碳酸鈣漿液的製作方法

2023-04-28 03:02:21 3

碳酸鈣漿液的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種製備碳酸鈣漿液的方法，該方法包括以下步驟：(a)形成包含水、酸性分散劑體系和碳酸鈣的混合物，(b)研磨所述混合物，形成所述碳酸鈣顆粒的初步漿液，其中基於所述初步漿液中所述碳酸鈣的總重量，所述初步漿液中50重量％或更多的所述碳酸鈣為直徑等於或小於2微米的顆粒形式，所述初步漿液pH為等於或小於9.0，和(c)步驟(b)之後，加入一種或多種有機中和劑，使所述初步漿液的pH達到9.4或更高。
【專利說明】碳酸鈣漿液
[0001]通常希望提供碳酸鈣顆粒的水性漿液。希望這種漿液具有較高的PH，使得該漿液與其它材料相容。例如，當希望在涉及造紙或塗覆紙的某些製劑中使用該漿液時，該漿液的PH應該等於或高於9.4。還希望這種漿液具有細小顆粒。還希望該漿液不含宏觀尺寸的團塊。另一個理想的特徵是漿液的粘度較低，漿液的粘度隨儲存時間推移的變化較小。
[0002]US7, 615，587描述了使用丙烯酸和/或甲基丙烯酸與一種或多種丙烯酸類乙烯基或烯丙基單體的水溶性均聚物和/或共聚物作為在水性懸浮液中研磨礦物顆粒的助劑。
[0003]碳酸鈣顆粒的水性漿液的生產常通過以下方式進行:得到具有較大粒度的碳酸鈣顆粒的集合；形成該碳酸鈣顆粒集合、水和分散劑的混合物。然後，研磨該混合物，直到粒度減小到所需的程度。
[0004]已經發現，用鹼性分散劑研磨碳酸鈣顆粒通常得到具有不希望有的大粒度的漿液。還發現，可使用酸性分散劑得到粒度較小的漿液，但是，所得漿液被發現PH不利地低於
9.0。還發現，可以用酸性分散劑製備漿液，加入常規鹼性中和劑來提高pH，但是，得到的製劑具有宏觀尺寸的團塊。本發明的目的是提供一種製備碳酸鈣水性漿液的方法，所述漿液具有小顆粒，無宏觀尺寸的團塊，具有低粘度和在儲存過程中穩定的粘度。
[0005]以下是本發明的內 容。
[0006]本發明的第一方面是一種製備碳酸鈣漿液的方法，該方法包括以下步驟:(a)形成包含水、酸性分散劑體系和碳酸鈣的混合物，(b)研磨所述混合物，形成所述碳酸鈣顆粒的初步眾液，其中基於所述初步眾液中所述碳酸鈣的總重量，所述初步眾液中50重量％或更多的所述碳酸鈣為直徑等於或小於2微米的顆粒形式，所述初步漿液pH為等於或小於
9.0，和(c)步驟(b)之後，加入一種或多種有機中和劑，使所述初步漿液的pH達到9.4或更高。
[0007]本發明的第二方面是通過本發明第一方面所述的方法製備的碳酸鈣水性漿液。
[0008]以下是本發明的詳細說明。
[0009]在本文中，除非上下文明確有不同的說明，以下術語具有所限定的含義。
[0010]漿液是分布在整個連續液體介質中的固體顆粒的集合。如果基於連續介質的重量，一種液體介質含有75重量％或更多的水，則該液體介質是水性的。
[0011]分散劑是輔助無機顆粒在水性介質中形成漿液和/或穩定該漿液的化合物。分散劑體系是單獨一種分散劑，或者是多種分散劑的混合物。如果符合以下測試，則分散劑體系是酸性分散劑體系。基於溶液的總重量，以在水中40重量％的濃度製得分散劑體系的溶液。在本文中，該溶液的pH即為分散劑體系的pH。酸性分散劑體系的pH小於7.0。在本文中，如果兩種或更多種分散劑的混合物的40重量％水溶液的pH小於7.0，則認為該混合物是酸性分散劑體系，而不管其中一種分散劑本身的40重量％水溶液的pH值是多少。
[0012]研磨是一種處理，其中向固體顆粒施加機械應力，以減小它們的粒度。
[0013]固體顆粒的粒度用其直徑表徵。如果顆粒不是球形的，則其直徑被認為是與顆粒體積相同的球的直徑。固體顆粒的集合可以用這些固體顆粒的直徑分布表徵，例如，使用一種或多種參數DX表徵，其中X是0-100的數值。DX是選擇的長度，使得集合中固體顆粒的總體積的x%為直徑小於DX的顆粒形式。例如，如果顆粒的集合具有D80 = 10微米，則表示顆粒集合的80體積％是直徑小於10微米的顆粒形式。
[0014]有機化合物是含碳的化合物，排除通常不認為是有機化合物的化合物，例如二元化合物(例如碳的氧化物、碳化物和二硫化碳)，三元化合物(例如金屬氰化物，金屬羰基化物，光氣和硫化羰),碳酸鹽和碳酸氫鹽。
[0015]聚合物是由較小化學重複單元的反應產物形成的較大分子。聚合物分子量可以通過標準方法測量，例如採用尺寸排阻色譜法(SEC，也稱為凝膠滲透色譜法或GPC)。聚合物的重均分子量(Mw)等於或大於1，000。〃聚合物〃可以是線型、支化、星形或它們的組合。能互相反應形成聚合物的重複單元的分子在本文中被稱為「單體」。在本文中，留在聚合物中的單體殘基稱為該單體的「聚合單元」。有機聚合物是由作為有機化合物的單體的聚合單元構成的聚合物。
[0016]在本文中，如果一種化合物在100克25°C水中的溶解量等於或大於5克，則認為該化合物是水溶性的。
[0017]除非另有說明，否則文中所述的方法和測試都假設在室溫(約22°C )進行。
[0018]本發明的方法涉及使用酸性分散劑體系。適用於分散劑體系的分散劑包括例如鹼性多/聚磷酸鹽和陰離子聚合物。優選的是陰離子聚合物。陰離子聚合物是具有側接羧基或磺酸基的有機聚合物。優選的是羧基。預選的陰離子聚合物具有一種或多種丙烯酸、甲基丙烯酸或馬來酸酐(在文中認為相當於馬來酸)的聚合物單元。陰離子聚合物的重均分子量優選為等於或大於1，500，更優選為等於或大於2，500。陰離子聚合物的重均分子量優選為等於或小於15，000，更優選為等於或小於6，000，更優選為等於或小於4，500。陰離子聚合物可以完全被中和或部分被中和。在本文中，完全中和是指超過95摩爾％的側接羧基和磺酸基為陰離子狀態。部分中和是指1-95摩爾％的側接羧基和磺酸基為陰離子狀態。較佳地，酸性分散劑體系含有一種或多種部分中和的陰離子聚合物。更佳地，酸性分散劑體系含有一種或多種部分中和的陰離子聚合物與一種或多種完全中和的陰離子聚合物的混合物。
[0019]酸性分散劑體系的pH優選等於或小於6.5，更優選等於或小於6.0，更優選等於或小於5.5。
[0020]本發明的方法涉及研磨固體碳酸鈣。任何尺寸的固體碳酸鈣可用作原料。較佳地，用於研磨過程的原料是D50大於2微米、更優選等於或大於4微米的碳酸鈣顆粒的集合。較佳地，對D50等於或小於20微米、更優選等於或小於15微米、更優選等於或小於10微米的碳酸鈣顆粒的集合進行研磨。
[0021]較佳地，本發明的方法包括形成碳酸鈣原料、水和分散劑的起始混合物。以起始混合物的重量為基準計，起始混合物中碳酸鈣的量優選為等於或大於60重量％，更優選等於或大於70重量％。以起始混合物的重量為基準計,起始混合物中碳酸鈣的量優選為等於或小於85重量％，更優選等於或小於80重量％。較佳地，基於固體碳酸鈣的重量，所述起始混合物中分散劑的量(固體分散劑重量)等於或大於0.05重量％，更優選等於或大於I重量％，更優選等於或大於1.5重量％。較佳地，基於固體碳酸鈣的重量，所述起始混合物中分散劑的量(固體分散劑重量)等於或小於2重量％，更優選等於或小於I重量％，更優選等於或小於I重量％。
[0022] 較佳地，形成起始混合物中使用的分散劑不是酸性體系。較佳地，形成起始混合物中使用的分散劑含有一種或多種完全中和的陰離子聚合物。
[0023]本發明的方法涉及研磨。可使用任何設備進行研磨。一些合適的設備包括例如轉子-定子分散器、高剪切研磨器(迫使混合物通過窄隙)、介質研磨器、多輥研磨器、雙槳葉混合器、捏和機和螺杆混合器。
[0024]將起始混合物放入研磨設備中，開始研磨過程。較佳地，在研磨過程中向混合物中一次或多次加入額外的分散劑。額外的分散劑可與起始混合物中已經存在的分散劑相同或不同。如果在研磨過程中不止一次加入分散劑，每次加入的分散劑可與研磨過程中另外每一次加入的分散劑相同或不同。
[0025]較佳地，在研磨過程開始後且在研磨過程結束前，加入一些完全中和的陰離子聚合物分散劑。較佳地，在研磨過程開始後且在研磨過程結束前，加入一些部分中和的陰離子聚合物分散劑。較佳地，在研磨過程開始後，加入一些完全中和的陰離子聚合物分散劑，然後再加入一些部分中和的陰離子聚合物分散劑。
[0026]評價所用分散劑體系的pH是有用的。分散劑體系的pH優選等於或小於6.5，更優選等於或小於6.0，更優選等於或小於6.0，更優選等於或小於5.5。分散劑體系的pH優選等於或大於3，更優選等於或大於4。
[0027]較佳地，基於碳酸鈣的乾重，本發明漿液中所有分散劑的量(分散劑乾重)等於或大於0.2重量％，更優選等於或大於0.4重量％，更優選等於或大於6重量％。較佳地，基於碳酸鈣的乾重，本發明漿液中所有分散劑的量(分散劑乾重)等於或小於2重量％，更優選等於或小於I重量％。
[0028]研磨有時會導致被研磨的混合物變熱。較佳地，研磨在室溫開始，如果溫度達到95°C或更高，則採取冷卻技術。較佳地，在整個研磨過程中，溫度保持在等於或低於95°C。
[0029]當研磨過程完成時，加入起始混合物中以及在研磨過程中加入混合物中的所有分散劑都要考慮。如果相同的分散劑以相同的量相互混合，則結果將是酸性分散劑體系。例如，在一些實施方式中，第一分散劑的水溶液以不同於40重量％的濃度得到，第二分散劑的水溶液以不同於40重量％的濃度得到，第一分散劑的溶液加入到漿液中，然後第二分散劑的溶液加入到漿液中。在這些實施方式中，第一分散劑的固體重量與第二分散劑的固體重量的比值稱為D1:D2。在這些實施方式中，通過製備總分散劑含量為40重量％且第一分散劑與第二分散劑固體重量比為D1:D2的標準水溶液，表徵分散劑組合的特徵是有用的。標準溶液的PH小於7.0。
[0030]當研磨過程結束時，所得材料在本文中稱為初步漿液。較佳地，初步漿液中碳酸鈣顆粒的D75等於或小於2微米，更優選初步漿液中碳酸鈣顆粒的D85等於或小於2微米。優選初步漿液的PH等於或低於9.0。初步漿液的pH優選等於或大於6.5，更優選等於或大於
7.5。
[0031]在研磨過程結束後，優選評估初步漿液，以確定在研磨過程中是否存在水損失，並補充任何在乾燥過程中損失的水。
[0032]然後，通過向初步漿液中加入一種或多種有機中和劑來形成最終的漿液。中和劑是在加入初步漿液時將提高初步漿液的pH的化合物。 [0033]優選中和劑具有的共軛酸的pKa等於或高於7.5，更優選等於或高於8.0，更優選等於或高於8.5，更優選等於或高於9.0。優選的中和劑的共軛酸的pKa等於或小於13。[0034]優選的中和劑能溶於水中。更佳地，中和劑在25°C水中的溶解量等於或大於10克，更優選等於或大於25克，更優選等於或大於50克。
[0035] 優選的中和劑在一個大氣壓下的沸點等於或高於100°C，更優選等於或高於125°C，更優選等於或高於150°C。優選的中和劑在一個大氣壓下的沸點等於或低於400°C。
[0036]優選的有機中和劑是伯胺、仲胺或叔胺有機化合物。優選的有機胺化合物是2-氨基-2-甲基-1-丙醇，2-氨基-1-丁醇，2-氨基-1-甲基-1,3-丙二醇，2-氨基-2-甲基-1，3-丙二醇，2- 二甲基氨基-2-甲基-1-丙醇，三(羥甲基)氨基甲烷，二甲基氨基乙醇，二乙基氨基乙醇，嗎啉，三乙醇胺，三乙胺，單乙醇胺，環己胺和它們的混合物。更優選的是2-氨基-2-甲基-1-丙醇，嗎啉，三乙醇胺，單乙醇胺，環己胺和它們的混合物。更優選的是2-氨基-2-甲基-1-丙醇。
[0037]較佳地，不使用無機中和劑，或者如果使用任何無機中和劑，則無機中和劑與有機中和劑的重量比為0:1-0.01:1。無機中和劑包括例如選自下組的中和劑:氨、金屬氫氧化物、金屬碳酸鹽和金屬碳酸氫鹽。
[0038]在向初步漿液中加入有機中和劑後，pH等於或大於9.0，優選等於或大於9.4，更優選等於或大於9.5。
[0039]較佳地，在最終漿液中只有少量「其它」物質(即，除了水、碳酸鈣、分散劑和有機中和劑外)。較佳地，以最終漿液的重量為基準計，這種「其它」物質的量等於或小於10重量％ ;更優選等於或小於5重量％ ;更優選等於或小於2重量％ ;更優選等於或小於I重量％。
[0040]較佳地，最終漿液具有與初步漿液相同的碳酸鈣粒度分布。較佳地，最終漿液不具有肉眼可見的材料團塊。
[0041]可測量最終漿液的粘度。優選的測量方法在室溫下利用布氏粘度計(Brookfieldviscometer)進行,布氏粘度計的型號為RV,心軸號4,對速度進行選擇，以提供扭矩儀全刻度10% -90%的扭矩讀數。粘度單位為毫帕*秒(mPa*s)。較佳地，對於基於漿液重量75重量％ CaC03濃度的漿液，粘度等於或高於150mPa*s。較佳地，對於基於漿液重量75重量％CaCO3濃度的眾液，粘度等於或低於800mPa*s,更優選等於或低於600mPa*s,更優選等於或低於500mPa*s,更優選等於或低於450mPa*s。
[0042]以下是本發明的實施例。
[0043]在以下實施例中，使用以下縮寫:
[0044]
【權利要求】
1.一種製備碳酸鈣漿液的方法，該方法包括以下步驟: (a)形成包含水、酸性分散劑體系和碳酸鈣的混合物， (b)研磨所述混合物，形成所述碳酸鈣顆粒的初步漿液，其中基於所述初步漿液中所述碳酸鈣的總重量，所述初步漿液中50重量％或更多的所述碳酸鈣為直徑等於或小於2微米的顆粒形式，所述初步漿液PH為等於或小於9.0，和 (c)步驟(b)之後，加入一種或多種有機中和劑，使所述初步漿液的pH達到9.4或更聞。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述酸性分散劑體系的pH等於或小於6.5。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述有機中和劑是有機胺化合物。
4.如權利 要求1所述的方法，其特徵在於，所述有機中和劑在一個大氣壓下的沸點等於或高於ioo°c。
5.一種通過如權利要求1所述的方法製備的碳酸鈣漿液。
【文檔編號】C09C1/02GK103975025SQ201280060227
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2012年12月10日 優先權日:2011年12月22日
【發明者】A·迪富爾 申請人:羅門哈斯公司