COMPOSICIONES DE ZEOLITA Y SU USO.

Un procedimiento para preparar una composición acuosa con un pH en el intervalo de 4 a 10,

que comprende formar una mezcla de: (a) un aluminosilicato cristalino representado por la fórmula empírica: M2/nO · Al2O3 · xSiO2 · yH2O en la que M representa un resto de un primer metal, teniendo dicho primer metal una valencia de n, x indica la proporción entre moléculas de SiO2 y moléculas de Al2O3, e y indica la proporción entre moléculas de agua y moléculas de Al2O3, y (b) una sal de un segundo metal seleccionado del grupo que consiste en metales del grupo III, elementos metálicos del grupo IV, magnesio, titanio, cromo, hierro, níquel, cobre, cinc, circonio y plata, estando dicha sal de un segundo metal presente en una cantidad que es suficiente para reemplazar de aproximadamente el 2,0 % a aproximadamente el 40 % en peso del resto del primer metal, y usar dicha mezcla en la composición acuosa, que se caracteriza porque M es un metal alcalino

Esta invención se refiere a composiciones de zeolita y a su uso y, en particular, a composiciones de zeolita que se usan en un medio que tienen un valor de pH muy por debajo del valor de pH natural de las suspensiones de zeolita.

Las zeolitas, que son aluminosilicatos cristalinos, son materiales muy conocidos que tienen una diversidad de usos, y son descritos con frecuencia como tamices moleculares. Las suspensiones acuosas de algunas zeolitas, en particular las que tienen una baja proporción entre Si y Al, tienen un pH alcalino, a menudo mayor que 10. Sin embargo, existe una serie de usos en los que sería conveniente que estas suspensiones de zeolita pudiesen producirse a un pH menor. Estos usos incluyen la fabricación de papel, pinturas, aplicaciones dentales, detergentes de pH bajo, para tejidos y vajilla, y ciertas aplicaciones de adsorción y catalíticas. Cualquier intento para reducir el pH de una suspensión alcalina de dichas zeolitas hasta un valor en el intervalo, por ejemplo, de 5 a 9, por ejemplo mediante la adición de un ácido, normalmente produce, con el tiempo, la degradación de la naturaleza cristalina de la zeolita debido a la eliminación de la especie de aluminio por hidrólisis. Además, la adición de grandes volúmenes de agua tampoco es eficaz para disminuir el pH de una suspensión de zeolita.

El documento US 4874504 divulga un control mejorado sobre el intercambio de metales nobles de un catalizador de zeolita usando bases orgánicas voluminosas para controlar el pH durante la etapa de carga del metal. El pH de una suspensión acuosa de zeolita se ajusta con una base orgánica con un tamaño suficiente para evitar la entrada de cationes orgánicos en la estructura porosa del catalizador de zeolita. La descripción trata de materiales con menor fuerza ácida que las zeolitas de aluminosilicato convencionales, por ejemplo Ga-zeolitas e In-zeolitas.

De modo sorprendente, ahora se ha diseñado una composición de zeolita que produce una suspensión acuosa de zeolita que es estable a un valor de pH muy por debajo del valor al que las suspensiones conocidas de zeolita son estables, y que puede usarse para una diversidad de aplicaciones usando un pH menor que el posible con formulaciones convencionales que contienen zeolitas. Usando estas composiciones es posible producir una suspensión acuosa de zeolita con un pH muy por debajo de 10, sin la adición de un ácido.

En general, la fórmula empírica de una zeolita es:

M2/nO · Al2O3 · xSiO2 · yH2O

en la que M representa un catión metálico que tiene una valencia de n, x indica la proporción entre moléculas de SiO2 y moléculas de Al2O3, e y indica la proporción entre moléculas de agua y moléculas de Al2O3. Se conocen muchos tipos diferentes de zeolita, con diversas proporciones entre sílice a alúmina. Sin embargo, habitualmente M es un metal alcalino.

Según un aspecto de esta invención, se describe un procedimiento para usar una composición de zeolita preparando una composición acuosa con un pH en el intervalo de 4-10, que comprende formar una mezcla de:

(a) un aluminosilicato cristalino representado por la fórmula empírica:

M2/nO · Al2O3 · xSiO2 · yH2O

en la que M representa un resto de un primer metal, teniendo dicho primer metal una valencia de n, x indica la proporción entre moléculas de SiO2 y moléculas de Al2O3, e y indica la proporción entre moléculas de agua y moléculas de Al2O3, y

(b) una sal de un segundo metal seleccionado del grupo que consiste en metales del grupo III, elementos metálicos del grupo IV, magnesio, titanio, cromo, hierro, níquel, cobre, cinc, circonio y plata, estando dicha sal del segundo metal presente en una cantidad que es suficiente para reemplazar de aproximadamente 2,0 % a aproximadamente 40 % en peso del resto del primer metal,

y usar dicha mezcla en la composición acuosa, que se caracteriza porque M es un metal alcalino.

La anterior forma de fórmula empírica se usa para simplificar la expresión de las proporciones molares de los componentes, pero puede observarse que la proporción entre átomos de Si y átomos de Al en esta fórmula es igual a x/2, y que la proporción entre moléculas de agua y átomos de Al es igual a y/2.

El metal alcalino preferido es el sodio.

Las zeolitas usadas en la invención pueden tener la estructura de cualquiera de las zeolitas conocidas. La estructura y las características de muchas zeolitas se describe en el trabajo convencional “Zeolite Molecular Sieves”, de Donald W. Breck, publicado por Robert E. Krieger Publishing Company. Habitualmente, el valor de x en la anterior fórmula empírica está en el intervalo de 1,5 a 10. El valor de y, que representa la cantidad de agua contenida en los huecos de la zeolita, puede variar ampliamente. En un material anhidro, y = 0, y en zeolitas totalmente hidratadas, y generalmente es hasta 5.

Las zeolitas útiles en esta invención pueden tener una base de aluminosilicatos naturales o sintéticos, y las formas preferidas de zeolita tienen la estructura conocida como zeolita P, zeolita X o zeolita A. Las formas particularmente preferidas de zeolita son las que se describe en los documentos EP-A-0384070, EP-A-0565364, EP-A-0697010, EP-A-0742780, WO-A-96/14270, WO-A-96/34828 y WO-A-97/06102. La zeolita P descrita en el documento EP-A0384070 tiene la fórmula empírica indicada anteriormente, en la que M representa un metal alcalino y x tiene un valor de hasta 2,66, preferiblemente en el intervalo de 1,8 a 2,66, y tiene una estructura que es particularmente útil en la presente invención.

La cantidad preferida de la sal del segundo metal usada para preparar las mezclas usadas en la invención depende de una serie de factores, tales como el segundo metal concreto seleccionado, la zeolita concreta elegida y el efecto deseado que se va a lograr (por ejemplo, el pH al que se usa la mezcla). Las mezclas útiles contienen una cantidad de sal del segundo metal suficiente para reemplazar del 3,0 % al 30 % en peso del primer metal y, más preferiblemente, del 3,0 % al 20 % en peso del primer metal.

La cantidad apropiada de la sal del segundo metal en la mezcla usada en la invención, expresada en gramos, depende de la composición de la zeolita y de la carga sobre el segundo metal, pero los expertos en la técnica pueden calcularla con facilidad. Por ejemplo, una zeolita que tenga la fórmula empírica:

Na2O · Al2O3 · 2SiO2

(zeolita de tipo A anhidra) contiene 16,2 g de Na por 100 g de zeolita. Un ion de aluminio es capaz de reemplazar tres iones de sodio. Por tanto, teniendo en cuenta los pesos atómicos del sodio y del aluminio, puede calcularse que una mezcla que contenga 100 g de zeolita A anhidra y 0,317 g de Al en forma de una sal adecuada, es una mezcla adecuada para su uso en la invención y contiene la suficiente sal del segundo metal (es decir, aluminio) para reemplazar el 5 % en peso del resto del primer metal (es decir, sodio).

Se ha observado que una sal del segundo metal en la que el ion del segundo metal tiene un tamaño relativamente pequeño o una carga relativamente grande es más eficaz para estabilizar una suspensión de zeolita a un pH bajo. Por consiguiente, la estabilidad observada a pH bajo es más marcada cuando la sal del segundo metal es una sal de aluminio que cuando es una sal de magnesio, y el efecto es más marcado para sales de magnesio que para sales de cinc. La estabilidad de una suspensión de zeolita y sal, y la cantidad en la que el pH de la suspensión disminuye mediante la adición de una cantidad molar específica de una sal son indicadores de la utilidad de esta combinación en el procedimiento de la invención. Por consiguiente, los segundos metales preferidos para su uso en la invención son aluminio, circonio y estaño.

El tamaño de partícula de las zeolitas usadas en esta invención se ajusta para que sea adecuado para el uso previsto. Generalmente, el tamaño medio de partícula será mayor que 0,1 µm y, habitualmente, menor que 20 µm. Más preferiblemente, las zeolitas tendrán un tamaño medio de partícula en el intervalo de 1 a 10 µm

Se conocen diversos procedimientos para evaluar el tamaño de partícula, y todos ofrecen resultados ligeramente diferentes. Algunos (por ejemplo, Sedigraph) ofrecen unos tamaños de partícula medios en peso, otros ofrecen unos tamaños de partícula medios en número, y algunos ofrecen unos tamaños de partícula medios en volumen. En la presente invención se usan... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para preparar una composición acuosa con un pH en el intervalo de 4 a 10, que comprende formar una mezcla de:

(a) un aluminosilicato cristalino representado por la fórmula empírica:

M2/nO · Al2O3 · xSiO2 · yH2O

en la que M representa un resto de un primer metal, teniendo dicho primer metal una valencia de n, x indica la proporción entre moléculas de SiO2 y moléculas de Al2O3, e y indica la proporción entre moléculas de agua y moléculas de Al2O3, y

(b) una sal de un segundo metal seleccionado del grupo que consiste en metales del grupo III, elementos metálicos del grupo IV, magnesio, titanio, cromo, hierro, níquel, cobre, cinc, circonio y plata, estando dicha sal de un segundo metal presente en una cantidad que es suficiente para reemplazar de aproximadamente el 2,0 % a aproximadamente el 40 % en peso del resto del primer metal,

y usar dicha mezcla en la composición acuosa, que se caracteriza porque M es un metal alcalino.

2. Un procedimiento según la reivindicación 1, que se caracteriza porque el aluminosilicato es zeolita P, zeolita X o zeolita A.

3. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que se caracteriza porque el segundo metal es aluminio o estaño.

4. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que se caracteriza porque el aluminosilicato es una zeolita que tiene un tamaño de partícula en el intervalo de 1 µm a 20 µm.

5. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que se caracteriza porque la composición acuosa tiene un pH en el intervalo de 4 a 9.

6. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que se caracteriza porque la mezcla de aluminosilicato y sal del segundo metal se usa en forma de una composición de detergente.

7. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que se caracteriza porque la composición acuosa se usa en la producción de papel

8. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que se caracteriza porque la composición acuosa es una composición dental.

9. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que se caracteriza porque la composición acuosa es una pintura.

10. Un polvo que comprende una mezcla de:

(a) un aluminosilicato cristalino representado por la fórmula empírica:

M2/nO · Al2O3 · xSiO2 · yH2O

en la que M representa un resto de un primer metal, teniendo dicho primer metal una valencia de n, x indica la proporción entre moléculas de SiO2 y moléculas de Al2O3, e y indica la proporción entre moléculas de agua y moléculas de Al2O3, y

(b) una sal de un segundo metal seleccionado del grupo que consiste en metales del grupo III, elementos metálicos del grupo IV, magnesio, titanio, cromo, hierro, níquel, cobre, cinc, circonio y plata, estando dicha sal de un segundo metal presente en una cantidad que es suficiente para reemplazar de aproximadamente el 2,0 % a aproximadamente el 40 % en peso del resto del primer metal, en el que M es un metal alcalino.

11. Un polvo según la reivindicación 10, que se caracteriza porque está presente hasta el 25 % en peso de agua.

12. El uso, para la fabricación de papel a partir de una suspensión acuosa de pulpa de celulosa a un pH en el intervalo de 4 a 10, de una mezcla de:

(a) un aluminosilicato cristalino representado por la fórmula empírica:

M2/nO · Al2O3 · xSiO2 · yH2O

en la que M representa un resto de un primer metal, teniendo dicho primer metal una valencia de n, x indica la proporción entre moléculas de SiO2 y moléculas de Al2O3, e y indica la proporción entre moléculas de agua y moléculas de Al2O3, y

(b) una sal de un segundo metal seleccionado del grupo que consiste en metales del grupo III, elementos metálicos del grupo IV, magnesio, titanio, cromo, hierro, níquel, cobre, cinc, circonio y plata, estando dicha sal de un segundo metal presente en una cantidad que es suficiente para reemplazar de aproximadamente el 2,0 % a aproximadamente el 40 % en peso del resto del primer metal, en el que M es un metal alcalino.

13. El uso según la reivindicación 12, en el que la suspensión acuosa de la pulpa de celulosa está a un pH en el intervalo de 4 a 9.

14. El uso, en la fabricación de una composición dental, de un polvo según la reivindicación 10 o la reivindicación

11.

15. El uso según la reivindicación 14, en el que la composición dental es una pasta de dientes.

16. Una composición dental que comprende una composición acuosa a un pH en el intervalo de 4 a 10, que contiene una mezcla de:

(a) un aluminosilicato cristalino representado por la fórmula empírica:

M2/nO · Al2O3 · xSiO2 · yH2O

en la que M representa un resto de un primer metal, teniendo dicho primer metal una valencia de n, x indica la proporción entre moléculas de SiO2 y moléculas de Al2O3, e y indica la proporción entre moléculas de agua y moléculas de Al2O3, y

(b) una sal de un segundo metal seleccionado del grupo que consiste en metales del grupo III, elementos metálicos del grupo IV, magnesio, titanio, cromo, hierro, níquel, cobre, cinc, circonio y plata, estando dicha sal de un segundo metal presente en una cantidad que es suficiente para reemplazar de aproximadamente el 2,0 % a aproximadamente el 40 % en peso del resto del primer metal, en la que M es un metal alcalino.

17. Una composición dental según la reivindicación 16 en forma de una pasta de dientes.

18. Un procedimiento para fabricar una composición dental, que comprende formar una mezcla de un aluminosilicato cristalino representado por la fórmula empírica:

M2/nO · Al2O3 · xSiO2 · yH2O

en la que M representa un resto de un primer metal, teniendo dicho primer metal una valencia de n, x indica la proporción entre moléculas de SiO2 y moléculas de Al2O3, e y indica la proporción entre moléculas de agua y moléculas de Al2O3, y (b) una sal de un segundo metal seleccionado del grupo que consiste en metales del grupo III, elementos metálicos del grupo IV, magnesio, titanio, cromo, hierro, níquel, cobre, cinc, circonio y plata, estando dicha sal de un segundo metal presente en una cantidad que es suficiente para reemplazar de aproximadamente el 2,0 % a aproximadamente el 40 % en peso del resto del primer metal, en el que M es un metal alcalino,

y usar dicha mezcla en una composición dental acuosa a un pH en el intervalo de 4 a 10.

19. Un procedimiento según la reivindicación 18, en el que la composición dental es una pasta de dientes.

20. Un procedimiento según la reivindicación 18 o la reivindicación 19, en el que la mezcla es un polvo.

21. Un procedimiento según la reivindicación 20, en el que está presente hasta el 25 % en peso de agua en el polvo.