient
zusammen kraft koeffizient (V) S'
setzung S'
Kontrolle 78,9 100 PDM Ton 78,7 80 Ton 20 CaSiI 60 Ton 40 CaSiI 40 Ton 60 CaSiI 20 Ton 80 CaSiI 80 Ton 20 TiO2 60 Ton 40 TiO2 40 Ton 60 TiO2 20 Ton 80 TiO2
81,1 81,5 82,1 82,3 80,8 82,2 83,0 83,3
71,5 74,9 78,7
78,7 79,6 79,5 79,0 81,0 82,9 83,2
4,08 5,01
4,36 4,64 4,30 5,05 5,02 5,25 4,44
0,156 0,300
0,330 0,380 0,400 0,300 0,410 0,500 0,620
Kontrolle 100 Hydragloss
80 Ton 20 CaSiI 60 Ton 40 CaSiI 40 Ton 60 CaSiI 20 Ton 80 CaSiI 80 Ton 20 TiO2 60 Ton 40 TiO2 40 Ton 60 TiO2 20 Ton 80 TiO2
77,6 71,7 - -
78,2 73,7 5,49 0,100
81,2 78,7 5,11 0,291
81,6 79,4 5,06 0,327
82,2 80,1 5,06 0,327
82,5 79,3 4,88 0,357
80,6 77,4 5,42 0,220
82,1 80,1 5,32 0,365
83,3 82,5 5,39 0,471
83,9 83,5 5,41 0,552
Tabelle VI
Optischer Vergleich - Nuclay Ton
Pigmentzusammen
setzung
Hellig- Deckkeit kraft
Füll- Streumaterial koeffizient
Kontrolle 79,0 71,7 - -
100 Nuclay Ton 79,8 75,7 5,03 0,164
80 Ton
20 CaSiI		 81,5 78,3 5,17 0,272
60 Ton
40 CaSiI		 82,3 79,2 4,77 0,346
40 Ton
60 CaSiI		 82,5 79,5 4,93 0,353
20 Ton
80 CaSiI		 82,0 77,7 3,74 0,344
80 Ton
20 TiO2 		81,7 78,9 4,91 0,296
60 Ton
40 TiO2 		82,8 80,8 4,93 0,397
40 Ton
60 TiO2 		83,7 82,5 4,87 0,531
20 Ton
80 TiO2 		84,2 83,6 5,07 0,586
Die Oberflächen der in Beispiel I verwendeten Tone reichten von 8 mVg für den Georgia-Kaolln-WP-Füllton bis 22 m2/g für den Hydragloss 90-Beschichtungston der Huber Corporation. Tabelle II faßt die optischen Vergleiche der Pigmentzusammensetzungen zusammen, die mit der Qualität des WP-Fülltons hergestellt wurden. Die Pigmentzusammensetzung, die 80% WP-Ton enthielt, auf dem 20% CaSiI niedergeschlagen waren, hatte im Vergleich mit WP-Ton allein eine unerwartete Verbesserung der optischen Wirksamkeit zur Folge. Das gleiche Pigment war jedoch leicht schwächer in der Deckkraft als eine physikalische Mischung von 80% WP-Ton und 20% TiO2. In ähnlicher Weise, wie in Tabelle III gezeigt, hatte die Pigmentzusammensetzung mit 80% PDM-Ton, auf dem 20% CaSiI niedergeschlagen waren, ein deutliches und unerwartetes Anwachsen der optischen Wirksamkeit im Vergleich mit PDM-Ton allein zur Folge. Darüber hinaus war dieses Pigment bezüglich der Deckkraft einer physikalischen Mischung von 80% PDM-Ton und 20% TiO2 gleichwertig. Ähnliche Ergebnisse fand man bei den anderen Tonen, wie durch die Daten in Tabelle IV bis VI dargestellt. Zusätzlich zeigten die Daten, daß der Streukoeffizient des Basistonmaterials in gleicher Weise anwächst wie der Anteil von darauf niedergeschlagenem CaSiI.
Tabelle VII zeigt einige Beziehungen zwischen den Oberflächen des Basistonmaterials, den Oberflächen der Pigmentzusammensetzungen, welche aus den Basistonen hergestellt wurden, und allgemeine Beziehungen zwischen Verteilung der Teilchengröße der Tone und prozentualem Anwachsen des Streukoeffizienten der Pigmentzusammensetzungen. In jedem Fall wurde gefunden, daß die Teilchengrößenverteilung der Pigmentzusammensetzungen im wesentlichen die gleichen sind wie die in jedem der Fälle verwendeten Basistonmaterialien. Wie in den Zeichnungen (Fig. 2 bis 5) gezeigt, ändern die relativ kleinen kugelförmigen Teilchen aus Kalzium-
silikat, die auf den Ton-Plättchen niedergeschlagen sind, die gesamte Teilchengrößenverteilung des Basismaterials nicht wesentlich.
Tabelle VII
Streukoeffizient (S') gegenüber
Teilchengrößen-Verteilung
Pigmentzusammen
setzung
Oberfläche
(mVg)
Streukoeffizienl
prozentuales
Anwachsen des Streukoeffizienten
Uitraweiß 90-Ton - 90 % feiner als 2 μπα
100 Ton 12,6 0,13
80 Ton 16,4 0,26 100
20 CaSiI
60 Ton 20,5 0,37 169
40 CaSiI
Nuclay Ton - - 80 % ι feiner als μηι -
100 Ton 11,7 0,164 6,58
80 Ton
20 CaSiI		 23,1 0,272 111
60 Ton
40 CaSiI		 28,5 0,346
PDM-Füllton -67 % feiner als 2 μηα -
100 Ton 12,1 0,156 54,5
80 Ton
20 CaSiI		 23,7 0,241 75
60 Ton
40 CaSiI		 21,5 0,273
Die Daten in Tabelle VII zeigen die Bedeutung der Auswahl des im Handel erhältlichen Basistonmaterials zur Optimierung des Beitrags der Silikatkomponente. Wenn die Feinheit der Teilchengrößenverteilung des Basistonmaterials bei der Pigmentzusammensetzung ansteigt, so wird der Beitrag der Silikatkomponente vergrößert. Weiterhin werden mit anwachsender Feinheit der Tonteilchen und bei höherem Anteil der Substitution der Silikatkomponente gleichwertige optische Eigenschaften der Pigmentzusammensetzungen erzielt, verglichen mit dem gleichen Maß einer TiO2-Zugabe. Bei den Beschichtungstonen kleinerer Teilchengröße wurde eine gleiche optische Wirksamkeit bis einschließlich den 60% Ton bis 40% CaSiI oder 40% TlO2-Füllmittelsystemen. Die Daten zeigen also, daß es möglich ist, den optischen Beitrag von TiO2 in einer Papierunterlage mit der Pigmentzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung zu verdoppeln, wobei 20 bis 40 Gew.-% des gesamten Naßendfüllers TiO2 ausmachen würde.
Beispiel II
Proben von Pigmentzusammensetzungen wurden mit einer Versuchsapparatur gemäß Fig. 1 hergestellt, mit der Ausnahme, daß nur ein einziger der hintereinander geschalteten Mischer benutzt wurde. Die pH-Einstellung mit Papiermacher-Alaun wurde in kleinen Portionen vor dem Filtern und Waschen des Produktes durchgeführt. Bei einem der Versuche (Tabelle VIII) wurde PDM-Premiumfüllton von Georgia-Kaolin verwendet, und bei
einer zweiten Versuchsreihe (Tabelle IX) wurde Ultrawelß-90-Beschlchtungsgradton verwendet. Als Silikatkomponente wurde »O«-Grad-Natrlumsillkat der Firma Philadelphia Quartz Company ausgewählt und als Salzkomponente des Verfahrens Kalziumchlorid. Die Konzentration der Natriumsilikatlösung wurde von etwa 0,042 bis 0,168 kg/1 variiert, und zwar bei Flußgesphwlndlgkelten von etwa 2,5 bis 4,8 l/mln In einem Ton-/Salz-Brel, der 0,19 bis 0,307 kg/l Ton und etwa 0,017 bis 0,027 kg/l Salz enthielt. Aus diesen Reaktionen wurden mehrere Pigmentzusammensetzungen erhalten, gefiltert und gewaschen. Die beim ersten Experiment (Tabelle VIII) hergestellte Pigmentzusammensetzung bestand aus 80% PDM-Ton und 20% Kalziumsilikat. Beim zweiten Experiment (Tabelle IX) wurde die Ultrawelß-90-Ton-Komponente zwischen 60 und 90% und die Kalziumsllikat-Komponente von 40 bis 10% variiert. Die Hgmente wurden In Standard-TAPPI-Handblätter als Füllmaterial eingearbeitet und die optischen Eigenschaften gemessen.
Tabelle VIII
Pigmentzusammensetzung - optische Vergleiche PDM-Füllton - kontinuierliches Verfahren
Pigmentzusammen
setzung
Helliggrad
Deckungs- Füllkraft mittel
Streukoeffizient
S'
Kontrolle 79,0 71,5 0,50
100 PDM Ton 79,3 75,3 5,02 0,155
100 PDM Ton 80,0 79,5 9,86 0,179
80 Ton 80,8 77,6 4,67 0,257
20 CaSiI
80Ton 81,8 82,1 8,90 0,277
20 CaSiI
80 Ton 81,1 77,2 4,94 0,236
20 CaSiI
80 Ton 82,1 82,4 10,11 0,259
20 CaSiI
Tabelle IX
Pigmentzusammensetzung - optische Vergleiche Ultraweiß 90-Ton - kontinuierliches Verfahren
Pigment-
zusämmen-
setzung
Hellig- Deckungs- Füll- Streukeit grad mittel koeffizient
Kontrolle 78,5
100 UW 90 Ton 79,2
80 Ton
20 CaSiI
90 Ton
10 CaSiI
60 Ton
40 CaSiI
81,0
81,0
82,2
70,3
74,4
77,5
78,0
80,3
5,30 0,157
5,25 0,278
5,23 0,300
5,42 0,396
10
15 digkelten genommen wurden, zeigten keine wesentlichen Änderungen der optischen Eigenschaften. Bei jeder Portion wurden zwei Waschungen des Filterkuchens durchgeführt, wobei das Verhältnis 1,6 Teile Wasser zu I Teil Pigment betrug, um bis zu 93% der während der Reaktion erzeugten Natriumsalz-Nebenprodukte zu entfernen. Ein Vergleich der gemäß Beispiel Il erhaltenen Pigmentzusammensetzungen mit den Daten, die man mit den gemäß Beispiel I hergestellten Zusammensetzungen erhielt, zeigt, daß das In der kontinuierlichen Vorrichtung hergestellte Produkt etwa die gleichen Ergebnisse aufwies wie das Produkt, das In einem Waring-Mischer In einem Versuchsaufbau hergestellt wurde.
Beispiel III
in Beispiel Hi wurden Pigmentzusammenselzungen nach dem In Beispiel II beschriebenen kontinuierlichen Verfahren hergestellt, mit der Ausnahme, daß keine pH-Elnstellung durchgeführt wurde. Die so hergestellten Pigmentzusammensetzungen wurden in Leimpressen-Ansätze eingearbeitet und einer Presse der Westvaco Corporation zugeführt. Eine Rollenleimpresse wurde verwendet, um aus den Ansätzen ein 27,45 kg/Ries Papier und ein 21,6 kg/Ries Clear-Spring-Papler von Offset-Qualität zu erzeugen, beides Handelsprodukte der Westvaco Corporation. Für den Zweck dieses Beispiels Ist ein Ries definiert als 500 Blatt Papier mit Abmessungen von 63,5 χ 96,52 cm.
Die Lelmpressen-Ansätze wurden mit Pigmentzusammensetzungen hergestellt, welche 80% UW 90-Ton und 20% CaSiI, 80% Nuclay und 20% CaSiI sowie 90% UW 90-Ton und 10% CaSlI enthielten. Die Ansätze, welche die 80/20-Pigmentzusammensetzungen enthielten, wiesen je etwa 40 Gew.-% Stärke und 60 Gew.-% Pigment auf, während die Ansätze, welche die 90/10-Pigmentzusammensetzung enthielten, etwa 35Gew.-% Stärke und 65 Gew.-% Pigment aufwiesen. Die Komponententeile wurden In Wasser zu einem Brei verrührt mit einem Feststoffgehalt von etwa 22 bis 28%. Die Leimpresse wurde mit einer Rollengeschwindigkeit von 2 m/s betrieben und so eingestellt, daß ein Ausstoß von wenif.r als etwa 2,25 kg/Ries erfolgte. Nach dem !(alibrr:\_n wurde die Papierbahn getrocknet und zu Blättern geformt, wobei Probeblätter analysiert wurden, um ihre optischen Eigenschaften und ihre Druckfähigkeit zu analysieren. Die Ergebnisse sind in Tabelle X zusammengestellt.
50
55
Jede der gemäß Tabelle VIII und IX erhaltenen Pigmentzusammensetzungen wurde bei einer Rührgeschwindiekeit des Reihenmischers von 1700 min hergestellt und zu den oben angeführten Anteilen <n Handblätter eingearbeitet. Proben, die bei niedrigeren Geschwin-
Tabelle X
optische und Festigkeits-Vergleiche
Qualität für kalibrierte Umschläge
Pigmentzusammensetzung
Uber-
ZUgS-
gewicht
(kg/Ries)
Hellig- Deck- Wachskeit grad aufnahme
Grundlage
100 UW 90-Ton
100 Nuclay
80 UW 90
20 CaSiI
80 Nuclay
20 CaSiI
90 UW 90
10 CaSiI
1,9
2,1
2,2
2,5
2,2
80,4
79,5
79,9
81,5
81,0
80,9
92,2 9
92.0 14+
92.5 14+
93.6 12
93,6 13
93.1 14+
Fortsetzung
Pigment Über Hellig Deck Wachs
zusammen zugs- keit grad aufnahme
setzung gewicht
(%) (kg/Ries)
Clear Spring-Offset-Qualität
Grundlage
80 UW 90
20 CaSiI
80 Nuclay
20 CaSiI
90 UW 90
10 CaSiI
81,4
1,2 82,2
1,2 81,6
0,9 82,2
89,0
90,1
90,2
89,7
12
13
14+
13
Die in Tabelle X gezeigten Daten machen deutlich, daß die Verbesserung der optischen Eigenschaften der Pigmentzusammensetzungen der Erfindung erheblich sind im Vergleich mit den Vergleichsansätzen, welche lediglich Nuclay oder Ultraweiß 90-Ton enthalten. Die Prüfung der kalibrierten Papierproben zeigt auch, daß die Ansätze, welche Pigmentzusammensetzungen nach der vorliegenden Erfindung enthielten, eine gleichförmigere Oberfläche aufwiesen. Die Ansätze der Pigmentzusammensetzungen schienen sich auch gleichförmiger zu benetzen als die Verglelchsansätze, wenn ein Tropfen Wasser aufgebracht wurde. Die Wachsaufnahme, ein Maß für die Aufnahmefähigkeit des Papiers beim Offset-Drucken, verringerte sich bei Verwendung der Ansätze mit erfindungsgemäßer Pigmentzusammensetzung nicht signifikant. Diese Ergebnisse wurden bei Labor-Druckversuchen bestätigt, wo sich keine Unterschiede bei der Aufnahmefähigkeit zeigte zwischen Papier, das mit Ansätzen gemäß der erfindungsgemäßen Pigmentzusammensetzung kalibriert wurde und Papier aus Versuchsansätzen. Darüber hinaus wurde mit Ansätzen, welche die erfindungsgemäßen Pigmentzusammensetzungen verwendeten, das Durchscheinen der Druckschwärze erheblich reduziert, wohingegen das Aussehen des Blattes erheblich verbessert wurde.
Die erfindungsgemäßen Pigmentzusammensetzungen sind auch bei der Beschichtung von Papieransätzen von Nutzen. Bei der Papierbeschichtung wird im allgemeinen TiOj-Pigment verwendet, um Blätter mit hohem Deckgrad und Helligkeit zu erhalten und außerdem wegen der guten Deckkraft.
TiO2 ist jedoch ein Material, das leicht abgetragen wird (die übliche Valley-Abtragung liegt bei etwa 25 mg), außerdem ist es teuer. Daher wird ständig nach Ersatzstoffen für das TiO2 bei der Papierbeschichtung gesucht.
Beispiel IV
Es wurden Beschichtungsansätze hergestellt, bei denen das üblicherweise benutzte TiO2 durch eine Menge gleichen Gewichts der erfindungsgemäßen Pigmentzusammensetzung ersetzt wurde. Zu diesem Zweck wurde eine Pigmentzusammensetzung, bestehend aus 90% Ultraweiß 90-Ton und 10% Kalziumsilikat nach dem kontinuierlichen Herstellverfahren, das in Beispiel II beschrieben wurde, hergestellt. Es wurden drei Beschichtungsansätze erzeugt, ein Vergleichsansatz, welcher kein TiO2 enthielt, eine zweite Beschichtung, die 5% TiO2 enthielt und eine dritte experimentelle Beschichtungsfarbe, die 5% der 90/10-Pigmentzusammensetzung enthielt, alle Angaben in Gew.-%. Jeder Beschichtungsansatz enthielt ebenfalls Ton, Kalk, Stärke und ein Latex, das nach einer Standardformel hergestellt wurde. Die Kontroll-Beschichtung hatte eine Brookfield-Vlskosltät von 14 000 cps bei 60,4% Feststoffen, während die Beschichtung mit der erflndungsgemäßen Pigmentzusammensetzung eine Brookfleld-Vlskosität von 20 000 cps bei 59,8% Feststoffen aufwies. Die Beschichtungen wurden über eine Streichvorrichtung einer 17,1 kg/Ries Offset-Presse (ein Produkt der Westvaco Corporation) zugeführt, bei sechs verschledenen Streichungen, um Schichtgewichte von etwa 2,25 bis 5,85 kg/Ries zu erzeugen. Die beschichteten Bahnen wurden getrocknet, bei 4,14 ■ 10bN/m2 und 65° C dreifach kalandriert und dann zu Blättern geformt, um Proben zu erhalten, von denen die Daten In Tabelle Xl erhalten wurden.
Tabelle XI
Pigmentzusammensetzung/TiO2-Beschichtungs-Ansätze (Vergleich der optischen Qualität und der Druckfahigkeit)
Schicht Glätte Glanz Deck- 1057 48 86,5 Hellig Wachs
gewicht 1329 54 87,1 keit aufnahme
25 kg/Ries 1330 57 87,7
5 % TiO2 1253 58 88,7
2,3 928 51 87,1 1561 58 89,6 74,3 7
30 3,0 1088 57 87,7 1174 55 90,4 74,8 7
3,5 1224 59 88,7 75,5 7
4,1 1296 61 89,1 867 47 86,2 75,8 7
4,5 1335 62 89,5 1082 55 87,3 76,1 7
35 5,4 1467 66 90,5 1182 56 87,8 76,4 7
Pigmentzusammensetzung 5 % 1357 58 88,3
dn 2,25 1381 59 88,9 73,6 7
2,7 1321 58 89,8 73,8 7
3,4 74,4 7
4,2 74,7 7
45 4,9 74,9 6
5,8 75,8 6
Kontrolle
50 2,5 73,3 8
3,1 73,7 8
3,6 74,0 7
4,2 74,3 7
55 4,5 74,4 7
5,9 74,7 7
Wie aus den Daten der Tabelle XI zu ersehen ist, ergab ein Beschichtungsansatz, in welchem TiO2 durch eine gleiche Gewichtsmenge einer 90/10-Pigmenizusammensetzung ersetzt wurde, ein beschichtetes Papier mit optischen Eigenschaften (Deckkraft und Helligkeit), die etwa in der Mitte zwischen denen des Papiers lag, welches mit dem Standardansatz, der TiO2 enthielt, und dem Papier mit dem Versuchsansatz, ohne TiO2. Glanzmessungen waren bei dem Ansatz mit Pigment leicht niedriger als diejenigen bei einem Standardansatz, während die Glätte
erhöht war. Unter Zugrundelegung anderer Daten (nicht beschrieben), würde die Valley-Abtragung der in Beispiel IV verwendeten Pigmentzusammensetzung von etwa 8 his 12 mg reichen, d. h. -:nter derjenigen von TiO2 liegen, während eine Kosteneinsparung bei der Verwendung von
Pigmentzusammensetzungen gegenüber TiO2 erheblich sein würde. Man ersieht daraus, daß die erfindungsgemäße Pigmentzusammensetzung eine gute Wahl für das Ersetzen von TiO2 bei Papierbeschichtungsansälzen darstellt.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Weiße Pigmentzusammensetzung aus einer Tonkernkomponente mit Plättchenstruktur mit einem darauf abgeschiedenen Erdalkall- oder Zinksilikatniederschlag, der etwa 10 bis 90 Gew.-96 der gesamten Pigmentzusammensetzung ausmacht, dadurch gekennzeichnet, daß der Silikatniederschlag in Form kugelförmiger wasserhaltiger Teilchen auf den Ton-Teälchen abgeschieden worden ist.
2. Verfahren zur Herstellung einer weißen Pigmentzusammensetzung aus einer Tonkernkomponente mit Flättchenstruktur, wobei auf den Ton-Teilchen In wäßriger Suspension unter Zugabe eines wasserlöslichen Alkalisilikats und eines wasserlöslichen Erdalkali- oder Zinksalzes ein wasserhaltiger SiH-katnlecierschlag abgeschieden wird, dsr etwa 10 bis 90Gew.-% der gesamten Pigmentzusammensetzung beträgt, das erhaltene Produkt von der Suspension abfiltriert, gewaschen und ggf. getrocknet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst das wasserlösliche Erdalkali- oder Zinksalz in die Tonsuspension eingemischt und danach die Alkallsilikatlösung unter hoher Schubkraft zugeführt wird.
3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert zwischen 4 und 9 eingestellt wird.
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