DE69604113T2

DE69604113T2 - Verfahren zur Behandlung von Ton zur Verwendung als Pigment in der Papierbeschichtung

Info

Publication number: DE69604113T2
Application number: DE69604113T
Authority: DE
Inventors: Thomas D. Thompson
Original assignee: United Catalysts Inc
Current assignee: Albion Kaolin Co
Priority date: 1995-04-10
Filing date: 1996-03-29
Publication date: 1999-12-30
Anticipated expiration: 2016-03-30
Also published as: CA2167340C; EP0737724A3; DK0737724T3; JPH08319436A; EP0737724A2; MX9601097A; DE69604113D1; EP0737724B1; US5529622A; CA2167340A1

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Erfindungsgebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung verbesserter Tone zur Verwendung bei der Papierbeschichtung. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Behandlung von Smektit- Tonen zur Verwendung bei der Beschichtung von Papier, bei dem die Rheologie, die Verteilung der Teilchengröße und die Abriebeigenschaften verbessert werden.

2. Stand der Technik

Papier, das allgemein ein Gemisch von fein miteinander vernetzten Cellulosefasern, insbesondere Baumwoll- oder Leinenfasern, darstellt, ist im unbehandelten Zustand wegen seiner Transparenz und der Unregelmäßigkeiten auf seiner Oberfläche nicht gut zum Drucken geeignet. Diese Mängel werden allgemein durch den Zusatz von Bindemitteln, wie Stärke und Harz, und durch den Einbau verschiedener mineralischer Füllmaterialien, wie Calciumcarbonat, Calciumsulfat und insbesondere Ton in das Fasermaterial behoben. Die Qualität von herkömmlichem Papier wird daher durch Beschich ten seiner Oberfläche mit einem dünnen Überzug fein verteilter Tonpigmentteilchen und eines klebenden Gemischs stark verbessert.
Die bei der Papierbeschichtung verwendeten Tone bestehen vorzugsweise aus Kaolinit oder anderen ähnlichen Tonen. Diese Tone müssen zur Verwendung in der Papierbeschichtung in möglichst reiner Form hergestellt werden. Zusätzlich ist es wichtig, daß die Tone leicht in Wasser löslich sind und eine äußerst geringe Viskosität haben. Zu Erzielung des besten Ergebnisse müssen die Tone eine Aufschlämmung mit sehr hoher Tonkonzentration bei niedrigster Viskosität ergeben.
Die Verwendung von in Wasser quellfähigen Smektit-Tonen als Beschichtungspigment für Papier, bei dem die Beschichtung weniger als 5 g/m wiegt, ist in der Europäischen Patentanmeldung 283 300 offenbart. Der zur Verwendung bei dieser Beschichtung bevorzugte Ton ist ein Natriumsmektit-Ton. In der europäischen Anmeldung wird vorgeschlagen, daß der natürliche Bentonit in einem Ionenaustauschverfahren behandelt wird, um die Ionen des Tons hauptsächlich in Natriumionen umzuwandeln. Ein Verfahren zur Behandlung von Kaolin-Ton durch die Verwendung von Ionenaustauschharzen zur Entfernung löslicher Verunreinigungen ist in der US-Patentschrift 4,451,440 offenbart.
In der Tonindustrie wird Rohton allgemein gewaschen, um möglicherweise vorhandenes grobkörniges Material (grit) zu entfernen. Zusätzlich läßt man den Rohton oft stehen, um das Absetzen grober Teilchen zu ermöglichen (siehe beispielsweise die US-Patentschriften 2,885,360 und 2,531,427). Zusätzliche Behandlungen des Tons, einschließlich einer Fraktionierung durch Absetzenlassen oder Zentrifugation sind beispielsweise in den US-Patentschriften 3,253,791, 4,018,673 und 4,451,440 offenbart.
Obwohl verschiedene Verfahren zur Herstellung von Natriumsmektit-Tonen zur Verwendung in der Papierbeschichtungs-Industrie (Papierstreichfarbenindustrie) offenbart wurden, sind zusätzli che Verbesserungen bei der Behandlung von quellfähigen Tonen notwendig, um die Druckeigenschaften des Papiers zu verbessern. Um diese verbesserten Eigenschaften herzustellen, müssen die Tone auf Smektitbasis verbesserte rheologische Eigenschaften, eine kontrollierte Teilchengröße und insbesondere einen niedrigen Abrieb aufweisen.
Leider haben die allgemein verwendeten Natriumsmektit-Tone ein hohes Quellvolumen, eine hohe Viskosität und einen hohen Grad an Thixotropie. Dies sind für Papierbeschichtungspigmente unerwünschte Eigenschaften. Die Variabilität von Smektiten in Bezug auf ihre Fließeigenschaften beeinträchtigen die Verwendung dieser Produkte in der Beschichtungsindustrie unter normalen Betriebsbedingungen und hat ihre allgemeine Verwendung als Beschichtungspigmente im großen Maßstab verhindert.
Entsprechend ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, verbesserte Smektit-Tonprodukte zur Verwendung bei der Beschichtung von Papier herzustellen, die eine verringerte Viskosität aufweisen.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Smektit-Ton zur Beschichtung von Papier zu offenbaren, der die nachteilige Thixotropie von natürlichen und synthetischen Smektiten minimiert, während eine feine Teilchengröße und ein hohes Seitenverhältnis (aspect ratio) erhalten bleiben.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Smektit-Ton zur Beschichtung von Papier zu offenbaren, der einen verminderten Abrieb aufweist.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Smektit-Ton zur Beschichtung von Papier zu offenbaren, bei dem die Teilchengröße des Tonprodukts sorgfältig eingestellt ist.
Diese und andere erfindungsgemäße Ziele werden durch das in der vorliegenden Erfindung offenbarte Verfahren erreicht.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Bentonit-Tonen zur Verwendung als Papierbeschichtungspigment und umfaßt (a) Aufschlämmen eines Smektit-Tons, dessen kationische Positionen hauptsächlich mit Natriumionen besetzt sind, mit Wasser, um eine Natriumsmektit-Tonaufschlämmung zu bilden, (b) Aufschlämmen eines Smektit-Tons, dessen kationische Positionen hauptsächlich mit Calciumionen besetzt sind, mit Wasser, um eine Calciumsmektit-Tonaufschlämmung zu bilden, (c) Entgritten (degritting) (Ausreinigen) jeder der Tonaufschlämmungen, um die grobkörnigen Verunreinigungen zu entfernen, (d) Entfernen eines wesentlichen Teils der unerwünschten löslichen Salze aus jeder der Tonaufschlämmungen, (e) Fraktionieren jeder der Tonaufschlämmungen, um die Teilchengröße der Smektit-Tone in den Aufschlämmungen zu begrenzen, und (f) Vermischen der Natriumsmektit-Tonaufschlämmung mit der Calciumsmektit-Tonaufschlämmung, um eine verbesserte Aufschlämmung eines Tongemischs herzustellen. Diese verbesserte Aufschlämmung eines Tongemischs kann weiterbehandelt werden, um ein auf Ton basierendes Erzeugnis für die Verwendung in der Papierindustrie herzustellen. Diese weitere Behandlung kann die Behandlung der Aufschlämmung mit wasserlöslichen Polymeren, um den Ton auszuflocken, Eindicken der Tonaufschlämmung durch die Verwendung von Verdickungsverfahren, wie eine Zentrifugation, und Trocknen des Tonprodukts zur Herstellung eines pulverförmigen Tonerzeugnisses umfassen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Zeichnung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Fig. 2 stellt einen Graphen dar, der die Brookfield-Viskosität verschiedener prozentualer Gemische von Natrium- und Calciumsmektit-Tonen bei 20 U/min zeigt.
Fig. 3 stellt einen Graphen dar, der die Hercules-Viskosität verschiedener prozentualer Gemische von Natrium- und Calciumsmektit-Tonen bei 1.100 U/min zeigt.
Fig. 4 stellt einen Graphen dar, der den Fließpunkt verschiedener prozentualer Gemische von Natrium- und Calciumsmektit-Tonen bei verschiedenen Viskositäten zeigt.

Beschreibung der Erfindung

Die auf Ton basierende erfindungsgemäße Beschichtung, die auf einem Druckmedium verwendet wird, wird durch ein Verfahren hergestellt, bei dem die rheologischen Eigenschaften verbessert, der Bereich der Teilchengröße eingestellt, und die Abriebeigenschaften der auf Ton basierenden Beschichtung vermindert werden. Die Verbesserung der Eigenschaften des auf Smektit-Ton basierenden Produktes verringert die Thixotropie natürlicher oder synthetischer Smektit-Tone, während eine feine Teilchengröße und eine hohes Seitenverhältnis erhalten bleiben.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt die folgenden Schritte: (1) Aufschlämmen eines Smektit-Tonmaterials auf Natriumbasis mit Wasser, (2) Aufschlämmen eines Smektit-Tonmaterials auf Calciumbasis mit Wasser, (3) Ausreinigen (degritting) der Tonaufschlämmungen, um grobkörnige Verunreinigungen zu entfernen, (4) Entfernen eines wesentlichen Anteils der löslichen Salze aus den getrennten Tonaufschlämmungen, (5) Fraktionieren der Tonaufschlämmungen, um die Teilchengröße der Tonteilchen innerhalb der Tonaufschlämmungen zu begrenzen, und (6) Vermischen der Natriumsmektit-Tonaufschlämmung mit der Calciumsmektit-Tonaufschlämmung in verschiedenen prozentualen Verhältnissen, um eine Aufschlämmung eines Smektit-Tongemischs herzustellen, die gegenüber einem aus hauptsächlich Natrium- oder Calciumsmektit-Ton bestehenden Tonen wesentlich verbesserte rheologische Eigenschaften aufweisen. Eine Nachbehandlung der kombinierten Tonaufschlämmungen kann auch brauchbar sein, um die Qualität des Erzeugnisses bei der Verwendung in der Papierindustrie zu verbessern.
Bei diesem Verfahren brauchbare Tone werden vorzugsweise aus der die Smektite umfassenden Gruppe von Tonen, wie Bentonit, Montmorillonit, Hectorit, Saponit oder Nontronit, ausgewählt, wobei Bentonite bevorzugt werden. Wie näher erläutert wird, werden sowohl Natrium- als auch Calciumbentonite bei dem Verfahren verwendet. Die Verwendung eines Gemisch mit vorbestimmten Anteilen an Calcium- und Natriumbentonit hebt sich deutlich von Verfahren nach dem Stand der Technik ab, bei denen der hauptsächlich verwendete Smektit-Ton Natriumsmektit ist (siehe beispielsweise die US-Patentschrift 4,695,402).
Der Ton, vorzugsweise Bentonit-Ton, wird zuerst in herkömmlicher Weise in Wasser dispergiert, um eine Aufschlämmung herzustellen. Vorzugsweise liegt der Feststoffgehalt dieser Aufschlämmung zwischen etwa etwa 5 bis etwa 50%, und besonders bevorzugt zwischen etwa 10 und etwa 30%. Wie vorstehend erläutert, werden vorzugsweise getrennte Calcium- und Natriumsmektit-Tonaufschlämmungen hergestellt.
Die Smektit-Tonaufschlämmungen werden danach behandelt, um Fremdsubstanzen wie Sand, Feldspat, guartz, Calcit und andere harte Verunreinigungen (manchmal als "Grit" bezeichnet) zu entfernen. Dieses Vorreinigen oder Degritten (Ausreinigen) der Tonaufschlämmungen kann durch eine Vielzahl von Verfahren, die in der Industrie üblicherweise verwendet werden, einschließlich Mahlen, Aussortieren, Zyklon-Trennverfahren und andere herkömmliche Ausreinigungsverfahren, bewirkt werden (siehe beispielsweise die US-Patentschriften 2,885,360 und 2,531,427). Vorzugsweise wird die Aufschlämmung durch die Verwendung von Zentrifugation, wie durch Verwendung von Hydrozyklon, ausgereinigt. Weiterhin kann eine Zentrifugation unter Verwendung höherer G- Kräfte brauchbar sein, um zusätzliche Quartz-, Feldspat- und Grit-Verunreinigungen aus dem Bentonit-Ton zu entfernen und so die Teilchengröße des Tons zu begrenzen (zu kontrollieren). Dieses zusätzliche Ausreinigen verbessert die Qualität des Smektit- Endproduktes.
Nach dem Ausreinigen der Tonaufschlämmungen werden die Aufschlämmungen behandelt, um lösliche Salze zu entfernen. Vorzugsweise werden lösliche Salze wie Gips, Epsomsalze, Natriumsulfat usw. entfernt, indem entweder die Tonaufschlämmungen mit deionisiertem Wasser gewaschen oder Dialyseschläuche verwendet werden oder der Ton durch eine Mischbett-Ionenaustauschsäule (mixed bed ion exchange column) geleitet wird (siehe beispielsweise die US- Patentschrift 4,451,440). Durch dieses Verfahren wird die Viskosität der Smektite, einschließlich der Natrium- und der Calciumsmektite, wesentlich herabgesetzt. Lösliche Salze sollten in ausreichender Menge entfernt werden, so daß der Widerstand der Tonaufschlämmung, gemessen mit einem Widerstandsmesser, nicht weniger als etwa 3.000 Ohm beträgt. Der Widerstand natürlicher Bentonite beträgt zwischen etwa 200 bis 600 Ohm. Durch das Entfernen der löslichen Salze wird die Qualität des Ton-Endproduktes wesentlich verbessert, indem seine Viskosität und der Fließpunkt weit unter die von Smektit-Tonaufschlämmungen, bei denen die löslichen Salze nicht oder im wesentlichen nicht entfernt sind, herabgesetzt werden.
Nach dem Entfernen der löslichen Salze werden die Tonaufschlämmungen fraktioniert, um den Bereich der Teilchengröße der Tonteilchen einzuengen. Vorzugsweise wird die Fraktionierung durch ein Zentrifugationsverfahren bewirkt. Beispielsweise kann die Aufschlämmung durch eine Zentrifuge des Dekantierungstyps, wie sie von Bird oder Sharples hergestellt wird, oder einer Zentrifuge vom Scheibenstapel- (disc-stack) Typ, wie sie von Alfa Lava hergestellt wird, geleitet werden, wobei eine genügend hohe G- Kraft verwendet wird, um die Teilchen der Tonaufschlämmung wirksam zu fraktionieren. In einem bevorzugten Verfahren wird die Fraktionierung durch Verwendung einer International-Zentrifuge bei Geschwindigkeiten von mindestens etwa 500 U/min über mindestens etwa 15 Minuten bewirkt. Die während dieses Zentrifugationsverfahrens abgetrennten Tonteilchen sollten im Bereich von etwa 85% < 0,5 um bis etwa 99% < 0,5 um und vorzugsweise 90% < 0,5 um bis etwa 95% < 0,5 um Größe bei Natriumsmektit-Tonteilchen und zwischen etwa 67% < 0,5 um bis etwa 97% < 0,5 um, vorzugsweise 75% < 0,5 um bis etwa 90% < 0,5 um [Größe] bei Calciumsmektit-Tonteilchen liegen.
Nach der Fraktionierung werden die Natrium- und die Calciumsmektit-Aufschlämmungen gemischt, um eine Aufschlämmung eines Tongemischs herzustellen. Das Mischen von Natrium- und Calciumsmektiten ergibt überraschenderweise verbesserte Eigenschaften des Ton-Endproduktes, die nicht gegeben sind, wenn entweder im wesentlichen reiner Calciumsmektit oder im wesentlichen reiner Natriumsmektit verwendet werden. Beispielsweise hat Natriumsmektit ein höheres Seitenverhältnis und einen größeren Oberflächenbereich als Calciumsmektite und bewirkt daher als Unterlagefolie eine bessere Beschichtung. Natriumsmektite haben jedoch allgemein eine höhere Viskosität und einen hohen Fließpunkt und verursachen daher in Standard-Beschichtungsverfahren Fließfähigkeitsprobleme. Calciumsmektite haben eine geringere Viskosität und praktisch keinen Fließpunkt und sind daher für herkömmliche Papierbeschichtungsausrüstungen gut geeignet. Während die Natrium- und Calciumbentonit-Tonaufschlämmungen vor ihrer Vereinigung vorzugsweise getrennt aufbewahrt werden sollten, können in einer alternativen Ausführungsform Mischungen von Natrium- und Calciumbentonit-Tonaufschlämmungen verwendet werden, solange die bevorzugten Verhältnisse zwischen den Natrium- und den Calciumsmektit-Tonen erhalten bleiben.
Überraschend wurde gefunden, daß eine Mischung von Calcium- und Natriumsmektit-Tonen die Viskosität der Mischung gegenüber ungemischten Calcium- oder Natriumsmektit-Aufschlämmungen stark herabsetzt. Zusätzlich bleiben in Calcium-/Natriumsmektit-Mischungen die bevorzugten Eigenschaften der getrennten Calcium- und Natriumsmektit-Tonaufschlämmungen erhalten. Die Mischung des Calcium- und Natriumsmektits kann zwischen etwa 20 bis etwa 90 Gew.-% Calciumsmektit und zwischen etwa 10 bis etwa 80 Gew.-% Natriumsmektit enthalten. Vorzugsweise sollte die Mischung der Tonaufschlämmung mindestens etwa 40 Gew.-% Calciumsmektit und mindestens etwa 10 Gew.-% Natriumsmektit enthalten. Besonders bevorzugt sollte die Aufschlämmung mindestens etwa 60 Gew.-% Calciumsmektit und mindestens etwa 40 Gew.-% Natriumsmektit enthalten. Wenn Aufschlämmungen von Mischungen von Calcium- und Natriumsmektiten hergestellt werden, zeigt die Mischung eine verstärkte Viskosität. Wenn die Viskosität beispielsweise bei 20 U/min gemessen wird, beträgt sie nicht mehr als etwa 4.000 cps bei einem Feststoffgehalt von 10%. Wenn die Viskosität bei etwa 1.100 U/min gemessen wird, beträgt sie nicht mehr als etwa 4,0 Dyn bei einem Feststoffgehalt von 10%.
Die Calcium- und Natriumsmektite können durch jedes geeignete herkömmliche Mischverfahren wie durch einfaches Zusammenbringen der Aufschlämmungen gemischt werden Vorzugsweise werden die Aufschlämmungen mindestens etwa 15 Minuten unter Verwendung herkömmlicher Mischapparaturen wie einem Mixer, Homogenisator oder einer anderen Mischapparatur, gemischt.
Wenn die Calcium- und die Natriumsmektit-Tone vermischt worden sind, wird die Mischung vorzugsweise nachbehandelt, um die in der Papierindustrie brauchbaren Produkttypen herzustellen. Falls gewünscht, können jedoch die Natrium- und Calcium-Tongemische zur Verwendung als Aufschlämmung in Form einer Aufschlämmung gehalten und so transportiert werden. Alternativ kann der Anteil an Ton in der Aufschlämmung nach Bedarf erhöht oder verringert werden, indem Wasser zugesetzt wird, um den Tonanteil zu verringern, oder indem die Aufschlämmung getrocknet wird, um den Anteil an Wasser in der Tonaufschlämmung zu senken. Falls ein festes Endprodukt gewünscht ist, kann der Ton mit herkömmlichen Trocknungsverfahren wie Sprühtrocknung getrocknet werden. Durch so eine Trocknung kann der Ton zu trockenen Teilchen reduziert werden.
Das erfindungsgemäße Tongemisch zeigt eine verbesserte Verwendbarkeit in der Papier- und Druckindustrie, indem die Thixotropie des Tonmaterials minimiert wird, während die feine Teilchengröße und ein hohes Seitenverhältnis erhalten bleiben. Weiterhin sind die Abriebeigenschaften der Tonteilchen durch das Entfernen der grobkörnigen Verunreinigungen und der löslichen Salze stark reduziert.

Beispiele

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele veranschaulicht, wobei dadurch der Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht beschränkt wird.

Beispiel 1

Eine Probe weißen Natrium-Rohbentonits aus dem Staat Durango, Mexiko, wurde bei 12,3% Feststoffgehalt in Wasser aufgeschlämmt und mittels Schlauchdialyse mit deionisiertem Wasser gewaschen, bis er frei von löslichen Salzen war. Nach dem Entfernen der löslichen Salze wurde die Aufschlämmung auf 10,2% Feststoffgehalt verdünnt und anschließend unter Verwendung einer International-Zentrifuge fraktioniert. Die Eigenschaften des gewaschenen Natrium-Rohbentonits sind in Tabelle 1 angegeben. Die Eigenschaften des gewaschenen und fraktionierten Natriumbentonits sind in Tabelle 2 angegeben.

Tabelle 1

Weißer Natrium-Rohbentonit aus Mexiko

Verunreinigungen Feldspat, Quartz, und Opal-CT
Rückstand bei +325-Mesh 4,95%
Siebweite Kationenaustauschfähigkeit 61 meq/100 g (C. E. C.)
Feststoffgehalt 10,2%
Brookfield-Viskosität 316 cPs
Hercules-Viskosität 1,3 Dyn bei 1.100 U/min
Fließpunkt 0,5 Dyn

Teilchengrößenverteilung (+325-Mesh Siebweite)

Mikrometer Kumuliert %
30 99,7
20 99,7
10 97,3
5 92,2
2 83,6
1 75,2
0,5 65,2
0,25 54,6
Abrieb (-325-Mesh Siebweite) 38,7 mg

Tabelle 2

Fraktionierter weißer Natriumbentonit aus Mexiko

Verunreinigungen Opal-CT
Rückstand bei +325-Mesh 0,00%
Siebweite Kationenaustauschfähigkeit 103 meq/100 g (C. E. C.)
Feststoffgehalt 9,7%
Brookfield-Viskosität 10.250 cPs
Hercules-Viskosität 4,9 Dyn bei 1.100 U/min
Fließpunkt 0,8 Dyn

Teilchengrößenverteilung (-325-Mesh Siebweite)

Mikrometer Kumuliert %
30 99,9
20 99,2
10 98,9
5 99,2
2 98,7
1 98,4
0,5 92,4
0,25 80,3
Abrieb (-325-Mesh Siebweite) 14 mg

Beispiel 2

Eine Probe weißen Calcium-Rohbentonits aus dem Staat Durango, Mexiko, wurde bei 21% Feststoffgehalt in Wasser aufgeschlämmt und mittels Schlauchdialyse mit deionisiertem Wasser gewaschen, bis er frei von löslichen Salzen war. Nach dem Entfernen der löslichen Salze wurde die Aufschlämmung auf 17,5% Feststoffgehalt verdünnt und anschließend unter Verwendung einer International-Zentrifuge fraktioniert. Die Eigenschaften des gewaschenen Calcium-Rohbentonits sind in Tabelle 3 angegeben. Die Eigenschaften des gewaschenen und fraktionierten Calciumbentonits sind in Tabelle 4 angegeben.

Tabelle 3

Weißer Calcium-Rohbentonit aus Mexiko

Verunreinigungen Feldspat, Quartz, Calcit, Gips und Opal-CT
Rückstand bei +325-Mesh 5,5%
Siebweite Kationenaustauschfähigkeit 43 meq/100 g (C. E. C.)
Feststoffgehalt 17,5%
Brookfield-Viskosität 20 cPs
Hercules-Viskosität 0,3 Dyn bei 1.100 U/min
Fließpunkt Keiner
Teilchengrößenverteilung (+325-Mesh Siebweite)
Mikrometer Kumuliert %
30 97,1
20 92,0
10 74,5
5 58,0
2 44,0
1 35,2
0,5 25,9
0,25 9,8
Abrieb (-325-Mesh Siebweite) 29,6 mg

Tabelle 4

Fraktionierter weißer Calciumbentonit aus Mexiko

Verunreinigungen Opal-CT
Rückstand bei +325-Mesh 0,00%
Siebweite Kationenaustauschfähigkeit 83 meq/100 g (C. E. C.)
Feststoffgehalt 10,3%
Brookfield-Viskosität 220 crs
Hercules-Viskosität 0,3 Dyn bei 1.100 U/min
Fließpunkt 0/0 Dyn

Teilchengrößenverteilung (-325-Mesh Siebweite)

Mikrometer Kumuliert %
30 99,9
20 99,3
10 99,3
5 99,6
2 98,7
1 95,1
0,5 87,1
0,25 77,5
Abrieb 6,5 mg
Die Wirkung der Fraktionierung auf den Abrieb von Natrium- und Calciumbentonit aus den Beispielen 1 und 2 ist in Tabelle 5 angegeben. Tabelle 5
Die Wirkung des Entfernens der löslichen Salze auf die Viskosität von Smektiten ist in Tabelle 6 angegeben. Tabelle 6
Die Beispiele 1 und 2 veranschaulichen die Verbesserung des Tons durch das Entfernen von grobkörnigen Verunreinigungen mittels Fraktionierung unter Verwendung einer Zentrifuge. Durch diese Verfahren wird der Anteil des Smektits im Produkt angereichert, dessen Kationenaustauschfähigkeit erhöht und die Abriebeigenschaften des Rohbentonits stark herabgesetzt.

Beispiel 3

Verschiedene Mischungen der Natrium- und Calciumsmektite aus den Beispielen 1 und 2 wurden hergestellt. Dann wurden die Fließ- und Abriebeigenschaften der Mischungen gemessen. Tabelle 7 gibt die Mischungen und die dazugehörigen Daten an.
Tabelle 7 Rheologische Eigenschaften für Calcium- und Natriumsmektit- Mischungen bei 10% Feststoffgehalt
Durch das Mischen von ausgereinigten, durch Waschen von löslichen Salzen befreiten und zur Herstellung einer konsistenten Teilchengröße fraktionierten Calcium- und Natriumsmektiten werden in den Tongemischen von Calcium- und Natriumsmektit gegenüber nicht gemischten Smektit-Tonen verbesserte Eigenschaften erreicht. Durch Mischen der Calcium- und Natriumsmektit-Tone ist es weiterhin möglich, ein Produkt herzustellen, das eine geringere Viskosität als die einzeln verwendeten Calcium- oder Natriumsmektit-Tone aufweist. Dadurch wird bei der Beschichtung von Papier ein höherer Feststoffgehalt ermöglicht, als er derzeit verwendet wird.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Aufschlämmung eines Tongemischs (blended clay slurry) zur Verwendung in der Papierbeschichtungsindustrie (Papierstreichfarbenindustrie), umfassend

(a) Aufschlämmen eines Tons, enthaltend hauptsächlich Natriumsmektit-Ton, mit Wasser, um eine Natriumsmektit-Tonaufschlämmung zu erzeugen;

(b) Aufschlämmen eines Tons, enthaltend hauptsächlich Calciumsmektit-Ton, mit Wasser, um eine Calciumsmektit-Tonaufschlämmung zu erzeugen;

(c) Entgritten (degritting) (Ausreinigen) der Tonaufschlämmungen, um die grobkörnigen Verunreinigungen weitgehend aus den Aufschlämmungen zu entfernen;

(d) Entfernen eines wesentlichen Anteils der unerwünschten löslichen Salze aus den Tonaufschlämmungen;

(e) Fraktionieren der Tonaufschlämmungen, um die Teilchengröße der Smektit-Tone in den Aufschlämmungen zu begrenzen; und

(f) Vermischen der Natriumsmektit-Tonaufschlämmung mit der Calciumsmektit-Tonaufschlämmung, um eine Aufschlämmung eines Tongemischs herzustellen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Natriumsmektit-Tonaufschlämmung einen Feststoffgehalt an Natriumsmektit-Ton zwischen etwa 5 und etwa 50% aufweist, und worin die Calciumsmektit- Tonaufschlämmung einen Feststoffgehalt an Calciumsmektit-Ton zwischen etwa 5 und etwa 50% hat.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, worin die Aufschlämmung des Tongemischs einen Feststoffgehalt zwischen etwa 5 und etwa 50% Calcium- und Natriumsmektit-Ton hat.

4. Verfahren nach einem der Absprüche 1 bis 3, worin mindestens etwa 90% der grobkörnigen Verunreinigungen aus den Tonaufschlämmungen entfernt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin ein wesentlicher Anteil, vorzugsweise mindestens etwa 70% der unerwünschten löslichen Salze durch Fraktionierung aus der Aufschlämmung entfernt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin die Teilchengröße des Natriumsmektit-Tons nach dem Entfernen der unerwünschten löslichen Salze zu mindestens 90% < 0,5 um ist, und worin die Teilchengröße des Calciumsmektit-Tons nach dem Entfernen der unerwünschten löslichen Salze zu mindestens 80% < 0,5 um ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin die Aufschlämmung des Tongemischs mindestens etwa 10 Gew.-% Natriumsmektit-Ton, bezogen auf das Trockengewicht der festen Tonteilchen, und mindestens etwa 40 Gew.-% Calciumsmektit-Ton, bezogen auf das Trockengewicht der festen Tonteilchen, enthält.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin die Aufschlämmung des Tongemischs mindestens etwa 10 Gew.-% Natriumsmektit-Ton und mindestens etwa 40 Gew.-% Calciumsmektit-Ton, bezogen auf das Trockengewicht der festen Tonteilchen, enthält.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, worin die Aufschlämmung des Tongemischs eine Viskosität bei 20 U/min von nicht mehr als etwa 4.000 cps und bei 1.100 U/min von nicht mehr als etwa 4 Dyn bei einem Feststoffgehalt von jeweils 10% aufweist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, worin der mit einem Einlehner-Abrasions-Testgerät gemessene Abrieb der Aufschläinmung des Tongemischs nicht mehr als etwa 10 mg beträgt.