Utilización de polímeros acrílicos neutralizados por litio como agentes dispersantes o de ayuda a la molienda en medio acuoso de materiales minerales.

Utilización en un procedimiento de fabricación de una suspensión acuosa de material mineral por dispersión y/o molienda,

como agente dispersante o de ayuda a la molienda, de un homopolímero del ácido acrílico o de un copolímero del ácido acrílico con un monómero hidrosoluble, caracterizado por que:

a) las agrupaciones carboxílicas de dicho agente son total o parcialmente neutralizados por el ion litio.

b) presenta un índice de viscosidad comprendido entre 0,01 y 0,08.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/IB2009/007671.

Solicitante: COATEX S.A.S..

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 35 rue Ampère 69730 Genay FRANCIA.

Inventor/es: MONGOIN, JACQUES, JACQUEMET, CHRISTIAN.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • B01F17/34 TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES.B01 PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL.B01F MEZCLA, p. ej. DISOLUCION, EMULSION, DISPERSION (mezcla de pinturas B44D 3/06). › B01F 17/00 Utilización de sustancias como agentes emulsionantes, humidificantes, dispersantes o generadores de espuma (agentes de flotación B03D 1/001; para aplicaciones particulares, ver las clases apropiadas, p. ej. como detergentes C11D). › Esteres de ácidos carboxílicos de peso molecular elevado (B01F 17/06 tiene prioridad).

PDF original: ES-2435268_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Utilización de polímeros acrílicos neutralizados por litio como agentes dispersantes o de ayuda a la molienda en medio acuoso de materiales minerales.

El presente invento se refiere a los agentes empleados para dispersar o ayudar a la molienda de materiales minerales en medio húmedo.

Permite al especialista en la materia minimizar la cantidad de homopolímeros y copolímeros de ácido acrílico, comúnmente utilizados en estas operaciones, sin por ello alterar la estabilidad y el contenido en sólido de las suspensiones acuosas de materiales minerales así fabricados. Este invento se basa en la utilización del litio como agente de neutralización particular de estos poliacrilatos. De manera sorprendente y ventajosa, se consigue reducir la cantidad de agente dispersante o de ayuda a la molienda utilizado, manteniendo a la vez las propiedades precitadas respecto de las obtenidas con los poliacrilatos del arte anterior, que son neutralizados de forma diferente.

La industria de los minerales es una gran consumidora de productos químicos. Estos se utilizan en las distintas etapas de transformación / modificación / tratamiento que siguen los materiales minerales. Así, en el caso del carbonato de calcio de origen natural o sintético, el especialista en la materia realiza muchas operaciones denominadas de "molienda" (reducción del tamaño granulométrico de las partículas) en seco o en medio húmedo, o de "dispersión" (suspensión de partículas en un líquido) .

Estas dos operaciones son facilitadas mediante la utilización respectivamente de agentes de ayuda a la molienda, cuya función es facilitar la acción mecánica de atrición y fragmentación de las partículas, y de agentes dispersantes, cuya función consiste en mantener la viscosidad de la suspensión dentro de unos márgenes aceptables a medida que se introducen en ellos los materiales minerales.

El arte anterior es especialmente rico en lo que a dichos aditivos se refiere. Desde hace muchos años, se sabe que los homopolímeros del ácido acrílico constituyen agentes eficaces para contribuir a la dispersión o a la molienda en medio húmedo del carbonato de calcio. A modo de referencia, se pueden consultar los documentos FR 2 539 137, FR 2 683 536, FR 2 683 537, FR 2 683 538, FR 2 683 539 y FR 2 802 830, FR 2 818 165 que ilustran numerosas variantes de estos homopolímeros, en función de su peso molecular y de su neutralización.

Para el mismo tipo de aplicaciones, también resulta interesante copolimerizar el ácido acrílico con otro monómero carboxílico, como por ejemplo el ácido metacrílico o el anhídrido maleico (véanse en este sentido los documentos EP 0850 685 y FR 2 903 618) y/o con otro monómero de instauración etilénica pero sin función carboxílica, como un éster acrílico: esta última variante se describe en los documentos citados en el párrafo anterior.

Dado esto, desde el punto de vista de la legislación y de las exigencias medioambientales, para el especialista en la materia es prioritario reducir la cantidad de polímero utilizado, en la medida en que se acomoda a un nivel de rendimiento equivalente al obtenido hasta entonces. Entre estos resultados, se pone especialmente de relieve la estabilidad de las suspensiones acuosas de los materiales minerales fabricados, tal como determinan las medidas de viscosidad Brookfield™ en distintos momentos, y el contenido en sólido final expresado en % en peso seco de materiales minerales respecto del peso total de dichas suspensiones (como consecuencia de la Solicitud, el contenido en sólido se expresará siempre así) .

En este sentido, el documento FR 2 894 846 enseña la aplicación de compuestos fluorados con poliacrilatos del arte anterior, permitiendo así reducir su dosis en procedimientos de dispersión y molienda de materiales minerales. Esta solución presenta sin embargo el inconveniente de utilizar, además de un poliacrilato, un producto suplementario de cuyo almacenamiento y utilización debe ocuparse el especialista en la materia.

También se sabe que reducir el índice de polimolecularidad de los polímeros acrílicos, les confiere a estos últimos unas propiedades de dispersión y molienda mejoradas. Esto se describe sobre todo en los documentos «Dispersion of calcite by poly (sodium acr y late) prepared by reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) polymerization» (Polymer (2005) , 46 (19) , pp. 8565-8572) y « Synthesis and Characterization of Poly (acr y lic acid) Produced by RAFT Polymerization. Application as a Ver y Efficient Dispersant of CaCO3, Kaolin, and TiO2 » (Macromolecules (2003) , 36 (9) , pp. 3066-3077) .

Un método que permite reducir este índice de polimolecularidad consiste, para un polímero determinado, en aislar las cadenas de un peso molecular determinado mediante técnicas de separación, estáticas o dinámicas, en presencia de disolventes, tal como se describe en el documento EP 0 499 267. Otro método se basa en la utilización de la polimerización de radicales denominada «controlada» (PRC) . Este término hace referencia a técnicas de síntesis basadas en la utilización de agentes de transferencia de cadena particulares, como xantatos o tritiocarbonatos (véanse los documentos EP 1 529 065 y EP 1 377 615) . Al reducir el índice de polimolecularidad de los polímeros acrílicos fabricados, se dopa su capacidad para dispersar o moler eficazmente un material mineral en agua.

Sin embargo, estas últimas soluciones basadas en técnicas de separación o PRC, son a veces difíciles de aplicar, puesto que requieren instalaciones específicas de las que no necesariamente dispone cualquier instalación industrial. Proponer una solución sencilla que permita mejorar los resultados como agentes dispersantes y de ayuda a la molienda de materiales minerales en medio acuoso de los poliacrilatos del arte anterior, es decir, permitiendo reducir su cantidad para un nivel de resultados equivalente, constituye hoy en día un problema no resuelto.

Continuando con sus investigaciones en este ámbito, la Solicitante ha conseguido poner a punto la utilización, en un procedimiento de fabricación de una suspensión acuosa de materia mineral por dispersión y/o molienda, como agente dispersante o de ayuda a la molienda, de un homopolímero del ácido acrílico o de un copolímero del ácido acrílico con un monómero hidrosoluble, caracterizado por que:

a) los grupos carboxílicos de dicho agente son total o parcialmente neutralizados por el ion litio.

b) presenta un índice de viscosidad comprendido entre 0, 01 y 0, 08.

De forma totalmente inesperada, respecto del mismo polímero acrílico del arte anterior neutralizado de forma diferente, el polímero acrílico del invento permite dispersar y moler con mayor eficacia un material mineral en medio acuoso. En este sentido, se demuestra que, para un nivel de resultados como mínimo equivalente (en términos de contenido en sólido, y estabilidad de la viscosidad Brookfield medida en 100 rpm) , según el invento se consigue reducir la cantidad de polímero utilizado respecto del arte anterior.

El hecho de que dicho agente sea total o parcialmente neutralizado por el litio significa que todas o parte de sus funciones carboxílicas son neutralizadas por el litio. Cuando la neutralización con litio es parcial, eventualmente el polímero resultante puede ser totalmente neutralizado, y las demás funciones carboxílicas son neutralizadas por un agente distinto del litio.

Aunque el litio se describía como agente de neutralización posible en el arte anterior (véase el conjunto de documentos precitados) , no existía ninguna divulgación ni enseñanza que incitase al especialista en la materia a aplicar este compuesto concreto, con el objetivo de reducir el índice de poliacrilato utilizado para dispersar o moler en agua un material mineral.

La característica relativa al índice de viscosidad hace referencia a los polímeros de pesos moleculares habituales, utilizados para dispersar o moler un material mineral como el carbonato de calcio. La gama reivindicada corresponde, a título orientativo, a un peso molecular comprendido entre 1.000 g/mol y 15.000 g/mol para un homopolímero del ácido acrílico. Se da preferencia al índice de viscosidad que puede medirse fácilmente con un material de laboratorio clásico para homopolímeros y copolímeros del ácido acrílico. Sin embargo, la determinación de un peso molecular requiere aparatos de detección más sofisticados y, sobre todo, patrones que a veces no existen en el mercado en el caso de determinados copolímeros del ácido acrílico, en función del otro monómero.

Además, un primer objeto del invento consiste en la utilización en un procedimiento de fabricación de una... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. - Utilización en un procedimiento de fabricación de una suspensión acuosa de material mineral por dispersión y/o molienda, como agente dispersante o de ayuda a la molienda, de un homopolímero del ácido acrílico o de un 5 copolímero del ácido acrílico con un monómero hidrosoluble, caracterizado por que:

a) las agrupaciones carboxílicas de dicho agente son total o parcialmente neutralizados por el ion litio.

b) presenta un índice de viscosidad comprendido entre 0, 01 y 0, 08. 10

2. - Utilización según la reivindicación 1, caracterizada por que el porcentaje en mol de las agrupaciones carboxílicas neutralizados por el ion litio está comprendido entre un 10 % y un 100 %, preferentemente entre un 50 % y un 100 %, muy preferentemente entre un 80 % y un 100 %, y por que el porcentaje de neutralización por el ion litio más preferido es igual al 100 %.

3. - Utilización según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizada por que el ion litio que sirve para neutralizar total o parcialmente las agrupaciones carboxílicas de dicho agente, es aportado en forma de hidróxido de litio.

- Utilización según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada por que, para el copolímero del ácido acrílico con otro monómero, este otro monómero es elegido entre el ácido metacrílico, el anhídrido maleico, el ácido acrilamido metil propano sufónico, los ésteres fosfóricos de los metacrilatos de alquileno glicol, los monómeros no iónicos de fórmula (I) :

en la que m, n, p y q son enteros y m, n, p son inferiores a 150, q es superior a 0 y al menos un entero entre m, n, y p es no nulo, R es un radical que incluye una función insaturada polimerizable, R1 y R2 son idénticos o diferentes y representan átomos de hidrógeno o agrupaciones de alquil, R’ representa el hidrógeno o un radical hidrocarbonado que contiene de 1 a 40 átomos de carbono, o una agrupación iónica o ionizable.

5. - Utilización según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada, cuando una parte de las agrupaciones carboxílicas de dicho agente es neutralizada por un ion distinto del litio, por que el otro ion es elegido entre el calcio, el magnesio, el sodio, el potasio, el amonio y sus mezclas.

6. - Utilización según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada por que dicho agente puede ser, antes o después de su neutralización total o parcial, tratado y separado en varias fases, según unos procedimientos estáticos o dinámicos, por uno o varios disolventes polares que pertenecen preferentemente al grupo formado por el agua, el metanol, el etanol, el propanol, el isopropanol, los butanoles, la acetona, el tetrahidrofurano o sus mezclas.

7. - Utilización según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada por que dicho agente puede obtenerse por procedimientos de polimerización de radicales en solución, en emulsión directa o inversa, en suspensión o precipitación en disolventes, en presencia de sistemas catalíticos y agentes de transferencia, o incluso por procedimientos de polimerización de radicales controlada y preferentemente por la polimerización controlada por

nitróxidos (NMP) o por cobaloximas, la polimerización por transferencia de átomo homolítico (ATRP) , la polimerización de radicales controlada por derivados azufrados, elegidos entre los carbamatos, ditioésteres o tritiocarbonatos (RAFT) o xantatos.

8. - Utilización según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada por que dicha suspensión acuosa, tras la 50 dispersión y/o la molienda, presenta viscosidades Brookfield™ inicial y al cabo de 8 días de almacenamiento, medidas en 25°C, a 100 rpm y al cabo de 1 minuto de agitación, inferiores a 4.000 mPa.s, preferentemente 2.000 mPa.s, muy preferentemente 500 mPa.s.

9. - Utilización según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada por que dicha suspensión acuosa, tras la 55 dispersión y/o molienda, presenta un contenido en sólido expresado en porcentaje en peso seco de materiales minerales respecto de su peso total, comprendido entre un 10 % y un 82 %, preferentemente entre un 50 % y un 81 %, muy preferentemente entre un 65 % y un 72 %.

10. - Utilización según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada por que dicha suspensión acuosa presenta un contenido en peso seco de dicho agente, respecto del peso seco total de materiales minerales, comprendido entre un 0, 001 % y un 5, 000 %, preferentemente entre un 0, 001 % y un 2, 000 %, y muy preferentemente entre un 0, 05 % y un 1, 00 %.

11. - Utilización según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada por que el procedimiento de fabricación de una suspensión acuosa de material mineral por dispersión y/o molienda es un procedimiento que incluye una primera etapa de molienda sin agente dispersante a una concentración en peso seco de materiales minerales comprendida entre un 10 % y un 35 % del peso total de la suspensión, y una segunda etapa de dispersión en presencia de dicho agente, a una concentración en peso seco de materiales minerales comprendida entre un 65 % y un 72 % del peso total de la suspensión.

12. - Utilización según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizada por que el material mineral es elegido entre el carbonato de calcio natural, sintético, el talco, el caolín, y sus mezclas, preferentemente entre el carbonato de 15 calcio natural, sintético y sus mezclas.


 

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