Procedimiento de preparación de suspensiones acuosas de materias minerales por medio de aminas en combinación con polímeros vinil-carboxílicos.

Procedimiento de preparación de una suspensión acuosa de materia mineral que comprende las etapas:



a) proporcionar al menos una materia mineral;

b) preparar una suspensión acuosa que comprende al menos la materia mineral de la etapa a);

c) triturar la materia mineral de la suspensión acuosa de la etapa b);

d) y eventualmente seleccionar y/o concentrar la suspensión acuosa de la etapa c) antes de dispersar elconcentrado obtenido,

caracterizado por que se añade al menos una amina y un polímero vinil-carboxílico totalmente neutralizado con unagente de neutralización diferente de una amina entre las etapas a) y/o b) y/o c) o durante la etapa c) o después dela etapa c) durante o después de la dispersión del concentrado obtenido.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E10014783.

Solicitante: Omya International AG.

Nacionalidad solicitante: Suiza.

Dirección: BASLERSTRASSE 42 4665 OFTRINGEN SUIZA.

Inventor/es: Gane,Patrick, Rentsch,Samuel, BURU,MATTHIAS.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • C09C1/02 QUIMICA; METALURGIA.C09 COLORANTES; PINTURAS; PULIMENTOS; RESINAS NATURALES; ADHESIVOS; COMPOSICIONES NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR; APLICACIONES DE LOS MATERIALES NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR.C09C TRATAMIENTO DE MATERIALES INORGANICOS, QUE NO SEAN CARGAS FIBROSAS, PARA MEJORAR SUS PROPIEDADES DE PIGMENTACION O DE CARGA (preparación de compuestos inorgánicos o elementos no metálicos C01; tratamiento de materias especialmente previsto para reforzar sus propiedades de carga, en los morteros, hormigón, piedra artificial o análogo C04B 14/00, C04B 18/00, C04B 20/00 ); PREPARACION DE NEGRO DE CARBON. › C09C 1/00 Tratamiento de materiales inorgánicos específicos distintos a las cargas fibrosas (materiales luminiscentes o tenebrescentes C09K ); Preparación de negro de carbón. › Compuestos de metales alcalinotérreos o de magnesio.

PDF original: ES-2435649_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Procedimiento de preparación de suspensiones acuosas de materias minerales por medio de aminas en combinación con polímeros vinil-carboxílicos.

La presente invención se refiere a los agentes empleados para dispersar o para ayudar a la trituración de las materias minerales en un medio húmedo.

Esta permite que el experto en la materia reduzca la cantidad de polímeros vinil-carboxílicos, comúnmente empleados en estas operaciones, sin alterar por ello la estabilidad y el extracto seco de las suspensiones acuosas de materias minerales elaboradas de dicho modo. Esta invención se basa en el uso de aminas, en combinación con dichos polímeros vinil-carboxílicos. De manera sorprendente y ventajosa, se logra entonces reducir la cantidad de polímeros vinil-carboxílicos empleados, manteniendo al mismo tiempo las propiedades mencionadas con anterioridad en un nivel al menos equivalente a aquel obtenido sin añadir aminas en las condiciones especificadas por la presente invención.

La industria minera es una gran consumidora de productos químicos. Estos se utilizan en las diferentes etapas de transformación/modificación/tratamiento a las que se ven sometidas las materias minerales. De ese modo, en el caso del carbonato de calcio de origen natural o sintético, el experto en la materia lleva a cabo numerosas operaciones denominadas de " trituración " (reducción del tamaño granulométrico de las partículas) en seco o de manera más habitual en un medio húmedo, o de "dispersión" (puesta en suspensión de las partículas en un líquido) .

Estas dos operaciones se vuelven más fáciles con la implementación respectivamente de agentes de ayuda a la trituración y de agentes dispersantes. La función de los agentes de trituración es la de reducir el límite de fluencia de la suspensión durante la operación de trituración, de tal modo que se aumente la productividad del triturador; se facilita de ese modo la acción mecánica de desgaste y fragmentación de las partículas. En cuanto a los agentes dispersantes, permiten mantener la viscosidad de una suspensión en unos intervalos aceptables a medida que se introducen las materias minerales; esto permite aumentar el extracto seco manteniendo al mismo tiempo un nivel de viscosidad lo suficientemente bajo como para manipular la suspensión y almacenarla sin riesgo de sedimentación.

La técnica anterior es particularmente rica en dichos aditivos. Desde hace bastantes años, se sabe que los homopolímeros del ácido acrílico constituyen unos agentes eficaces para ayudar a la dispersión o a la trituración en un medio húmedo del carbonato de calcio. Como referencia, se puede remitir a los documentos FR 2 539 137 A1, FR 2 683 536 A1, FR 2 683 537 A1, FR 2 683 538 A1, FR 2 683 539 A1 y FR 2 802 830 A1, FR 2 818 165 A1 que ilustran numerosas variantes de estos homopolímeros, en función de su peso molecular y de su neutralización.

Para el mismo tipo de aplicación, también resulta interesante copolimerizar el ácido acrílico con otro monómero carboxílico, como por ejemplo el ácido metacrílico o el ácido maleico (véanse al respecto los documentos EP 0850 685 A1 y FR 2 903 618 A1) , y/o con otro monómero de insaturación etilénica pero sin función carboxílica, como un éster (met) acrílico: esta última variante se describe en los documentos citados en el párrafo anterior.

Dicho esto, desde el punto de vista de la legislación y de los requisitos medioambientales, disminuir la cantidad de polímero empleado sigue siendo una prioridad para el experto en la materia, siempre y cuando se adapte a un nivel de prestaciones equivalente al obtenido hasta ahora. Entre estas prestaciones, se prioriza en particular la estabilidad de las suspensiones acuosas elaboradas, como se determina mediante las mediciones de viscosidad Brookfield™ en diferentes momentos, y el extracto seco final expresado en % en peso seco de materias minerales con respecto al peso total de dichas suspensiones.

A este respecto, el documento FR 2 894 846 A1 muestra el empleo de los compuestos fluorados con los poliacrilatos de la técnica anterior, lo que permite de este modo disminuir su dosis en los procedimientos de dispersión y de trituración de materias minerales. Sin embargo, dichos compuestos fluorados siguen siendo productos poco comunes y caros, pudiendo ellos mismos tener un impacto negativo en el medio ambiente.

También se sabe que reducir el índice de polimolecularidad de los polímeros acrílicos otorga a estos últimos unas propiedades mejoradas de dispersión y de ayuda a la trituración. Para ello, un método consiste en aislar, para un polímero dado, las cadenas de un determinado peso molecular mediante técnicas de separación, estáticas o dinámicas, en presencia de disolventes, tal y como se describe en el documento EP 0 499 267 A1. Otro medio se basa en la aplicación de la polimerización radicalaria denominada « controlada » (PRC) . Este término hace referencia a unas técnicas de síntesis basadas en el uso de agentes particulares de transferencia de cadena, como los xantatos o los tritiocarbonatos (véanse los documentos EP 1 529 065 A1 y EP 1 377 615 A1) .

Al reducir del índice de polimolecularidad de los polímeros acrílicos elaborados, se aumenta su capacidad para dispersar o para facilitar la trituración de una materia mineral en el agua. Esto se describe en particular en los documentos « Dispersion of calcite by poly (sodium acr y late) prepared by Reversible Addition-Fragmentation chain Transfer (RAFT) polymerization » (Polymer (2005) , 46 (19) , págs. 8.565-8.572) y « Synthesis and Characterization of Poly (acr y lic acid) Produced by RAFT Polymerization. Application as a Ver y Efficient Dispersant of CaCO3, Kaolin, and TiO2 » (Macromolecules (2003) , 36 (9) , págs. 3.066-3.077) .

No obstante, estas últimas soluciones basadas en técnicas de separación o de PRC, son a veces difíciles de llevar a cabo: necesitan instalaciones específicas que no necesariamente tienen todas las unidades industriales. Por último, la Solicitud de Patente Francesa FR 2 940 141 se refiere a la neutralización de poliacrilatos mediante el hidróxido de litio, permitiendo disminuir la cantidad de polímero para dispersar y/o facilitar la trituración en el agua del carbonato de calcio. Sin embargo, el hidróxido de litio que también es el objeto de la solicitud de patente WO 2010/063757 sigue siendo un compuesto extremadamente caro, que no deja de plantear graves problemas medioambientales (véanse las disposiciones que tratan sobre el reciclaje de este compuesto)

Proponer una solución simple que permita mejorar las prestaciones de los poliacrilatos de la técnica anterior como agentes dispersantes y de ayuda a la trituración de materias minerales en un medio acuoso, es decir que permita disminuir la cantidad para un nivel equivalente de prestaciones, constituye hasta la fecha un problema que no se ha resuelto de forma satisfactoria.

Continuando con sus búsquedas en este campo, la Solicitante ha logrado desarrollar un procedimiento de elaboración de una suspensión acuosa de materia mineral mediante la dispersión y/o trituración en presencia de al menos una amina y de al menos un polímero vinil-carboxílico, como agente que permite reducir la cantidad de dicho polímero, neutralizándose este último en particular con un agente distinto de la amina.

De modo totalmente inesperado, la combinación entre la amina y el polímero vinil-carboxílico permite dispersar y/o facilitar la trituración en un medio acuoso de una materia mineral, de forma más eficaz que el polímero acrílico utilizado sin la amina. Se demuestra que, para un nivel de prestaciones al menos equivalente (en términos de extracto seco y de viscosidad Brookfield™ medida a 10 revoluciones / minuto y esto para una granulometría determinada) , se logra de acuerdo con la invención reducir la cantidad de polímero vinil-carboxílico utilizado.

Un ejemplo de amina utilizada de acuerdo con la invención es el AMP (2-amino-2-metil 1-propanol; CASO n°. = 12468-5) . Además, de acuerdo con una variante preferente de la invención, las aminas utilizadas presentan la fórmula particular (I) que se explicará más adelante. Se demuestra por tanto que estas resultan más eficaces que el AMP, para mejorar la eficacia del sistema dispersante de acuerdo con los parámetros mencionados anteriormente. Se indica, además, que estas aminas de fórmula (I) ya son conocidas, en particular como agentes que permiten desarrollar la fuerza colorante de una pintura (véase el documento WO 2009 / 087330 A1) .

En la técnica anterior, el AMP ya se ha utilizado con un polímero acrílico para dispersar una materia mineral. Se podrá remitir al documento US 4 370 171 A1 que... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento de preparación de una suspensión acuosa de materia mineral que comprende las etapas: a) proporcionar al menos una materia mineral; b) preparar una suspensión acuosa que comprende al menos la materia mineral de la etapa a) ; c) triturar la materia mineral de la suspensión acuosa de la etapa b) ; d) y eventualmente seleccionar y/o concentrar la suspensión acuosa de la etapa c) antes de dispersar el

concentrado obtenido, caracterizado por que se añade al menos una amina y un polímero vinil-carboxílico totalmente neutralizado con un agente de neutralización diferente de una amina entre las etapas a) y/o b) y/o c) o durante la etapa c) o después de la etapa c) durante o después de la dispersión del concentrado obtenido.

2. Procedimiento de preparación de una suspensión acuosa de materia mineral de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que la proporción en masa amina:polímero vinil-carboxílico está comprendida entre 0, 05:1 y 0, 35:1, de preferencia entre 0, 10:1 y 0, 25:1.

3. Procedimiento de preparación de una suspensión acuosa de materia mineral de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que la amina se selecciona entre la dimetilamina, la monoetanolamina, la dietanolamina, la trietanolamina, la N-metiletanolamina, el 2-amino-2-metil-propanol, la triisopropanolamina, la 2, 3, 4, 6, 7, 8, 9, 10-octahidropirimido[1, 2-a]acepina (DBU; CASO n°. = 6674-22-2) , la 2, 2'-diazabiciclo[2.2.2]octano (DABCO; CASO n°. .

28. 57-9) .

4. Procedimiento de preparación de una suspensión acuosa de materia mineral de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que la amina responde a la fórmula (I) :

NR1R2R3 (I)

con R1, R2, R3 idénticos o diferentes, seleccionándose entre:

- un radical alquilo u oxialquilado lineal o ramificado que tiene entre 1 y 12 átomos de carbono; -un radical cicloalquilo que tiene entre 3 y 12 átomos de carbono; -un radical hidroxialquilo lineal que tiene entre 1 y 6 átomos de carbono, entendiéndose que:

-como máximo un grupo R2 o R3 representa el hidrógeno;

-al menos uno de los grupos R1, R2, R3 comprende un grupo OH;

-al menos uno de los grupos R1, R2, R3 comprende al menos una ramificación en posición a del átomo de nitrógeno.

5. Procedimiento de preparación de una suspensión acuosa de materia mineral de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado por que, en la fórmula (I) , R1 representa el hidrógeno, siendo R2 y R3 idénticos o diferentes, seleccionándose entre:

- un radical alquilo u oxialquilado lineal o ramificado que tiene entre 1 y 12 átomos de carbono; -un radical cicloalquilo que tiene entre 3 y 12 átomos de carbono; -un radical hidroxialquilo lineal que tiene entre 1 y 6 átomos de carbono, entendiéndose que:

-como máximo uno de los grupos R2 o R3 comprende un grupo OH;

-al menos uno de los grupos R2 o R3 comprende al menos una ramificación en posición a del átomo de nitrógeno.

6. Procedimiento de preparación de una suspensión acuosa de materia mineral de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado por que, en la fórmula (I) , cada radical alquilo u oxialquilado o cicloalquilo comprende entre 3 y 10, de preferencia entre 3 y 8 átomos de carbono.

7. Procedimiento de preparación de una suspensión acuosa de materia mineral de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado por que, en la fórmula (I) , el o los radicales portadores del grupo OH comprende 2 o 3, de preferencia 2 átomos de carbono.

8. Procedimiento de preparación de una suspensión acuosa de materia mineral de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado por que, en la fórmula (I) , R1 representa el hidrógeno, siendo R2 y R3 idénticos o diferentes, seleccionándose entre:

- un radical alquilo u oxialquilado lineal o ramificado que tiene entre 3 y 8 átomos de carbono; -un radical cicloalquilo que tiene entre 6 y 10 átomos de carbono; -un radical hidroxialquilo lineal que tiene entre 2 y 3, de preferencia 2 átomos de carbono; entendiéndose que:

-al menos uno de los grupos R2 o R3 comprende un grupo OH;

-al menos uno de los grupos R2 o R3 comprende al menos una ramificación en posición a del átomo de nitrógeno.

9. Procedimiento de preparación de una suspensión acuosa de materia mineral de acuerdo con una de las reivindicaciones 4 a 8, caracterizado por que la amina se selecciona entre:

- la N- (1-metilpropil) -N- (2-hidroxietilamina) ;

- la N- (1, 3-dimetilbutil) -N- (2-hidroxietilamina) ;

- la N- (1-etil-3-metilpentil) -N- (2-hidroxietilamina) ;

- la N- (3, 3’, 5-trimetilciclohexil) -N- (2-hidroxietilamina) ;

- la N- (4-hidroxiciclohexil) -N- (2-hidroxietilamina) .

10. Un procedimiento de preparación de una suspensión acuosa de materia mineral de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por que el polímero vinil-carboxílico se neutraliza completamente mediante al menos un agente de neutralización seleccionado entre los hidróxidos y/u óxidos de calcio, de magnesio, o entre los hidróxidos de sodio, de potasio, de litio y sus mezclas.

11. Procedimiento de preparación de una suspensión acuosa de materia mineral de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por que dicho polímero vinil-carboxílico es un homopolímero del ácido acrílico o un copolímero del ácido acrílico con otro monómero.

12. Procedimiento de preparación de una suspensión acuosa de materia mineral de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado por que para el copolímero del ácido acrílico con otro monómero, este otro monómero se selecciona entre el ácido metacrílico, el anhídrido maleico, el ácido 2-acrilamido-2-metil propano sulfónico, los ésteres fosfóricos de los met (acrilatos) de alquileno glicol y los monómeros no iónicos de fórmula (II) :

en la cual m, n, p y q son enteros y m, n, p son inferiores a 150, q es superior a 0 y al menos un entero entre m, n, y p es no nulo, R es un radical que comprende una función insaturada polimerizable, R1 y R2 son idénticos o diferentes y representan unos átomos de hidrógeno o unos grupos alquilo, R’ representa el hidrógeno o un radical hidrocarbonado con entre 1 y 40 átomos de carbono, o un grupo iónico o ionizable.

13. Procedimiento de preparación de una suspensión acuosa de materia mineral de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado por que dicha suspensión acuosa, después de la dispersión y/o trituración, presenta un extracto seco expresado en porcentaje en peso en seco de materia mineral, con respecto a su peso total, comprendido entre un 10 % y un 82 %, de preferencia entre un 50 % y un 81 %, de manera muy preferente entre un 65 % y un 78 %.

14. Procedimiento de preparación de una suspensión acuosa de materia mineral de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado por que dicha suspensión acuosa presenta un contenido en peso en seco de polímero vinil-carboxílico, con respecto al peso total en seco de materia mineral, compendido entre un 0, 01 % y un 5, 00 %, de preferencia entre un 0, 01 % y un 2, 00 %, y de manera muy preferente entre un 0, 05 % y un 1, 00 %.

15. Procedimiento de preparación de una suspensión acuosa de materia mineral de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado por que la materia mineral se selecciona entre el carbonato de calcio natural, sintético o precipitado, el talco, el caolín, y sus mezclas, de manera preferente entre el carbonato de calcio natural, sintético o precipitado y sus mezclas, y es de manera preferente un carbonato de calcio natural.

16. Procedimiento de preparación de una suspensión acuosa de materia mineral de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado por que el carbonato de calcio natural se selecciona entre la piedra caliza, el 20 mármol, la calcita, la tiza, la dolomita y sus mezclas.

17. Uso de la suspensión acuosa de materia mineral obtenida de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 16 en el sector del papel, como por ejemplo el material de carga y el recubrimiento del papel, de la pintura y del plástico.


 

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