Uso de polímeros (met)acrílicos en un método para fabricar una suspensión acuosa de carbonato de calcio.

El uso, en un método de fabricación de una suspensión acuosa de carbonato de calcio natural a través de:

a) una etapa de molienda,

b) y posiblemente una etapa de concentración en un medio acuoso,de un homopolímero y/o de un copolímero de ácido (met)acrílico caracterizado por que:

- se lleva a cabo durante la etapa de molienda,

- presenta un peso molecular de entre 8.000 g/mol y 15.000 g/mol y preferentemente entre 8.000 g/mol y 12.000 g/mol,

- y presenta un contenido molar de cadenas poliméricas por peso molecular menor que 3.000 g/mol de menos de 20%,preferentemente 15%, de manera muy preferentemente 10%como agente activador de opacidad

Uso de polímeros (met) acrílicos en un método para fabricar una suspensión acuosa de carbonato de calcio

Campo de la invención El carbonato de calcio natural molido o GCC es un pigmento mineral comúnmente usado en los revestimientos destinados al recubrimiento de hojas de papel, y para proporcionar determinadas propiedades ópticas últimas tales como opacidad. Inicialmente, el presente carbonato de calcio se usa en forma de una suspensión acuosa, que resulta más simple de transportar, manipular y decantar que el polvo seco. Posteriormente, se usa dicha suspensión en la composición de un revestimiento de papel, siendo usado éste último para revestir la hoja de papel.

Un método para la fabricación de dicha suspensión consiste en moler en agua dicho carbonato de calcio en presencia de un agente adyuvante de molienda, hasta que se obtiene una granulometría determinada, es decir, una distribución determinada de tamaños de partícula. Durante la presente etapa, se usa un agente conocido como "agente adyuvante de molienda", cuya función es facilitar la acción mecánica de molienda. Generalmente, es un homopolímero o copolímero de ácido acrílico, obtenido por medio de procesos de polimerización tradicionales, en emulsión o en disolución (véase en particular los documentos FR 2 539 137, FR 2 683 536, FR 2 683 537, FR 2 683 538, FR 2 683 539, FR 2 683 532 y FR 2 683 533) .

El documento WO 02/49766 describe el uso de homopolímeros y/o copolímeros de ácido acrílico que presentan un peso molecular entre 5.000 y 25.000 en procesos de molienda para fabricar suspensiones minerales en particular de carbonato de calcio.

El documento de Estados Unidos 2007/197747 describe el uso de homopolímeros y/o copolímeros de ácido acrílico que presentan un peso molecular entre 1.000 y 20.000 en procesos de molienda de carbonato de calcio.

"Technical information - Targeted Dispersants for Bulk Calcium Carbonate Slurr y " Applied Chemical Anwendungs Technik (www.acat.com) describe el uso de dispersantes en la preparación de suspensiones de carbonato de calcio.

Posteriormente, se incrementa el extracto seco de la presente suspensión (o cantidad en peso seco de carbonato de calcio con respecto al peso total de la suspensión) por medio de la eliminación de agua; la finalidad de la presente etapa, que no presenta efecto alguno sobre la granulometría del carbonato de calcio, es suministrar un producto final que sea lo más rico posible en materia mineral.

Posteriormente, es importante disponer de una suspensión acuosa de materia mineral que permanezca suficientemente fluida con el tiempo. Esta propiedad se puede apreciar de manera muy sencilla por medio de las mediciones de la viscosidad de BrookfieldTM de la suspensión, inmediatamente después de la molienda, y posteriormente 8 días después, con la condición de que el medio no haya sido agitado. A través de esto se revelan posibles inconsistencias relacionadas con la viscosidad, que el experto en la técnica pretende evitar: esto constituye una parte del problema resuelto por la presente invención.

La otra restricción, incorporada por medio de la presente invención, consiste en obtener una suspensión de carbonato de calcio que conduzca a una opacidad lo más elevada posible, ya que esta propiedad resulta deseada para la hoja de papel revestido. Y, durante mucho tiempo, se ha sabido que la opacidad se encuentra ligada a una determinada distribución de tamaños de partícula del carbonato de calcio dentro de la suspensión acuosa. Esta distribución debe ser lo más "próxima" posible; también se hace referencia a una distribución granulométrica "vertical", con respecto a la forma de la gráfica obtenida (porcentaje en peso de partículas que presentan un diámetro dado en función del diámetro) .

La "verticalidad" o "proximidad" de la distribución de tamaños de partícula viene reflejada por el "factor de pendiente", f, un parámetro bien conocido por el experto en la técnica. Este factor de pendiente se calcula de manera que es igual a la proporción entre el porcentaje en peso de las partículas cuyo diámetro es menor que un diámetro d1 y el porcentaje en peso de las partículas cuyo diámetro es menor que otro diámetro d2, es decir:

f = (d1/d2) * 100

Cuanto mayor sea el factor de pendiente, "más próxima" es la distribución de tamaños de partícula, y mejor es la opacidad del papel revestido final. En particular, esta idea está basada en el documento "Pigment concepts for improved paper and print properties" (P. Burri, ATIP Conference, 23 de junio, 2000 Tour) , especialmente en la página 4.

También se puede citar el documento WO 03/089524 que, incluso aunque se refiere a suspensiones acuosas de caolín, indica un factor de pendiente 100 * (d30/d70) al menos igual a 39, que conduce a un papel revestido a partir de un revestimiento producido con dicho caolín, que presenta propiedades ópticas mejoradas.

De manera similar, el documento EP 0 894 836 describe una suspensión acuosa de GCC, una de cuyas características está basada en un factor de pendiente (d50/d20) de entre 1, 5 y 2, y preferentemente entre 1, 5 y 1, 75. Teniendo presente la definición particular proporcionada para el factor de pendiente, la invención está destinada a una distribución estrecha de tamaños de partícula: también viene indicado que se mejora la opacidad de los productos finales de este modo.

El documento EP 1 579 070 describe una mezcla de dos pigmentos de carbonato, al menos uno de los cuales es un GCC que presenta un factor de pendiente de 100 * (d30/d70) entre 30 y 45, preferentemente entre 35 y 45, y de manera muy preferente entre 37 y 45; posteriormente se mejora la opacidad del papel revestido que contiene estas mezclas (véase la tabla 5) .

Finalmente, el documento WO 2007/031870 describe la molienda de un carbonato de calcio precipitado, o PCC con un GCC, en un medio acuoso, cuando el pigmento co-molido se obtiene con un factor de pendiente de 100 * (d30/d70) de alrededor de 30, preferentemente 40, de manera muy preferentemente 45; posteriormente se aumenta la opacidad del papel final (véase la tabla 2) .

En paralelo a esta necesidad inicial de moler el carbonato de calcio para obtener un factor de pendiente elevado, el experto en la técnica pretende maximizar el extracto final seco a través de la segunda etapa de eliminación de agua; y esta última etapa resulta particularmente costosa en términos de energía. De manera ideal, por tanto resultaría necesario moler el carbonato de calcio hasta obtener un extracto seco de la manera más favorable posible, con el fin de minimizar la etapa de evaporación de agua, al tiempo que se mantiene un elevado factor de pendiente con el fin de modificar la opacidad del papel revestido. Desafortunadamente, estos dos requisitos se encuentran en contradicción uno con el otro.

De hecho, cuando más se produce la molienda del carbonato de calcio hasta obtener un extracto altamente seco, más se deteriora el factor de pendiente. Esto viene expresado de manera muy clara en el documento WO 2004/026973 que indica (página 2, renglones 6-8) que el hecho de obtener una distribución estrecha de tamaño de partícula GCC se encuentra en oposición con una molienda de extracto altamente seco, ya que en particular la última tiende a un aumento de la fracción de las partículas más finas, y de este modo a un ensanchamiento de la distribución de los tamaños de partícula. El experto en la técnica que pretende por un lado minimizar la etapa final de concentración (es decir, moler inicialmente hasta la concentración más elevada posible) , al tiempo que pretende obtener propiedades últimas de opacidad mejorada (por medio de un factor de pendiente elevado no afectado de manera negativa por la molienda hasta una concentración demasiado elevada) se enfrenta ahora a una situación de compromiso insatisfactoria.

Mediante la continuación de su investigación para ofrecer al experto en la técnica una solución que permita:

- un factor de pendiente más elevado que con los agentes adyuvantes de molienda de la técnica anterior, y por tanto obtener una opacidad mejorada, -al tiempo que inicialmente se muele a la misma concentración, y eliminando al mismo tiempo el agua hasta el mismo extracto final seco, - obtener una suspensión acuosa final que sea estable con el tiempo,

el solicitante ha desarrollado el uso en un método de fabricación de una suspensión acuosa de carbonato de calcio natural a través de una etapa de molienda y una etapa de concentración en un medio acuoso, de un homopolímero y/o un copolímero de ácido (met) acrílico que se caracteriza por que:

-se lleva a cabo durante la etapa de molienda,

-presenta... [Seguir leyendo]

1. El uso, en un método de fabricación de una suspensión acuosa de carbonato de calcio natural a través de:

a) una etapa de molienda, b) y posiblemente una etapa de concentración en un medio acuoso,

de un homopolímero y/o de un copolímero de ácido (met) acrílico caracterizado por que:

- se lleva a cabo durante la etapa de molienda,

-presenta un peso molecular de entre 8.000 g/mol y 15.000 g/mol y preferentemente entre 8.000 g/mol y 12.000 g/mol,

-y presenta un contenido molar de cadenas poliméricas por peso molecular menor que 3.000 g/mol de menos de 20%, preferentemente 15%, de manera muy preferentemente 10%

como agente activador de opacidad.

2. El uso de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que dicho homopolímero y/o copolímero de ácido (met) acrílico se obtiene por medio de polimerización por radicales en emulsión o en disolución, seguido de al menos una etapa estática o dinámica, en la que dicha etapa de separación usa uno o más disolventes polares que preferentemente pertenecen al grupo formado por agua, metanol, etanol, propanol, isopropanol, butanoles, acetona, tetrahidrofurano o sus mezclas.

3. El uso de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que dicho homopolímero y/o copolímero de ácido (met) acrílico se obtiene por medio de polimerización controlada por radicales, preferentemente por medio de 25 polimerización por medio de transferencia de adición-fragmentación reversible (RAFT) .

4. El uso de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que dicho homopolímero y/o copolímero de ácido (met) acrílico es totalmente ácido, o se encuentra total o parcialmente neutralizado por un agente de neutralización escogido entre hidróxidos de sodio o potasio, hidróxidos de calcio o magnesio y/o óxidos, hidróxido de amonio, o sus mezclas, preferentemente por medio de un agente de neutralización escogido entre hidróxido de sodio o potasio, hidróxido de amonio, o sus mezclas, y muy preferentemente por medio de un agente de neutralización que es hidróxido de sodio.

5. El uso de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, que se caracteriza por que, además de ácido (met) acrílico,

dicho copolímero de ácido (met) acrílico contiene otro monómero escogido entre anhídrido (met) acrílico, (met) acrilamida, ésteres (met) acrílicos, y preferentemente entre acrilatos de metilo, etilo, isopropilo, n-propilo, isobutilo, n-butilo, tercbutilo o 2-etilhexilo, metacrilatos de metilo o etilo, metacrilatos de hidroxilato, estireno, alfa-metilestireno, sulfonato de estireno, o ácido acrilamido-2-metil-2-propano sulfónico, fosfatos de acrilato y metacrilato de etilenglicol, y sus mezclas, y por que este otro monómero es preferentemente acrilamida.

6. El uso de una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que dicho homopolímero y/o copolímero de ácido (met) acrílico se usa en una cantidad de 0, 1 a 1, 0% y preferentemente de 0, 2 a 0, 6% en peso seco, con respecto al peso seco de carbonato de calcio.

7. El uso de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que se caracteriza por que, además de dicho homopolímero y/o copolímero de ácido (met) acrílico, se usa otro homopolímero y/o copolímero de ácido (met) acrílico de manera conjunta durante la etapa de concentración b) .

8. El uso de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que la concentración en peso seco de 50 carbonato de calcio de la suspensión acuosa obtenida a la conclusión de la etapa de molienda a) se encuentra entre 35% y 60% del peso total de dicha suspensión.

9. El uso de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que la concentración en peso de carbonato de calcio de la suspensión acuosa obtenida a la conclusión de la etapa de concentración b) se encuentra entre 61% y 55 78%, preferentemente entre 70% y 75% del peso total de dicha suspensión.