[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

FI117757B - Tärkkelysasetaattikomposiitit, menetelmä niiden valmistamiseksi ja käyttö paperin ja kartongin valmistuksessa - Google Patents

Tärkkelysasetaattikomposiitit, menetelmä niiden valmistamiseksi ja käyttö paperin ja kartongin valmistuksessa Download PDF

Info

Publication number
FI117757B
FI117757B FI20041581A FI20041581A FI117757B FI 117757 B FI117757 B FI 117757B FI 20041581 A FI20041581 A FI 20041581A FI 20041581 A FI20041581 A FI 20041581A FI 117757 B FI117757 B FI 117757B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
starch acetate
composite
paper
light scattering
starch
Prior art date
Application number
FI20041581A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI20041581A0 (fi
FI20041581A (fi
Inventor
Lars Gaedda
Petri Silenius
Kimmo Koivunen
Original Assignee
M Real Oyj
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by M Real Oyj filed Critical M Real Oyj
Priority to FI20041581A priority Critical patent/FI117757B/fi
Publication of FI20041581A0 publication Critical patent/FI20041581A0/fi
Priority to EP05817784A priority patent/EP1819769A1/en
Priority to PCT/FI2005/050447 priority patent/WO2006061460A1/en
Publication of FI20041581A publication Critical patent/FI20041581A/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI117757B publication Critical patent/FI117757B/fi

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/20Compounding polymers with additives, e.g. colouring
    • C08J3/205Compounding polymers with additives, e.g. colouring in the presence of a continuous liquid phase
    • C08J3/21Compounding polymers with additives, e.g. colouring in the presence of a continuous liquid phase the polymer being premixed with a liquid phase
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L3/00Compositions of starch, amylose or amylopectin or of their derivatives or degradation products
    • C08L3/04Starch derivatives, e.g. crosslinked derivatives
    • C08L3/06Esters
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2303/00Characterised by the use of starch, amylose or amylopectin or of their derivatives or degradation products
    • C08J2303/04Starch derivatives
    • C08J2303/06Esters

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Paper (AREA)

Description

117757 Tärkkelysasetaattikomposiitit, menetelmä niiden valmistamiseksi ja käyttö paperin ja kartongin valmistuksessa 5
Keksinnön ala
Esillä olevan keksinnön kohteena ovat uudet tärkkelysasetaattikomposiitit, joita voidaan käyttää mm. paperin ja kartongin valmistuksessa, sekä menetelmä kom-10 posiittien valmistamiseksi. Keksinnön kohteena on myös komposiittien käyttö paperin ja kartongin täyteaineena ja päällystyspigmenttinä. Lisäksi keksinnön kohteena on menetelmä paperin ja kartongin valmistamiseksi ja menetelmä paperin ja kartongin päällystämiseksi.
15 Tekniikan taso Päällystämisen tarkoituksena on saada paperille ja kartongille mahdollisimman sileä ja tasalaatuinen pinta optisten ominaisuuksien ja painettavuuden parantami- « • * · · · seksi. Päällyste koostuu pigmentistä, kuten kaoliinista, jauhetusta kalsiumkarbo- i * « [·*·' 20 naatista (GCC) ja talkista, sekä sideaineesta, kuten lateksista ja tärkkelyksestä, ja * · · * » · "* ; se voi sisältää myös lisäaineita, kuten dispergointiaineita, pH:n säätöaineita, lubri- *>·1 • · . kantteja ja mikrobisidejä. Pigmenttiä on tavallisesti 80 - 95 % päällysteen painos- • · # ‘.‘ϋ ta, joten tällä on erityisen suuri merkitys päällysteen optisiin ominaisuuksiin, ku- • t • · ten opasiteettiin, vaaleuteen ja kiiltoon. Pigmentin alhainen valon absorptio ja . 25 suuri valonsirontakerroin parantavat vaaleutta, ja jälkimmäinen myös opasiteettia.
*·ί * ,···. Kiiltoon vaikuttaa mm. pigmentin partikkelikokoja paperin tai kartongin päällys- • · tämisen jälkeinen käsittely, kuten kalanterointi.
« · · • * * * • · · * · * · "* Täyteaine lisätään paperin ja kartongin valmistuksessa massan joukkoon. Täyteai- ** * 30 neen määrä riippuu valmistettavasta tuotteesta, LWC-paperissa sitä on tavallisesti • « * · * " 4 - 10 % ja sellupaperissa 15 - 30 % pohjapaperin painosta. Täyteaineita ovat ' 2 117757 esimerkiksi kaoliini, kalsiumkarbonaatti ja titaanidioksidi. Myös täyteaineella vaikutetaan paperin ja kartongin optisiin ominaisuuksiin ja painettavuuteen. Merkittävä osa täyteaineesta voi olla peräisin paperinvalmistuksen yhteydessä syntyvästä hylkymateriaalista.
5
Paperin ja kartongin optisia ominaisuuksia voidaan parantaa lisäämällä pigmenttien osuutta päällysteessä ja täyteaineen määrää pohjapaperissa. Tällöin kuitenkin paperin ja päällysteen lujuusominaisuudet heikkenevät.
10 Tärkkelystä lisätään tyypillisesti paperin ja kartongin valmistuksen yhteydessä massan joukkoon vesipitoisena liuoksena ensisijaisesti tuotteen lujuusominaisuuksien parantamiseksi. Mikäli tärkkelys lisätään massaan raemaisessa muodossa, sen tuoma lujuusetu perustuu mm. sen gelatinoitumiseen kuivatusosalla. Muun muassa rajallinen adsorptio, ajettavuusongelmat ja kustannukset rajoittavat keitetyn 15 tärkkelyksen käyttöä.
Massan jauhatuksella ja hienoainelisäyksellä voidaan myös parantaa paperin lujuusominaisuuksia, mutta samalla opasiteetti usein heikkenee.
« • · • · V.: 20 Patenttihakemuksessa FI20040741 kuvataan menetelmä tärkkelyspohjaisen pig- • · • · · !·! * mentin tai täyteaineen valmistamiseksi sekä tärkkelyspohjainen pigmentti- tai täyteainetuote. Esitetyt tuotteet ovat kevyitä, biohajoavia ja partikkelikooltaan tai *·* •*;j rakenteeltaan päällystyspigmentiksi ja täyteaineeksi soveltuvia. Eräs julkaisussa ·*·* kuvattu tuote on pallomainen tärkkelysjohdannainen, kuten tärkkelysasetaatti, . 25 jonka keskimääräinen partikkelikoko on 90 - 1000 nanometriä.
♦ · · • · * • · · ····’ • · • · "* WO 99/16972 kuvaa alkalimetallisilikaattien ja erityisesti natriumsilikaatin käytön * · · .
* · · '·* * yhdessä tärkkelyksen kanssa paperin tai kartongin lujuuden parantamiseksi. Sekä • · *···* silikaatti että tärkkelys lisätään hienojakoisessa muodossa kuitulietteeseen märäs- 30 sä päässä ennen rainan muodostusta. Tärkkelys on keittämätöntä ja alkalisilikaa- • · • · ♦ • ·· 3 117757 tiksi valitaan sellainen, joka ei liukene veteen märän pään lämpötiloissa vaan vasta kuivatusosan lämpötiloissa.
US 6,623,555 kuvaa menetelmän komposiittipigmentin valmistamiseksi saostetus-5 ta kalsiumkarbonaatista (PCC) ja silikaatista. Komposiittipigmentti valmistetaan tuomalla liukoinen silikaattiyhdiste vesipitoiseen väliaineeseen, joka sisältää saos-tettua, kalkkimaitoa karbonoimalla muodostettua kalsiumkarbonaattia. Liukenematon piiyhdiste saostetaan muodostetun kalsiumkarbonaatin päälle karbonoimalla reaktioseosta eli kuplittamalla CC>2:a reaktioseokseen.
10
Optiset ominaisuudet ja palstautumislujuus, jota usein kuvataan Scott Bond-arvona, ovat painopapereiden eräitä keskeisimpiä ominaisuuksia. Yleisesti kartongeissa ja papereissa, etenkin graafisissa papereissa, on olemassa tarve parantaa sekä optisia ominaisuuksia että lujuusominaisuuksia samanaikaisesti.
15
Poltettaessa energiantuotannon yhteydessä epäorgaanisia mineraalipigmenttejä sisältävää jätepaperia muodostuu runsaasti tuhkaa, jonka hävittäminen aiheuttaa ongelmia. EU-alueelle on asetettu tavoitteita bioenergian osuudelle kokonaisener- « * * gian tuotannosta vuoteen 2010 mennessä. Näihin tavoitteisiin pääsemiseksi on • · • · * 20 toivottavaa käyttää myös paperissa ja kartongissa mahdollisimman paljon uusiu- • · • · · :·: ί tuvia orgaanisia materiaaleja.
• · f * · • · • · t *;*j Epäorgaaniset mineraalipigmentit lisäävät myös paperin ja kartongin painoa. En- • · *·** tistä kevyemmille papereille, joilla on kuitenkin korkealaatuiset paino- . 25 ominaisuudet, on kasvava tarve mm. aikakauslehdissä, kuvastoissa ja vastaavissa.
• · · * » ♦ * · * » · · • » * · *” Edellä esitetyn perusteella voidaan havaita, että on olemassa ilmeinen tarve uu- ··* • · · *;] * dentyyppiselle, kevyemmälle paperin ja kartongin täyteaineelle ja päällystyspig- « · *·;·’ mentille, jonka avulla pystytään parantamaan erityisesti paperin ja kartongin opti- *“’· 30 siä ominaisuuksia, mutta samanaikaisesti myös lujuusominaisuuksia, sekä lisää- • · * « f •M # « 4 117757 mään uusiutuvien ja palavien orgaanisten materiaalien osuutta papereissa ja kartongeissa.
Keksinnön tavoite 5
Keksinnön tavoitteena on saada aikaan uusia tärkkelysasetaattikomposiitteja.
Keksinnön tavoitteena on myös saada aikaan menetelmä tärkkclysasetaattikompo-siittien valmistamiseksi.
io
Keksinnön tavoitteena on lisäksi tärkkelysasetaattikomposiitticn käyttö paperin ja kartongin täyteaineena ja paperin ja kartongin valmistuksessa päällystyspigment-tinä.
15 Edelleen keksinnön tavoitteena on saada aikaan menetelmä paperin ja kartongin valmistamiseksi.
Keksinnön tavoitteena on myös saada aikaan menetelmä paperin ja kartongin päällystämiseksi.
20 * · • * · :.t : Keksinnön mukaisten tärkkelysasetaattikomposiittien, niiden valmistusmenetel- ···*, ' * män, niiden käytön sekä paperin ja kartongin päällystys- ja valmistusmenetelmien • · · *·" tunnusomaiset piirteet on esitetty patenttivaatimuksissa.
• · * Φ * · * 25 Keksinnön yhteenveto • · · • · · • * · *** • · * * *" Keksintö koskee tärkkelysasetaattikomposiittej a. Keksinnön mukainen komposiit- • · * • · · 1 *·* * ti käsittää tärkkelysasetaattipartikkeleita, joiden pinnalla on valoa sirottavaa mate- • · · *··* riaalia. Valoa sirottavalla materiaalilla tarkoitetaan tässä esimerkiksi silikaa, sili- "**ϊ 30 kaattia, saostettua kalsiumkarbonaattia (PCC), kipsiä, kalsiumoksalaattia, titaani- • t • · * • · · • * 5 117757 dioksidia, alumiinihydroksidia, bariumsulfaattia tai sinkkioksidia, tai niiden modifikaatiota tai yhdistelmää, tai mitä tahansa muuta valoa sirottavaa materiaalia.
Keksinnön mukaisessa menetelmässä tärkkelysasetaattikomposiittien valmistami-5 seksi tärkkelysasetaatti pinnoitetaan edellä määritellyllä, valoa sirottavalla materiaalilla saostamalla.
Saatua tärkkelysasetaattikomposiittia voidaan käyttää paperin ja kartongin täyteaineena tuotteen optisten ominaisuuksien ja lujuusominaisuuksien yhdistelmän 10 parantamiseksi. Lisäksi keksinnön mukaista komposiittia voidaan käyttää paperin ja kartongin päällystyspigmenttinä.
Seuraavassa keksintöä havainnollistetaan kuvioiden ja yksityiskohtaisen kuvauksen avulla sekä esimerkein, joihin keksintöä ei ole kuitenkaan tarkoitus rajoittaa.
15
Kuviossa la on esitetty elektronimikroskooppikuva (1200x suurennos) pinnoitta- mattomasta tärkkelysasetaatista.
***** Kuviossa Ib on esitetty elektronimikroskooppikuva (1200x suurennos) esimerkin i V: 20 1 mukaisesti valmistetusta, silikaatilla pinnoitetusta tärkkelysasctaattikomposiitis- : ta.
·*· ·
Kuviossa 2a on esitetty graafisesti keksinnön mukaista tärkkelysasetaattikompo- * · · .
siittitäyteainetta SA4 (valmistettu esimerkin 1 mukaisesti) tai SA2 (valmistettu 25 esimerkin 1 menetelmää modifioiden) 10 p-% ja 20 p-% sisältävien arkkien va-lonsirontakerroin vetoindeksin funktiona. Vertailuna ovat pinnoittamatonta tärk- • « · *..·* kelysasetaattia (API) 4 p-% ja 8 p-% täyteaineena sisältävät arkit ja täyteaineeton J arkki. SA2 90 °C, SA4 90 °C ja API 90 °C esittävät ennen kuivausta 90 °C:ssa ··· lämpökäsiteltyjä arkkeja.
·:*·: 30 • · * · · • · · • · 6 117757
Kuviossa 2b on esitetty graafisesti keksinnön mukaista tärkkelysasetaattikompo-siittitäyteainetta sisältävien arkkien valonsirontakerroin palstautumislujuuden funktiona. Käytetyt täyteainepitoisuudet ja merkkien selitykset ovat kuten kuviossa 2a.
5
Kuvioissa 3a, 3b ja 4 on esitetty graafisesti keksinnön mukaista tärkkelysasetaat-tikomposiittitäyteainetta sisältävien arkkien vetoindeksi, valonsirontakerroin ja palstautumislujuus täyteainepitoisuuden funktiona. Merkkien selitykset ovat kuten kuviossa 2a.
10
Keksinnön yksityiskohtainen kuvaus
Yllättäen on todettu, että tekniikan tason mukaisissa ratkaisuissa ilmenevät ongelmat voidaan välttää tai niitä voidaan ainakin oleellisesti vähentää keksinnön 15 mukaista menettelyä käyttäen. Keksintö perustuu havaintoon, että tärkkelysase-taatti voidaan pinnoittaa valoa sirottavalla materiaalilla, kuten silikalla, silikaatilla, saostetulla kalsiumkarbonaatilla (PCC), kipsillä, kaisiumoksalaatilla, titaanidioksidilla, alumiinihydroksidilla, bariumsulfaatilla, sinkkioksidilla tai vastaavalla, ♦··*· tai niiden modifikaatioilla tai yhdistelmillä, jolloin saadaan tärkkelysasetaatti- 20 komposiittia, joka soveltuu sekä päällystyspigmentiksi että täyteaineeksi paperin i « : ja kartongin valmistuksessa.
··· · • ·
Keksinnön mukaisessa komposiitissa käytettävän tärkkelysasetaatin partikkeliko- • · * ϊ.,.ί ko on alueella 0,05 - 10 pm. Edullisesti tärkkelysasetaatti on pallomaista tärkke- 25 lysasetaattia. Tärkkelysasetaatin substituutioaste voi olla 0,5 - 3 ja edullisesti se on 1,5 - 3. Mitä korkeampi tärkkelysasetaatin substituutioaste on, sitä paremmin • · · siitä valmistettu komposiitti säilyttää muotonsa korkeammissa prosessilämpöti-loissa, jolloin mm. valonsirontaominaisuudet säilyvät paremmin hylkykierrossa.
• · · ' : : Keksinnössä käyttökelpoinen tärkkelysasetaatti voidaan valmistaa millä tahansa * 30 tunnetulla valmistusmenetelmällä, esimerkiksi natiivista, hydrolysoidusta, hapete- .‘. j tusta, silloitetusta tai gelatinoidusta tärkkelyksestä mm. reaktiolla etikkahappoan- • · 7 117757 hydridin tai etikkahappokloridin kanssa. Tärkkelys voi olla mitä tahansa luonnon tärkkelystä, kuten perunasta, vehnästä, maissista, ohrasta, durrasta, tapiokasta tai riisistä peräisin olevaa tärkkelystä. Tärkkelysasetaattia voidaan valmistaa mm. patenttijulkaisujen FI 107386, FI20040741 ja FI20040743 mukaisesti.
5 Tärkkelysasetaatin pinnoittavaksi materiaaliksi valitaan jokin valoa sirottava materiaali. Sopivia valoa sirottavia materiaaleja ovat mm. silika, silikaatti, saostettu kalsiumkarbonaatti (PCC), kipsi, kalsiumoksalaatti, titaanidioksidi, alumiinihydroksidi, bariumsulfaatti, sinkkioksidi ja vastaavat, sekä niiden modifikaatiot ja 10 yhdistelmät. Edullisesti valoa sirottava materiaali on silikaatti.
Komposiitissa käytettävä silikaatti valitaan metallisilikaattien kuten maa-alkalimetallisilikaattien, alkalimetallisilikaattien, maa-alkalimetalli- ja alkalime-tallialumiinisilikaattien ja niiden modifikaatioiden joukosta, joita ovat mm. yhteis-15 suolat maa-alkalimetallisuolojen ja hydroksidien kanssa, sekä edellä mainittujen yhdisteiden yhteissuolojen ja yhdistelmien joukosta. Edullisesti silikaatti on kal-siumsilikaattia, magnesiumsilikaattia, natriumalumiinisilikaattia, natriummagne-siumsilikaattia, natriumsilikaattia tai alumiinisilikaattia ja erityisen edullisesti nat-*ί··ί riumalumiinisilikaattia.
20 I f • · Keksinnön mukaisesti voidaan käyttää myös pinnoittavien materiaalien erilaisia yhdistelmiä.
* · · Φ · · · ...
• · · • · *···* Keksinnön mukainen komposiitti sisältää pinnoittavaa materiaalia 5-95 p-%, 25 edullisesti 5 - 20 p-% tai 50 - 80 p-% komposiitista. Pinnoittavaa materiaalia on 5 • · · » i t *" - 20 p-% komposiitista edullisesti silloin, kun tuotteista, joissa komposiittia käyte- ♦ · * a '!* tään, halutaan polttamalla hävitettäviä ja tällöin tuhkanmuodostus minimoitua. 5 - *·· * « V * 20 p-% pinnoitemäärälla saavutetaan tuotteen optisten ominaisuuksien ja lu- • · · • # *···* juusominaisuuksien yhdistelmän parantuminen keksinnön mukaisesti.
"*·: 30 • · • · · • ·» * » g 117757
Pinnoitteen paksuus voi vaihdella laajalla alueella, tyypillisesti se on alueella 1 nm-5 pm.
Keksinnön mukaisessa menetelmässä tärkkelysasetaattikomposiitin valmistami-5 seksi tärkkelysasetaatti pinnoitetaan valoa sirottavalla materiaalilla saostamalla.
Pinnoittaminen voidaan toteuttaa siten, että tärkkelysasetaattipartikkeleita sisältävään suspensioon lisätään saostettava aine, ja pH ja lämpötila säädetään valinnaisesti sopivalle alueelle. Valinnaisesti tärkkelysasetaattia sisältävä suspensio yhdis-10 tetään saostavan yhdisteen vesiliuoksen ja mahdollisesti apuainesuolan kanssa ennen saostettavan aineen lisäämistä. Tarvittaessa saostettavan aineen lisäämisen jälkeen lisätään saostavaa yhdistettä vesi-, alkoholi- tai alkoholi/vesiliuoksena tai kaasumaisena ja/tai happoa tai saostuvan aineen ydinkiteitä.
15 Keksinnön mukaisessa menetelmässä käytettävä tärkkelysasetaatti käsittää tärkke-lysasetaattipartikkeleita, joiden partikkelikoko on alueella 0,05 - 10 pm.
Keksinnön mukaisessa menetelmässä käytettävä valoa sirottava materiaali voi olla *!1·: mm. silikaa, silikaattia, saostettua kalsiumkarbonaattia (PCC), kipsiä, kalsiumok- : V: 20 salaattia, titaanidioksidia, alumiinihydroksidia, bariumsulfaattia, sinkkioksidia tai • · t vastaavaa, niiden modifikaatiota tai yhdistelmää, • · ..1·1 Keksinnön mukaista tärkkelysasetaattikomposiittia valmistettaessa tärkkelysase- * 1 1 taatti on mahdollista pinnoittaa myös adsorboimalla, kaasufaasipinnoituksella tai 25 spin coating -menetelmällä, tai vastaavalla tavalla. Mahdollista on siten myös • · 1 M.1 tärkkelysasetaatin pinnoittaminen näiden pinnoitusmenetelmien modifikaatioilla, ··· • · *···1 kuten modifioidulla kaasufaasipinnoituksella, esimerkiksi atomikerrosepitaksialla , ··· ϊφί i eh ALE (atomic layer epitaxy)-menetelmällä. Nämä menetelmät eivät kuitenkaan ··» kuulu oheisten vaatimusten suojapiiriin.
30 • · · • · t ♦ ·· ···'.
9 117757
Keksinnön mukaista tärkkelysasetaattikomposiittia valmistettaessa tärkkelysase-taatti on siis mahdollista pinnoittaa siten, että tärkkelysasctaattipartikkclit saatetaan kosketuksiin valoa sirottavan materiaalin kanssa ja annetaan tämän adsorboitua tärkkelysasetaattipartikkeleiden pinnalle.
5
Edelleen keksinnön mukaista tärkkelysasetaattikomposiittia valmistettaessa tärk-kelysasetaatti on mahdollista pinnoittaa siten, että tärkkelysasetaattipartikkelit saatetaan kosketuksiin kaasumaisten lähtöaineiden kanssa, lähtöaineet dissosioi-tuvat ja/tai reagoivat kemiallisesti kaasufaasissa ja muodostavat kiinteän pinnoitit) teen tärkkelysasetaattipartikkeleiden pinnalle.
Lisäksi keksinnön mukaista tärkkelysasetaattikomposiittia valmistettaessa tärkke-lysasetaatti on mahdollista pinnoittaa siten, että tärkkelysasetaattipartikkeleita ja valoa sirottavaa materiaalia käsittäviä vesipitoisia kerroksia kerrostetaan spin coa-15 ting-menetelmällä, kerrosten annetaan jähmettyä ja saadut jähmettyneet kerrokset murskataan haluttuun raekokoon.
Silikan saostaminen ····· Piidioksidia eli silikaa (Si02) voidaan saostaa esimerkiksi seuraavan reaktiokaa- 20 van (1) mukaisesti. Sopivan saostettavan aineen eli emäksisen metallisilikaatin ja * · : tässä esimerkkinä natriumsilikaatin vesiliuoksen (vesilasi) annetaan reagoida sa- *:**: ostavan yhdisteen, tässä mineraalihapon, tyypillisesti H2S04:n kanssa.
• · 4 • f : ' .: • · 1 · [Na20:xSi02] + H2SO4 —► xSi02 + Na2S04 + H20 (1) 25 4 •.i.· Saostettua silikaa saadaan myös antamalla alkalimetallisilikaatin reagoida rikki- · · · hapokkeen tai rikkidioksidin kanssa. Lisäksi syntyy alkalimetallisulfiitin tai - 4 bisulfiitin vesiliuosta.
4 444 * 1 • 4 *44 4 • • 1 1 1 4 • 4 • 1 » * · 4 • 4 10 1 1 7757
Silikaattien seostaminen H
Synteettisiä silikaatteja saadaan antamalla saostettavana aineena toimivan piiyhdisteen reagoida saostavan yhdisteen kanssa. Saostava yhdiste voi muodostua myös in situ reaktion aikana. Tuloksena saadaan silikaatteja kuten natriumalumii-5 nisilikaattia, kalsiumsilikaattia ja alumiinisilikaattia. Näistä erityisesti natrium-alumiinisilikaatti on yleisimmin käytetty paperinvalmistuksessa.
Sopivia saostettavia aineita ovat saostetut silikat, metallisilikaatit kuten maa-alkalimetallisilikaatit ja alkalimetallisilikaatit, maa-alkali- ja alkalimetalli-10 alumiinisilikaatit ja niiden modifikaatiot kuten yhteissuolat maa-alkalimetallien suolojen ja -hydroksidien kanssa, sekä edellä mainittujen yhdisteiden yhteissuolat ja yhdistelmät.
Silikaattia, esimerkiksi natriumalumiinisilikaattia voidaan saostaa seuraavan reak-15 tiokaavan (2) mukaisesti. Alumiinisulfaatti eli aluna reagoi natriumsilikaatin vesi- liuoksen kanssa.
[Na20:xSi02] + A12(S04)3 -> Na20· Al203-4[x Si02]-4-6 H20 + Na2S04 (2) • · ·1·1· 20 Vaihtoehtoisesti alkalimetallisilikaatin voidaan antaa reagoida alumiinisulfiitin • · : i1; vesiliuoksen avulla, jolloin saadaan saostunutta alkalimetallialumiinisilikaattia ja *:1·: vesifaasi, joka sisältää alkalimetallisulfiittia tai bisulfiittia riippuen reaktion lop- *:1 puvaiheen pH:sta.
*··· 1 1 • · 1 • · • · • · · 25 Saostettua alkalimetallialumiinisilikaattia saadaan myös käsittelemällä alkalime-tallisilikaattiliuosta alkalimetallialuminaatilla rikkidioksidin, rikkihapokeliuoksen ··· tai rikkihappoliuoksen läsnäollessa. Lisäksi saadaan alkalimetallisulfiittia sisältä-:T: vä vesifaasi. Tällöin saostava alumiinisulfiittireagenssi muodostuu in situ reaktion aikana.
··1 30
····· -'V
♦ · · • · · • ·· • · 11 117757
Sinkkisilikaattia voidaan saostaa sekoittamalla natriumsilikaattiliuosta ja sinkki-kloridiliuosta keskenään siten, että reaktion loppuvaiheessa sinkkikloridiliuos korvataan rikkihappoliuoksella.
5 Kalsiumkarbonaatin saostaminen
Saostettua kalsiumkarbonaattia eli PCC:tä saadaan esimerkiksi seuraavien reak-tiokaavojen (3) - (5) mukaisesti.
CaCOi + energiaa —> CaO + C()> (3)
CaO + H20 —» Ca(OH)2 + energiaa (4) 10 Ca(0H)2 + C02 —► CaC03 + H20 + energiaa (5)
Reaktiossa (3) kalkkikiveä kuumennetaan, jolloin se hajoaa kalkiksi, CaO, ja hiilidioksidiksi. Seuraavaksi reaktiossa (4) kalkkiin sekoitetaan vettä, jolloin muodostuu sammutettua kalkkia, Ca(OH)2. Tässä vaiheessa mahdolliset epäpuhtaudet voidaan poistaa esimerkiksi seulomalla. Kalsiumkarbonaatti saostuu karbonointi-15 vaiheessa, jossa sammutetun kalkin vesilietteeseen johdetaan hiilidioksidia reaktiossa (5). Tässä vaiheessa reaktio-olosuhteita säätämällä voidaan vaikuttaa saostu-neen kalsiumkarbonaatin hiukkaskokoon, hiukkaskokojakaumaan ja hiukkasten muotoon, sekä hiukkasten pintaominaisuuksiin.
* · 20 Kalsiumkarbonaattia voidaan saostaa myös reaktiokaavan (6) mukaisesti. Siinä ϊ#: : sammutettu kalkki reagoi natriumkarbonaatin kanssa. Reaktiossa syntyvä lipeä neutraloidaan ennen kuin CaCO.3 käytetään paperinvalmistuksessa.
..li* Ca(OH)2 + Na2C03 —> CaC03 + 2NaOH (6) **· • ♦ • · «·· 25 Lisäksi kalsiumkarbonaattia voidaan saostaa antamalla natriumkarbonaatin ja kai-siumkloridin reagoida kaavan (7) mukaan: • · ·
Na2C03 + CaCl2 —* CaC03 + 2 NaCl (7) ·*· • · · • · ♦ • · ·
Kipsin saostaminen ····· 30 Kalsiumsulfaatti esiintyy erilaisissa kidevedellisissä ja -vedettömissä muodoissa, :*·,· joista kalsiumsulfaattidihydraattia, CaS04'2H20, kutsutaan yleisesti kipsiksi. Di- • · 12 117757 hydraatti on kalsiumsulfaatin stabiilein muoto, joten sitä käytetään päällystyspig- - menteissä. Dihydraattimuodon spontaani saostuminen on tuttu kattilakiven muodostumisesta ja saostuminen tapahtuu ylikylläisistä liuoksista reaktiokaavan (8) mukaisesti.
5 Ca2+ + S042’ + 2H20 -► CaS04-2H20 (8)
Dihydraattia saostuu myös reaktiokaavan (9) mukaisesti kalsiumsulfaattihemihyd-raatista, CaSCVVitLO, kun tätä lietetään veteen. Saostusolosuhteita säätämällä voidaan vaikuttaa saostuvan kipsin hiukkaskokojakaumaan ja hiukkasten muotoon.
10 2CaS<V/2H20 + 3H20 -► 2CaS04-2H20 (9)
Lisäksi dihydraattimuotoa saostuu, kun kalsiumfosfaatin annetaan reagoida rikkihapon kanssa vesiliuoksessa reaktiokaavan (10) mukaisesti. Reaktiossa muodostuu myös fosforihappoa. ;
Ca3(P04)2 + 3H2S04 + 6H20-> 3CaS04-2H20 + 2H3PO4 (10) 15
Raakafosfaatin, Caio(P04)6F2, reagoidessa rikkihapon kanssa vesiliuoksessa muodostuu kalsiumsulfaatin dihydraattimuotoa, fosforihappoa sekä fluorivetyhappoa reaktiokaavan (11) mukaisesti:
Caio(P04)6F2 + 10H2SO4 + 20H2O —► 19CaS04-2H20 + 6H3P04 + 2HF (11) 20 • « • t ♦.· · Kalsiumsulfaatin dihydraattimuotoa saostuu myös kalsiumvetysulfiitin ja hapen reagoidessa vesiliuoksessa reaktiokaavan (12) mukaisesti. Lisäksi syntyy rikki-happoa.
Ca(HS03)2 O) + 02 (g) + 2H20 (1) -► CaS04-2H20 (s) + H2S04 (12) 25 " • · · ’•t·* Kalsiumoksalaatin saostaminen ♦ · · * · *···* Kalsiumoksalaattia voidaan valmistaa saostamalla oksaalihaposta kalsiumia sisäl- • » * i · tävän yhdisteen läsnäollessa. Kalsiumia sisältävä yhdiste voi olla esimerkiksi kai- , i! • · · siumkarbonaatti, kalsiumhydroksidi tai kalsiumkloridi. Kalsiumoksalaatin valmis-·;··· 30 tus kalsiumkarbonaatista ja oksaalihaposta on kuvattu reaktioyhtälöissä (13)-(14).
CaC03 + 2HC1 -> CaCl2 + H20+C02 (13) t j 13 117757
CaCl2 + H2C204 -> CaC204 + 2HCl (14)
Titaanidioksidin saostaminen
Titaanidioksidia voidaan valmistaa mm. tunnetulla sulfaattimenetelmällä, eli liu-5 ottamalla kuivattua ja jauhettua ilmeniittiä tai titaanilietettä väkevällä rikkihapolla ja lämmittämällä, jolloin saadaan kiinteä reaktiotuotekakku. Reaktiotuotekakku liuotetaan veteen tai laimeaan rikkihappoon ja kiinteät epäpuhtaudet poistetaan saadusta titaanisulfaattiliuoksesta esim. suodattamalla. Liuoksen rautapitoisuutta voidaan alentaa edelleen jäähdyttämällä liuosta, jolloin rauta saostuu rautasulfaatit) tiheptahydraattina, joka voidaan poistaa suodattamalla. Liuos väkevöidään, jolloin titaani saostuu titaani(IV)oksihydroksidina, joka tarvittaessa suodatetaan, pestään ja muutetaan haluttuun kidekokoon ja -muotoon kapinoimalla. Näin saatu titaanidioksidi voidaan päällystää tärkkelysasetaatin pinnalle esimerkiksi adsorboimalla tai spin coating -menetelmällä.
15
Titaanidioksidia voidaan valmistaa myös patenttijulkaisussa US 6,001,326 kuvatulla tavalla eli lisäämällä laimentamattomaan titaanitetrakloridiliuokseen jääpaloja vedestä tai jäätävää vettä, laimentamalla näin saatu titanyylikloridin vesiliuos ·:·*· haluttuun konsentraatioon ja kuumentamalla tätä liuosta, jolloin saostuu hienoja- 20 koista titaanidioksidia.
• · • · • · · • · · • * * ·
Alumiinihydroksidin saostaminen ..*·* Alumiinihydroksidia, joka tunnetaan myös alumiinitrihydraattina, voidaan valmis- • · · taa bauksiitista liuottamalla bauksiitin sisältämä alumiini ja erottamalla muut mi-25 neraalit. Liuoksen alumiiniyhdisteet uutetaan natriumhydroksidilla ja liukenemat- tomat epäpuhtaudet erotetaan laskeuttamalla ja suodattamalla. Kirkas natrium- · · • · *♦··* aluminaattisuodos jäähdytetään ja siihen lisätään tarvittaessa ydinkiteiksi erityi- ♦ · · · sesti tähän tarkoitukseen valmistettuja, hienoja alumiinihydroksidikiteitä ja tärk- ·«· kelysasetaattia. Suodoksen sisältämä aluminaatti kiteytyy ydinkiteiden ja suodok- ....j 30 seen lisätyn tärkkelysasetaatin päälle.
• · • « · • *« • · lvi· ' ' ' i4 1 1 7757
Bariumsulfaatin saostaminen
Bariumsulfaattia voidaan saostaa vesiliukoisista bariumyhdisteistä sulfaattiryh-män sisältävillä vesiliukoisilla yhdisteillä. Bariumyhdiste voi olla esimerkiksi bariumnitraatti,-sulfidi,-hydroksidi tai-kloridi ja sulfaatin sisältävä yhdiste natri-5 uin- tai magnesiumsulfaatti tai rikkihappo. Bariumsulfaatin valmistus bariumklo-ridista ja natriumsulfaatista on kuvattu reaktioyhtälössä (15).
BaCli (aq) + Na2S04 (aq) -► BaSO* (s) + 2NaCl (aq) (15)
Sinkkioksidin saostaminen 10 Sinkkioksidia voidaan saostaa kuumentamalla sinkkinitraattia, jolloin muodostuu sinkkioksidia, typpidioksidia ja happea. Sinkkioksidia voidaan saostaa myös sink-kikarbonaattia kuumentamalla, jolloin muodostuu sinkkioksidia ja hiilidioksidia.
Lisäksi sinkkioksidia voidaan saostaa kalsiumoksidilla tai kalsiumhydroksidilla sinkki-ioneja sisältävästä liuoksesta, tai hydrolysoimalla sinkkiasetaattia litium-15 hydroksidilla tai tetrametyyliammoniumhydroksidilla alkoholi- tai alkoho-li/vesiliuoksessa.
Niinpä keksinnön mukaisen menetelmän eräässä suoritusmuodossa tärkkelysase- * *"*l taattia sisältävä vesipitoinen suspensio valinnaisesti yhdistetään saostavaa yhdis- * · V.* 20 tettä sisältävän vesiliuoksen kanssa ja mahdollisesti voidaan lisätä apuaineeksi • · : muuta suolaa, sitten lisätään saostettava aine sellaisenaan tai vesiliuoksena tai - * lietteenä ja valinnaisesti saostavaa yhdistettä vesi-, alkoholi- tai alkoho- ··.: li/vesiliuoksena tai kaasumaisena ja/tai happoa tai saostuvan aineen ydinkiteitä, * * · * · *···* pH ja lämpötila säädetään valinnaisesti sopivalle alueelle.
25 * · * **j;‘ Saostava yhdiste valitaan silikaatteja ja silikaa saostettaessa epäorgaanisten hap- • · *"*’ pojen, rikkidioksidin sekä maa-alkalimetallien, alkalimetallien, maametallien, • · · V * sinkin ja alumiinin suolojen, edullisesti sulfaatti-, sulfiitti-, nitraatti ja ammonium- • » * '...* sulfaattisuolojen joukosta. Erityisen edullisesti saostus suoritetaan alumiinisulfaa- *:·*: 30 tin, alumiinisulfiitin tai alkalimetallialuminaatin avulla rikkidioksidin, rikkiha- • · pokkeen tai rikkihapon läsnäollessa. Vaihtoehtoisesti saostus voidaan myös suo- 15 117757 rittaa sinkkikloridin avulla, joka korvataan reaktion loppuvaiheessa rikkihappoliu-oksella.
Kalsiumkarbonaattia saostettaessa saostava yhdiste voi olla esimerkiksi kaasu-5 maista hiilidioksidia tai natriumkarbonaattia.
Kun kipsiä saostetaan kalsiumfosfaatista tai raakafosfaatista, saostavana yhdisteenä on rikkihappo. Saostettaessa kipsiä kalsiumvetysulfiitista vesiliuoksessa saostava yhdiste on kaasumaista happea. Ylikylläisestä liuoksesta saostettaessa saos-10 tavana yhdisteenä voi toimia mikä tahansa yhdiste, joka vapauttaa sulfaatti-ioneja veteen liuetessaan. Vaihtoehtoisesti saostavaa yhdistettä ei tarvita lainkaan, kun kalsiumsulfaattidihydraattia saostetaan hemihydraatin vesilietteestä.
Kalsiumoksalaattia saostettaessa saostava yhdiste on oksaalihappo.
15
Titaanidioksidia saostettaessa saostettavaa ainetta voidaan saostavan yhdisteen lisäämisen sijaan kuumentaa, jolloin saostuu hienojakoista titaanidioksidia.
*:*·: Alumiinihydroksidia saostettaessa saostavan yhdisteen sijaan lisätään tarvittaessa '•'il 20 alumiinihydroksidiydinkiteitä.
* · • · * • » · *·· ·
Bariumsulfaattia saostettaessa saostava yhdiste on sulfaattiryhmän sisältävä yhdis- # te, kuten natrium-tai magnesiumsulfaatti tai rikkihappo.
* * · ♦ · • · 25 Sinkkioksidia saostettaessa saostava yhdiste on esimerkiksi kalsiumoksidi, - • * * *;“* hydroksidi, litiumhydroksidi tai tetrametyyliammoniumhydroksidi. Kun saostetta- * · ’"·* vana aineena on sinkki nitraatti tai sinkkikarbonaatti, saostavaa yhdistettä ei vält- * * · ♦ tämättä tarvita.
• · · * · * * • * · •f·; 30 Silikaattien ja silikan saostuksessa apuaineena käytettävä suola valitaan maa- » · alkalimetallisuolojen ja -hydroksidien joukosta. Sopivia suoloja ovat maa- i .
,6 1 1 7757 alkalimetallien kuten esimerkiksi magnesiumin ja kalsiumin kloridit, sulfaatit ja karbonaatit. Edullisesti käytetään magnesiumhydroksidia.
Saostettava aine valitaan silikaatteja saostettaessa saostettujen silikoiden, alkali* 5 metalli- ja maa-alkalimetallisilikaattien, alkalimetalli- ja maa-alkalimetallialumii-nisilikaattien ja niiden modifikaatioiden joukosta, joita ovat esimerkiksi yhteis-suolat maa-alkalimetallisuolojen ja -hydroksidien kanssa, sekä edellä mainittujen yhdisteiden yhteissuolojen ja yhdistelmien joukosta.
10 Silikaa saostettaessa saostettava aine valitaan alkalimetalli- ja maa-alkalimetallisilikaattien joukosta.
Kalsiumkarbonaattia saostettaessa saostettava aine on esimerkiksi kalsiumhydrok-sidi tai kalsiumkloridi. Kalsiumhydroksidia saadaan sammuttamatonta kalkkia 15 veteen sekoittamalla, jolloin se reagoi kalsiumhydroksidiksi.
Kipsiä saostettaessa saostettava aine on kalsiumfosfaatti, kaisiumsulfaattihemi-hydraatti, raakafosfaatti, kalsiumvetysulfiitti tai mikä tahansa yhdiste, joka vapa-····· uttaa kalsiumioneja veteen liuetessaan.
:V: 20 • · : Kalsiumoksalaattia saostettaessa saostettava aine on mikä tahansa kalsiumia sisäl- ··« » *:**: tävä yhdiste, esimerkiksi kalsiumkloridi, kalsiumkarbonaatti tai kalsiumhydroksi- ·:* di.
····.
* · * • φ • · • · · 25 Titaanidioksidia saostettaessa saostettava aine on esimerkiksi t i t an yy liki ori di.
• ♦ · • · · » · • * · *...* Alumiinihydroksidia saostettaessa saostettava aine on natriumaluminaatti.
• · * • · · • * · * * · · '·_ : Bariumsulfaattia saostettaessa saostettava aine on jokin bariumyhdiste, esimerkik- 30 si bariumnitraatti, -sulfidi, -hydroksidi tai -kloridi.
• * t * · • * · # · 17 117757
Sinkkioksidia saostettaessa saostettava aine voi olla esimerkiksi sinkkinitraatti, :i sinkkikarbonaatti tai sinkkiasetaatti.
Keksinnön mukaisessa menetelmässä dispergoidun tai lietetyn tärkkelysasetaatin 5 vesipitoiseen suspensioon yhdistetään valinnaisesti saostavan yhdisteen vesiliuos ja mahdollisesti apuainesuolaa. Sitten lisätään saostettava aine sellaisenaan tai vesiliuoksena tai -lietteenä ja valinnaisesti saostava yhdiste vesi-, alkoholi- tai alkoholi/vesiliuoksena tai kaasumaisena ja/tai happoa tai saostuvan aineen ydinki-teitä. Tarvittaessa reaktioseoksen pH ja lämpötila säädetään sopivalle alueelle 10 saostavasta yhdisteestä ja saostettavasta aineesta riippuen.
Keksinnön mukaisen menetelmän eräässä edullisessa suoritusmuodossa saostavaa yhdistettä (alumiinisulfaattia (Al2(SC>4)3xl4,3H20)) liuotetaan ylimäärään vettä, jonka lämpötila voi vaihdella välillä 10 - 99 °C, edullisesti 20 - 60 °C. Sitten 15 liuokseen lisätään tärkkelysasetaattia, joka on dispergoitu ylimäärään vettä. Näin valmistettuun suspensioon voidaan lisätä valinnaisesti saostuksen tehostamiseksi apuaineena suolaa, edullisesti magnesiumhydroksidia ja seosta sekoitetaan 10 - 99 °C lämpötilassa. Tämän jälkeen suspensioon lisätään saostamalla kiinnitettävää *'*"· yhdistettä (metallisilikaattia ja tässä natriumsilikaattia (Na^SiC^)) ja saostavan • * V.: 20 yhdisteen (alumiinisulfaatin) vesiliuosta. Tällöin haluttu piiyhdiste (natriumalu- • · ··' · miinisilikaatti) saostuu tärkkelysasetaattipartikkelien pinnalle. Tuloksena saadaan * suspensio, joka sisältää silikaatilla pinnoitettua tärkkelysasetaattikomposiittia.
» · · ····’ Suspension viskositeetti säädetään sopivaksi vettä lisäämällä. Suspension pH sää- • * *··** detään arvoon 9 tai alle, edullisesti alueelle 4-8 saostavaa yhdistettä (alumiini- , 25 sulfaattia) käyttäen. Suspensio voidaan käyttää sellaisenaan ilman jatkokäsitte- · · lyä/suodatusta/kuivausta ja valinnaisesti se voidaan myös suodattaa, pestä ja kui- • m * · *;* vata. Hiukkaskokoa voidaan tarvittaessa optimoida esim. jauhamalla. Suspensioon ··· • « * *·* * voidaan haluttaessa lisätä apuaineita kuten dispergointiaineita.
• · · * · • · ··· * ' • · · · | • · • » • · • * ·
* * V
j i ' , 18 117757
Keksinnön mukaista tärkkelysasetaattikomposiittia valmistettaessa tärkkelysase-taatti on mahdollista pinnoittaa myös adsorboimalla valoa sirottavaa materiaalia tärkkelysasetaattipartikkcleiden pinnalle.
5 Edelleen keksinnön mukaista tärkkelysasetaattikomposiittia valmistettaessa tärk-kelysasetaatti on mahdollista pinnoittaa valoa sirottavalla materiaalilla kaasu-faasipinnoitusmenetelmää käyttäen, tai modifioitua kaasufaasipinnoitusta, esimerkiksi atomikerrosepitaksiaa, käyttäen.
10 Kaasufaasipinnoituksessa pinnoite muodostetaan kaasumaisista lähtöaineista kemiallisilla reaktioilla. Reaktiona voi olla esim. pyrolyysi, pelkistys, hapetus, hyd-rolyysi tai synteesi. Prekursorina voidaan käyttää halideja, hydridejä, metallikar- * bonyylejä, metalliorgaanisia yhdisteitä ja vastaavia. Kaasufaasipinnoitusmenetel-mällä pinnoitettaessa valoa sirottava materiaali on edullisesti sinkkioksidi, piidi-15 oksidi tai titaanidioksidi, jonka valmistusta kaasufaasipinnoitusmenetelmällä kuvaa reaktiokaava (16).
TiCl4 + 202 —» Ti02 + 2C12 (16) ·?**ϊ Lisäksi keksinnön mukaista tärkkelysasetaattikomposiittia valmistettaessa tärkke- 0 * :,V 20 lysasetaatti on mahdollista pinnoittaa valoa sirottavalla materiaalilla muodosta- · ·,: · maila tärkkelysasetaatista ja valoa sirottavasta materiaalista vesipitoisia kerroksia t ***** spin coating -menetelmällä tai vastaavalla tavalla. Kerrokset voidaan kerrostaa 0 «00 ...J missä tahansa järjestyksessä, eikä niiden lukumäärää ole rajoitettu. Kun kerrokset • 00' 0 0 *··.* ovat jähmettyneet, ne voidaan murskata haluttuun raekokoon käyttökohteen mu- 25 kaan.
0 • 0 0 0 0 0 1«· 0 0 0 0 « **”* Keksinnön mukaista tärkkelysasetaattikomposiittia voidaan käyttää paperin ja 000 V · kartongin täyteaineena. Täyteaineena käytettävän komposiitin partikkelikoko on 0 00 edullisesti alueella 1-2 pm. Keksinnön mukainen komposiitti soveltuu täyteai- 0 ····; 30 neeksi sekä hienopapereille että mekaanista massa sisältäville papereille, esimerk- keinä voidaan mainita LWC, ULWC, MWC ja SC.
0 0; ' 19 1 1 7757
Keksinnön mukaista tärkkelysasetaattikomposiittia voidaan myös käyttää mekaanista massaa sisältävien papereiden, kuten LWC-painopapereiden, päällystyspig-menttinä ja kartongin, esimerkiksi FBB-kartongin, päällystyspigmenttinä. Päällys-5 tyspigmenttinä käytettävän komposiitin partikkelikoko on edullisesti alueella 0,2 - 1 pm.
Tärkkelysasetaattia käytetään lääketeollisuudessa mm. tablettimatriisina, tablettien pinnoitteena ja lääkeainetta sisältävissä mikropartikkeleissa. Tärkkelysasetaatti 10 on myös yleisesti käytetty elintarvikelisäaine. Keksinnön mukaista tärkkelysasetaattikomposiittia voidaan myös käyttää lääketeollisuudessa ja elintarviketeollisuudessa, silloin kun se on pinnoitettu näillä aloilla hyväksyttävällä aineella, kuten natriumalumiinisilikaatilla, kaliumalumiinisilikaatilla, kalsiumalumiinisilikaatilla, alumiinisilikaatilla, kalsiumsilikaatilla, magnesiumsilikaatilla, magnesiumtrisili-15 kaatilla, piidioksidilla, kalsiumsulfaatilla, kalsiumkarbonaatilla tai vastaavalla.
Keksinnön mukaisessa menetelmässä paperin tai kartongin valmistamiseksi pinnoitettua tärkkelysasetaattikomposiittia lisätään paperin tai kartongin valmistuk-
II
"**ϊ sen yhteydessä massan joukkoon sopivassa kohdassa systeemiä ennen puris- • · ·.·.· 20 tinosaa, edullisesti lyhyessä kierrossa ja erityisen edullisesti lähellä perälaatikkoa • · : kuten sekoituspumpun imupuolella tai perälaatikon syöttöpumpun läheisyydessä * * siten, että paperin tai kartongin täyteainepitoisuus eli pinnoitetun tärkkelysasetaat- • · · •••J tikomposiitin määrä paperissa tai kartongissa on 1 - 50 p-%, ja sitten paperi tai ··♦ * « *···* kartonki valmistetaan tavanomaisen tapaan. Toisin kuin tavanomaiset tärkkelyspi- 25 toiset täyteaineet, pinnoitettu tärkkelysasetaatti ei pehmene eikä gelatinoidu kui- • 9 · lii vatusosan lämpötiloissa. Kuivatus voidaan toteuttaa tavanomaiseen tapaan kon- • · *;* takti- eli sylinterikuivauksella, jossa sylinterin pintalämpötila on tyypillisesti 100 ··· ...
V··· - 160 °C, mutta kuivatus voidaan toteuttaa myös niillä tahansa muulla kuivatus- ·*· *···* menetelmällä.
·:··: 30 • ♦ • · · ♦ ·· • * : 20 1 17757
Keksinnön mukaisessa menetelmässä paperin päällystämiseksi pinnoitettua tärk-kelysasetaattikomposiittia applikoidaan edellä mainittuna suspensiona sellaisenaan tai sekoitettuna tunnettuihin päällystyspigmenteissä käytettyihin sideaineisiin kuten tärkkelykseen tai lateksiin, paksunnosaineisiin kuten karboksimetyylisellu-5 loosaan tai muihin lisäaineisiin siten, että pigmentin osuus päällystyspastasta on tyypillisesti 80 - 95 p-%. Applikointi paperi- tai kartonkirainalle voidaan suorittaa millä tahansa tunnetulla päällystysmenetelmällä.
Keksinnön mukaisella pinnoitetulla tärkkelysasetaattikomposiitilla on useita etuja 10 tekniikan tasosta tunnettuihin täyteaineisiin ja päällystyspigmentteihin nähden.
Komposiitilla voidaan vaikuttaa edullisesti paperin ja kartongin kriittisiin ominaisuuksiin, erityisesti optisiin ominaisuuksiin, kuten opasiteettiin, mutta myös lujuusominaisuuksiin, kuten palstautumislujuuteen ja vetoindeksiin. Erityisen edullista on se, että komposiitilla voidaan parantaa valonsirontakertoimen ja palstau-15 tumislujuuden yhdistelmää. Lisäksi tavanomaisesta tärkkelyksestä koostuviin täyteaineisiin verrattaessa komposiitti parantaa hylkymassan ominaisuuksia, koska se ei hylkykierrossa menetä optista tehoaan ja sitoutumiskykyään massaan. Lisäksi 'i paperin ja kartongin neliöpainoja voidaan pienentää komposiittia käyttäen.
• · • 1 V.1 20 Keksinnön mukaisen komposiitin avulla on mahdollista lisätä papereissa ja kar- • · : tongeissa uusiutuvien orgaanisten materiaalien osuutta ja parantaa kierrätyksestä poistuvien papereiden ja kartonkien hyödyntämistä polttamalla. EU-alueella kom- •••i postoituvan materiaalin vieminen kaatopaikoille aiotaan kieltää tulevaisuudessa, *·1 * ♦ *···1 joten polttaminen jää erääksi tärkeäksi jätteen hävitysvaihtoehdoksi.
25 ♦ • · · » · « * 1 · • · · • · • · ··1 · · · * • f· I I Φ • · · * · 1 • 1 · • · · ··1·· • · · • « « • 1 · • · 21 117757
Esimerkit Esimerkki 1 5 Silikaatilla pinnoitetun tärkkelysasetaattikomposiitin valmistus
Silikaatilla pinnoitettua tärkkelysasetaattikomposiittia valmistettiin laboratorio-mittakaavassa saostamalla silikaattia tärkkelysasetaattipartikkeleille, joiden partikkelikoko oli tässä 5-8 pm, 41 kiteytysastiassa. Reagenssit termostoitiin ennen 10 syöttöä ja reaktioseoksen pH:ta mitattiin reaktion aikana. Kiteytysastiaan lisättiin 9 g rakeista alumiinisulfaattia, jonka kuiva-ainepitoisuus oli 76,2 %, ja 1009,8 g ionivaihdettua vettä, 180,8 g 20,2-%:ista tärkkelysasetaattilietettä, jota laimennettiin 466 g:lla ionivaihdettua vettä ja lisäksi 0,97 g magnesiumhydroksidia. Seosta sekoitettiin 17 °C lämpötilassa. Sitten 414 g natriumsilikaattia, jonka kuiva-15 ainepitoisuus oli 43,5 %, ja 91,9 g alumiinisulfaattia liuotettuna 391,74 g ioni-vaihdettuun veteen lisättiin seokseen 4 min kuluessa ja 17 °C lähtölämpötilassa, ja seosta sekoitettiin 17 °C lämpötilassa. pH säädettiin reaktion aikana arvoon 7 tai alle. Näin valmistetun natriumalurniinisilikaatilla pinnoitetun tärkkelysasetaatti- r if _ . komposiitin SEM-kuva on esitetty oheisessa kuviossa Ib, josta käy selvästi ilmi • · ί·>·ί 20 tärkkelysasetaattipartikkelien (osoitettu nuolilla) päälle saostuneet silikaattipartik- * 1 · * · : .·, kelit. Komposiitin partikkelikoko määritettiin laser-diffraktiomenetelmällä. Par- ; • · · ···*·'
Ukkelien keskikoko oli noin 9 pm ja kokoalue 6 - 30 pm sisältäen agglomeroitu- • · ' neet partikkelit. Komposiitti sisälsi noin 80 p-% natriumalumiinisilikaattia ja 20 • · 1 * .***. p-% tärkkelysasetaattia.
··· 25 • i Ψ m · • · · • · 1 **· • · M · • 1 1 * • · ····' « » « · * • ♦ · • 1 • · » 1 t « ····· · * · • · » · 22 117757
Esimerkki 2
Silikaatilla pinnoitetun tärkkelysasetaattikomposiitin käyttö paperin täyteaineena 5
Sellusta, joka sisälsi 70 % valkaistua koivusellua ja 30 % valkaistua havusellua, valmistettiin arkkeja, jotka sisälsivät keksinnön mukaista tärkkelysasetaatista valmistettua komposiittitäyteainetta SA2 ja SA4. Vastaavasti vertailuina käytettiin arkkeja ilman täyteainetta (täyteaineeton) ja arkkeja, joissa oli käytetty pinnoitta-10 matonta tärkkelysasetaattia täyteaineena (API). Arkit, joiden ncliöpaino oli 60 g/m2, valmistettiin käyttäen standardia SCAN C 26:76. Pinnoittamattoman tärkke-lysasetaatin pitoisuutena käytettiin vertailuarkeissa 4 p-% ja 8 p-%. Komposiitti-täyteaineiden yhteydessä kokonaistäyteainepitoisuudet olivat 10 p-% ja 20 p-%. Osaa täyteainecllisista arkeista lämpökäsiteltiin 90 °C lämpötilassa 10 minuutin 15 ajan ennen arkkien kuivausta, joka suoritettiin tavanomaisissa olosuhteissa. Arkkien valonsirontakertoimet, palstautumislujuudet Scott Bond -arvoina ja vetoin-deksit tutkittiin menetelmillä SCAN-P 8:93, TAPPI T 569 ja SCAN-P 67:93.
"**· Kuviossa 2a on esitetty graafisesti valonsirontakerroin vetoindeksin funktiona.
• · *.·.· 20 Kuviosta 2a nähdään, että keksinnön mukaisilla komposiiteilla voidaan parantaa • * : valonsirontakerrointa pinnoittamattomaan tärkkelysasetaattiin verrattuna, vetoin- · · φ · * * deksiä olennaisesti heikentämättä. Kuviossa 2b on esitetty valonsirontakerroin ··· *··ί palstautumislujuuden funktiona. Tästä kuviosta nähdään selvästi, että keksinnön • · · · ***** mukaisia komposiittitäyteaineita käyttäen voidaan parantaa valonsirontakertoimen 25 ja palstautumislujuuden ominaisuusyhdistelmää pinnoittamattomaan tärkkelysase- • · · *·|·* taattiin verrattuna. Selvää on, että pinnoitus parantaa optisia ominaisuuksia pin- • · • · *·* noittamattomaan tärkkelysasetaattiin nähden. Kuvioista 2a ja 2b nähdään lisäksi, ·♦· V : että keksinnön mukaisilla komposiiteilla saavutetaan hyvät valonsirontakertoimet *·· • * *“* ja lujuusominaisuudet sekä lämpökäsitellyissä (90 °C) että-käsittelemättömissä *"" 30 arkeissa.
· ; • • ·· • ·

Claims (16)

1, Tärkkelysasetaattikomposiitti, tunnettu siitä, että komposiitti käsittää valoa sirottavalla materiaalilla pinnoitettua tärkkelysasetaattia. 5
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen komposiitti, tunnettu siitä, että tärkkelysase-taatti käsittää tärkkelysasetaattipartikkeleita, joiden partikkelikoko on alueella 0,05-10 pm.
3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen komposiitti, tunnettu siitä, että tärkke- lysasetaatti käsittää pallomaista tärkkelysasetaattia.
4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen komposiitti, tunnettu siitä, että valoa sirottava materiaali on valittu silikan, silikaatin, PCC:n, kipsin, kalsiumok- 15 salaatin, titaanidioksidin, alumiinihydroksidin, bariumsulfaatin, sinkkioksidin, niiden modifikaatioiden ja yhdistelmien joukosta.
5. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 4 mukainen komposiitti, tunnettu siitä, että se * ' sisältää valoa sirottavaa materiaalia 5-95 p-%, edullisesti 5-20 p-% tai 50 - 80 • t ;y 20 p-%. * · « • · ·
6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen komposiitti, tunnettu siitä, että * * * valoa sirottava materiaali on silikaatti, joka on valittu maa-alkalimetallisilikaat- • · • · tien, alkalimetallisilikaattien, maa-alkalimetallialumiinisilikaattien, alkalimetalli- . , 25 alumiinisilikaattien, niiden modifikaatioiden, edellä mainittujen yhdisteiden yh- • * * “I.* teissuolojen ja yhdistelmien joukosta, ja edullisesti valoa sirottava materiaali on • * "** natriumalumiinisilikaatti. ·** * · • · • · * v .
7, Menetelmä tärkkelysasetaattikomposiitin valmistamiseksi, tunnettu siitä, että 30 menetelmä käsittää vaiheet, joissa tärkkelysasetaatti pinnoitetaan valoa sirottaval- « · la materiaalilla saostamalla. 117757
8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että saostuksessa tärkkelysasetaattia sisältävään suspensioon lisätään saostettava aine, ja pH ja lämpötila säädetään valinnaisesti sopivalle alueelle. 5
9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tärkkelysasetaattia sisältävä suspensio yhdistetään saostavan yhdisteen vesiliuoksen ja valinnaisesti apuainesuolan kanssa ennen saostettavan aineen lisäämistä.
10. Patenttivaatimuksen 8 tai 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että saostet tavan aineen lisäämisen jälkeen lisätään saostavaa yhdistettä vesi-, alkoholi- tai alkoholi/vesiliuoksena tai kaasumaisena ja/tai happoa tai saostuvan aineen ydinki- teitä. ;
11. Jonkin patenttivaatimuksen 7 - 10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tärkkelysasetaatti käsittää tärkkelysasetaattipartikkeleita, joiden partikkelikoko on alueella 0,05 - 10 pm.
***‘: 12. Jonkin patenttivaatimuksen 7 - 11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että * · • · · *.1.1 20 valoa sirottava materiaali on valittu silikan, silikaatin, PCC:n, kipsin, kalsiumok- * · • · · ί·ί ! salaatin, titaanidioksidin, alumiinihydroksidin, bariumsulfaatin, sinkkioksidin, ··«1· niiden modifikaatioiden ja yhdistelmien joukosta. * · · • · · · : • 1 · 1 • · *·2
13. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukaisen tärkkelysasetaattikomposiitin . . 25 käyttö paperin tai kartongin täyteaineena. • · 1 ♦ · « · ♦ · · • · • ·
14. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukaisen tärkkelysasetaattikomposiitin **\ käyttö paperin ja kartongin päällystyspigmenttinä. • · 9 · · 9 · * 2 ♦ ·· « • · · 9 · •91 9 9· 9 · '25 117757
15. Menetelmä paperin tai kartongin valmistamiseksi, tunnettu siitä, että jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukaista tärkkelysasetaattikomposiittia lisätään massan joukkoon ja paperi valmistetaan tavanomaiseen tapaan.
16. Menetelmä paperin tai kartongin päällystämiseksi, tunnettu siitä, että jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukaista tärkkelysasetaattikomposiittia applikoidaan suspensiona tai sekoitettuna päällystyksen apuaineisiin tunnetulla menetelmällä paperi- tai kartonkirainalle. ··♦·1 *·· • · • · · • · · • 1 * 1 • · · • · « ··· · ····· ® · « ··· **** • · 1 ··'-· • 1 ··· • · • 1 · • 1 · ·2 · • 1 · • « • · ··· * ' ·1· • « • · * · · * • · -·2 ··· 2 • « * · · • · 117757
FI20041581A 2004-12-08 2004-12-08 Tärkkelysasetaattikomposiitit, menetelmä niiden valmistamiseksi ja käyttö paperin ja kartongin valmistuksessa FI117757B (fi)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20041581A FI117757B (fi) 2004-12-08 2004-12-08 Tärkkelysasetaattikomposiitit, menetelmä niiden valmistamiseksi ja käyttö paperin ja kartongin valmistuksessa
EP05817784A EP1819769A1 (en) 2004-12-08 2005-12-05 Starch acetate composites, method for the production thereof, and use in paper and board production
PCT/FI2005/050447 WO2006061460A1 (en) 2004-12-08 2005-12-05 Starch acetate composites, method for the production thereof, and use in paper and board production

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20041581A FI117757B (fi) 2004-12-08 2004-12-08 Tärkkelysasetaattikomposiitit, menetelmä niiden valmistamiseksi ja käyttö paperin ja kartongin valmistuksessa
FI20041581 2004-12-08

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI20041581A0 FI20041581A0 (fi) 2004-12-08
FI20041581A FI20041581A (fi) 2006-06-09
FI117757B true FI117757B (fi) 2007-02-15

Family

ID=33547954

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20041581A FI117757B (fi) 2004-12-08 2004-12-08 Tärkkelysasetaattikomposiitit, menetelmä niiden valmistamiseksi ja käyttö paperin ja kartongin valmistuksessa

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP1819769A1 (fi)
FI (1) FI117757B (fi)
WO (1) WO2006061460A1 (fi)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101899800A (zh) * 2010-05-24 2010-12-01 南京林业大学 应用水玻璃复配淀粉作为表面施胶剂提高纸和纸板的环压强度
FI126571B (fi) * 2012-06-28 2017-02-28 Nordkalk Oy Ab Päällystyskoostumuksen käyttö maalina

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5185206A (en) * 1988-09-16 1993-02-09 E. I. Du Pont De Nemours And Company Polysilicate microgels as retention/drainage aids in papermaking
FI942686A0 (fi) * 1994-06-07 1994-06-07 Alko Ab Oy Komposition innehaollande staerkelseacetat med varierande egenskaper, foerfarande foer dess framstaellning och anvaendning
CA2216480A1 (en) * 1997-09-26 1999-03-26 National Silicates Ltd. Paper strength enhancement by silicate/starch treatment
CN1098343C (zh) * 2000-03-21 2003-01-08 西北工业大学 高聚糖与无机氧化物杂化材料电流变液及其制备方法
US6623555B1 (en) * 2000-06-01 2003-09-23 Jukka P. Haverinen Composite precipitated calcium carbonate/silicon compound pigment and method of making same

Also Published As

Publication number Publication date
WO2006061460A1 (en) 2006-06-15
FI20041581A0 (fi) 2004-12-08
FI20041581A (fi) 2006-06-09
EP1819769A1 (en) 2007-08-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20090126891A1 (en) Method for Coating Cellulose Particles, Coated Cellulose Particles, and Use Thereof In Paper and Board production
CA2437066C (en) Method and apparatus for production of precipitated calcium carbonate and silicate compounds in common process equipment
CA2380424C (en) Composite precipitated calcium carbonate/silicon compound pigment
US11447641B2 (en) Fibrous structured amorphous silica including precipitated calcium carbonate and compositions of matter made therewith
EP3221512B1 (en) Method of producing a filler
FI120318B (fi) Tärkkelyksen piitä sisältävät komposiitit, menetelmä niiden valmistamiseksi ja käyttö paperin ja kartongin valmistuksessa
US6726807B1 (en) Multi-phase calcium silicate hydrates, methods for their preparation, and improved paper and pigment products produced therewith
EP1235758B1 (en) Multi-phase calcium silicate hydrates, methods for their preparation, and improved paper and pigment products produced therewith
FI117757B (fi) Tärkkelysasetaattikomposiitit, menetelmä niiden valmistamiseksi ja käyttö paperin ja kartongin valmistuksessa
FI102904B (fi) Korkean suorituskyvyn natriumalumiinisilikaattipigmenttejä, joilla on alhainen öljyn absorptio, menetelmä niiden valmistamiseksi ja niitä si sältävä vesipitoinen liete
EP1642873A1 (en) Method for producing paper comprising multi-phase calcium silicate hydrates
WO2011141632A1 (en) Gypsum -fibre composite product

Legal Events

Date Code Title Description
FG Patent granted

Ref document number: 117757

Country of ref document: FI