2-氨基乙醇在含碳酸鈣材料的水性懸浮液中作為添加劑的用途的製作方法

2023-05-23 07:34:36 3

專利名稱：2-氨基乙醇在含碳酸鈣材料的水性懸浮液中作為添加劑的用途的製作方法
2-氨基乙醇在含碳酸鈣材料的水性懸浮液中作為添加劑的用途本發明涉及含碳酸鈣材料的水性懸浮液及加入其中的添加劑的技術領域。在含碳酸鈣材料的水性懸浮液的製備中，技術人員常需要選擇並引入添加劑以調節該懸浮液的一種或多種特性。在進行該添加劑選擇的過程中，技術人員必須考慮到該添加劑應保持成本有效性且不應在該懸浮液的運輸、加工和應用期間在下遊引起不想要的相互作用或效應。在技術人員的考慮因素之中很少提到但本申請人已經認識到具有重要性的是添加劑的選擇不導致含碳酸鈣材料懸浮液的電導率顯著改變，即增加。實際上，可能有利的是基於懸浮液的電導率的測量來調節這種懸浮液的加工和運輸的各方面。例如，可根據由懸浮液電導率構成的測量控制這種懸浮液經給定通路或設備的流速。在 Klausner F 等的題為 「A Conductance BasedSolids Concentration Sensor forLarge Diameter SlurryPipeIines^ 的公開案(J. Fluids Eng. / 第 122 卷 / 第 4 期 / 技術論文)中，描述了基於電導測量的測量穿過給定直徑的管線的漿料的固體濃度的儀器。基於 這些電導測量，可以獲得顯示漿料濃度從管道頂部到管道底部的變化的圖形顯示以及區域平均濃度歷程。容器的填充度同樣可以通過檢測沿容器壁在給定高度下的電導率來控制。然而，為了基於電導率測量來使用和利用所述調節系統，技術人員面臨著選擇需要提供一種或多種功能但不同時導致電導率值顯著變化的添加劑的挑戰。在含碳酸鈣材料的懸浮液中使用的添加劑的功能之一是調節懸浮液的pH，不管是通過該懸浮液的酸化、中和或鹼化來實現。格外需要懸浮液的鹼化以使應用環境的pH與引入懸浮液的pH相匹配或為加入pH敏感性添加劑作準備。使PH升高的步驟還可用來使懸浮液消毒或幫助懸浮液的消毒。可能需要調節PH以避免碳酸鈣在加工期間與酸性環境接觸而不必要地溶解。在含碳酸鈣材料懸浮液的水性懸浮液中使用且技術人員能得到的所述pH調節添加劑有多種。可用以使含碳酸鈣材料的水性懸浮液的pH升高的第一組添加劑為含氫氧化物的添加劑且特別是鹼和鹼土金屬氫氧化物。例如，US 6，991，705提到通過諸如氫氧化鈉進料的鹼金屬氫氧化物進料與二氧化碳進料的組合增加可包含碳酸鈣的紙漿懸浮液的鹼性。如在EP I 795 502中提到，氫氧化鉀、氫氧化鎂和氫氧化銨是用以將PCC懸浮液的pH控制到10-13範圍內的其他這類添加劑。可用以使含碳酸鈣材料的水性懸浮液的pH升高的第二組添加劑為不含氫氧根離子、但在與水反應時產生所述離子的添加劑。所述添加劑可為弱酸的鹽，諸如鈉鹽。該類添加劑的實例將包括乙酸鈉、碳酸氫鈉、碳酸鉀和鹼性磷酸鹽(諸如三聚磷酸鹽、磷酸鈉和/或磷酸鉀)。
又一可能是採用基於氮的添加劑，包括例如氨、胺和醯胺，以增加含碳酸鈣材料的懸浮液的pH。所有上述添加劑都根據通用機制使水性懸浮液的pH升高，這通過在與水反應之後在懸浮液中提供或產生氫氧根離子來實現。根據文獻，已知在鹼性條件下增加氫氧根離子濃度同時導致電導率增加(「Analytikum」,第五版，1981,VEB Deutscher Verlag fiirGrundstoffindustrie,Leipzig,第 185-186 頁，參考「Konduktometrische Titration，，)。給出在文獻中記錄的上述常識以及如在下文實施例部分中所示的鹼和鹼土金屬氫氧化物以及諸如三乙醇胺的胺在使含碳酸鈣材料的水性懸浮液的PH升高的同時導致電導率顯著增加的附屬證據，在技術人員了解了公開不同的特定PH調節劑的申請號09167246. 9、10151603. 7和10151846. 2的未公開的歐洲專利申請時，他將不再預料到根據與這些添加劑相同的機制、即通過在懸浮液中引入氫氧根離子使懸浮液的PH升高的2-氨基乙醇將僅導致極低程度的電導率增加。因此，完全出乎意料且與基於用以增加pH的常見添加劑的預期相反的是，本申請人確定2-氨基乙醇可在具有在8. 5至11之間的pH且含有基於懸浮液的總體積計算25-62體積％的至少一種含碳酸鈣材料的水性懸浮液中作為添加劑使用以使所述懸浮液的PH增加至少O. 3個pH單位，同時將懸浮液的電導率改變維持在100 μ S/cm/pH單位內。因此，本發明的第一目標在於2-氨基乙醇在含有基於水性懸浮液的總體積計算25-62體積％的至少一種含碳酸鈣材料且具有在8. 5至11之間的pH的水性懸浮液中作為添加劑以使所述懸浮液的PH增加至少O. 3個pH單位的用途，其特徵在於所述懸浮液電導率改變維持在ΙΟΟμ S/cm/pH單位內。根據本發明的「電導率」將指如根據在下文實施例部分中限定的測量方法所測量的水性含碳酸鈣材料的懸浮液的電導率。就本發明的目的而言，pH應該根據在下文實施例部分中限定的測量方法測量。在懸浮液中固體材料的體積％(vol. %)根據在下文實施例部分中限定的方法測定。在一個優選的實施方案中，所述2-氨基乙醇添加劑作為基於水的溶液加到所述含碳酸鈣材料中。在另一優選的實施方案中，所述2-氨基乙醇添加劑具有關於2-氨基乙醇來講大於90重量％、優選大於95重量％、更優選大於99重量％的化學純度。在一個優選的實施方案中，所述懸浮液在加入2-氨基乙醇之前具有700-2000 μ S/cm 且優選 800-1300 μ S/cm 的電導率。在另一優選的實施方案中，在加入所述2-氨基乙醇之後，懸浮液導電率維持在加入2-氨基乙醇之前的懸浮液電導率值的70 μ S/cm/pH單位內且優選50 μ S/cm/pH單位內。在另一優選的實施方案中，在加入所述2-氨基乙醇之後，懸浮液電導率的改變·(以μ S/cm/pH為單位)維持在在加入2-氨基乙醇之前的懸浮液電導率值的10%內、優選6%內且更優選3%內的值。在另一優選的實施方案中，在加入所述2-氨基乙醇之前，所述懸浮液具有在9至
10.3之間的pH。在另一優選的實施方案中，將2-氨基乙醇加到所述懸浮液中，其量使得所述水性懸浮液的pH增加至少O. 4個pH單位。當在加入2-氨基乙醇之前懸浮液pH在8. 5至9之間時，所述2_氨基乙醇優選以使懸浮液的PH增加至少I. O個pH單位的量加到所述懸浮液中。在加入2-氨基乙醇之前懸浮液的pH在9至10之間的情況下，所述2-氨基乙醇優選以使水性懸浮液的pH增加至少O. 7個pH單位的量加到所述懸浮液中。在2-氨基乙醇之前，所述懸浮液優選具有在5°C至100°C之間、更優選在35°C至85 °C之間且甚至更優選在45°C至75 °C之間的溫度。在一個優選的實施方案中，所述2-氨基乙醇以500-15000mg、優選1000-5000mg且更優選1300-2000mg/l所述懸浮液的水相的量加到所述懸浮液中。關於在懸浮液中的所述含碳酸鈣材料，該材料優選包含相對於所述含碳酸鈣材料的總當量乾重來講至少50重量％、優選至少80重量％且更優選至少98重量％的碳酸隹丐。所述含碳酸鈣材料的碳酸鈣可為沉澱的碳酸鈣(PCC)、天然研磨的碳酸鈣(NGCC)、表面反應的碳酸鈣(SRCC)或其混合物。表面反應的碳酸鈣被理解為是指由碳酸鈣與酸和二氧化碳的反應產生的產物，所述二氧化碳通過酸處理原位形成和/或通過外部供應，且所述表面反應的天然碳酸鈣製備為在20°C下測量時具有大於6. O的pH的水性懸浮液。所述產物描述在WO 00/39222、WO2004/083316和EP 2 070 991以及其他文獻中，這些參考文獻的內容隨此包括在本申請
中。 在一個優選的實施方案中，所述懸浮液包含基於所述懸浮液的總體積計算45-60體積％且優選48-58體積％且最優選49-57體積％的所述含碳酸鈣材料。在另一優選的實施方案中，所述2-氨基乙醇在研磨所述含碳酸鈣材料的步驟之前、期間或之後且優選在研磨所述含碳酸鈣材料的步驟之後加入。還可有利的是，在形成含碳酸鈣材料的所述懸浮液之前將所述2-氨基乙醇加到乾燥形式的所述含碳酸鈣材料中。在向所述懸浮液中加入所述2-氨基乙醇之後，可將所述懸浮液引入裝備有基於電導率的調節裝置的設備中。例如，可將所述懸浮液引入容器或設備中以達到由懸浮液電導率測量所確定的液位。所述懸浮液可另外或供選地穿過具有作為懸浮液電導率的函數而調節的懸浮液通過能力的通路。在這方面，「通路」可涉及通過能力的約束區域以及沒有任何約束限制、即在該工藝的一個通路之後的通過能力。應理解可使用本發明的上述實施方案且預期所述實施方案可彼此組合使用。鑑於上述使用2-氨基乙醇的優勢，本發明的另一方面涉及提供使含有基於懸浮液總體積計算25-62體積％的至少一種含碳酸鈣材料且具有在8. 5至11之間的範圍內的PH的水性懸浮液的pH增加的方法，其中所述方法包括向所述懸浮液中加入一定量的2-氨基乙醇的步驟，以使得所述懸浮液的pH增加至少O. 3個pH單位、優選增加至少O. 5或至少O. 7個pH單位，且同時由2-氨基乙醇的加入引起的懸浮液電導率改變不超過100 μ S/cm/pH、優選不超過50 μ S/cm/pH且非常優選不超過20 μ S/cm/pH。
根據本發明的另一實施方案，通過本發明的方法或用途獲得的懸浮液可用於油漆和/或紙張應用中。應理解，上文關於2-氨基乙醇的創造性用途描述的有利實施方案也可用於創造性的方法。換句話說，上述優選的實施方案和這些實施方案的任何組合也可用於創造性的方法。本發明的範圍和意義將基於以下實施例來更好地理解，這些實施例用來說明本發明的某些實施方案，而不是限制性的。
實施例測量方法懸浮液DH測量懸浮液的pH 在 25 °C 下使用 Mettler Toledo Seven Easy pH 計和 MettlerToledo InLab屯 Expert Pro pH 電極來測量。該儀器的三點校準(根據區段方法)首先使用在20°C下具有4、7和10的pH值的市售緩衝溶液(得自Aldrich)進行。
所報導的pH值為通過該儀器檢測的終點值(終點是在測量信號經最後6秒與平均值相差小於0. ImV的時候)。懸浮液電導率測暈懸浮液的電導率在25°C下使用裝備有相應Mettler Toledo電導率擴展單元和 Mettler Toledo InLab 730 電導探針的 Mettler ToledoSeven Multi 儀器在使用pendraulik齒盤狀攪拌器以1500rpm攪拌該懸浮液之後直接測量。該儀器首先使用自Mettler Toledo購得的電導率校準溶液在相關電導率範圍內校準。溫度對電導率的影響通過線性校正模式自動校正。對於20°C的基準溫度記錄所測量的電導率。所記錄的電導率值為通過該儀器檢測的終點值(終點是在測量的電導率經最後6秒與平均值相差小於0. 4%的時候)。微粒物質的粒度分布(盲徑〈X的粒子的質量％)和重量中倌粒度(d=)微粒物質的重量中值粒度和粒度質量分布經由沉降法測定，即分析在重力場下的沉降行為。該測量用SedigraphTM5100進行。技術人員已知該方法和該儀器且它們通常用以測定填料和顏料的粒度。該測量在0. I重量％的Na4P2O7的水溶液中進行。樣品使用高速攪拌器和超聲波分散。粘度測量布氏粘度在攪拌I分鐘之後通過使用RVT型Brookfield 粘度計在室溫和IOOrpm(轉數/分鐘)的旋轉速度下用適當的盤狀錠子2、3或4在室溫下測量。在懸浮液中的材料的體積固含量(體積％)體積固含量通過固體材料的體積除以水性懸浮液的總體積來確定。固體材料的體積通過稱量通過蒸發懸浮液的水相併乾燥所獲得材料到恆重獲得的固體材料且通過除以該固體材料的相對密度將該重量值轉化成體積值來確定。對於上述體積固含量計算來講，使用由基本上僅僅碳酸鈣組成的材料的以下實施例基於在Handbook of Chemistry and Physics (CRCPress ;第60版)中對於天然方解石所列的2. 7g/ml的比重值。在懸浮液中材料的重暈固含暈(重暈％)重量固含量通過固體材料的重量除以水性懸浮液的總重量來確定。固體材料的重量通過稱量通過蒸發懸浮液的水相且乾燥所獲得的材料到恆重而獲得的固體材料來測定。添加劑加入暈，mg/l懸浮液的水相
為了評價每升懸浮液的水相中添加劑的量，水相的體積(升)(I)首先通過從懸浮液的總體積中減去固相的體積(參見如上確定的體積固含量)來確定。實施例I該實施例施用挪威大理石來源的天然碳酸鈣，其通過首先自體均質乾式研磨10-300mm的碳酸鈣巖石到相當於42-48 μ m的d5(l的精細度且隨後在I. 4-升垂直珠粒研磨機(Dynomill)中使用O. 6_lmm矽酸鋯珠粒以5_15重量％的重量固體含量在水中溼式研磨該乾式研磨的產物，直至實現95重量％的粒子具有〈2 μ m的直徑、75重量％的粒子具有〈I μ m的直徑、8重量％的粒子具有〈O. 2 μ m的直徑和O. 61 μ m的d5(l來獲得。在研磨過程期間，不加入分散或助磨劑。隨後將所獲得的懸浮液使用壓濾器濃縮以形成具有約45體積％的體積固含量的濾餅。在加入基於固體的重量計算O. 45重量％的50摩爾％鈉中和的聚丙烯酸(Mw約等於12000g/mol, Mn約等於5000g/mol)和基於固體的重量計算O. 20重量％的磷酸二氫鈉之後隨後熱濃縮，產生具有約50體積％的體積固含量的懸浮液。將O. 4kg的該懸浮液引入具有8cm的直徑的1_升燒杯中。將pendraulik齒盤狀攪拌器引入該燒杯中，使得該攪拌器盤位於燒杯底部上方約Icm處。所測量的初始懸浮液電導率和pH值記錄在下表中。在以5000rpm攪拌的情況下，經I分鐘的時間向漿料中加入指示量的在下表中在各個所描述的試驗中指示的添加劑類型(以水溶液形式)(PA =根據現有技術的添加劑，IN=根據本發明的添加劑)。在完成添加之後，將漿料額外攪拌5分鐘，此後測量懸浮液的pH和電導率。
權利要求
1.2-氨基乙醇在水性懸浮液中作為添加劑的用途，所述水性懸浮液含有基於水性懸浮液的總體積計算25-62體積％的至少一種含碳酸鈣材料且具有在8. 5至11之間的pH，所述2-氨基乙醇以500-15000mg、優選1000_5000mg且更優選1300_2000mg/l所述懸浮液的水相的量使所述懸浮液的pH增加至少O. 3個pH單位， 其特徵在於所述懸浮液的電導率改變維持在ΙΟΟμ S/cm/pH單位內。
2.權利要求I的用途， 其特徵在於所述2-氨基乙醇添加劑作為基於水的溶液加到所述含碳酸鈣材料中。
3.權利要求I或2的用途， 其特徵在於所述2-氨基乙醇添加劑具有關於2-氨基乙醇來講大於90重量％、優選大於95重量％、更優選大於99重量％的化學純度。
4.前述權利要求中任一項的用途， 其特徵在於所述懸浮液在加入2-氨基乙醇之前具有700-2000 μ S/cm且優選800-1300 μ S/cm 的電導率。
5.前述權利要求中任一項的用途， 其特徵在於，在加入所述2-氨基乙醇之後，所述懸浮液的電導率改變維持在在加入2-氨基乙醇之前所述懸浮液的電導率值的70 μ S/cm/pH單位內、優選50 μ S/cm/pH單位內。
6.前述權利要求中任一項的用途， 其特徵在於，在加入所述2-氨基乙醇之後，所述懸浮液的電導率改變，以μ S/cm/pH為單位，維持在在加入2-氨基乙醇之前所述懸浮液的電導率值的10%內、優選6%內且更優選3%內的值。
7.前述權利要求中任一項的用途， 其特徵在於，在加入所述2-氨基乙醇之前，所述懸浮液具有在9至10. 3之間的pH。
8.前述權利要求中任一項的用途， 其特徵在於，所述2-氨基乙醇以使得所述懸浮液的pH增加至少O. 4個pH單位的量加到所述懸浮液中。
9.權利要求1-6的用途， 其特徵在於，在所述懸浮液的PH在加入2-氨基乙醇之前在8. 5至9之間的情況下，所述2-氨基乙醇以使所述懸浮液的pH增加至少I. O個pH單位的量加到所述懸浮液中，且在所述懸浮液的PH在加入2-氨基乙醇之前在9至10之間的情況下，所述2-氨基乙醇以使所述懸浮液的PH增加至少O. 7個pH單位的量加到所述懸浮液中。
10.前述權利要求中任一項的用途， 其特徵在於，在加入2-氨基乙醇之前，所述懸浮液具有在5°C至100°C之間、優選在35°C至85 °C之間且更優選在45°C至75 °C之間的溫度。
11.前述權利要求中任一項的用途， 其特徵在於所述含碳酸鈣材料包含相對於所述含碳酸鈣材料的總重量來講至少50重量％、優選至少80重量％且更優選至少98重量％的碳酸隹丐。
12.前述權利要求中任一項的用途， 其特徵在於所述含碳酸鈣材料的碳酸鈣為沉澱的碳酸鈣(PCC)、天然研磨的碳酸鈣(NGCC)、表面反應的碳酸鈣(SRCC)或其混合物。
13.前述權利要求中任一項的用途， 其特徵在於所述懸浮液包含基於所述懸浮液的總體積計算45-60體積％且優選48-58體積％且最優選49-57體積％的所述含碳酸韓材料。
14.前述權利要求中任一項的用途， 其特徵在於所述2-氨基乙醇在研磨所述含碳酸鈣材料的步驟之前、期間或之後且優選在研磨所述含碳酸鈣材料的步驟之後加入。
15.前述權利要求中任一項的用途， 其特徵在於所述2-氨基乙醇在形成含碳酸鈣材料的所述懸浮液之前加到乾燥形式的所述含碳酸鈣材料中。
16.前述權利要求中任一項的用途， 其特徵在於，在向所述懸浮液中加入所述2-氨基乙醇之後，將所述懸浮液引入裝備有基於電導率的調節裝置的設備中。
17.權利要求16的用途， 其特徵在於，在向所述懸浮液中加入所述2-氨基乙醇之後，將所述懸浮液引入容器或設備中達到通過測量懸浮液電導率確定的液位。
18.權利要求16的用途， 其特徵在於，在向所述懸浮液中加入所述2-氨基乙醇之後，使所述懸浮液穿過具有作為所述懸浮液的電導率的函數而調節的懸浮液通過能力的通路。
19.使含有基於水性懸浮液的總體積計算25-62體積％的至少一種含碳酸鈣材料且具有在8. 5至11之間的範圍內的pH的水性懸浮液的pH增加的方法， 其特徵在於所述方法包括向所述懸浮液中加入一定量的2-氨基乙醇的步驟以使得所述懸浮液的pH增加至少O. 3個pH單位且同時所述懸浮液的電導率改變不超過ΙΟΟμ S/cm/pH單位、優選不超過50 μ S/cm/pH單位且非常優選不超過20 μ S/cm/pH。
20.權利要求19的方法， 其中通過所述方法獲得的懸浮液用於油漆和/或紙張應用中。
全文摘要
本發明涉及2-氨基乙醇在含有25-62體積%的至少一種含碳酸鈣材料的水性懸浮液中作為添加劑的用途，其中所述用途對於所述懸浮液的電導率提供改善的穩定性。
文檔編號C09C1/02GK102939344SQ201180028060
公開日2013年2月20日 申請日期2011年5月31日 優先權日2010年6月7日
發明者M·布裡, S·瑞恩特什, P·A·C·甘恩 申請人:Omya發展股份公司