Suspensiones acuosas de baja viscosidad y alto contenido de sólidos de materiales que comprenden carbonato de calcio con estabilidad reológica mejorada bajo temperatura aumentada.

Suspensión acuosa con estabilidad reológica mejorada bajo temperatura aumentada

, que comprende un material que contiene carbonato de calcio, y

al menos un polímero peine,

en la que la viscosidad específica del al menos un polímero peine medida a 20ºC a una concentración de polímero de 45 g/l difiere de la viscosidad específica de dicho polímero medida a 70ºC en una diferencia de viscosidad específica Dhsp, en la que el valor absoluto de Dhsp es de desde 0,15 hasta 0,5,

el al menos un polímero peine no tiene un punto de enturbiamiento entre 20ºC y 95ºC medido en agua, y el al menos un polímero peine tiene una carga específica de desde -10 C/g hasta -600 C/g a pH 8, y en la que la viscosidad de la suspensión acuosa es de entre 25 y 1000 mPa·s medida a 20ºC y a 90ºC.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E12176392.

Solicitante: Omya International AG.

Nacionalidad solicitante: Suiza.

Dirección: BASLERSTRASSE 42 4665 OFTRINGEN SUIZA.

Inventor/es: BURI, MATTHIAS, GANE,PATRICK A.C, Rentsch,Samuel.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > COLORANTES; PINTURAS; PULIMENTOS; RESINAS NATURALES;... > TRATAMIENTO DE MATERIALES INORGANICOS, QUE NO SEAN... > Tratamiento en general de materiales inorgánicos,... > C09C3/10 (Tratamiento con compuestos orgánicos macromoleculares)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > COLORANTES; PINTURAS; PULIMENTOS; RESINAS NATURALES;... > TRATAMIENTO DE MATERIALES INORGANICOS, QUE NO SEAN... > Tratamiento de materiales inorgánicos específicos... > C09C1/02 (Compuestos de metales alcalinotérreos o de magnesio)
  • SECCION D — TEXTILES; PAPEL > FABRICACION DEL PAPEL; PRODUCCION DE LA CELULOSA > COMPOSICIONES DE PASTA; SU PREPARACION NO CUBIERTA... > Papel cuché (cartón cuché D21J 1/08 ); Materiales... > D21H19/38 (caracterizados por los pigmentos)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > COMPUESTOS MACROMOLECULARES ORGANICOS; SU PREPARACION... > UTILIZACION DE SUSTANCIAS INORGANICAS U ORGANICAS... > Utilización de ingredientes inorgánicos > C08K3/20 (Oxidos; Hidróxidos)
  • SECCION D — TEXTILES; PAPEL > FABRICACION DEL PAPEL; PRODUCCION DE LA CELULOSA > COMPOSICIONES DE PASTA; SU PREPARACION NO CUBIERTA... > Materiales no fibrosos añadidos a la parte caracterizados... > D21H17/69 (modificados, p. ej. por asociación con otras composiciones previamente a la incorporación en la pasta o el papel)
  • SECCION D — TEXTILES; PAPEL > FABRICACION DEL PAPEL; PRODUCCION DE LA CELULOSA > COMPOSICIONES DE PASTA; SU PREPARACION NO CUBIERTA... > Materiales no fibrosos añadidos a la pasta, caracterizados... > D21H21/14 (caracterizados por su función o sus propiedades en, o sobre, el papel (D21H 19/66, D21H 27/02 tienen prioridad))
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > QUIMICA INORGANICA > COMPUESTOS DE BERILIO, MAGNESIO, ALUMINIO, CALCIO,... > Compuestos de calcio, estroncio o bario (C01F 7/00... > C01F11/18 (Carbonatos)
  • SECCION D — TEXTILES; PAPEL > FABRICACION DEL PAPEL; PRODUCCION DE LA CELULOSA > COMPOSICIONES DE PASTA; SU PREPARACION NO CUBIERTA... > Papel cuché (cartón cuché D21J 1/08 ); Materiales... > D21H19/42 (al menos parcialmente orgánicos)
  • SECCION D — TEXTILES; PAPEL > FABRICACION DEL PAPEL; PRODUCCION DE LA CELULOSA > COMPOSICIONES DE PASTA; SU PREPARACION NO CUBIERTA... > Papel cuché (cartón cuché D21J 1/08 ); Materiales... > D21H19/44 (caracterizados por los otros ingredientes, p. ej. por el ligante o el agente dispersante)

PDF original: ES-2533052_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Suspensiones acuosas de baja viscosidad y alto contenido de sólidos de materiales que comprenden carbonato de calcio con estabilidad Teológica mejorada bajo temperatura aumentada.

La presente invención se refiere a suspensiones acuosas de material que contiene carbonato de calcio, y más específicamente a suspensiones acuosas con estabilidad Teológica mejorada bajo temperatura aumentada que comprenden un material que contiene carbonato de calcio y al menos un polímero peine.

El carbonato de calcio no disperso, recientemente triturado tiene una superficie débilmente cargada de manera positiva y un valor de pH de aproximadamente 8 a 9. Sin embargo, en la preparación de suspensiones acuosas de materiales que contienen carbonato de calcio, se requiere a menudo que el experto seleccione e introduzca aditivos con el fin de regular una o más características de estas suspensiones. Por ejemplo, las suspensiones de baja viscosidad y alto contenido de sólidos solo pueden procesarse si se añade un dispersante correspondiente. Al realizar la selección del aditivo, el experto debe tener en cuenta que este aditivo debe ser económico y no debe conducir a interacciones o efectos no deseados posteriormente durante el transporte, el procesamiento y la aplicación de las suspensiones.

La adición de un dispersante tal como un poliacrilato de sodio o polifosfato de sodio, entre otros, afecta a la carga superficial de las partículas de carbonato de calcio en la suspensión porque genera cargas negativas en las partículas. Este efecto puede usarse para separar las partículas sólidas de la suspensión tal como se describe en el documento US 5.171.409 A1. Además, este efecto también se describe, por ejemplo, en los documentos EP 0 542 643 A1 y EP 0 380 430 A1.

Sin embargo, tales suspensiones que comprenden carbonato de calcio dispersado pueden causar problemas durante sus aplicaciones posteriores, tales como en la fabricación de papel o el recubrimiento de papel. En la fabricación de papel, el experto se enfrenta con el problema de retención de la carga en la banda de papel durante la fabricación de papel. La alta carga aniónica en la superficie de las partículas de pigmento, dispersadas usando poliacrilato de sodio, puede causar problemas fijando estas partículas en las fibras de celulosa o de madera aniónicas. Por tanto, es necesario neutralizar las partículas añadiendo aditivos catiónicos, pero, sin embargo, sin flocular las fibras celulósicas al mismo tiempo, lo que puede dar como resultado la formación de un papel peor, por ejemplo, irregularidad y turbiedad del papel formado.

Este problema empeora con el contenido de sólidos creciente de una suspensión que comprende carbonato de calcio, y es especialmente pronunciado en suspensiones que comprenden carbonato de calcio con un alto contenido de sólidos, es decir, suspensiones que tienen un contenido de sólidos de más del 45% en peso basándose en el peso total de la suspensión. Cuanto más alto es el contenido de sólidos en la suspensión, más alta es la demanda de dispersante para alcanzar valores de viscosidad en la suspensión que sean adecuados para el uso y la producción adicionales, lo que a su vez conduce a una alta carga aniónica en la superficie de las partículas. En el recubrimiento de papel el experto en la técnica sabe que las suspensiones que contienen carbonato de calcio con alto contenido de sólidos con alta carga Iónica soportan el riesgo de floculación en presencia de aglutinante pollmérico, también conocido como floculación por reducción. Como resultado, el color del recubrimiento floculado pierde fuerza de unión y brillo.

Una posibilidad conocida en la técnica para controlar y superar tales problemas de superficie de partículas altamente cargadas se describe en los documentos WO 2004/041882 A1 y WO 2004/041883 A1 que dan a conocer suspensiones acuosas débilmente Iónicas de materia mineral triturada tal como carbonato de calcio usando polímeros peine. Adicionalmente, se describe un procedimiento para preparar carbonato de calcio precipitado que ¡mplementa polímeros peine que contienen acrllato o malelnato de baja carga en el documento WO 2010/018432 A1.

Con el uso de tales polímeros peine para estabilizar la viscosidad de suspensiones que contienen carbonato de calcio con alto contenido de sólidos, el experto todavía se enfrenta al problema de la falta de estabilidad Teológica bajo temperatura aumentada de estas suspensiones. Puesto que se requiere que la industria actual produzca material que contiene carbonato de calcio ¡ndustrlalmente por molienda y dispersión, la suspensión se calienta mucho debido a la energía Inducida por clzalladura por las trituradoras y los dispersadores. Las temperaturas pueden llegar a estar muy por encima de 65°C, por ejemplo, entre 70°C y 105°C. Adicionalmente, es posible que las suspensiones tengan que calentarse antes o durante el almacenamiento, por ejemplo, para esterilizar las suspensiones, o que las suspensiones alcancen altas temperaturas durante el posterior procesamiento. Dependiendo de las circunstancias, las suspensiones pueden alcanzar temperaturas de 65°C o más. A tales temperaturas, la viscosidad puede aumentar drásticamente. Sin embargo, si los aditivos usados para controlar la viscosidad durante la producción se deterioran a esta temperatura, las máquinas se bloquean y existe un alto riesgo de dañar las unidades de producción, tales como las unidades de trituración. En este caso, el producto debe enfriarse continuamente para superar el bloqueo y daño del equipo o la capacidad de producción tiene que reducirse. Esto requiere mucha energía y altos costes. Además, si los aditivos usados para estabilizar las

suspensiones acuosas se deterioran a altas temperaturas, las partículas pueden flocularse, dando como resultado la denominada floculación por reducción.

Por tanto, existe la necesidad de aditivos mejorados que controlen, reduzcan o eviten el aumento de viscosidad de las suspensiones que comprenden material que comprende carbonato de calcio a temperaturas elevadas, por 5 ejemplo a temperaturas por encima de 65°C. Además, sería deseable proporcionar aditivos que estabilicen las suspensiones acuosas de material que contiene carbonato de calcio con alto contenido de sólidos a temperaturas elevadas.

Además, sería deseable proporcionar un aditivo que no afecte a las otras propiedades físicas de la suspensión, tales como la conductividad eléctrica y la carga superficial de la superficie de partículas de un modo inaceptable. También 10 sería deseable proporcionar una suspensión acuosa de un material que contiene carbonato de calcio, que sea fluido, y por tanto, que pueda contener una cantidad muy alta de sólidos de carbonato de calcio, incluso a temperaturas superiores.

Sorprendentemente se ha descubierto que los objetivos anteriores y otros se solucionan mediante el uso de al menos un polímero peine en una suspensión acuosa que comprende un material que contiene carbonato de calcio, 15 en el que la viscosidad específica del al menos un polímero peine medida a 20°C a una concentración de polímero de 45 g/l difiere de la viscosidad específica de dicho polímero medida a 70°C a la misma concentración de polímero mediante una diferencia de viscosidad específica At|sp, donde el valor absoluto de At|Sp es de desde 0,15 hasta 0,5, el al menos un polímero peine no tiene un punto de enturbiamiento entre 20°C y 95°C medido en agua, y el al menos un polímero peine tiene una carga específica de desde -10 C/g hasta -600°C/g a pH 8.

Los inventores descubrieron sorprendentemente que el uso del al menos un polímero peine que tiene una combinación de las 3 características mencionadas anteriormente (una diferencia de viscosidad específica At|sp, ningún punto de... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Suspensión acuosa con estabilidad Teológica mejorada bajo temperatura aumentada, que comprende un material que contiene carbonato de calcio, y

al menos un polímero peine,

en la que la viscosidad específica del al menos un polímero peine medida a 20°C a una concentración de polímero de 45 g/l difiere de la viscosidad específica de dicho polímero medida a 70°C en una diferencia de viscosidad específica At|sp, en la que el valor absoluto de At|Sp es de desde 0,15 hasta 0,5,

el al menos un polímero peine no tiene un punto de enturbiamiento entre 20°C y 95°C medido en agua, y el al menos un polímero peine tiene una carga específica de desde -10 C/g hasta -600 C/g a pH 8, y en la que la viscosidad de la suspensión acuosa es de entre 25 y 1000 mPa-s medida a 20°C y a 90°C.

2. Suspensión acuosa según la reivindicación 1, en la que la cantidad de carbonato de calcio en el material que contiene carbonato de calcio es de al menos el 80% en peso, preferiblemente al menos el 95% en peso, más preferiblemente entre el 97 y el 100% en peso y lo más preferiblemente entre el 98,5 y el 99,95% en peso, basándose en el peso total del material que contiene carbonato de calcio.

3. Suspensión acuosa según la reivindicación 1 ó 2, en la que el material que contiene carbonato de calcio tiene una mediana de tamaño de partícula en peso d5o de desde 0,1 hasta 100 pm, preferiblemente desde 0,25 hasta 50 pm, más preferiblemente desde 0,3 hasta 5 pm y lo más preferiblemente desde 0,4 hasta 3,0 pm.

4. Suspensión acuosa según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que el material que contiene carbonato de calcio es un carbonato de calcio triturado (GCC), un carbonato de calcio precipitado (PCC), o una mezcla de los mismos.

5. Suspensión acuosa según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que la suspensión acuosa tiene un contenido en sólidos de desde el 45 hasta el 82% en peso, preferiblemente desde el 60 hasta el 78% en peso y más preferiblemente desde el 70 hasta el 78% en peso, basándose en el peso total de la suspensión acuosa.

6. Suspensión acuosa según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en la que la suspensión acuosa tiene un pH de desde 7 hasta 12, preferiblemente desde 7,5 hasta 11 y más preferiblemente desde 8,5 hasta 10.

7. Suspensión acuosa según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en la que el al menos un polímero peine tiene una carga específica de desde -10 C/g hasta -500 C/g a pH 8, preferiblemente desde -10 C/g hasta -300 C/g a pH 8 y más preferiblemente desde -10 C/g hasta -100 C/g a pH 8.

8. Suspensión acuosa según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en la que el al menos un polímero peine tiene una viscosidad intrínseca de entre 5 y 100 ml/g, preferiblemente entre 7 y 80 ml/g y lo más preferiblemente entre 8 y 20 ml/g.

9. Suspensión acuosa según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en la que el al menos un polímero peine no tiene un punto de enturbiamiento entre 25°C y 90°C, y preferiblemente no tiene un punto de enturbiamiento entre 30°C y 85°C.

10. Suspensión acuosa según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en la que el al menos un polímero peine está presente en una cantidad de desde el 0,01 hasta el 10% en peso, basándose en el peso total de los sólidos en la suspensión, preferiblemente desde el 0,05 hasta el 5% en peso, más preferiblemente desde el 0,1 hasta 3,0% en peso, incluso más preferiblemente desde el 0,2 hasta el 2,0% en peso y lo más preferiblemente desde el 0,25 hasta el 1,5% en peso o desde el 0,5 hasta el 1,25% en peso.

11. Suspensión acuosa según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en la que el al menos un polímero peine está presente en una cantidad tal que la suspensión acuosa obtenida tiene una viscosidad de entre 25 y 800 mPa-s medida a 20°C y a 90°C, preferiblemente entre 30 y 500 mPa-s medida a 20°C y a 90°C y lo más preferiblemente entre 35 y 300 mPa-s medida a 20°C y a 90°C.

12. Suspensión acuosa según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en la que la suspensión acuosa no contiene un aditivo que tiene una carga específica de más de -500 C/g a pH 8.

13. Suspensión acuosa según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en la que la viscosidad de la suspensión acuosa a 40°C es igual o superior a la viscosidad a 90°C.

14. Suspensión acuosa según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en la que la suspensión acuosa tiene una estabilidad Teológica mejorada bajo temperatura aumentada durante al menos 30 min, preferiblemente durante al menos 1 h, más preferiblemente durante al menos 12 h, incluso más preferiblemente durante al menos 24 h y lo más preferiblemente durante al menos 1 semana.

15. Método para producir una suspensión acuosa con estabilidad Teológica mejorada bajo temperatura aumentada que comprende las etapas de,

a) proporcionar un material que contiene carbonato de calcio,

b) proporcionar agua,

c) proporcionar al menos un polímero peine,

en el que la viscosidad específica del al menos un polímero peine medida a 20°C a una concentración de polímero de 45 g/l difiere de la viscosidad específica de dicho polímero medida a 70°C en una diferencia de viscosidad específica Ar|Sp, en el que el valor absoluto de Ar|sp es de desde 0,15 hasta 0,5,

el al menos un polímero peine no tiene un punto de enturbiamiento entre 20°C y 95°C medido en agua, y el al menos un polímero peine tiene una carga específica de desde -10 C/g hasta -600 C/g a pH 8,

d) mezclar el material que contiene carbonato de calcio de la etapa a) con el agua de la etapa b),

e) mezclar el al menos un polímero peine de la etapa c) con el material que contiene carbonato de calcio antes y/o durante y/o después de la etapa d),

en el que el al menos un polímero peine se añade en una cantidad tal que la viscosidad de la suspensión acuosa es de entre 25 y 1000 mPa-s medida a 20°C y a 90°C.

16. Método según la reivindicación 15, que comprende además la etapa adicional de calentar la mezcla de la etapa d) y/o e) entre 50°C y 120°C, preferiblemente entre 60°C y 110°C y lo más preferiblemente entre 70°C y 105°C durante y/o después de la etapa d) y/o e).

17. Método según la reivindicación 16, en el que la mezcla de la etapa d) y/o e) se concentra y/o tritura durante el calentamiento.

18. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 15 a 17, en el que no se añade dispersante alguno a la suspensión acuosa en la etapa d).

19. Uso de la suspensión acuosa según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14 en aplicaciones de papel, plásticos, pintura, recubrimientos, hormigón y/o agricultura, en el que preferiblemente la suspensión acuosa se usa en un proceso de acabado en húmedo de una máquina de papel, en aplicaciones de papel para cigarrillos, cartón y/o recubrimiento, o como soporte para rotograbado y/o impresión offset y/o por chorro de tinta y/o impresión por chorro de tinta continuo y/o flexografía y/o electrofotografía y/o superficies de decoración, o la suspensión acuosa se usa para reducir la exposición a la luz solar y a los rayos UV de hojas de plantas.

20. Método para producir partículas compuestas que comprende las etapas a) a e) según el método de las reivindicaciones 15 a 18 y una etapa adicional f) de secado de la suspensión obtenida.

21. Partículas compuestas que comprenden material que contiene carbonato de calcio y al menos un polímero peine, que pueden obtenerse mediante un método según la reivindicación 20.

22. Uso de las partículas compuestas según la reivindicación 21, en aplicaciones de papel, plásticos, pintura, recubrimientos, hormigón y/o agricultura, en el que preferiblemente las partículas compuestas se usan en un proceso de acabado en húmedo de una máquina de papel, en aplicaciones de papel para cigarrillos, cartón y/o recubrimiento, o como soporte para rotograbado y/o impresión offset y/o por chorro de tinta y/o impresión por chorro de tinta continuo y/o flexografía y/o electrofotografía y/o superficies de decoración, o las partículas compuestas se usan para reducir la exposición a la luz solar y a los rayos UV de hojas de plantas.