Agente dispersante y/o adyuvante de molienda para dispersión y suspensión acuosa de materiales minerales, dispersión y suspensión obtenida y su uso.

Uso en un método de producción de una dispersión y/o suspensión acuosa de materiales minerales que incluye:

a) una fase de molienda para materiales minerales en un medio acuoso sin el uso de agente dispersante y/o agente adyuvante de molienda y con un porcentaje de peso seco de materiales minerales inferior al 50 %, preferentemente inferior al 40 %, muy preferentemente inferior al 35 % de su peso,

b) continuación una fase de concentración mecánica y/o térmica, con vistas a obtener dispersiones y/o suspensiones acuosas de materiales minerales con un porcentaje de peso seco de materiales minerales superior al 55 %, preferentemente superior al 60 %, muy preferentemente superior al 65 % de su peso,

al menos un polímero que contiene al menos un monómero seleccionado entre ácido acrílico o ácido metacrílico o sus mezclas y al menos un monómero que es anhídrido maleico, dicho polímero que se caracteriza por que la relación molar r (ácido acrílico y/o metacrílico):(anhídrido maleico) está estrictamente entre 1,9:1 y 1:1, y porque dicho polímero se usa como agente dispersante y se introduce entre la fase a) y la fase b), y/o durante la fase b), y/o durante o después de la fase b).

Agente dispersante y/o adyuvante de molienda para dispersión y suspensión acuosa de materiales minerales, dispersión y suspensión obtenida y su uso.

El dominio técnico general al que se refiere la presente invención es el de métodos para la dispersión y molienda de materiales minerales en un medio acuoso. La presente invención se refiere más específicamente al desarrollo de agentes dispersantes específicos, en un método muy específico conocido como "método para la molienda a bajo contenido de sólidos sin agente dispersante, y a continuación la concentración a alto contenido de sólidos con agente dispersante presente".

Las dispersiones y suspensiones acuosas de materiales minerales tales como carbonato de calcio, sulfato de calcio, caolinita, dióxido de titanio o sílices se usan en cantidades masivas en la industria del papel, en particular, para hacer que el papel o cartón sea opaco e imprimible. Por razones económicas obvias, un desafío importante es el uso, durante el recubrimiento del papel, de dispersiones o suspensiones acuosas de estos materiales en forma manlpulable (es decir, para las que la reología permite que el experto en la materia las manipule fácilmente, y en particular para bombearlas fácilmente con el fin de transferirlas desde un tanque a otro), estable (es decir, para las que la viscosidad varía poco con el tiempo) y con un contenido de sólidos tan elevado como sea posible (con el contenido de sólidos que se define a lo largo de la presente solicitud como el porcentaje en peso seco de materiales minerales con respecto al peso total de la dispersión o suspensión acuosa en cuestión).

Los diferentes métodos de producción para estos materiales minerales Implican 3 fases individuales:

la molienda en un medio acuoso de dichos materiales minerales, es decir, una fase para la reducción de la distribución del tamaño de partículas de las partículas de materiales minerales presentes en dispersión o en suspensión; esta operación puede tener lugar en presencia de un "agente adyuvante de molienda" que facilita el trabajo mecánico para la molienda de dichas partículas del material mineral;

la dispersión en un medio acuoso de dichos materiales minerales, Introducidos en forma de polvo seco, una operación que puede tener lugar en presencia de un "agente dispersante" que permite incrementar el contenido de sólidos de la dispersión o de la suspensión en cuestión, al tiempo que mantiene una reología aceptable, en particular en términos de trabajabilidad;

la concentración en medio acuoso de una dispersión o suspensión acuosa de materiales minerales, por medios térmicos y/o mecánicos, esta operación que supone la eliminación de parte del agua contenida en el medio con vistas a incrementar el contenido de sólidos de la dispersión o la suspensión en cuestión; dicha operación puede tener lugar, si es necesario, en presencia de un agente dispersante y/o un agente adyuvante de molienda.

El experto en la materia, produciendo dispersiones y suspensiones acuosas de materiales minerales tales como carbonato de calcio en particular, conoce desde hace tiempo el uso de agentes dispersantes y/o adyuvantes de molienda a base de homopolímeros y/o copolímeros acrílicos, en vistas a mantener dichos materiales minerales en suspensión en agua a altas concentraciones de materia seca, al tiempo que otorga un aspecto estable y manipulable a dichas dispersiones o suspensiones acuosas de materiales minerales.

Por tanto conoce las patentes FR 2 63 42, EP 1 947, EP 127 388, EP 129 329 y EP 542 644 que describen el uso de dichos polímeros para los fines anteriormente mencionados, total o parcialmente neutralizados mediante diversos agentes de neutralización y con un bajo peso molecular.

En el contexto de estas aplicaciones, conoce las patentes FR 2 488 814, EP 1 948 y EP 542 643 que enseñan cómo usar la fracción de homopolímeros y/o copolímeros acrílicos, cuya viscosidad específica está entre ,3 y ,8, como se mide mediante el método habitual descrito en las patentes en cuestión.

No obstante, estas diferentes soluciones tienen dos desventajas.

La primera es el hecho de que usan cantidades excesivas de agentes dispersantes y/o adyuvantes de molienda. No obstante, es bien sabido que la presencia de una cantidad demasiado grande de dispersante puede tener un efecto negativo sobre las características finales del papel producido a partir de dispersiones y suspensiones acuosas de materiales minerales que contienen dichos agentes: de hecho, el experto en la materia sabe que dosis excesivamente grandes de dispersante y/o agente adyuvante de molienda (en particular, si es iónico) dota al papel de una cierta absorbancia de agua y una naturaleza iónica muy distintiva, limitando las propiedades de impresión finales del papel.

El segundo problema está relacionado con el hecho de que las soluciones mencionadas previamente no permiten el uso del siguiente método específico:

a) la molienda de materiales minerales en un medio acuoso sin el uso de agente dispersante y/o agente adyuvante de molienda y una baja concentración de materia seca (el contenido de sólidos, o el contenido en peso seco de material mineral que es inferior al 4 % con respecto al peso total de la suspensión),

b) y a continuación la concentración mecánica y/o térmica, con vistas a obtener una dispersión y/o suspensión acuosa de materiales minerales con un contenido de materia seca superior o igual al 55 % con respecto al peso total de la dispersión y/o de la suspensión,

un agente dispersante que se introduce entre la fase a) y la fase b), y/o durante la fase b) y/o durante o después de la fase b).

En lo que resta de la presente solicitud, el Solicitante se referirá a dicho método usando la expresión "método para la molienda a bajo contenido de sólidos sin agente dispersante, y a continuación concentración a alto contenido de sólidos con agente dispersante presente".

En vistas a resolver este problema técnico particular, la persona experta en la materia conoce el documento EP 27 996, que describe un método de producción para suspensiones acuosas de materiales minerales mediante una fase de molienda en un medio húmedo sin agente dispersante, la suspensión que a continuación se filtra, y la pasta del filtro obtenida a continuación se seca o se transforma mediante la adición de un agente dispersante en una suspensión de baja viscosidad; la fase de molienda se realiza a una concentración de materia seca por debajo del 6 % en peso total de la suspensión, y la suspensión final obtenida después de la adición del agente dispersante tiene un contenido de materia seca al menos superior al 8 % de su peso total.

No obstante, si el experto en la materia no selecciona un agente dispersante adecuado que poner en práctica, no tendrá un contenido de materia seca final suficientemente alto mientras retiene una naturaleza manipulable de la suspensión obtenida; a pesar de todo en este documento EP 27 996 no se enseña nada a los expertos en la materia con respecto a la selección de agentes dispersantes específicos, ni sobre las condiciones experimentales a poner en práctica para obtener dicho alto contenido de materia seca y viscosidades compatibles con el uso de dicha suspensión: por tanto dicho documento no les permite realizar el "método para la molienda a bajo contenido de sólidos sin agente dispersante, y a continuación la concentración a alto contenido de sólidos con agente dispersante presente".

Es precisamente por esta razón que otros 3 documentos, posteriores al documento EP 27 996, han abordado el mismo problema técnico, pero enfocándolo desde el punto de vista de la selección de agentes dispersantes específicos, que se usan para realizar eficazmente el "método para la molienda a bajo contenido de sólidos sin agente dispersante, y a continuación la concentración a alto contenido de sólidos con agente dispersante presente". Posteriormente veremos que estos documentos presentan desventajas para el experto en la materia.

El experto en la materia por tanto conoce el documento EP 1 147 61, que describe un método caracterizado por las fases de producción para una suspensión acuosa diluida con carbonato de calcio, cuyo contenido en peso seco de material mineral no supera el 4 %, y a continuación la extracción del agua para obtener un contenido de sólidos de entre el 45 y el 65 %, y a continuación la adición de un agente dispersante si es necesario y posteriormente, como es obvio para la persona experta, la extracción de agua a presión reducida para incrementar el contenido de sólidos en al menos un 5 %, y por último el procesamiento mecánico de la suspensión obtenida. Este método parece complejo de implementar... [Seguir leyendo]

1. Uso en un método de producción de una dispersión y/o suspensión acuosa de materiales minerales que

incluye:

a) una fase de molienda para materiales minerales en un medio acuoso sin el uso de agente dispersante y/o agente adyuvante de molienda y con un porcentaje de peso seco de materiales minerales inferior al 5 %, preferentemente inferior al 4 %, muy preferentemente inferior al 35 % de

su peso,

b) continuación una fase de concentración mecánica y/o térmica, con vistas a obtener dispersiones y/o suspensiones acuosas de materiales minerales con un porcentaje de peso seco de materiales minerales superior al 55 %, preferentemente superior al 6 %, muy preferentemente superior al 65 %

de su peso,

al menos un polímero que contiene al menos un monómero seleccionado entre ácido acrílico o ácido metacrílico o sus mezclas y al menos un monómero que es anhídrido maleico, dicho polímero que se caracteriza por que la relación molar r (ácido acrílico y/o metacrílico):(anhídrido maleico) está estrictamente entre 1,9:1 y 1:1, y porque dicho polímero se usa como agente dispersante y se introduce entre la fase a) y la fase b), y/o durante la fase b), y/o durante o después de la fase b).

2. Uso de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que la relación molar r (ácido acrílico y/o metacríl¡co):(anhídr¡do maleico) está entre 1,5:1 y 1,3:1.

3. Uso de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que dicho polímero puede contener al menos otro monómero, que es un monómero vindico no ácido soluble en agua, seleccionado preferentemente entre (met)acrilamidas que pueden estar sustituidas, (met)acrilatos de polietilenglicol, viniléteres de polialquilenglicol, vinilsulfónico, (met)acrilatos de polialquilenglicol fosfatados, vinilpirrolidona y sus mezclas.

4. Uso de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado por que dicho polímero contiene entre el y el 5 % molar, con respecto al número total de moles de monómero que contiene, de un monómero vindico no ácido soluble en agua, seleccionado preferentemente entre (met)acrilamidas que pueden estar sustituidas, (met)acrilatos de polietilenglicol, viniléteres de polialquilenglicol, vinilsulfónico, (met)acrilatos de polialquilenglicol fosfatados, vinilpirrolidona y sus mezclas.

5. Uso de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que dicho polímero tiene un peso molecular de entre 3 g/mol y 15. g/mol, preferentemente entre 7 y 3. g/mol, muy preferentemente entre 1. y 2. g/mol.

6. Uso de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que dicho polímero se neutraliza, total o parcialmente, mediante un agente de neutralización seleccionado entre hidróxidos y/u óxidos de calcio o de magnesio, hidróxidos de sodio, de potasio, de litio o amoniaco, o sus mezclas, muy preferentemente hidróxidos y/u óxidos de calcio, hidróxidos de sodio y de potasio o amoniaco, o sus mezclas.

7. Uso de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que dicho polímero se usa del ,1 % al 1,5 %, preferentemente del ,3 % al 1, % en peso seco de dicho polímero con respecto al peso seco de materiales minerales.

8. Uso de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que dicho polímero se diluye en solución en agua, conteniendo esta solución entre el 2 % y el 6 %, preferentemente entre el 3 % y el 5 % en peso seco de dicho polímero con respecto a su peso total.

9. Uso de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que dichos materiales minerales se seleccionan entre carbonato de calcio natural o sintético, dolomitas, caolinita, talco, yeso, cal, magnesia, dióxido de titanio, blanco satén, trióxido de aluminio o trihidróxido de aluminio, sílices, mica y la mezcla de estas cargas, tales como mezclas de talco-carbonato de calcio, carbonato de calcio-caolinita, o mezclas de carbonato de calcio con trihidróxido de aluminio o trióxido de aluminio, o mezclas con fibras sintéticas o naturales, o co-estructuras de minerales, tales como co-estructuras de talco-carbonato de calcio o talco- dióxido de titanio, o sus mezclas, y porque dichos materiales minerales se seleccionan preferentemente entre carbonato de calcio natural o sintético o talco o sus mezclas, y porque muy preferentemente se seleccionan entre carbonato de calcio natural o sintético o sus mezclas.