Спосіб для відбілювання пігментів

Цей винахід мае відношення до способу, що призначений для відбілювання мінеральних або синтетичних пігментів. Пігменти приготовляються або з природніх мінералів, або синтетичним шляхом. Мінеральні пігменти включають в свій склад каолін, карбонат кальцію, κpeйду, мармур, тальк, бентоніт, а також і природній гіпс. Синтетичні пігменти включають в свій склад синтетичний гіпс, ΤiO2, а також осаджений карбонат кальцію. При окремих випадках свого використання, наприклад, коли пігменти використовуються з метою фарбування папіру, або як заповнювачі, бажаним є та обставина, щоб вони(тобто пігменти) мали максимальну степінь яскравості кольору. Для досягнення цієї мети було розроблено багато способів, які призначені для того, щоб підсилювалась яскравість. Заявка на патент Австралії AU-A-70277/96 розкриває для випадку з каоліном той спосіб очищення та відбілювання, в рамках якого використовується окислювальний озон для мети відбілювання каоліну від органічних красильних речовин, які є забруднювачами. В опублікованому патенті США 5397922 пропонується використовувати перекис кисню та перекис водню як інші окислювальних хімічних речовин, а також гіпохлорит натрію, або гіпохлорит літію. У відповідності з опублікованим патентом США 3589922 також є можливість використання перманганату калію, сульфату цинку, щавелевої кислоти, дитионіту натрію, а також і двоокисі сірки для відбілювальних цілей. З других публікацій відомою є можливість використання хлору, гідрозину, а також силікату натрію для відбілювальних цілей. У відповідності з спостереженнями, результат відбілювання каоліну в подальшому виявляється для нього покращеним, якщо після відбілювання, яке здійснюється при використанні окислюваннях речовин, здійснюється процес зменшуючого відбілювання, при якому звичайно використовується дитионіт натрію, тобто гідросульфіт. Процес даного типу розкривається в опублікованому патенті США 4935391. Відповідні процеси відбілювання також були розкриті для других пігментів. В опублікованому патенті ЕР 291271 перекис водню є використаним на карбонаті кальцію, крейді, а також мармурі. Використання озону з метою відбілювання крейди було відомо, по меншій мірі, починаючи з 1970 року. В деяких патентних публікаціях використання озону було запропоновано з метою відбілювання як природного гіпсу, так і синтетичного гіпсу. Озон зарекомендував себе як ефективна хімічного призначення для цілі відбілювання хімічна речовина, але недолік, який йому був притаманний, є токсичність, яка потребує високої степені газонепроникності для апарату, і ця ж сама речовина виявилась такою, що дорого коштує. Ті хімічні речовини, що призначені для цілей відбілювання, та які включають в свій склад хлор, також мають їм притаманні відомі недоліки. На результат відбілювання можуть зробити свій вплив температура, а також і тиск. Наприклад, в публікації патента FI 97972 розкрито процес, який є пов'язаним з відбілюванням крейди та який відбувається при використанні перекису водню. Була встановлена та обставина, що справжній процес функціонує при температурі від 95 до 150 градусів по шкалі Цельсія. Коли дія має місце при температурах, які є більш високими, чим справжня, тоді процес відбілювання повинен відбуватися під тиском. Тиск що піднімається, покращує той ефект, який одержується в результаті відбілювання, але ж він знижує прибутковість з фінансової точки зору. Ті із багатьох пігментів, які є придатними для виконання фарбування паперу, а також і для других цілей, мають ту проблему, що пов'язана з низькою степеню яскравості. При багатьох використаннях, та яскравість, що є більш високою, чим яскравість, що має місце в даний момент, була б бажаною яскравістю. Наприклад, потрібно, щоб види зараз існуючої друкованої продукції мали як можна більшу степінь яскравості. Ті із процесів, що демонструють сучасний стан, є такі, що не мають спроможності до ефективного виконання процесу відбілювання пігментів, або ж такими, що дорого коштують. Отже, ясним є той факт, що є необхідність в рамках даної області в наявності того процесу відбілювання, за допомогою якого яскравість пігментів могла б бути зробленою більш високою, а також в наявності того процесу, який би не мав тих недоліків, які є притаманними попереднім процесам. Зараз, як не дивно, виявляється має місце та обставина, що хімічна речовина, яка призначена для цілей відбілювання, а саме надоцтова кислота (РАА), яка використовується при відбілюванні целюлозної маси, яка вільна від хлору, також прекрасним, чином функціонує і при невеликих дозах при відбілюванні пігментів. Спостереження є особливо дивними, постільки поскільки при використанні надоцтової кислоти було досягнуто незначне підвищення яскравості также і в випадку з тими пігментами, які не включали до свого складу ніяких органічних сполук, які є спроможними до окислювання. Дуже високі значення в плані яскравості були получен і для випадку з надоцтовою кислотою, і це показано дальше за допомогою експериментальних результатів. Таким чином, у відповідності з винаходом відбулося досягнення того процесу, за допомогою якого виконується відбілювання пігменту, причому даний процес характеризується тією обставиною, що той самий пігмент, який призначений для його відбілювання, знаходиться в контакті з тим розчином, який має в своєму складі надоцтову кислоту. Той самий пігмент, який підлягає відбілюванню, може уявляти собою, наприклад, або такий мінеральний пігмент, як каолін, карбонат кальцію, крейду, мармур, тальк, бентоніт, а також і природній гіпс, або ж такий синтетичний пігмент, як синтетичний гіпс, ТіО2, або ж осаджений карбонат кальцію. Надоцтова кислота є така хімічна речовина, яка створюється в тих випадках, при яких оцтова кислота та перекис водню вступають в хімічну реакцію при наявності каталізатора існують різноманітні продукти, які є доступними з комерційної точки зору, і до таких відносяться, наприклад, 38% дистильована надоцтова кислота(dPAA), а також рівновісна суміш надоцтової кислоти(еРАА). Незважаючи на ту обставину, що в складі мають місце відмінності, різні продукти надоцтової кислоти є ефективними для цілей відбілювання пігментів. Та оцтова кислота, яка використовується для відбілювальних цілей, може також містити і стабілізуючі хімічні речовини, в процесі хімічних реакцій надоцтова кислота виділяє активно діючий кисень, який знаходиться на стадії свого виникнення, та якому притаманна дуже висока спроможність вступати в реакцію. Та оцтова кислота, яка виділяється при хімічній реакції, в яку вступає надоцтова кислота, також має спроможність до прив'язання катіонів в процесі створення різноманітних ацетатних хімічних сполук. Надоцтова кислота переважним чином дозується на водяний шлам пігмента, причому дійсний шлам одночасно збивається. Вміст сухої речовини в шламі переважно дорівнює 30 - 80%. Типово, збивання триває 15 хвилин, одначе воно не може также ι змінюватись. Процес збивання уявляє собою важливість по тій причині, що під час збивання газообразні речовини можуть зникнути зі шламу. На цій стадії шлам може злегка вспінитись або ж випускати пузирі. Дозування, а також збивання може проводитись при кімнатній температурі, або ж при підвищеній температурі. Судячи з результатів відбілювання, той процес відбілювання, який відбувається з використанням надоцтової кислоти, функціонує при низьких температурах і не потребує підвищеної температури. Результат відбілювання можна також покращити, причому даже в значному ступені, при підвищенні температури. Також для процесу не потребується більш високого тиску, але є імовірність тої обставини, що при підвищенні тиску, результат відбілювання буде покращеним. Дозування надоцтової кислоти для пігмента переважно є приблизно рівним 0,05-5кг на метричну тону сухого пігмента, що індиціюється як 100% надоцтова кислота. Самим переважним диапазоном є той диапазон, який приблизно дорівнює 1-2кг на метричну тону. Надоцтова кислота функціонує в процесі відбілювання в рамках дуже широкого рН-диапазону. Добавка надоцтової кислоти понижує величину рн для того шламу, який підлягає відбілюванню. В загальному випадку немає необхідності в контролюванні кислотності в шламі. При експериментальних дослідженнях хороші результати відбілювання були одержані в тих випадках, при яких значення для рН знаходилось в диапазоні від 2 до 12. Якщо підлягають відбілюванню ті пігменти, які містять в своєму складі карбонат кальцію, в такому випадку є можливість виконати компенсування для пониження рН шляхом добавки до того ж самого шламу, який відбілюється, тих речовин, які вступають в реакцію на зразок лугів. У відповідності з промисловою шкалою, процес відбілювання може виконуватись або як серійний процес, або як неперервний процес. Перевага віддається тому, щоб виконувався процес відбілювання на тому матеріалі, який є помеленим до кінцевої тонини. Також, такий більш великозернистий менше помелений матеріал, як сирий гіпс, може бути відбіленим з хорошою результативністю(дивись приклад 2). В даному випадку досягнуте збільшення в яскравості зберігається по меншій мірі по частинам, і також протягом помелення матеріалу, і ця обставина є очевидною, виходячи з результатів, які наводяться в Прикладі 8. Після окислювального відбілювання, яке виконується при використання надоцтової кислоти, можна виконати також редуціроване відбілювання шляхом використання такої редуціюючої хімічної речовини, як дитионіт, яким є, наприклад, дитионіт натрію. Відбілений пігмент є в загальному випадку у вигляді шламу, що використовується, але ж, у випадку необхідності, він може бути відділеним від шламу за допомогою тої процедури, яка є відомою як само по собі, і якою є фільтрація, або ж висушення. Нижче йде більш детальний опис винаходу з використанням Прикладів від 1 до 10. В цих прикладах експериментальні дослідження виконувались на тому пігменті, який має форму шламу. Всі експериментальні дослідження виконувались за допомогою тії ж самої процедури, і лише вміст твердих речовин в шламі варіювався при проведенні деяких експериментальних досліджень. Проведення експериментальних дослідів В процесі виконання експериментальних досліджень використовувався такий шлам, який в своєму складі містив 667 грамів пігменту, а також 333 грамів води, і можливо, також і такі хімічні речовини, які є необхідними для цілей диспергування пігментних частинок. Шлам наливався в посудину, діаметр якої дорівнював 120 міліметрів, а висота посудини дорівнювала 110 міліметрів. В посудині було розташовано пристрій для збивання, який мав форму якоря, і який проводився в обертальний рух мотором, що призначений для виконання процесу збивання, ι швидкість обертання при цьому дорівнювала 120 обертам за хвилину. Добавка надоцтової кислоти до такого шламу, який треба було збивати, відбувалась по ходу дії на протязі приблизно 1 хвилини, і після цього виконувалось збивання шламу протягом 15 хвилин з метою досягнення однорідності. Надоцтова кислота починала поглинатись в той же час, як її добавляли, коли вона вступала в хімічну реакцію з тими хімічними сполуками, що присутні в пігменті, ί в той же самий час проходило виділення активного кисню. Деякі з надоцтових кислот та її сполук вступали в хімічну реакцію більш повільно, а, відповідно і тому шламу, над яким виконувався процес, надана була можливість зоставатися в посудині з покриттям до наступного ранку. Для цілей визначення яскравості, шлам звалкувався в ливарних тигелях, які виготовлялись з алюмінієвої фольги. Шлами висушувались в інкубаторі протягом 24 годин при температурі 42 градуси по Цельсію. Такого роду обробка забезпечувала безпечне зберігання кришталевої води в таких матеріалах, як гіпс, який містив в своєму складі кришталеву воду. Висушені зразки розміщували в мелницю Іanke-Кunkel’я на три хвилини. Висушений зразок проби стискувався в брикети, виходячи з чого проводилось вимірювання яскравості 8 використанням приладу для виміряння яскравості Zeiss'a-Elrepho при довжині хвилі в 457нм у відповідності зі стандартом SCAN-P 43:95. В кожному прикладі початковий експериментзразок виконувався при використанні того зразка проби, який відповідним шляхом був оброблений, але до якого не добавлялась надоцтова кислота. Метою тих експериментальних досліджень, опис яких дається в Прикладі 1, є оптимізація тієї кількості надоцтової кислоти, яка знадобилась для відбілювання. Та доза, якій було надано перевагу, була відібрана на основі результатів, а наступні експериментальні дослідження виконувались при використанні двох доз, причому в даному випадку нижня доза складала 1кг на метричну тону сухого пігмента, а верхня доза складала 2кг на метричну тону. Одиницею для дози, що використовується в даний момент і при наступних дослідженнях, є кілограм на метричну тону, і в даному випадку кількість кілограмів символізує кількість надоцтової кислоти, яка є індиційованою як 100% надоцтова кислота, а метрична тона символізує одну метричну тону сухого пігменту. В зв'язку з тією обставиною, при якій спостереження показали те, що процес відбілювання є ефективним даже при кімнатній температурі і під нормальним тиском, то експериментальні дослідження проводились при цих умовах даже не зважаючи на той факт", що більш високий результат відбілювання звичайно получають при використанні підвищеного тиску та підвищеній температурі, як це було відмічено раніше. При тих експериментальних дослідженнях, опис яких наводиться в Прикладах від 1 до 5, був використаний розчин dPAA. В Прикладах 6 та 7, надоцтова кислота(dPAA), перекись водню, а також і озон були використані як призначені для цілей відбілювання хімічних речовини для гіпсу. В Прикладі 9 приводиться двоетапний процес відбілювання при використанні надоцтової кислоти(dPAA та еΡΑΑ), а також і дионіта натрію. Основними складовими розчинів dPAA, а також еРАА, які були використані в Прикладах є слідуючі складові(в 1 вмісту по вазі) Склад dPAA: 38% надоцтової кислоти 3% оцтової кислоти 1% перекисі водню 58% води (приблизно) Склад еΡΑΑ 20% надоцтової кислоти 25% оцтової кислоти 15% перекисі водню 40% води (приблизно) Приклад 1 Гіпсові пігменти різноманітних степенів були відбілені при використанні надоцтової кислоти. Гіпсові пігменти були комерційними виробами, які виготовлені з фосфогіпсу(CaSО4, 2H2О) за допомогою мілкого дроблення. Гіпсовий пігмент 1 містив в собі велику кількість зерен. Вагова порція для тих частинок, які по розміру були меншими ніж 0,2mm, складала приблизно 20%. Гіпсовий пігмент 2 містив в собі малу кількість вищевказаних зерен, що складало близько 3%. Лоза в кг/т 0 (початкова кількість) 0,1 0,5 1,0 2,0 0.0 Гіпсовий пігмент 1 92,0 93,0 93,3 94,0 94,4 93,9 Гіпсовий пигмент 2 92,6 93,0 93,5 94,1 94,1 94,3 Приклад 2 Сирий гіпс, а також і сирий каолін пройшли процес відбілювання при використанні надоцтової кислоти. Сухий коалін не піддавався хімічній обробці, він був циклонірованим, а також і екранірованим. Сирий гіпс уявляв собою фосфогіпс. Доза в кг/т 0 (початкова кількістьj 1,0 2,0 5,0 Сирий гіпс 94,1 96,1 95,5 Сирий каолін, що містить графіт 80,6 80,9 81,5 Приклад 3 Пігменти каоліну пройшли процес відбілювання при використанні надоцтової кислоти. Каоліни 1, 2, а також і 3 були комерційними пігментними зернами, що надходили від різних виготовачів. Доза в кг/т 0 ( початкова кількість) 1,0 2,0 Каолін 1 87,2 87,7 87,9 Каоліин 2 85,0 85,4 85,7 Каолін 3 86,3 86,6 87,3 Результати, що наведені в даному прикладі, показали той факт, що, коли справжній процес використовується у відповідності з даним винаходом, була можливість даже збільшити степінь яскравості для комерційних каолінових виробів, які були оброблені окислювальним процесом відбілювання і послідуючому редуційному відбілюванню. Приклад 4 Різноманітні карбонати кальцію, а також і тальк пройшли процес відбілювання при використанні надоцтової кислоти. Осаджений карбонат кальцію уявляв собою невелике зерно. Тальк 1 мав форму шламу, а тальк 2 мав порошкову форму. Надоцтова кислота посприяла збільшенню яскравості всіх цих пігментів, за виключенням того талька, який був використаний в порошковій формі. Лоза в кг/т 0(початкова кількість) 1 3 Осадженний СаСО3 90,7 91,4 91,6 Земельний СаСО3 94,1 94,6 Крейда Тальк 1 Тальк 2 82,0 83,2 83,6 85,7 86,0 86,2 87,8 87,2 86,9 Приклад 5 Двоокис титану, а також і комерційний пігмент з перлинних гранул пройшли процес відбілювання при використанні надоцтової кислоти. Пігмент з перлинних гранул уявляв собою слюду з двоокису титану, осадженою на її поверхні. Доза в кг/т 0 (початкова кількість) 1,0 2,0 ТіО2 94,4 95,0 95.0 Пігмент з перлинних гранул 78,5 73.8 80,6 Приклад 6 Різноманітні хімічні речовини, які є призначеними для цілей відбілювання, були порівняні при відбілюванні гіпсового пігменту при використанні надоцтовою кислоти, перекису водню, а також і озону. Відбілювання при використанні озону проводилось при тиску, що дорівнював 3 бара. Понятним являється той факт, що найкращі результати получен і при використанні надуксусної кислоти. Доза в кг/т 0 (початкова кількість» 2 5 dPAA 91,7 93,1 93,3 Н2О2 91,7 91.5 92,0 О3ОН 91,7 91.8*) *) Доза для озону - 6,3кг на метричну тону. Приклад 7 Сирий гіпс пройшов процес відбілювання при використанні надоцтової кислоти, перекису водню, а також і озону. Процес відбілювання при використанні озону був виконаний при тиску, що дорівнював 3 барам. Тільки лише при значно високих дозах озону була получена одна і та ж степінь яскравості, як, і для випадку, при якому була використана надоцтова кислота. Доза в кг/т 0 (початкова кількість) 2,0 5,0 6,3 18,9 75 dPAA 94,1 96,1 95.5 Н2О2 94,1 95,0 95,0 Озон 94,1 94,5 95,0 95,6 Приклад 8 Той сирий гіпс, що не підлягав обробці, а також той сирий гіпс який пройшов процес відбілювання при використанні надоцтової кислоти, були покладені для пігментної тонини в пілотну мельницю. Ті степені яркости які були виміряні, показали, що підвищення степені яскравості, що була досягнута шляхом відбілювання, що проводилось на сирому гіпсі, була збережена на протязі всьго процесу дрібнення. Обробка Не оброблено (початкове.) Відбілене Сирий гіпс 94,2 95,8 Земляний гіпс 90,4 91,8 Приклад 9 Спочатку був проведений процес окислювального відбілювання при використанні надоцтової кислоти(при дозі, яка дорівнювала 2кг на тону), а після цього був проведений процес редуційного відбілювання при використанні дитионіту натрію(Na2S2О4, при дозі, що дорівнювала 2кг на тону.), і ці ж обидва процеси були проведені на різних гранулах гіпсу та каоліну, а також на одній гранулі талька. При проведенні процесу відбілювання гранули талька 1, був використаний розчин еРАА, а при проведенні других процесів був використаний розчин dPAA. На експериментальних результатах було показано те, що при проведенні процесу подальшого редуційного відбілювання після окислювального відбілювання звичайно підвищувалась степінь яскравості. Обробка Гранула гіпсу 1 Гранула гіпсу 2 До початку відбілювання Окисляюче відбілювання Редуціpoване відбілювання Графіт, що містить каолін Каолін 1 Каолін 2 Каолін 3 Тальк 2 92,0 91,6 80,6 87,2 85,0 86,3 87,8 95,0 93,6 *) 81,5 87,9 85,7 87,3 86,9 96,7 93,0 82,8 88,3 86,0 87,9 89,0 *) доза, дорівнює 1кг на тону. Приклад 10 Були проведені експериментальні дослідження, в процесі яких гіпс проходив процес відбілювання при використанні одного тільки лише дитионіту натрію, а також ті експериментальні дослідження, при яких спочатку був проведений процес відбілювання при використанні надоцтової кислоти, а після цього був проведений процес відбілювання при використанні дитионіту натрію. Результат досліджень продемонстрував той факт, що редуційне відбілювання, процес якого проводився при використання дитионіту натрію, не спроможне в одиночку підвищувати степінь яскравості гіпсового пігменту, якщо попереду проведення цього процесу не були проведені процеси відбілювання при використанні надоцтової кислоти. Гіпс Гранула гіпсу 2 Гранула гіпсу 2 dPAA 1.0 Na2S2O2 кг на тону 2,0 2,0 Яскравість в % 90,7 93,0