Procedimiento de fabricación de materiales de carbonato de calcio que tienen una superficie de las partículas con propiedades mejoradas de adsorción.

Procedimiento para la fabricación de materiales de carbonato de calcio que tienen una superficie de las partículas con propiedades mejoradas de adsorción de dispersantes,

que comprende las etapas de:

a. proporcionar al menos un material que comprende carbonato de calcio en forma de una suspensión acuosa o en forma seca,

b. proporcionar al menos un compuesto que contiene ion de litio seleccionado del grupo que consiste en óxido de litio o sales de litio monoméricas orgánicas y/o inorgánicas seleccionadas del grupo que comprende sales de ácidos mono y/o polivalentes tales como carbonato de litio, sulfatos de litio, citrato de litio, hidrogenocarbonato de litio, acetato de litio, cloruro de litio, fosfatos de litio, en forma seca o en una solución acuosa, y mezclas de los mismos,

c. combinar al menos un compuesto que contiene ion de litio de la etapa b) con al menos un material de carbonato de calcio de la etapa a).

Procedimiento de fabricación de materiales de carbonato de calcio que tienen una superficie de las partículas con propiedades mejoradas de adsorción.

La presente invención se refiere al sector técnico de las suspensiones de un material que contiene carbonato o de materiales minerales secos y a sus aplicaciones en los campos del papel, la pintura y los plásticos y más particularmente a sus aplicaciones en la industria del papel, tales como la fabricación o la producción y/o al recubrimiento de hojas de papel.

En el método de fabricación de una hoja de papel, cartón o producto análogo, el experto en la técnica tiende cada vez más a reemplazar parte de las fibras de celulosa costosas por material mineral más barato con el fin de reducir el coste del papel al mismo tiempo que se mejoran sus propiedades.

Este material que contiene carbonato de calcio, con el que el experto en la técnica está bien familiarizado, comprende, por ejemplo, carbonato de calcio natural (GCC) tal como mármol, calcita, piedra caliza y/o yeso, y/o carbonato de calcio sintético (PCC) tales como las formas cristalinas escalenoédricas y/o romboédricas y/o de calcita y/o vaterita y diversas cargas análogas que contienen carbonatos de calcio tales como dolomita o cargas basadas en carbonatos mixtos de diferentes metales tales como, en particular, calcio asociado con magnesio y análogos, diferentes materias tales como talco o análogos, y mezclas de estas cargas, tales como, por ejemplo mezclas de carbonato de calcio-talco o carbonato de calcio-caolín, o mezclas de carbonato de calcio natural con hidróxido de aluminio, mica o con fibras sintéticas o naturales o co-estructuras de minerales tales como co-estructuras de carbonato de calcio-talco o talco-dióxido de titanio.

Durante mucho tiempo, ha sido bastante común usar en un procedimiento de molienda en húmedo, como agentes adyuvantes de molienda, polímeros solubles en agua basados en un poli (ácido acrílico) parcial o totalmente neutralizado o sus derivados (documento EP 0 046 573, EP 0 100 947, EP 0 100 948, EP 0 129 329, EP 0 261 039, EP 0 516 656, EP 0 542 643, EP 0 542 644) para proporcionar suspensiones minerales acuosas, pero estos agentes adyuvantes de molienda no permiten obtener el refinamiento y los criterios de viscosidad mencionados anteriormente, requeridos, o no permiten obtener la estabilidad requerida del pH de las suspensiones minerales acuosas a lo largo del tiempo o no tienen una capacidad suficiente para desarrollar la dispersión de la luz visible requerida por el usuario final en la aplicación del papel.

El experto en la técnica conoce otro tipo de solución descrita en los documentos WO 02/49766, EP 0 850 685, WO 2008/010055, WO 2007/072168 para obtener las suspensiones acuosas de un material mineral refinado, con una concentración de materia seca que puede ser elevada, al mismo tiempo que tienen una viscosidad de BrookfieldTM baja que permanece estable a lo largo del tiempo. Este tipo conocido de solución describe el uso de dispersantes específicos como copolímeros de ácido acrílico con ácido maleico o como la tasa particular de neutralización o como el uso de un compuesto de fluoro inorgánico, usado para ponerlo en la suspensión acuosa de las partículas minerales que salen de la etapa de concentración mecánica y/o térmica, después de una etapa de molienda en húmedo a un contenido de sólidos bajo, sin el uso de un agente dispersante ni un adyuvante de molienda.

Adicionalmente, el experto en la técnica conoce el documento US 3.006.779, que describe una solución completamente diferente basada en un dispersante inorgánico que consiste en una mezcla homogénea de vidrio de fosfato de sodio, óxido de cinc y una sal o hidróxido de litio o potasio.

De la misma manera, el documento WO 2006/081501 enseña el uso de un dispersante inorgánico como silicato de litio.

Además, el experto en la técnica conoce el documento US 2006/162884, así como los documentos citados en el mismo. Este documento menciona el tratamiento del carbonato de calcio con una serie de silicatos, entre los cuales también menciona el silicato de litio. Sin embargo, este tratamiento se basa en el uso de ácidos que dan como resultado una modificación de la superficie del carbonato de calcio.

Finalmente, la disertación titulada “Influence of polyelectrolyte adsorption on rheology of concentrated calcite dispersion” (Robert Petzenhauser-1993) que estudia la influencia de diferentes poliacrilatos con respecto a la suspensión de calcita confirma que existen dificultades en términos de la estabilidad de la viscosidad de las suspensiones resultantes con la totalidad de los poliacrilatos estudiados, incluyendo los poli (acrilatos de litio) .

Sin embargo, ninguna de las soluciones conocidas proporciona al experto en la técnica una solución al problema de lograr que el material que contiene carbonato de calcio esté en una forma seca o en la forma de una suspensión que tenga una concentración de materia seca que puede ser elevada, mientras que tiene una viscosidad de BrookfieldTM baja que permanece estable a lo largo del tiempo, y una buena capacidad amortiguadora del pH, así como que permita trabajar con un contenido de dispersante o de agente adyuvante de la molienda reducido y/o un contenido de sólidos incrementado, en donde los materiales de carbonato de calcio tienen una superficie de las partículas con propiedades mejoradas de adsorción de dispersantes.

Así, un objeto de la presente invención es proporcionar un procedimiento para fabricar materiales de carbonato de calcio que tengan una superficie de las partículas con propiedades de adsorción de dispersantes mejoradas para suspensiones altamente estables.

Además, es altamente deseable que en dicho procedimiento, no se añada ningún compuesto, que pueda reaccionar de una manera incontrolable en el entorno en el que se usan.

Por ejemplo, existen compuestos iónicos que tienden a formar sales insolubles en agua, hidróxidos u óxidos o complejos con los compuestos adicionales en ciertos intervalos del pH.

Por lo tanto, es un objeto más de la presente invención proporcionar un procedimiento, que usa compuestos que no sufren ninguna reacción secundaria indeseable en el entorno de los materiales minerales, especialmente en el entorno acuoso de los mismos, es decir, que compuestos tales como aquellos en forma de una sal no sufran ninguna reacción secundaria, sino que permanezcan sin cambio con respecto a sus componentes iónicos, estén en la forma de sal o en forma disociada.

Enfrentados a los problemas mencionados anteriormente de obtener suspensiones acuosas de un material que contiene carbonato de calcio mineral con las propiedades requeridas mientras que se minimiza la demanda del agente dispersante y/o adyuvante de la molienda sin reducir las propiedades de los productos finales, como las propiedades ópticas del papel, los autores de la invención encontraron sorprendentemente que ciertos compuestos que contienen ion de litio actúan como un modificador de las propiedades de adsorción de la superficie de las partículas de carbonato de calcio, permitiendo obtener suspensiones acuosas del material que contienen carbonato de calcio, que tienen un pH estable a lo largo del tiempo, y que pueden tener un contenido elevado de sólidos secos y una viscosidad de Brookfield baja y estable.

Sin querer estar ligado por una teoría, los autores de la invención creen que el uso de ciertos compuestos que contienen ion de litio, modifican la superficie de las partículas del material que contiene carbonato de calcio y en consecuencia modifican las propiedades de adsorción de la superficie de las partículas de carbonato de calcio, cualquiera que sea la naturaleza del material que contiene carbonato de calcio.

Sin embargo, aunque la presencia de estos compuestos de litio modifica las propiedades de adsorción del carbonato de calcio a este nivel bajo de contenido de litio, la incorporación de este elemento, y especialmente de los compuestos de litio mencionados posteriormente, no tiene mayormente impacto visible en la forma cristalina del pigmento mediante imágenes de microscopio electrónico de barrido (SEM) y/o la superficie específica o el patrón de XRD del pigmento.

Así, el objeto anterior se logra por un procedimiento para la fabricación de materiales de carbonato de calcio que tienen una superficie de las partículas con propiedades de adsorción de dispersantes mejoradas, que comprende las etapas de:

a. proporcionar al menos un carbonato de calcio que comprende el material en forma de una suspensión acuosa o en forma seca,

b. proporcionar al menos un compuesto que contiene ion de litio seleccionado del grupo... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la fabricación de materiales de carbonato de calcio que tienen una superficie de las partículas con propiedades mejoradas de adsorción de dispersantes, que comprende las etapas de:

a. proporcionar al menos un material que comprende carbonato de calcio en forma de una suspensión acuosa

o en forma seca,

b. proporcionar al menos un compuesto que contiene ion de litio seleccionado del grupo que consiste en óxido de litio o sales de litio monoméricas orgánicas y/o inorgánicas seleccionadas del grupo que comprende sales de ácidos mono y/o polivalentes tales como carbonato de litio, sulfatos de litio, citrato de litio, hidrogenocarbonato de litio, acetato de litio, cloruro de litio, fosfatos de litio, en forma seca o en una solución acuosa, y mezclas de los mismos,

c. combinar al menos un compuesto que contiene ion de litio de la etapa b) con al menos un material de carbonato de calcio de la etapa a) .

2. El procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que el al menos un material de carbonato de calcio se proporciona en forma de carbonato de calcio sintético (PCC) obtenido de al menos una fuente de ion de calcio y al menos una fuente de carbonato, hidrogenocarbonato y/o CO2, o en forma de un material mineral que contiene carbonato natural (GCC) .

3. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado por que el al menos un material de carbonato de calcio se muele, opcionalmente en la presencia de dispersantes y/o adyuvantes de la molienda (etapa d) , y preferiblemente en presencia de al menos un compuesto que contiene ion de litio.

4. El procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado por que el material molido se criba y/o concentra (etapa e) .

5. El procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado por que el material se dispersa en un medio acuoso posteriormente a la etapa de cribado y/o concentración e) (etapa f) , preferiblemente en presencia del al menos un compuesto que contiene ion de litio.

6. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5, caracterizado por que el material molido se seca (etapa g) .

7. El procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado por que el material de carbonato de calcio molido de la etapa d) se dispersa en un medio acuoso, si se proporciona en forma seca en la etapa a) (etapa h) .

8. El procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado por que la suspensión acuosa obtenida de la etapa h) se muele (etapa i) , preferiblemente en presencia de al menos un compuesto que contiene ion de litio.

9. El procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado por que el material seco de la etapa g) se redispersa en un medio acuoso (etapa j) , preferiblemente en presencia de al menos un compuesto que contiene ion de litio.

10. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por que el al menos un compuesto que contiene ion de litio se añade antes y/o durante y/o después de la etapa a) , si el al menos un material de carbonato de calcio es PCC.

11. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 3 ó 6 a 9, caracterizado por que el al menos un compuesto que contiene ion de litio se añade antes y/o durante y/o después de la etapa de molienda d) , si el al menos un material de carbonato de calcio es el GCC.

12. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 4 ó 6 a 9, caracterizado por que el al menos un compuesto que contiene ion de litio se añade después de la etapa de la molienda d) y antes y/o durante y/o después de la etapa de cribado y/o de concentración e) .

13. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 9, caracterizado por que el al menos un compuesto que contiene ion de litio se añade antes y/o durante y/o después de la etapa de dispersión f) .

14. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado por que la adición del al menos un compuesto que contiene ion de litio se realiza en una sola adición antes, durante o después de la etapa de molienda d) , o se hace en adiciones múltiples, cada una de ellas antes, durante o después de la etapa de dispersión h) .

15. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 14, caracterizado por que si la totalidad

o parte de la cantidad del al menos un compuesto que contiene ion de litio se añade antes de la etapa de dispersión f) , el al menos el compuesto que contiene ion de litio se añade antes y/o durante y/o después de la etapa de la molienda d) .

16. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado por que la concentración del ion de litio con respecto al carbonato de calcio seco total es de 10 a 2000 ppm, preferiblemente 100 a 1000 ppm, lo más preferiblemente 200 a 800 ppm.

17. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizado por que el al menos un compuesto que contiene ion de litio está presente en una cantidad de 0, 0035% en peso a 1% en peso, preferiblemente de 0, 0035% en peso a 0, 8% en peso, y lo más preferiblemente de 0, 02% en peso a 0, 4% en peso, con respecto al carbonato de calcio seco total.

18. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizado por que el al menos un material de carbonato de calcio comprende GCC y PCC, en donde el PCC está presente en una cantidad de 10 a 90% en peso, preferiblemente de 20 a 80% en peso, y lo más preferiblemente de 30 a 70% en peso, basado en el peso total de PCC y GCC.

19. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 3, 7 a 8, 10 a 11, 14, ó 16 a 18, caracterizado por que cuando no hay etapa e) , f) o g) , toda la cantidad del al menos un compuesto que contiene ion de litio se usa antes de la etapa de la molienda d) , o una parte del al menos un compuesto que contiene ion de litio se usa antes de la etapa de la molienda d) , mientras que la cantidad restante se añade durante la etapa d) .

20. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19, caracterizado por que cuando se usa un agente de dispersión, la cantidad del al menos un compuesto que contiene ion de litio usado está en el intervalo de 0, 01% a 5%, preferiblemente de 0, 05% a 2%, lo más preferiblemente de 0, 1% a 1% en peso con respecto al peso seco del material de carbonato de calcio.

21. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 20, caracterizado por que la concentración de los sólidos del material en forma de una suspensión acuosa que se va a moler en la etapa de la molienda d) , es de 10 a 82% (en peso seco del material de carbonato de calcio) , preferiblemente de 50 a 81%, lo más preferiblemente de 60 a 80%, y en especial preferiblemente entre 65% y 72%.

22. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 21, caracterizado por que el al menos un material de carbonato de calcio se proporciona como una suspensión acuosa que comprende de 1% en peso a 82% en peso, preferiblemente de 15% en peso a 81% en peso, y lo más preferiblemente de 40% en peso a 80% en peso del GCC y/o PCC seco, y en particular de 63% en peso a 72% en peso del GCC seco, y/o de 47% en peso a 72% en peso del PCC seco.

23. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 22, caracterizado por que que la etapa de la molienda d) se realiza a un contenido de sólidos de 10% en peso a 35% en peso basado en el peso total de la suspensión, en ausencia de cualesquiera dispersantes o adyuvantes de la molienda, y se realiza a un contenido de sólidos de 60% en peso a 82% en peso, basado en el peso total de la suspensión, en presencia de dispersantes y/o adyuvantes de la molienda.

24. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 23, caracterizado por que el contenido de sólidos de la suspensión del material de carbonato de calcio final generalmente está en el intervalo entre 45% en peso y 82% en peso, y preferiblemente está entre 45% en peso y 75% en peso, más preferiblemente entre 68% en peso y 73% en peso, si la etapa de la molienda d) se realiza sin ningún dispersante ni adyuvante de la molienda, y está en el intervalo entre 65% en peso y 82% en peso y más preferiblemente entre 72% en peso y 78% en peso, si la etapa de la molienda d) se realiza en presencia de dispersantes o adyuvantes de la molienda.

25. Material de carbonato de calcio, caracterizado por que se obtiene por el procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 24.

26. Material de carbonato de calcio según la reivindicación 25, caracterizado por que la concentración del ion de litio con respecto al carbonato de calcio seco total es de 10 a 2000 ppm, preferiblemente 100 a 1000 ppm, lo más preferiblemente de 200 a 800 ppm.

27. Material de carbonato de calcio según una cualquiera de las reivindicaciones 25 ó 26, caracterizado por que contiene al menos un compuesto que contiene ion de litio en una cantidad de 0, 0035% en peso a 1% en peso, preferiblemente de 0, 0035% en peso a 0, 5% en peso, y lo más preferiblemente de 0, 02% en peso a 0, 2% en peso, en particular 0, 05%, con respecto al carbonato de calcio seco total.

28. Material de carbonato de calcio según una cualquiera de las reivindicaciones 25 a 27, caracterizado por que tiene un d50 de aproximadamente 0, 2 a 5 !m, preferiblemente de 0, 2 a 1, 5 !m, y lo más preferiblemente de 0, 25 a 1 !m, y en particular de 0, 45 a 0, 7 !m, determinándose el valor de d50 usando un aparato Sedigraph 5100TM.

29. Material de carbonato de calcio según una cualquiera de las reivindicaciones 25 a 28, caracterizado por que comprende una fracción de partículas más finas que 1 !m de más de 50% en peso, preferiblemente de más de 80% en peso, más preferiblemente de más de 85% en peso, aún más preferiblemente de más de 90% en peso, y lo más preferiblemente de más de 95% en peso, basado en el peso total del material molido.

30. Material de carbonato de calcio según una cualquiera de las reivindicaciones 25 a 29, caracterizado por que tiene un coeficiente de dispersión S ; 120 m2/kg para un peso de recubrimiento de 20 g/m2 y una viscosidad de 5 BrookfieldTM < 1000 mPa·s, preferiblemente un coeficiente de dispersión S ; 140 m2/kg para un peso de recubrimiento de 20 g/m2 y una viscosidad de BrookfieldTM de < 500 mPa·s.

31. Uso de los materiales de carbonato de calcio según una cualquiera de las reivindicaciones 25 a 30, en papel, pinturas y plásticos.

32. Papel que contiene los materiales de carbonato de calcio según una cualquiera de las reivindicaciones 25 a 10 30.

33. Plásticos que contienen los materiales de carbonato de calcio según una cualquiera de las reivindicaciones 25 a 30.

34. Pinturas que contienen los materiales de carbonato de calcio según una cualquiera de las reivindicaciones 25 a 30.

35. Uso de al menos un compuesto que contiene ion de litio en el procedimiento de fabricación según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 24.

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