СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА МАТЕРИАЛОВ ИЗ КАРБОНАТА КАЛЬЦИЯ С УЛУЧШЕННЫМИ АДСОРБЦИОННЫМИ СВОЙСТВАМИ ПОВЕРХНОСТИ ЧАСТИЦ Российский патент 2013 года по МПК C09C1/02 C01F11/18 C09C3/06 C09C3/08 C09D1/00 C08K3/26 D21H17/69 

Настоящее изобретение относится к технической области суспензий, содержащих карбонаты материалов или высушенных минеральных материалов и их применению в производстве бумаги, красок и пластмасс, в частности их применению в бумажной промышленности, включая изготовление или производство и/или покрытие бумажных листов.

В способе производства листов бумаги, картона или аналогичного продукта специалисты в данной области все больше стремятся к частичной замене дорогостоящего целлюлозного волокна более дешевым минеральным материалом в целях уменьшения себестоимости бумаги с одновременным улучшением ее свойств.

Данный содержащий карбонат кальция материал, который хорошо известен специалистам в данной области, представляет собой, например, природный (тонкодисперсный) карбонат кальция (GCC), в том числе мрамор, кальцит, известняк, и/или мел, и/или синтетический (осажденный) карбонат кальция (PCC), включая скаленоэдрическую, и/или ромбоэдрическую, и/или кальцитную, и/или ватеритную кристаллические формы, и разнообразные аналогичные наполнители, содержащие карбонаты кальция, в том числе доломитные или смешанные наполнители на основе карбоната, содержащие различные металлы, например, в частности, связанный с магнием и его аналогами кальций, различные материалы, включая тальк или его аналоги, и смеси данных наполнителей, в том числе, например, смеси талька и карбоната кальция или каолина и карбоната кальция смеси, или смеси природного карбоната кальция с гидроксидом алюминия, слюдой или с синтетическими или натуральными волокнами или совместные структуры минералов, в том числе совместные структуры талька и карбоната кальция или талька и диоксида титана.

Уже давно стало вполне обычным в процессе мокрого помола использование водорастворимых полимеров на основе частично или полностью нейтрализованной полиакриловой кислоты или ее производных (EP 0046573, EP 0100947, EP 0100948, EP 0129329, EP 0261039, EP 0516656, EP 0542643, EP 0542644) в качестве диспергаторов для получения водных минеральных суспензий, но данные диспергаторы не позволяют выполнить требуемые вышеуказанные критерии чистоты и вязкости или не позволяют обеспечить требуемую устойчивость pH водных минеральных суспензий с течением времени, или не обладают достаточной способностью рассеяния видимого света, которое требует конечный потребитель применяемой бумаги.

Специалистам известно решение другого типа, описанное в патентных заявках WO 02/49766, EP 0850685, WO 2008/010055, WO 2007/072168, о получении водных суспензий очищенных минеральных материалов, обеспечивающее высокую концентрацию сухого вещества и низкую вязкость по Брукфильду, которая сохраняет устойчивость с течением времени. Известное решение такого типа предусматривает использование определенных диспергаторов, например, сополимеров акриловой кислоты с малеиновой кислотой, или определенную скорость нейтрализации, или использование неорганического соединения фтора для введения в водную суспензию минеральных частиц, которая образуется на стадии механического и/или термического концентрирования после стадии мокрого помола, при низком содержании твердой фазы без использования диспергатора или диспергирующего вещества.

Кроме того, специалистам в данной области известен патент США 3006779, который описывает совершенно иное решение на основании неорганического диспергатора, состоящего из гомогенной смеси натрий-фосфатного стекла, оксида цинка и соли или гидроксида калия или лития.

Аналогично, в патентной заявке WO 2006/081501 предлагается применение неорганического диспергатора, например, силиката лития.

Наконец, диссертация, озаглавленная «Влияние адсорбции полиэлектролита на реологию концентрированной дисперсии кальцита» (Robert Petzenhauser, 1993 г.), в которой изучено влияние различных полиакрилатов на суспензию кальцита, подтверждает существование трудностей в отношении устойчивости вязкости получаемых суспензий со всеми изученными полиакрилатами, включая полиакрилаты лития.

Тем не менее, ни одно из известных решений не позволяет специалистам решить задачу получения содержащего карбонат кальция материала в сухом виде или в виде суспензии, имеющей высокую возможную концентрацию сухого вещества и одновременно низкую вязкость по Брукфильду, которая сохраняет устойчивость с течением времени, и хорошую буферную способность по отношению к pH, а также не позволяет работать с уменьшенным содержанием диспергатора или диспергирующего вещества и/или повышенным содержанием твердой фазы, в то время как содержащие карбонат кальция материалы имеют улучшенные адсорбционные свойства поверхности частиц диспергаторов.

Таким образом, одной из целей настоящего изобретения является предложение способа производства содержащих карбонат кальция материалов, имеющих улучшенные адсорбционные свойства поверхности частиц диспергаторов для высокоустойчивых суспензий.

Кроме того, весьма желательно, не использовать в данном способе соединения, которые могли бы реагировать неконтролируемым образом в среде их применения.

Например, существуют ионные соединения, которые легко образуют нерастворимые в воде соли, гидроксиды или оксиды или комплексы с добавляемыми соединениями в определенных интервалах значений pH.

Следовательно, следующей целью настоящего изобретения является предложение способа с использованием соединений, которые не вступают в какие-либо нежелательные побочные реакции в среде минеральных материалов, особенно в содержащей их водной среде, т.е. соединений в виде солей, которые не вступают в какие-либо побочные реакции, а остаются неизменными в отношении своего ионного состава, будь то форма соли или диссоциированная форма.

Столкнувшись с вышеупомянутыми проблемами получения водных минеральных суспензий содержащих карбонат кальция материалов с требуемыми свойствами и необходимостью минимизации расхода диспергатора и/или диспергирующего вещества без ухудшения свойств конечных продуктов, например, оптических свойств бумаги, заявитель неожиданно обнаружил, что определенные содержащие ионы лития соединения действуют как модификаторы свойств поверхности частиц карбоната кальция, позволяя получать водные минеральные суспензии содержащих карбонат кальция материалов, имеющих устойчивые с течением времени значения рН и способных содержать высокие концентрации сухих твердых веществ при низкой и устойчивой вязкости по Брукфильду.

Не связанный какой-либо теорией, заявитель считает, что применение определенных содержащих ионы лития соединений модифицирует поверхность частиц содержащего карбонат кальция материала и, следовательно, модифицирует адсорбционные свойства поверхности частиц карбонат кальция, независимо от природы содержащего карбонат кальция материала.

Тем не менее, хотя присутствие данных соединений лития модифицирует адсорбционные свойства карбоната кальция, при таком низком содержании лития введение этого элемента, в частности, перечисленных ниже соединений лития, как правило, не оказывает никакого заметного воздействия на форму кристаллов пигмента на фотографиях, полученных методом сканирующей электронной микроскопии (SEM), и/или на удельную поверхность или порошковую дифрактограмму пигмента.

Таким образом, указанная выше цель достигается способом производства содержащих карбонат кальция материалов, поверхность частиц которых имеет улучшенные свойства адсорбции диспергатора, который состоит из стадий:

а) получение, по меньшей мере, одного содержащего карбонат кальция материала в виде водной суспензии или в сухом виде,

b) получение, по меньшей мере, одного содержащего ионы лития соединения, выбранного из группы, в которую входят гидроксид лития или оксид лития или неорганические и/или органические мономерные соли лития, выбранные из группы, в которую входят соли одно- или многоосновных кислот, например, карбонат лития, сульфаты лития, цитрат лития, гидрокарбонат лития, ацетат лития, хлорид лития, фосфат лития, в сухом виде или в водном растворе, и их смеси,

c) сочетание, по меньшей мере, одного содержащего ионы лития соединения по стадии b) и, по меньшей мере, одного содержащего карбонат кальция материала по стадии a).

Соли лития и двух- или трехосновных мономерных кислот могут представлять собой также смешанные соли, например, (Na,Li)₃PO₄, в том числе олимпит или налипоит.

Полученные содержащие карбонат кальция материалы могут быть в сухом виде или в виде суспензии. Их можно сушить или повторно суспендировать после сушки, как описано в каком-либо из следующих предпочтительных вариантов осуществления.

Предлагается использовать в настоящем изобретении, по меньшей мере, один содержащий карбонат кальция материал предпочтительно в виде синтетического карбоната кальция (PCC), получаемого из, по меньшей мере, одного источника ионов кальция и, по меньшей мере, одного источника карбоната, гидрокарбоната и/или CO₂, или в виде природного содержащего карбонат минерального материала (GCC).

Особенно пригодный содержащий карбонат кальция материал выбирают из группы, в которую входят природный карбонат кальция (GCC), например мрамор, кальцит, известняк и/или мел; осажденный карбонат кальция (PCC), например ватерит и/или кальцит; и содержащие карбонат кальция минералы, например доломит или смешанные наполнители на основе карбоната, например содержащие связанный с магнием кальций и их аналоги и производные, различные материалы, в том числе, например, глина или тальк или их аналоги или производные, и их смеси, в том числе, например, смеси талька и карбоната кальция или каолина и карбоната кальция, или смеси природного карбоната кальция и гидроксида алюминия, слюды или синтетических или натуральных волокон или совместные структуры минералов, например, совместные структуры талька и карбоната кальция или талька и диоксида титана.

Наиболее предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, один содержащий карбонат кальция материал представлял собой природный карбонат кальция (GCC), или осажденный карбонат кальция (PCC), или смесь GCC и PCC, или смесь GCC и PCC и глины, или смесь GCC и PCC и талька, и наиболее предпочтительно, чтобы GCC представлял собой мрамор, мел, кальцит или известняк, или PCC представлял собой кальцитный PCC, например, ромбоэдрический PCC или скаленоэдрический PCC.

Вышеуказанный способ можно улучшить рядом дополнительных стадий:

Так, например, данный способ производства можно оптимизировать путем измельчения или диспергирования при пониженном содержании диспергатора и/или увеличенном содержании твердой фазы и путем производства водной суспензии частиц содержащего карбонат кальция материала с добавлением выбранного содержащего ионы лития соединения как модификатора адсорбционных свойств поверхности частиц карбоната кальция.

Особенно предпочтительный вариант осуществления включает стадию помола, в которой измельчают, по меньшей мере, один содержащий карбонат кальция материал, возможно, в присутствии диспергаторов и/или диспергирующих веществ (стадия d).

Диспергаторы или диспергирующие вещества, используемые по настоящему изобретению, могут представлять собой любые традиционные органические диспергаторы, например, гомополимеры полиакрилата натрия и/или сополимеры и полималеинаты и т.д. Их предпочтительно использовать в ненейтрализованной или частично нейтрализованной форме. Предпочтительные диспергаторы включают, например, частично нейтрализованные, полностью нейтрализованные и, особенно, ненейтрализованные полиакриловые кислоты. «Ненейтрализованный» означает, что все карбоксильные группы присутствуют в виде свободной кислоты, в то время как «частично нейтрализованный» означает, что часть карбоксильных групп кислоты образует соли, и «полностью нейтрализованный» означает нейтрализацию всех карбоксильных групп кислоты. Нейтрализованные группы могут присутствовать в диссоциированной, частично диссоциированной или недиссоциированной форме.

Предпочтительно, чтобы на стадии d) присутствовало, по меньшей мере, одно содержащее ионы лития соединение.

Если GCC используют на стадии d), может быть предпочтительной стадия мокрого обогащения мокроизмельченного природного карбоната кальция перед стадией d), что позволит удалить примеси, в том числе силикатные примеси, например, пенной флотацией.

Кроме того, может быть целесообразно просеивание и/или концентрирование (стадия e) тонкодисперсного материала, полученного на стадии d).

«Просеивание» в контексте настоящего изобретения осуществляют в хорошо известных просеивающих устройствах, включая сита, осадительные центрифуги и т.д. «Просеивание» следует понимать как обогащение путем удаления грубых частиц размером более 45 мкм.

«Концентрирование» проводят, например, термическим или механическим способом, применяя центрифугу, фильтр-пресс, тубчатый пресс или их сочетание.

Если тонкодисперсный материал просеивают и/или концентрируют на стадии e), может быть предпочтительным диспергирование материала в водной среде после просеивания и/или концентрирования (стадия f), причем еще более предпочтительно, если диспергирование проводят в присутствии, по меньшей мере, одного содержащего ионы лития соединения, которое может отличаться или нет от используемого на стадии d).

Тонкодисперсный материал, полученный на любой из стадий d), e) или f), можно сушить, если содержащий карбонат кальция материал на стадии a) получен в виде водной суспензии (стадия g).

C другой стороны, если содержащий карбонат кальция материал на стадии a) получен в сухом виде, или если не выполняются стадии e), f) и g), полученный на стадии d) тонкодисперсный материал можно диспергировать в водной среде (стадия h).

В предпочтительном варианте осуществления водную суспензию, полученную на стадии h), можно измельчать (стадия i).

Кроме того, высушенный материал на стадии g) можно повторно диспергировать в водной среде (стадия j).

В наиболее предпочтительных вариантах осуществления стадию i) и/или стадию j) проводят в присутствии, по меньшей мере, одного содержащего ионы лития соединения.

Как правило, для добавления, по меньшей мере, одного содержащего ионы лития соединения существует несколько предпочтительных вариантов осуществления.

Например, можно добавлять, по меньшей мере, одно содержащее ионы лития соединение до, и/или во время, и/или после стадии a), если, по меньшей мере, одним содержащим карбонат кальция материалом является PCC.

Таким образом, соединение лития можно также добавлять до, во время или после осаждения синтетического карбоната кальция. Например, соединение лития можно добавлять до стадии насыщения углекислым газом.

C другой стороны, если, по меньшей мере, одним содержащим карбонат кальция материалом является GCC, предпочтительно добавлять, по меньшей мере, одно содержащее ионы лития соединение до, и/или во время, и/или после стадии помола d), если стадии e) и f) не выполняются.

Кроме того, можно, однако, добавлять, по меньшей мере, одно содержащее ионы лития соединение после стадии помола d) и до, и/или во время, и/или после стадии просеивания и/или концентрирования e), если выполняется только стадия e).

Кроме того, можно добавлять, по меньшей мере, одно содержащее ионы лития соединение до, и/или во время, и/или после стадии диспергирования f).

Если содержащий карбонат кальция материал получают в сухом виде на стадии a), за которой идут последовательно стадии d) и h), предпочтительно добавление содержащего ионы лития соединения однократно до, во время или после стадии d) или несколькими порциями, каждую из которых вводят до, во время или после стадии h).

Если проводят стадию диспергирования f), и если содержащее ионы лития соединение полностью частично добавляют до стадии f), содержащее ионы лития соединение предпочтительно добавлять до, и/или во время, и/или после стадии d).

Как указано выше, водные минеральные суспензии содержащих карбонат кальция материалов, полученные способом производства по настоящему изобретению, имеют хорошие буферные свойства по отношению к pH, т.е. обеспечивают устойчивость pH с течением времени, высокое содержание сухой твердой фазы и низкую вязкость по Брукфильду, устойчивую с течением времени.

«Высокое содержание сухой твердой фазы» по настоящему изобретению означает, что содержание твердой фазы в водной суспензии или взвеси содержащего карбонат кальция материала составляет предпочтительно 10-82 мас.%, предпочтительнее 50-81мас.% и наиболее предпочтительно 65-80 мас.%, например, 70-78% от полной массы суспензии или взвеси.

«Устойчивое с течением времени значение pH» в контексте настоящего изобретения означает, что минеральная суспензия будет сохранять значение pH в узком интервале, предпочтительно 8,5-10,5, предпочтительнее 9-10, например, 9,5 при хранении в течение предпочтительно, по меньшей мере, 6 суток, предпочтительнее, по меньшей мере, 7 суток, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 8 суток.

Таким образом, наиболее предпочтительно выполнять стадию d) способа по настоящему изобретению при pH выше 7, предпочтительно выше 7,5, предпочтительнее от 8,5 до 10,5 и наиболее предпочтительно от 9 до 10, например 9,5.

В данном отношении, специалист легко определит, какое значение pH будет пригодным для осуществления свойств, которых он желает достичь, зная, что на это влияет добавление основания, предпочтительно основания одно- или двухвалентного катиона, наиболее предпочтительно натрия или кальция, например, добавление щелочного биоцидного препарата или выделение гидроксида, в том числе Ca(OH)₂, во время измельчения материала, в том числе во время совместного измельчения осажденного карбоната кальция и природного карбоната кальция.

Во всей настоящей заявке значение pH измеряли при комнатной температуре (21±1°C) с точностью ±0,3 единицы pH.

Предпочтительно выбирают, по меньшей мере, одно содержащее ионы лития соединение из группы, в которую входят гидроксид лития или оксид лития или неорганические и/или органические мономерные соли лития, выбранные из группы, в которую входят соли одно- или многоосновных кислот, например, карбонат лития, сульфаты лития, цитрат лития, гидрокарбонат лития, ацетат лития, хлорид лития, фосфат лития в сухом виде или в водном растворе и их смеси.

Концентрация ионов лития по отношению к полной массе сухого карбоната кальция составляет предпочтительно 10-2000 частей на миллион (ч/млн), предпочтительнее 100-1000 ч/млн, наиболее предпочтительно 200-800 ч/млн.

В данном отношении, по меньшей мере, одно содержащее ионы лития соединение, которое можно добавлять до, во время и/или после стадии d), предпочтительно присутствует в количестве 0,0035-1 мас.%, предпочтительно 0,0035-0,5 мас.% и наиболее предпочтительно 0,02-0,2 мас.% по отношению к полной массе сухого карбоната кальция.

Указанные содержащие ионы лития соединения добавляют для получения водной суспензии материала с низкой вязкостью по Брукфильду, устойчивой с течением времени; это означает, что исходная вязкость по Брукфильду водной минеральной суспензии содержащего карбонат кальция материала после 1 часа производства составляет предпочтительно до 4000 мПа·с, предпочтительнее до 2000 мПа·с, наиболее предпочтительно до 500 мПа·с при измерении после одноминутного перемешивания на вискозиметре Брукфильда модели DV-III при комнатной температуре (21±1°C) и скорости вращения 100 об/мин (оборотов в минуту) с соответствующим шпинделем из набора шпинделей RV, и что вязкость по Брукфильду водной суспензии содержащего карбонат кальция материала после 8 суток хранения без перемешивания составляет до 4000 мПа·с, предпочтительно до 2000 мПа·с, более предпочтительно до 500 мПа·с при измерении после одноминутного перемешивания на вискозиметре Брукфильда модели DV-III при комнатной температуре (21±1°C) и скорости вращения 100 об/мин (оборотов в минуту) с соответствующим шпинделем из набора шпинделей RV. Наиболее предпочтительно, если после 8 суток хранения без перемешивания вязкость составляет до 1000 мПа·с, более предпочтительно до 500 мПа·с при измерении после одноминутного перемешивания на вискозиметре Брукфильда модели DV-III при комнатной температуре (21±1°C) и скорости вращения 100 об/мин с соответствующим шпинделем из набора шпинделей RV.

В предпочтительном варианте осуществления содержащий карбонат кальция материал содержит GCC и PCC, причем PCC присутствует в количестве 10-90 мас.%, предпочтительно 20-80 мас.% и наиболее предпочтительно 30-70 мас.% от полной массы PCC и GCC.

Если отсутствует стадия e), f) или g), все количество, по меньшей мере, одного содержащего ионы лития соединения предпочтительно используют до стадии помола d), часть, по меньшей мере, одного содержащего ионы лития соединения используют до стадии помола d), а остальное количество добавляют во время стадии d).

Кроме того, можно с успехом использовать сочетание различных содержащих ионы лития соединений. Когда используют диспергатор, используемое количество, по меньшей мере, одного содержащего ионы лития соединения составляет в сухой массе 0,01-5%, предпочтительно 0,05-2%, наиболее предпочтительно 0,1-1% по отношению к сухой массе содержащего карбонат кальция материала.

Стадию помола d) способа по настоящему изобретению проводят предпочтительно при температуре выше 5°C, предпочтительнее 20-120°C, например, 45-105°C, или, например, 85-100°C.

Кроме того, предпочтительно, чтобы концентрация твердой фазы, которую содержит материал в виде водной суспензии на стадии помола d), составляла 10-82% (от сухой массы содержащего карбонат кальция материала), предпочтительно 50-81%, наиболее предпочтительно 60-80% и особенно предпочтительно 65-72%.

В следующем предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения тонкодисперсный материал, полученный на стадии d), содержит фракцию частиц мельче 1 мкм более 20 мас.%, предпочтительно более 60 мас.%, предпочтительнее более 75 мас.% и наиболее предпочтительно более 85 мас.%, особенно более 95 мас.%, по отношению к полной массе тонкодисперсного материала, при измерении на седиментометре Sedigraph 5100™.

Значение d₅₀ (медианный диаметр частиц или медианный размер частиц) тонкодисперсного материала составляет предпочтительно около 0,2-5 мкм, предпочтительнее 0,2-1,5 мкм и наиболее предпочтительно 0,25-1 мкм, например, 0,45-0,7 мкм. Данное значение d₅₀ определяют при измерении на седиментометре Sedigraph 5100™.

На стадии помола d) содержащий карбонат кальция материал получают предпочтительно в виде водной суспензии, содержащей 1-82 мас.%, предпочтительно 15-81 мас.% и наиболее предпочтительно 40-80 мас.% сухого GCC и/или PCC, например, 63-72 мас.% сухого GCC или 47-72 мас.% сухого PCC. Указанную водную суспензию можно получать из дисперсии материала в виде осадка на фильтре.

Особенно предпочтительно проводить стадию d) при содержании твердой фазы 10-35 мас.% по отношению к полной массе суспензии в отсутствие каких-либо диспергаторов или диспергирующих веществ и при содержании твердой фазы 60-82 мас.% по отношению к полной массе суспензии в присутствии диспергаторов и/или диспергирующих веществ.

Конечное содержание твердой фазы в содержащей карбоната кальция суспензии составляет 45-82 мас.%.

Предпочтительно содержащие карбонат кальция материалы имеют высокое конечное содержание твердой фазы, которое составляет 45-75 мас.%, предпочтительнее 68-73 мас.%, если стадию помола d) проводят без какого-либо диспергатора или диспергирующего вещества, и 65-82 мас.%, предпочтительно 72-78 мас.%, если стадию помола d) проводят в присутствии диспергаторов или диспергирующих веществ.

Другой целью настоящего изобретения является получение содержащего карбонат кальция материала способом по настоящему изобретению.

Предпочтительно такие содержащие карбонат кальция материалы имеют не только указанные выше свойства, в том числе устойчивое с течением времени значение pH, высокое содержание сухой твердой фазы и низкую устойчивую вязкость по Брукфильду, но также имеют превосходные оптические свойства, например, высокую светорассеивающую способность в видимом диапазоне.

Мерой светорассеяния является коэффициент рассеяния S. Коэффициент S должен превышать 110 м²/кг для плотности покрытия 20 г/м², отражая способность покрытия рассеивать видимый свет. Его можно измерять, например, способом, описанным в патентной заявке WO 02/49766 (стр. 8-10). Соответственно, светорассеивающую способность выражает коэффициент светорассеяния Кубелки-Мунка (Kubelka-Munk), определяемый способом, который хорошо известен специалистам и описан в публикациях Кубелки и Мунка (Zeitschrift fur Technische Physik 12, 539 (1931)) и Кубелки (J. Optical Soc. Am. 38 (5), 448 (1948) и J. Optical Soc. Am. 44 (4), 330 (1954)).

Предпочтительно, чтобы содержащий карбонат кальция материал, полученный способом по настоящему изобретению, имел коэффициент рассеяния S от 120 м²/кг для плотности покрытия 20 г/м² и вязкость по Брукфильду до 1000 мПа·с, предпочтительно коэффициент рассеяния S от 140 м²/кг для плотности покрытия 20 г/м² и вязкость по Брукфильду до 500 мПа·с.

Концентрация ионов лития в таких содержащих карбонат кальция материалах по отношению к полной массе сухого карбоната кальция составляет предпочтительно 10-2000 ч/млн, предпочтительнее 100-1000 ч/млн, наиболее предпочтительно 200-800 ч/млн.

Наиболее предпочтительно, чтобы данный материал содержал, по меньшей мере, одно содержащее ионы лития соединение в количестве 0,0035-1 мас.%, предпочтительно 0,0035-0,5 мас.% и наиболее предпочтительно 0,02-0,2 мас.%, в частности 0,05%, по отношению к полной массе сухого карбоната кальция.

Кроме того, конечный содержащий карбонат кальция материал может содержать фракцию частиц мельче 1 мкм более 50 мас.%, предпочтительно более 80 мас.%, предпочтительнее более 85 мас.%, еще предпочтительнее более 90 мас.% и наиболее предпочтительно более 95 мас.% по отношению к полной массе тонкодисперсного материала.

В предпочтительном варианте осуществления конечный содержащий карбонат кальция материал имеет значение d₅₀ около 0,2-5 мкм, предпочтительно 0,2-1,5 мкм и наиболее предпочтительно 0,25-1 мкм, например, 0,45-0,7 мкм. Значение d₅₀ определяют при измерении на седиментометре Sedigraph 5100™.

Тонкодисперсный материал в сухом виде после стадии g) предпочтительно содержит карбонат кальция, выбранный из группы, в которую входят природный карбонат кальция (GCC), например мрамор, мел, известняк или кальцит, или осажденный карбонат кальция (PCC), например ватерит и/или кальцит, и содержащие карбонат кальция минералы, например доломит или смешанные наполнители на основе карбоната, содержащие, в том числе, в частности, связанный с магнием кальций и их аналоги или производные, различные материалы, например глину или тальк или их аналоги или производные, и смеси данных наполнителей, например смеси, содержащие тальк и карбонат кальция или каолин и карбонат кальция, или смеси природного карбоната кальция с гидроксидом алюминия, слюдой или синтетическими или натуральными волокнами, или совместные структуры минералов, например, совместные структуры талька и карбоната кальция или талька и диоксида титана.

Предпочтительно, чтобы материал представлял собой GCC или осажденный карбонат кальция (PCC) или смесь GCC и PCC, или смесь GCC и PCC и глины, или смесь GCC и PCC и талька.

Наиболее предпочтительно выбирать GCC из мрамора, мела, кальцита или известняка или выбирать PCC из кальцитных PCC, к которым относятся ромбоэдрический PCC и скаленоэдрический PCC.

Тонкодисперсный материал в сухом виде может также иметь значение d₅₀ около 0,2-5 мкм, предпочтительно 0,2-1,5 мкм и наиболее предпочтительно 0,25-1 мкм, например, 0,45-0,7 мкм.

Также предпочтительно, чтобы он мог содержать фракцию частиц мельче 1 мкм более 50 мас.%, предпочтительно более 80 мас.%, предпочтительнее более 85 мас.%, еще предпочтительнее более 90 мас.% и наиболее предпочтительно более 95 мас.% при измерении на седиментометре Sedigraph™ 5100.

Наконец, еще одной целью настоящего изобретения является использование водных минеральных суспензий содержащих карбонат кальция материалов и/или высушенного содержащего карбонат кальция материала по настоящему изобретению в любой области применения минерального материала, особенно в производстве бумаги, красок и пластмасс и в любой другой области применения указанных суспензий и/или порошков, в частности, при использовании суспензий в бумажной промышленности, например, для производства бумаги и/или покрытия бумаги и/или поверхностной обработки бумаги, или в качестве наполнителя в процессе производства бумажных, картонных или аналогичных листов. Высушенные порошки предпочтительно использовать в производстве пластмасс и/или красок, а также повторно суспендировать в воде для восстановления суспензии. Наполнитель можно использовать непосредственно как наполнитель в составе в процессе производства бумажных, картонных или аналогичных листов или косвенно в восстанавливаемой смеси отходов покрытия, если восстанавливаемые смеси отходов покрытия используют в процессе производства бумажных, картонных или аналогичных листов.

Особенно предпочтительно применение в производстве бумаги, красок и пластмасс.

Бумага, краски и пластмассы по настоящему изобретению отличаются тем, что они содержат указанные тонкодисперсные минеральные материалы по настоящему изобретению.

Наконец, еще одним аспектом настоящего изобретения является использование, по меньшей мере, одного содержащего ионы лития соединения в процессе производства содержащих карбонат кальция материалов, имеющих улучшенные адсорбционные свойства поверхности частиц по настоящему изобретению.

Приведенные ниже чертежи, примеры и опыты служат иллюстрациями настоящего изобретения и не должны ограничивать его каким-либо образом.

Описание чертежей:

Фиг. 1 представляет порошковую дифрактограмму материала прототипа по опыту 8a.

Фиг. 2 представляет порошковую дифрактограмму материала, полученного в опыте 8b по настоящему изобретению.

Примеры

Пример 1

Данный пример относится к получению материала, перерабатываемого по настоящему изобретению.

Все размеры частиц и медианные диаметры измеряли на седиментографе Sedigraph™ фирмы Micromeritics.

Значения вязкости по Брукфильду измеряли на модели DV-III вискозиметра Брукфильда при комнатной температуре (21±1°C) и перемешивании со скоростью вращения 100 об/мин (оборотов в минуту) с соответствующим шпинделем из набора шпинделей RV.

Все весовые молекулярные массы (Mw), численные молекулярные массы (Mn) и соответствующие значения полидисперсности и массовой доли до 1500 Дальтон (Да) различных полимеров измеряли в расчете на 100 мол.% натриевой соли при pH 8 методом водной гельпроникающей хроматографии (GPC) с калибровкой по ряду из пяти стандартных образцов полиакрилата натрия, которые поставляет фирма Polymer Standard Service, под регистрационными номерами PSS-PAA 18K, PSS-PAA 8K, PSS-PAA 5K, PSS-PAA 4K и PSS-PAA 3K.

Удельную площадь поверхности в м²/г измеряли методом Брунауэра, Эммета и Теллера (BET) по стандарту ISO 4652.

Рентгенофазовый анализ (РФА) модифицированных PCC и GCC проводили следующим способом.

Минералогические фазы, присутствующие в указанных выше образцах карбоната кальция, определяли рентгенофазовым анализом (РФА) на дифрактометре Bruker D8 Advance методом порошковой дифракции. В состав данного дифрактометра входят рентгеновская трубка мощностью 2,2 кВт, 9-позиционный держатель образца, гониометр θ-θ и детектор VANTEC-1. Во всех опытах использовали источник излучения Cu Kα с никелевым фильтром. Дифрактограммы записывали автоматически с шагом 2θ=0,01° и скоростью сканирования, составляющей 1 шаг в секунду, в интервале углов 2θ от 20 до 50°. Полученные порошковые дифрактограммы классифицировали с помощью файлов порошковых дифрактограмм (PDF) базы данных 2 Международного центра дифракционных данных (ICDD). Сравнение экспериментальных и эталонных (из ICDD) порошковых дифрактограмм приведено на фиг. 1 и кратко описано в таблице 1.

Таблица 1
Параметры решетки исследованных порошков карбоната кальция по сравнению с соответствующими данными эталона (ICDD) Описание образца a, Å c, Å ICCD #05-0586, синтетический кальцит 4,989 17,062 Опыт 8a, S-PCC, прототип 5,0014 17,0477 Опыт 8b, S-PCC, настоящее изобретение 5,0023 17,0451 ICCD #47-1743, природный кальцит 4,9896 17,0610 Опыт 7b, GCC, настоящее изобретение 4,9832 17,0338

Опыты 1a и 1b:

Данные опыты относятся к получению ромбоэдрического PCC с d₅₀=0,3 мкм.

Для этого 200 кг оксида кальция (Tagger Kalk, Golling A) добавляли к 1700 л нагретой до 40°C водопроводной воды в реакторе с мешалкой; содержимое реактора непрерывно перемешивали в течение 30 минут и затем пропускали полученную суспензию гидроксида кальция («известковое молоко»), содержащее 13,1 мас.% твердой фазы, через сито с размером отверстий 100 мкм.

Осаждение карбоната кальция проводили в 1800-литровом цилиндрическом реакторе из нержавеющей стали, оборудованном мешалкой и зондами для измерения pH и электропроводности суспензии.

В реактор для насыщения углекислым газом добавляли 1700 л суспензии гидроксида кальция, полученной на стадии гашения извести, и поддерживали температуру реакционной смеси на уровне желательной начальной температуры 16°C.

Газ, содержащий 20-30 об.% CO₂ в воздухе, затем барботировали снизу вверх через суспензию со скоростью 200 м³/ч при перемешивании суспензии со скоростью 200-300 об/мин. Избыточное давление потока газа составляло 150-200 мбар, что соответствовало гидростатическому давлению суспензии Ca(OH)₂ в реакторе.

В процессе насыщения углекислым газом температуру суспензии не контролировали, и она повышалась за счет выделения тепла в экзотермической реакции осаждения.

После достижения минимальной электропроводности насыщение углекислым газом продолжали еще 4 минуты и затем прекращали.

Содержащую 16,7 мас.% твердой фазы водную суспензию осажденного карбоната кальция, полученную на данной стадии насыщения углекислым газом, затем пропускали через сито с отверстиями размером 45 мкм и подавали на центрифугу для механического обезвоживания. Осадок на фильтре, полученный центрифугированием, повторно диспергировали в воде и приготовляли суспензию с концентрацией 47,2 мас.%. В процессе приготовления суспензии к смеси добавляли 1,0 мас.% (сухого вещества в расчете на сухой карбонат кальция) анионного диспергатора на основе полиакрилата натрия, имеющего Mw 12500 и полидисперсность 2,8.

Затем суспензию пропускали через вертикальную мельницу тонкого помола Dynomill™ объемом 1,4 л, содержащую в качестве среды гранулы ZrO диаметром 0,6-1,2 мм для деагломерации первоначально агрегированного осажденного карбоната кальция на отдельные частицы, чтобы получить средний размер частиц d₅₀ около 0,3 мкм (Micromeritics Sedigraph™ 5100) после помола.

Полученную суспензию отдельных частиц ультрадисперсного осажденного карбоната кальция затем дополнительно концентрировали в вакуумном испарителе для получения конечной суспензии, содержащей 66,7 мас.% твердой фазы.

Физические свойства конечного продукта приведены ниже в таблице 2a.

Таблица 2а Содержание твердой фазы в суспензии PCC (%) Вязкость суспензии PCC (мПа•с) (вискозиметр Брукфильда DV II, 100 об/мин, шпиндель 3) Полиморфная модификация PCC d₅₀ (мкм) Удельная площадь поверхности по BET (м²/г) 66,7 850 Ромбоэдрический кальцит (R-PCC) 0,27 16,5

Полученную минеральную суспензию затем подвергали распылительной сушке до содержания твердой фазы более 99,5 мас.% и назвали «минерал 1a» по прототипу.

По такой же методике, как описано выше, получали эквивалентный R-PCC, но в присутствии 2000 ч/млн по массе LiOH, добавленного до стадии насыщения углекислым газом гашеной извести.

Полученную суспензию отдельных частиц ультрадисперсного осажденного карбоната кальция затем дополнительно концентрировали в вакуумном испарителе для получения конечной суспензии, содержащей 67,7 мас.% твердой фазы.

Физические свойства конечного продукта приведены ниже в таблице 2b.

Таблица 2b Содержание твердой фазы в суспензии PCC (%) Вязкость суспензии PCC (мПа·с) (вискозиметр Брукфильда DV II, 100 об/мин, шпиндель 3) Полиморфная модификация PCC d₅₀ (мкм) Удельная площадь поверхности по BET (м²/г) 67,7 230 Ромбоэдрический кальцит (R-PCC) 0,29 15,8

Суспензию затем подвергали распылительной сушке до содержания твердой фазы более 99,5 мас.% и назвали «минерал 1b» по настоящему изобретению.

Опыт 2

Данный опыт относится к получению тонкодисперсного природного норвежского карбоната кальция, имеющего d₅₀=45 мкм.

Норвежский мрамор из области Молде с диаметром частиц 10-300 мм подвергали сухому самоизмельчению до уровня d₅₀ в пределах 42-48 мкм. Полученный минерал назвали «минерал 2».

Опыт 3

Данный опыт относится к получению тонкодисперсного природного норвежского карбоната кальция, имеющего d₅₀=0,8 мкм.

Минерал 2 подвергали мокрому помолу при содержании 20 мас.% твердой фазы с водопроводной водой в вертикальной мельнице тонкого помола Dynomill™ в режиме рециркуляции без введения добавок, например, диспергаторов и/или диспергирующих веществ, до тонкости, составляющей до 60 мас.% частиц, имеющих диаметр менее 1 мкм. После помола продукт имел медианный диаметр частиц d₅₀=0,8 мкм.

После помола суспензию концентрировали тубчатым прессом для получения порошка, содержащего 80-83 мас.% твердой фазы.

Полученный минерал назвали «минерал 3».

Опыты 4a и 4b

Данные опыты относятся к получению двух видов тонкодисперсного природного норвежского карбоната кальция, имеющего d₅₀=0,6 мкм.

Минерал 2 подвергали мокрому помолу при содержании 15-25 мас.% твердой фазы с водопроводной водой в вертикальной мельнице тонкого помола Dynomill™ в режиме рециркуляции без введения добавок, например, диспергаторов и/или диспергирующих веществ, до тонкости, составляющей до 75 мас.% частиц, имеющих диаметр менее 1 мкм. После помола продукт имел медианный диаметр частиц d₅₀=0,6 мкм.

Полученный таким образом минерал назвали «минерал 4a».

После помола суспензию концентрировали фильтр-прессом и получали осадок на фильтре, содержащий 69,5 мас.% твердой фазы.

Полученный таким образом минерал назвали «минерал 4b».

Опыт 5

Данный опыт относится к получению тонкодисперсного природного норвежского карбоната кальция, имеющего d₅₀=0,4 мкм.

Минерал 2 подвергали мокрому помолу при содержании 20 мас.% твердой фазы с водопроводной водой в вертикальной мельнице тонкого помола Dynomill™ в режиме рециркуляции без введения добавок, например, диспергаторов и/или диспергирующих веществ, до тонкости, составляющей до 75 мас.% частиц, имеющих диаметр менее 1 мкм. После помола продукт имел медианный диаметр частиц d₅₀=0,4 мкм.

После помола суспензию концентрировали тубчатым прессом и получали осадок на фильтре, содержащий 78-80 мас.% твердой фазы.

Полученный таким образом минерал назвали «минерал 5».

Опыт 6

Данный опыт относится к получению тонкодисперсного природного норвежского карбоната кальция, имеющего d₅₀=0,6 мкм.

Минерал 2 подвергали мокрому помолу при содержании 35 мас.% твердой фазы с водопроводной водой в вертикальной мельнице тонкого помола Dynomill™ в режиме рециркуляции с применением в качестве диспергатора 0,25 мас.% полиакриловой кислоты, имеющей Mw 6000 и полидисперсность 2,6, до тонкости, составляющей до 75 мас.% частиц, имеющих диаметр менее 1 мкм. После помола продукт имел медианный диаметр частиц d₅₀=0,6 мкм.

Полученный таким образом минерал назвали «минерал 6».

Опыты 7a и 7b

Данный опыт относится к получению тонкодисперсного природного итальянского карбоната кальция, имеющего d₅₀=1,5 мкм.

Вначале итальянский каррерский мрамор из Тосканы, имеющий диаметр частиц 10-300 мм, измельчали в щековой дробилке до диаметра 0,1-5 мм.

Затем для получения тонкодисперсного материала с медианным диаметром, равным 1,5 мкм, полученный мрамор загружали в шаровую мельницу Hosokawa™ S.O. 80/32 с применением 100 кг бочкообразных помольных железных гранул (цильпебс), имеющих медианный диаметр 0,25 мм.

Сухой помол проводили в непрерывном режиме.

Выходной поток из помольной камеры пропускали через отверстие 20×6 мм в классификатор Alpine Turboplex™ 100 ATP. Компрессор классификатора устанавливали на 300 м³/ч и выбирали соответствующие значения скорости вращения классификатора и потока воздуха для получения тонкодисперсного материала с диаметром частиц, не превышающих заданный уровень (далее именуется «полезный материал»); весь оставшийся тонкодисперсный материал с диаметром частиц, превышающих данное значение, возвращали как исходный материал для помола.

Помол выполняли таким образом, чтобы система всегда содержала 15 кг материала. Для этого исходный материал постоянно пополняли сырьем в количестве, соответствующем количеству полезного материала, выведенного из процесса, чтобы поддерживать количество материала в системе на уровне 15 кг.

Примечательно, что после пуска и до записи результатов, приведенных ниже, системе помола позволяли работать, пока наблюдали устойчивость количества получаемых полезных продуктов и значений производительности помола и энергии помола.

Опыт 7a соответствует введению сухого диспергатора в систему помола таким образом, чтобы поддерживать постоянство количества карбоната натрия.

Полученный таким образом минерал назвали «минерал 7a».

Опыт 7b соответствует введению сухого диспергатора в систему помола таким образом, чтобы поддерживать постоянство количества карбоната лития.

Полученный таким образом минерал назвали «минерал 7b».

Результаты приведены в следующей таблице 3.

Таблица 3 Опыт Тип добавки Количество добавки (ч/млн) Поток воздуха в классификатор (м³/ч) Скорость вращения классификатора (об/мин) Размер частиц продукта помола d₅₀ (мкм) Производи-тельность помола (кг/ч) 7a Na₂CO₃ 2500 150 10000 1,45 5,6 7b Li₂CO₃ 2500 150 10000 1,55 6,5

Опыты 8a и 8b

Данные опыты относятся к получению скаленоэдрического PCC, имеющего значение d₅₀=2,3 мкм.

Для этого 200 кг оксида кальция (Tagger Kalk, Golling A) добавляли к 1700 л нагретой до 40°C водопроводной воды в реакторе с мешалкой; содержимое реактора непрерывно перемешивали в течение 30 минут и затем пропускали полученную суспензию гидроксида кальция («известковое молоко»), содержащее 13,3 мас.% твердой фазы через сито с размером отверстий 100 мкм.

Осаждение карбоната кальция проводили в 1800-литровом цилиндрическом реакторе из нержавеющей стали, оборудованном мешалкой и зондами для измерения pH и электропроводности суспензии.

В реактор для насыщения углекислым газом добавляли 1700 л суспензии гидроксида кальция, полученной на стадии гашения извести, и поддерживали температуру реакционной смеси на уровне желательной начальной температуры 50°C.

Газ, содержащий 20-30 об.% CO₂ в воздухе, затем барботировали снизу вверх через суспензию со скоростью 200 м³/ч при перемешивании суспензии со скоростью 200-300 об/мин. Избыточное давление потока газа составляло 150-200 мбар, что соответствовало гидростатическому давлению суспензии Ca(OH)₂ в реакторе.

В процессе насыщения углекислым газом температуру суспензии не контролировали, и она повышалась за счет выделения тепла в экзотермической реакции осаждения.

После достижения минимальной электропроводности насыщение углекислым газом продолжали еще 4 минуты и затем прекращали.

Продукт, полученный на данной стадии насыщения углекислым газом, затем пропускали через сито с отверстиями размером 45 мкм и выделяли в виде водной суспензии осажденного карбоната кальция, содержащей 17,4 мас.% твердой фазы.

Физические свойства осажденного карбоната кальция, полученного после насыщения углекислым газом, приведены ниже в таблице 4a.

Таблица 4а Содержание твердой фазы в суспензии PCC (%) Вязкость суспензии PCC (мПа·с) (вискозиметр Брукфильда DV II, 100 об/мин, шпиндель 3) Полиморфная модификация PCC d₅₀ (мкм) Удельная площадь поверхности по BET (м²/г) 17,4 15 Скалено-эдрический кальцит (S-PCC) 2,3 6,3

Минеральную суспензию затем подвергали распылительной сушке до содержания твердой фазы более 99,5 мас.% и назвали «минерал 8a» по прототипу.

По такой же методике, как описано выше, получали эквивалентный S-PCC, но в присутствии 2000 ч/млн по массе LiOH, добавленного до стадии насыщения углекислым газом гашеной извести.

Суспензию затем подвергали распылительной сушке до содержания твердой фазы более 99,5 мас.% и назвали «минерал 8b» по настоящему изобретению.

Физические свойства осажденного карбоната кальция, полученного после насыщения углекислым газом, приведены ниже.

Таблица 4b Содержание твердой фазы в суспензии PCC (%) Вязкость суспензии PCC (мПа·с) (вискозиметр Брукфильда DV II, 100 об/мин, шпиндель 3) Полиморфная модификация PCC d₅₀ (мкм) Удельная площадь поверхности по BET (м²/г) 17,7 15 Скаленоэдри-ческий кальцит (S-PCC) 2,4 6,1

Как видно при сравнении таблицы 4a и таблицы 4b, присутствие LiOH во время осаждения не оказало влияния на измеренные физические свойства S-PCC.

Пример 2

Данный пример иллюстрирует применение содержащего ионы лития соединения как модификатора адсорбционных свойств, что позволяет получать водные суспензии карбоната кальция с высоким содержанием сухой твердой фазы с одновременной низкой вязкостью по Брукфильду, которая сохраняет устойчивость с течением времени, и хорошими буферными свойствами по отношению к pH.

В частности, данный пример иллюстрирует введение карбоната лития после мокрого помола в целях модификации адсорбции на поверхности частиц карбоната кальция и соответственного улучшения диспергирования мрамора мокрого помола с медианным диаметром d₅₀=0,6 мкм.

Коэффициент рассеяния S более 110 м²/кг для плотности покрытия 20 г/м², который отражает способность покрытия рассеивать видимый свет, измеряют способом, описанным в патентной заявке WO 02/49766 (стр. 8-10). Соответственно, светорассеивающую способность выражает коэффициент светорассеяния Кубелки-Мунка (Kubelka-Munk), определяемый способом, который хорошо известен специалистам и описан в публикациях Кубелки и Мунка (Zeitschrift fur Technische Physik 12, 539 (1931)) и Кубелки (J. Optical Soc. Am. 38 (5), 448 (1948) и J. Optical Soc. Am. 44 (4), 330 (1954)).

Опыт 9

Данный опыт иллюстрирует прототип.

Для его проведения 0,9% (от массы сухого минерала) обычной нейтральной калиевой соли (100 мол.%) полиакриловой кислоты (Mw=6000) добавляли в содержащую 35 мас.% твердой фазы суспензию минерала 6 перед концентрированием в лаборатории в разомкнутом цикле. Затем измеряли исходную вязкость по Брукфильду через один час после приготовления и после одноминутного перемешивания при комнатной температуре (21±1°C) со скоростью 100 об/мин с помощью вискозиметра Брукфильда типа DV-III, оборудованного шпинделем 3.

Опыт 10

Данный опыт иллюстрирует настоящее изобретение.

Для его проведения 0,15% (от массы сухого минерала) такого же полиакрилата калия, как в опыте 9, и 0,33% (от массы сухого минерала) карбоната лития добавляли в содержащую 35 мас.% твердой фазы суспензию минерала 6 перед концентрированием в лаборатории в разомкнутом цикле до содержания твердой фазы 69,1 мас.%.

Затем измеряли исходную вязкость по Брукфильду через один час после приготовления и после одноминутного перемешивания при комнатной температуре (21±1°C) со скоростью 100 об/мин с помощью вискозиметра Брукфильда типа DV-III, оборудованного шпинделем 3.

Вязкость по Брукфильду после 8 суток хранения при комнатной температуре (21±1°C) без перемешивания измеряли после одноминутного перемешивания при комнатной температуре (21±1°C) со скоростью 100 об/мин с помощью вискозиметра Брукфильда типа DV-III, оборудованного шпинделем 3.

Опыт 11

Данный опыт иллюстрирует настоящее изобретение.

Для его проведения 0,15% (от массы сухого минерала) такого же полиакрилата калия, как в опыте 9, и 0,33% (от массы сухого минерала) карбоната лития добавляли в содержащую 35 мас.% твердой фазы суспензию минерала 6 перед концентрированием в лаборатории в разомкнутом цикле до содержания твердой фазы 71,0 мас.%.

Затем измеряли исходную вязкость по Брукфильду через один час после приготовления и после одноминутного перемешивания при комнатной температуре (21±1°C) со скоростью 100 об/мин с помощью вискозиметра Брукфильда типа DV-III, оборудованного шпинделем 3.

Вязкость по Брукфильду после 8 суток хранения при комнатной температуре (21±1°C) без перемешивания измеряли после одноминутного перемешивания при комнатной температуре (21±1°C) со скоростью 100 об/мин с помощью вискозиметра Брукфильда типа DV-III, оборудованного шпинделем 3.

Опыт 12

Данный опыт иллюстрирует настоящее изобретение.

Для его проведения 0,15% (от массы сухого минерала) такого же полиакрилата калия, как в опыте 9, и 0,33% (от массы сухого минерала) карбоната лития добавляли в содержащую 35 мас.% твердой фазы суспензию минерала 6 перед концентрированием в лаборатории в разомкнутом цикле до содержания твердой фазы 72,5 мас.%.

Затем измеряли исходную вязкость по Брукфильду через один час после приготовления и после одноминутного перемешивания при комнатной температуре (21±1°C) со скоростью 100 об/мин с помощью вискозиметра Брукфильда типа DV-III, оборудованного шпинделем 3.

Вязкость по Брукфильду после 8 суток хранения без перемешивания при комнатной температуре (21±1°C) измеряли после одноминутного перемешивания при комнатной температуре (21±1°C) со скоростью 100 об/мин с помощью вискозиметра Брукфильда типа DV-III, оборудованного шпинделем 3.

Опыт 13

Данный опыт иллюстрирует настоящее изобретение.

Для его проведения 0,085% (от массы сухого минерала) такого же полиакрилата калия, как в опыте 9, и 0,33% (от массы сухого минерала) карбоната лития (соответствует 625 ч/млн Li⁺) добавляли в содержащую 35 мас.% твердой фазы суспензию минерала 6 перед концентрированием в лаборатории в разомкнутом цикле до содержания твердой фазы 73,7 мас.%.

Затем измеряли исходную вязкость по Брукфильду через один час после приготовления и после одноминутного перемешивания при комнатной температуре (21±1°C) со скоростью 100 об/мин с помощью вискозиметра Брукфильда типа DV-III, оборудованного шпинделем 3.

Вязкость по Брукфильду после 8 суток хранения без перемешивания при комнатной температуре (21±1°C) измеряли после одноминутного перемешивания при комнатной температуре (21±1°C) со скоростью 100 об/мин с помощью вискозиметра Брукфильда типа DV-III, оборудованного шпинделем 3.

Результаты приведены в следующей таблице 5.

Таблица 5   Номер опыта Содер-жание твердой фазы (мас.%) Содержание добавки от массы сухого минерала (мас.%) Исходная вязкость по Брукфильду (100 об/мин, шпиндель 3) (мПа·с) Вязкость по Брукфильду через 8 суток (100 об/мин, шпиндель 3) (мПа·с) Коэффициент рассеяния покрытия плотностью 20 г/м² (м²/кг) Прототип 9 66,8 0,9 ~1000, но суспензия клейкая ~1000, но суспензия клейкая 115 Изобретение 10 69,1 0,085+0,33% Li₂CO₃ 210 280 167 Изобретение 11 71,0 0,085+0,33% Li₂CO₃ 300 410 160 Изобретение 12 72,5 0,085+0,33% Li₂CO₃ 462 550 156 Изобретение 13 73,7 0,085+0,33% Li₂CO₃ 695 830 148

Содействие улучшению адсорбции и соответствующему улучшению диспергирования при использовании содержащего ионы лития соединения, в частности, карбоната лития, четко продемонстрировано в приведенной выше таблице и доказано высоким коэффициентом светорассеяния.

Пример 3

Данный пример относится к введению соли лития в сочетании с обычным полимером после стадии механического концентрирования в целях диспергирования осадка на фильтре, полученного из концентрированного мокроизмельченного мрамора с медианным диаметром частиц d₅₀=0,6 мкм.

Опыт 14

Данный опыт иллюстрирует прототип.

Для его проведения минерал 4b диспергировали при содержании твердой фазы 67,8 мас.% с помощью зубчатой дисковой мешалки Pendraulik (вращение со скоростью 3000 об/мин в течение 5-10 минут) с добавлением 0,54% (от массы сухого минерала) обычной нейтральной калиевой соли (100 мол.%) полиакриловой кислоты, имеющей Mw=6000 и полидисперсность 2,7.

Затем измеряли исходную вязкость по Брукфильду через один час после приготовления и после одноминутного перемешивания при комнатной температуре (21±1°C) со скоростью 100 об/мин с помощью вискозиметра Брукфильда типа DV-III, оборудованного шпинделем 3.

Опыт 15

Данный опыт иллюстрирует прототип.

Для его проведения минерал 4b диспергировали при содержании твердой фазы 67,8 мас.% с помощью зубчатой дисковой мешалки Pendraulik (вращение со скоростью 3000 об/мин в течение 5-10 минут) с добавлением 0,68% (от массы сухого минерала) обычной нейтральной калиевой соли (100 мол.%) полиакриловой кислоты, имеющей Mw=6000 и полидисперсность 2,7.

Затем измеряли исходную вязкость по Брукфильду через один час после приготовления и после одноминутного перемешивания при комнатной температуре (21±1°C) со скоростью 100 об/мин с помощью вискозиметра Брукфильда типа DV-III, оборудованного шпинделем 3.

Опыт 16

Данный опыт иллюстрирует настоящее изобретение.

Для его проведения минерал 4b диспергировали при содержании твердой фазы 70,9 мас.% с помощью зубчатой дисковой мешалки Pendraulik (вращение со скоростью 3000 об/мин в течение 5-10 минут) с добавлением 0,23% (от массы сухого минерала) обычной нейтральной калиевой соли (100 мол.%) полиакриловой кислоты, имеющей Mw=6000 и полидисперсность 2,7, плюс 0,28 мас.% карбоната лития.

Затем измеряли исходную вязкость по Брукфильду через один час после приготовления и после одноминутного перемешивания при комнатной температуре (21±1°C) со скоростью 100 об/мин с помощью вискозиметра Брукфильда типа DV-III, оборудованного шпинделем 3.

Вязкость по Брукфильду после 8 суток хранения при комнатной температуре (21±1°C) без перемешивания измеряли после одноминутного перемешивания при комнатной температуре (21±1°C) со скоростью 100 об/мин с помощью вискозиметра Брукфильда типа DV-III, оборудованного шпинделем 3.

Измеряли два значения pH: исходное значение pH через один час после приготовления и значение pH после 8 суток хранения.

Опыт 17

Данный опыт иллюстрирует настоящее изобретение.

Для его проведения минерал 4b диспергировали при содержании твердой фазы 70,9 мас.% с помощью зубчатой дисковой мешалки Pendraulik (вращение со скоростью 3000 об/мин в течение 5-10 минут) с добавлением 0,31% (от массы сухого минерала) обычной нейтральной калиевой соли (100 мол.%) полиакриловой кислоты, имеющей Mw=6000 и полидисперсность 2,7, плюс 0,28 мас.% карбоната лития (соответствует 530 ч/млн Li⁺).

Затем измеряли исходную вязкость по Брукфильду через один час после приготовления и после одноминутного перемешивания при комнатной температуре (21±1°C) со скоростью 100 об/мин с помощью вискозиметра Брукфильда типа DV-III, оборудованного шпинделем 3.

Вязкость по Брукфильду после 8 суток хранения без перемешивания при комнатной температуре (21±1°C) измеряли после одноминутного перемешивания при комнатной температуре (21±1°C) со скоростью 100 об/мин с помощью вискозиметра Брукфильда типа DV-III, оборудованного шпинделем 3.

Измеряли два значения pH: исходное значение pH через один час после приготовления и значение pH после 8 суток хранения.

Опыт 18

Данный опыт иллюстрирует настоящее изобретение.

Для его проведения минерал 4b диспергировали при содержании твердой фазы 70,9 мас.% с помощью зубчатой дисковой мешалки Pendraulik (вращение со скоростью 3000 об/мин в течение 5-10 минут) с добавлением 0,39% (от массы сухого минерала) обычной нейтральной калиевой соли (100 мол.%) полиакриловой кислоты, имеющей Mw=6000 и полидисперсность 2,7, плюс 0,28 мас.% карбоната лития.

Затем измеряли исходную вязкость по Брукфильду через один час после приготовления и после одноминутного перемешивания при комнатной температуре (21±1°C) со скоростью 100 об/мин с помощью вискозиметра Брукфильда типа DV-III, оборудованного шпинделем 3.

Вязкость по Брукфильду после 8 суток хранения при комнатной температуре (21±1°C) без перемешивания измеряли после одноминутного перемешивания при комнатной температуре (21±1°C) со скоростью 100 об/мин с помощью вискозиметра Брукфильда типа DV-III, оборудованного шпинделем 3.

Измеряли два значения pH: исходное значение pH через один час после приготовления и значение pH после 8 суток хранения.

Результаты собраны в следующей таблице 6.

Таблица 6   Номер опыта Содержание твердой фазы (мас.%) Содержание добавки от массы сухого минерала (мас.%) Исходная вязкость по Брукфильду (100 об/мин, шпиндель 3) (мПа·с) Вязкость по Брукфильду через 8 суток (100 об/мин, шпиндель 3) (мПа·с) Значения pH через 1 час/8 суток Прототип 14 67,8 0,54 >4000 >4000 9,4/9,3 Прототип 15 67,8 0,68 >4000 >4000 9,7/9,5 Изобретение 16 70,9 0,23+0,28 585 620 9,6/9,4 Изобретение 17 70,9 0,31+0,28 166 172 9,7/9,7 Изобретение 18 70,9 0,39+0,28 128 134 9,6/9,8

Путем сравнения обычного полимера и карбоната лития в сочетании с таким же обычным полимером данная таблица четко показывает эффективность способа, использующего карбонат лития для диспергирования осадка на фильтре, полученного из концентрированного мокроизмельченного мрамора с медианным диаметром частиц d₅₀=0,6 мкм.

Пример 4

Данный пример иллюстрирует применение карбоната лития для сухого помола и получения суспензии сухоизмельченного карбоната кальция с высоким содержанием твердой фазы.

Опыт 19

Данный опыт иллюстрирует прототип.

Для его проведения минерал 7a диспергировали при содержании твердой фазы 68,5 мас.% с помощью зубчатой дисковой мешалки Pendraulik (вращение со скоростью 3000 об/мин в течение 5-10 минут) с добавлением 0,23% (от массы сухого минерала) обычной нейтральной натриевой соли (100 мол.%) полиакриловой кислоты, имеющей Mw=3500 и полидисперсность 2,9.

Затем измеряли исходную вязкость по Брукфильду через один час после приготовления и после одноминутного перемешивания при комнатной температуре (21±1°C) со скоростью 100 об/мин с помощью вискозиметра Брукфильда типа DV-III, оборудованного шпинделем 3.

Опыт 20

Данный опыт иллюстрирует настоящее изобретение.

Для его проведения минерал 7b диспергировали при содержании твердой фазы 68,5 мас.% с помощью зубчатой дисковой мешалки Pendraulik (вращение со скоростью 3000 об/мин в течение 5-10 минут) с добавлением 0,23% (от массы сухого минерала) обычной нейтральной натриевой соли (100 мол.%) полиакриловой кислоты, имеющей Mw=3500 и полидисперсность 2,9.

Затем измеряли исходную вязкость по Брукфильду через один час после приготовления и после одноминутного перемешивания при комнатной температуре (21±1°C) со скоростью 100 об/мин с помощью вискозиметра Брукфильда типа DV-III, оборудованного шпинделем 3.

Результаты собраны в следующей таблице 7.

Таблица 7   Номер опыта Содержание твердой фазы (мас.%) Содержание добавки от массы сухого минерала (мас.%) Исходная вязкость по Брукфильду (100 об/мин, шпиндель 3) (мПа·с) Вязкость по Брукфильду через 8 суток (100 об/мин, шпиндель 3) (мПа·с) Значения pH через 1 час/8 суток Прототип 19 68,5 0,23 1384 2140 10,2/9,9 Изобретение 20 68,5 0,23 609 720 10,1/9,9

Показано преимущество применения добавки Li₂CO₃ в процессе сухого помола по сравнению с Na₂CO₃ в прототипе.

Пример 5

Данный пример иллюстрирует применение различных солей лития для получения суспензий природного и тонкодисперсного карбоната кальция с высоким содержанием твердой фазы.

Опыт 21

Данный опыт иллюстрирует прототип.

Для его проведения 602 г минерала 4b диспергировали при содержании твердой фазы 66,5 мас.% с помощью зубчатой дисковой мешалки Pendraulik (вращение со скоростью 3000 об/мин в течение 5-10 минут) с добавлением различных количеств нейтральной натриево-кальциевой соли (70/30 мол.%) полиакриловой кислоты, имеющей Mw=6000 и полидисперсность 2,6.

Затем измеряли исходную вязкость по Брукфильду через один час после приготовления и после одноминутного перемешивания при комнатной температуре (21±1°C) со скоростью 100 об/мин с помощью вискозиметра Брукфильда типа DV-III, оборудованного шпинделем 4.

Результаты:

Содержание твердой фазы в суспензии (мас.%) Содержание диспергатора (мас.% в расчете на сухие вещества) Исходная вязкость по Брукфильду (мПа·с) 66,8 0,35 3600 66,8 0,99 3050 66,8 1,60 3200

Опыт 22

Данный опыт иллюстрирует настоящее изобретение.

Для его проведения 602 г минерала 4b диспергировали при содержании твердой фазы 67,5 мас.% с помощью зубчатой дисковой мешалки Pendraulik (вращение со скоростью 3000 об/мин в течение 5-10 минут) с добавлением следующего «состава A».

Смешивали 76,14 г раствора, содержащего 32 мас.% нейтральной натриево-кальциевой соли (70/30 мол.%) полиакриловой кислоты, имеющей Mw=6000 и полидисперсность 2,6, и 42,6 г раствора, содержащего 23,5 мас.% Li₂SO₄, и получали прозрачный раствор «состава A».

Затем измеряли исходную вязкость по Брукфильду через один час после приготовления и после одноминутного перемешивания при комнатной температуре (21±1°C) со скоростью 100 об/мин с помощью вискозиметра Брукфильда типа DV-III, оборудованного шпинделем 3.

Получение состава А

Содержание твердой фазы в суспензии (мас.%) Содержание состава А (мас.% в расчете на сухие вещества) Исходная вязкость по Брукфильду (мПа·с) 67,5 0,39 367 67,5 0,65 81

Опыт 23

Данный опыт иллюстрирует настоящее изобретение.

Для его проведения 602 г минерала 4b диспергировали при содержании твердой фазы 67,5 мас.% с помощью зубчатой дисковой мешалки Pendraulik (вращение со скоростью 3000 об/мин в течение 5-10 минут) с добавлением следующего «состава B»:

Смешивали 134 г раствора, содержащего 32 мас.% нейтральной натриево-кальциевой соли (70/30 мол.%) полиакриловой кислоты, имеющей Mw=6000 и полидисперсность 2,6, и 70 г цитрата лития и получали «состав B» в виде прозрачного раствора, слегка мутнеющего в процессе хранения.

Затем измеряли исходную вязкость по Брукфильду через один час после приготовления и после одноминутного перемешивания при комнатной температуре (21±1°C) со скоростью 100 об/мин с помощью вискозиметра Брукфильда типа DV-III, оборудованного шпинделем 3.

Получение состава В

Содержание твердой фазы в суспензии (мас.%) Содержание состава А (мас.% в расчете на сухие вещества) Исходная вязкость по Брукфильду (мПа·с) 67,5 0,44 321 67,5 0,69 82

Пример 6

Данный пример иллюстрирует применение имеющего высокую полидисперсность полиакрилата в сочетании с солями лития для получения суспензий природного и тонкодисперсного карбоната кальция с высоким содержанием твердой фазы.

Для получения имеющего высокую полидисперсность полиакрилата натрия смешивали следующие полиакрилаты натрия, образующие «состав C»:

100 г нейтральной натриевой соли (100 мол.%) полиакриловой кислоты, имеющей Mw=6000 и полидисперсность 2,6 и содержащей 18-20 мас.% молекул с массой до 1500 Дальтон,

и

100 г нейтральной натриевой соли (100 мол.%) полиакриловой кислоты, имеющей Mw=3500 и полидисперсность 2,4 и содержащей 28-30 мас.% молекул с массой до 1500 Дальтон,

и

100 г нейтральной натриевой соли (100 мол.%) полиакриловой кислоты, имеющей Mw=1200 и полидисперсность 2,8 и содержащей более 70 мас.% молекул с массой до 1500 Дальтон.

Соответствующий «состав C» имел Mw=3600 и полидисперсность 2.,8 и содержал 34-36 мас.% молекул с массой до 1500 Дальтон.

Опыт 24

Данный опыт иллюстрирует прототип.

Для получения суспензий минерал 7a диспергировали при содержании твердой фазы 66 мас.% с помощью зубчатой дисковой мешалки Pendraulik (вращение со скоростью 3000 об/мин в течение 5-10 минут) с добавлением различном количестве (мас.% в расчете на сухие вещества) «состава C», чтобы контролировать вязкость по Брукфильду. Затем измеряли исходную вязкость по Брукфильду через один час после приготовления и после одноминутного перемешивания при комнатной температуре (21±1°C) со скоростью 100 об/мин с помощью вискозиметра Брукфильда типа DV-III, оборудованного шпинделем 3.

Результаты:

Содержание твердой фазы в суспензии (мас.%) Содержание диспергатора (мас.% в расчете на сухие вещества) Исходная вязкость по Брукфильду (мПа·с) 66,8 0,35 >5000 66,8 1,0 >5000 66,8 1,60 >5000

Опыт 25

Данный опыт иллюстрирует настоящее изобретение.

Для получения суспензий минерал 7a диспергировали при содержании твердой фазы 66 мас.% с помощью зубчатой дисковой мешалки Pendraulik (вращение со скоростью 3000 об/мин в течение 5-10 минут) с добавлением различном количестве (мас.% в расчете на сухие вещества) «состава C» в сочетании с карбонатом лития, чтобы контролировать вязкость по Брукфильду.

Затем измеряли исходную вязкость по Брукфильду через один час после приготовления и после одноминутного перемешивания при комнатной температуре (21±1°C) со скоростью 100 об/мин с помощью вискозиметра Брукфильда типа DV-III, оборудованного шпинделем 3.

Результаты:

Содержание твердой фазы в суспензии (мас.%) Содержание «состава C» (мас.%) Содержание соли лития (Li₂CO₃) (мас.%) Вязкость по Брукфильду (мПа·с) 65,8 0,3 0,35 ~2600 65,8 0,6 0,35 476 64,8 0,9 0,35 280

Опыт 26

Данный опыт иллюстрирует прототип.

Для получения суспензий минерал 4b диспергировали при содержании твердой фазы 55 мас.% с помощью зубчатой дисковой мешалки Pendraulik (вращение со скоростью 3000 об/мин в течение 5-10 минут) с добавлением полиакрилата натрия-магния (1,05 мас.% в расчете на сухие вещества), имеющего Mw=1500 и содержащего более 65 мас.% молекул с массой до 1500 Дальтон, чтобы контролировать вязкость по Брукфильду. Затем измеряли исходную вязкость по Брукфильду через один час после приготовления и после одноминутного перемешивания при комнатной температуре (21±1°C) со скоростью 100 об/мин с помощью вискозиметра Брукфильда типа DV-III, оборудованного шпинделем 3.

Результаты:

Содержание твердой фазы в суспензии (мас.%) Содержание диспергатора (мас.% в расчете на сухие вещества) Исходная вязкость по Брукфильду (мПа·с) 55,4 1,0 1250 60,0 1,0 >5000

Опыт 27

Данный опыт иллюстрирует настоящее изобретение

Для получения суспензий минерал 4b диспергировали при содержании твердой фазы 60 мас.% с помощью зубчатой дисковой мешалки Pendraulik (вращение со скоростью 3000 об/мин в течение 5-10 минут) с добавлением полиакрилата натрия-магния (0,45 мас.% в расчете на сухие вещества), имеющего Mw=1500 и содержащего более 65 мас.% молекул с массой до 1500 Дальтон, чтобы контролировать вязкость по Брукфильду, в сочетании с карбонатом лития (0,5 мас.% в расчете на сухие вещества по отношению к карбонату кальция). Затем измеряли исходную вязкость по Брукфильду через один час после приготовления и после одноминутного перемешивания при комнатной температуре (21±1°C) со скоростью 100 об/мин с помощью вискозиметра Брукфильда типа DV-III, оборудованного шпинделем 3.

Результаты:

Содержание твердой фазы в суспензии (мас.%) Содержание диспергатора (мас.% в расчете на сухие вещества) Исходная вязкость по Брукфильду (мПа·с) 61,6 0,40 82

Пример 7

Данный пример иллюстрирует применение содержащего ионы лития соединения как модификатора адсорбционных свойств, что позволяет получать водные суспензии S-PCC с высоким содержанием сухой твердой фазы, имеющие исходную низкую вязкость по Брукфильду, которая сохраняет устойчивость с течением времени, и хорошие буферные свойства по отношению к pH.

Опыт 28

Данный опыт иллюстрирует прототип.

Для его проведения минерал 8a диспергировали при содержании твердой фазы 50,0 мас.% с помощью зубчатой дисковой мешалки Pendraulik (вращение со скоростью 3000 об/мин в течение 5-10 минут) с добавлением 0,44% (от массы сухого минерала) обычной нейтральной натриево-магниевой соли (100 мол.%, соотношение 1:1) полиакриловой кислоты, имеющей Mw=6000 и полидисперсность 2,7.

Затем вязкость по Брукфильду измеряли при комнатной температуре (21±1°C) со скоростью 100 об/мин с помощью вискозиметра Брукфильда типа DV-III, оборудованного шпинделем 3.

Опыт 29

Данный опыт иллюстрирует прототип.

Для его проведения минерал 8a диспергировали при содержании твердой фазы 60,1 мас.% с помощью зубчатой дисковой мешалки Pendraulik (вращение со скоростью 3000 об/мин в течение 5-10 минут) с добавлением 1,50% (от массы сухого минерала) обычной нейтральной натриево-магниевой соли (100 мол.%, соотношение 1:1) полиакриловой кислоты, имеющей Mw = 6000 и полидисперсность 2,7.

Затем вязкость по Брукфильду измеряли при комнатной температуре (21±1°C) со скоростью 100 об/мин с помощью вискозиметра Брукфильда типа DV-III, оборудованного шпинделем 3.

Опыт 30

Данный опыт иллюстрирует прототип.

Для его проведения минерал 8a диспергировали при содержании твердой фазы 50,0 мас.% с помощью зубчатой дисковой мешалки Pendraulik (вращение со скоростью 3000 об/мин в течение 5-10 минут) с добавлением 0,30% (от массы сухого минерала) обычной нейтральной натриевой соли (100 мол.%) полиакриловой кислоты, имеющей Mw=3500.

Затем вязкость по Брукфильду измеряли при комнатной температуре (21±1°C) со скоростью 100 об/мин с помощью вискозиметра Брукфильда типа DV-III, оборудованного шпинделем 3.

Опыт 31

Данный опыт иллюстрирует прототип.

Для его проведения минерал 8a диспергировали при содержании твердой фазы 55,6 мас.% с помощью зубчатой дисковой мешалки Pendraulik (вращение со скоростью 3000 об/мин в течение 5-10 минут) с добавлением 0,30% (от массы сухого минерала) обычной нейтральной натриевой соли (100 мол.%) полиакриловой кислоты, имеющей Mw=3500.

Затем вязкость по Брукфильду измеряли при комнатной температуре (21±1°C) со скоростью 100 об/мин с помощью вискозиметра Брукфильда типа DV-III, оборудованного шпинделем 3.

Следует отметить, что невозможно использовать суспензию, содержащую 60,0 мас.% твердой фазы, вследствие очень высокой вязкости по Брукфильду.

Опыт 32

Данный опыт иллюстрирует настоящее изобретение.

Для его проведения минерал 8b диспергировали при содержании твердой фазы 50,0 мас.% с помощью зубчатой дисковой мешалки Pendraulik (вращение со скоростью 3000 об/мин в течение 5-10 минут) с добавлением 0,22% (от массы сухого минерала) обычной нейтральной натриево-магниевой соли (100 мол.%, соотношение 1:1) полиакриловой кислоты, имеющей Mw=6000 и полидисперсность 2,7.

Затем вязкость по Брукфильду измеряли при комнатной температуре (21±1°C) со скоростью 100 об/мин с помощью вискозиметра Брукфильда типа DV-III, оборудованного шпинделем 3.

Опыт 33

Данный опыт иллюстрирует настоящее изобретение.

Для его проведения минерал 8b диспергировали при содержании твердой фазы 59,5 мас.% с помощью зубчатой дисковой мешалки Pendraulik (вращение со скоростью 3000 об/мин в течение 5-10 минут) с добавлением 0,46% (от массы сухого минерала) обычной нейтральной натриево-магниевой соли (100 мол.%, соотношение 1:1) полиакриловой кислоты, имеющей Mw=6000 и полидисперсность 2,7.

Затем вязкость по Брукфильду измеряли при комнатной температуре (21±1°C) со скоростью 100 об/мин с помощью вискозиметра Брукфильда типа DV-III, оборудованного шпинделем 3.

Опыт 34

Данный опыт иллюстрирует настоящее изобретение.

Для его проведения минерал 8b диспергировали при содержании твердой фазы 49,9 мас.% с помощью зубчатой дисковой мешалки Pendraulik (вращение со скоростью 3000 об/мин в течение 5-10 минут) с добавлением 0,32% (от массы сухого минерала) обычной нейтральной натриевой соли (100 мол.%) полиакриловой кислоты, имеющей Mw=3500.

Затем вязкость по Брукфильду измеряли при комнатной температуре (21±1°C) со скоростью 100 об/мин с помощью вискозиметра Брукфильда типа DV-III, оборудованного шпинделем 3.

Опыт 35

Данный опыт иллюстрирует настоящее изобретение.

Для его проведения минерал 8b диспергировали при содержании твердой фазы 59,4 мас.% с помощью зубчатой дисковой мешалки Pendraulik (вращение со скоростью 3000 об/мин в течение 5-10 минут) с добавлением 0,53% (от массы сухого минерала) обычной нейтральной натриевой соли (100 мол.%) полиакриловой кислоты, имеющей Mw=3500.

Затем вязкость по Брукфильду измеряли при комнатной температуре (21±1°C) со скоростью 100 об/мин с помощью вискозиметра Брукфильда типа DV-III, оборудованного шпинделем 3.

Результаты собраны в следующей таблице 8.

Таблица 8   Номер опыта Содержание твердой фазы (мас.%) Содержание добавки от массы сухого минерала (мас.%) Исходная вязкость по Брукфильду (100 об/мин, шпиндель 3) (мПа·с) Значения pH через 1 час/8 суток Прототип 28 50,0 0,44 113 10,2/10,4 Прототип 29 60,1 1,50 >4000 10,3/10,4 Прототип 30 50,0 0,30 95 9,9/10,2 Прототип 31 55,6 0,59 103 10/10,2 Изобретение 32 50,0 0,22 53 10,2/10,2 Изобретение 33 59,5 0,46 94 9,9/10,2 Изобретение 34 49,9 0,32 39 10,2/10,4 Изобретение 35 59,4 0,53 104 10,1/10,4

Данные таблицы 8 четко демонстрируют эффективность модификации S-PCC с применением ионов лития по настоящему изобретению.

Пример 8

Данный пример иллюстрирует применение содержащего ионы лития соединения как модификатора адсорбционных свойств, что позволяет получать водные суспензии карбоната кальция с высокой концентрацией сухой твердой фазы и одновременной низкой исходной вязкостью по Брукфильду, которая сохраняет устойчивость с течением времени, и хорошими буферными свойствами по отношению к pH.

В частности, данный пример иллюстрирует введение карбоната лития в процессе мокрого помола суспензий с высоким содержанием твердой фазы.

Опыт 36

Данный опыт иллюстрирует прототип.

Для его проведения минерал 2 диспергировали при содержании твердой фазы 76 мас.% с добавлением 0,55% (в расчете на сухие вещества) обычного полиакрилата натрия-магния, имеющего Mw=6000 и полидисперсность Mw/Mn=2,5, и подвергали мокрому измельчению в 1,5-литровой мельнице тонкого помола (Dynomill) в режиме рециркуляции до медианного диаметра d₅₀=0,85 мкм, 91 мас.% <2 мкм, 63 мас.% <1 мкм, 21 мас.% <0,2 мкм.

Затем исходную вязкость по Брукфильду после помола измеряли через 1 час после получения и после одноминутного перемешивания при комнатной температуре (21±1°C) со скоростью 100 об/мин с помощью вискозиметра Брукфильда типа DV-III, оборудованного шпинделем 3.

Опыт 37

Данный опыт иллюстрирует настоящее изобретение.

Для его проведения минерал 2 диспергировали при содержании твердой фазы 78 мас.% твердой фазы с добавлением 0,55 мас.% (в расчете на сухие вещества) обычного полиакрилата натрия-магния, имеющего Mw=6000 и полидисперсность Mw/Mn=2,5, и 500 ч/млн ионов Li в виде Li₂CO₃, затем подвергали мокрому измельчению в 1,5-литровой мельнице тонкого помола (Dynomill) в режиме рециркуляции до медианного диаметра d₅₀=0,87 мкм, 90 мас.% <2 мкм, 62 мас.% <1 мкм, 22 мас.% <0,2 мкм.

Затем исходную вязкость по Брукфильду после помола измеряли через один час после приготовления и после одноминутного перемешивания при комнатной температуре (21±1°C) и после длительного выдерживания при 60°C со скоростью 100 об/мин с помощью вискозиметра Брукфильда типа DV-III, оборудованного шпинделем 3.

Опыт 38

Данный опыт иллюстрирует настоящее изобретение.

Для его проведения минерал 2 диспергировали при содержании твердой фазы 76 мас.% с добавлением 0,55 мас.% (в расчете на сухие вещества) обычного полиакрилата натрия-магния, имеющего Mw=6000 и полидисперсность Mw/Mn=2,5, и 500 ч/млн ионов Li в виде LiOH·H₂O, затем подвергали мокрому измельчению в 1,5-литровой мельнице тонкого помола (Dynomill) в режиме рециркуляции до медианного диаметра d₅₀=0,81 мкм, 93 мас.% <2 мкм, 65 мас.% <1 мкм, 23 мас.% <0,2 мкм.

Затем исходную вязкость по Брукфильду после помола через один час после приготовления и после одноминутного перемешивания при комнатной температуре (21±1°C) и после длительного выдерживания при 60°C измеряли при 20°C и скорости 100 об/мин с помощью вискозиметра Брукфильда типа DV-III, оборудованного шпинделем 3.

Результаты приведены в следующей таблице 9.

Таблица 9   Номер опыта Содержание твердой фазы (мас.%) Содержание добавки от массы сухого минерала (мас.%) Исходная вязкость по Брукфильду (100 об/мин, шпиндель 3) (мПа·с) Вязкость по Брукфильду через 15 суток (100 об/мин, шпиндель 3) (мПа·с) Вязкость по Брукфильду через 30 суток (100 об/мин, шпиндель 3) (мПа·с) Прототип 36 76,8 0,55 240 300 420 Изобретение 37 79,2 0,55% +500 ч/млн Li в виде Li₂CO₃ 205 155 135 Изобретение 38 76,5 0,55% +500 ч/млн Li в виде LiOH•H₂O 225 220 225

Пример 9

Данный пример иллюстрирует применение содержащего ионы лития соединения как модификатора адсорбционных свойств, что позволяет получать водные суспензии карбоната кальция с высокой концентрацией сухой твердой фазы и одновременной низкой исходной вязкостью по Брукфильду, которая сохраняет устойчивость с течением времени, и хорошими буферными свойствами по отношению к pH, а также хорошей рассеивающей способностью по сравнению с добавками карбонатов других щелочных металлов.

В частности, данный пример иллюстрирует введение карбоната лития после мокрого помола суспензий с высоким содержанием твердой фазы с добавлением 0,55 мас.% (в расчете на сухие вещества) обычного полиакрилата натрия-магния, имеющего Mw=6000 и полидисперсность Mw/Mn=2,5, для модификации адсорбции на поверхности частиц карбоната кальция и, соответственно, улучшения диспергирования мокроизмельченного мрамора с медианным диаметром частиц d₅₀=0,8 мкм, соответствующим 91 мас.% <2 мкм, 63 мас.% <1 мкм, 21 мас.% <0,2 мкм. Содержание твердой фазы в суспензии во время помола составляло 63 мас.%. Минеральная суспензия (A).

Коэффициент рассеяния S более 110 м²/кг для плотности покрытия 20 г/м², отражающий способность покрытия рассеивать видимый свет, измеряют способом, описанным в патентной заявке WO 02/49766 (стр.8-10). Соответственно, светорассеивающую способность выражает коэффициент светорассеяния Кубелки-Мунка (Kubelka-Munk), определяемый способом, который хорошо известен специалистам и описан в публикациях Кубелки и Мунка (Zeitschrift fur Technische Physik 12, 539 (1931)) и Кубелки (J. Optical Soc. Am. 38 (5), 448 (1948) и J. Optical Soc. Am. 44 (4), 330 (1954)).

Опыт 39

Данный опыт иллюстрирует прототип.

К данной минеральной суспензии (A) добавляли 1,3 мас.% K₂CO₃ в виде порошка при перемешивании в течение 5 мин.

Затем вязкость по Брукфильду измеряли после одноминутного перемешивания при комнатной температуре (21±1°C) со скоростью 100 об/мин с помощью вискозиметра Брукфильда типа DV-III, оборудованного шпинделем 3. После выдерживания снова измеряли вязкость и рассеивающую способность.

Опыт 40

Данный опыт иллюстрирует прототип.

К данной минеральной суспензии (A) добавляли 1,0 мас.% Na₂CO₃ в виде порошка при перемешивании в течение 5 мин.

Затем вязкость по Брукфильду измеряли после одноминутного перемешивания при комнатной температуре (21±1°C) со скоростью 100 об/мин с помощью вискозиметра Брукфильда типа DV-III, оборудованного шпинделем 3. После выдерживания снова измеряли вязкость и рассеивающую способность.

Опыт 41:

Данный опыт иллюстрирует настоящее изобретение.

К данной минеральной суспензии (A) добавляли 0,7 мас.% Li₂CO₃ в виде порошка при перемешивании в течение 5 мин.

Затем вязкость по Брукфильду измеряли после одноминутного перемешивания при комнатной температуре (21±1°C) со скоростью 100 об/мин с помощью вискозиметра Брукфильда типа DV-III, оборудованного шпинделем 3. После выдерживания снова измеряли вязкость и рассеивающую способность.

Результаты приведены в следующей таблице 10.

Таблица 10   Номер опыта Содержание твердой фазы (мас.%) Содержание добавки от массы сухого минерала (мас.%) Коэффициент рассеяния покрытия плотностью 20 г/м² (м²/кг) Коэффици-ент рассеяния покрытия плотностью 20 г/м² (м²/кг) Вязкость по Брукфильду через 30 суток (100 об/мин, шпиндель 3) (мПа·с) Прототип
Ссылка на опыт без карбоната щелочного металла Минеральная суспензия (A) 62,8 Без добавки карбоната щелочного металла 107 38 37 Прототип 39 62,8 1,3 мас.% K₂CO₃ 124 Измерение невозможно из-за высокой клейкости Измерение невозможно из-за высокой клейкости Прототип 40 62,8 1,0 мас.% Na₂CO₃ 126 Измерение невозможно из-за высокой клейкости Измерение невозможно из-за высокой клейкости Изобретение 41 62,8 0,7 мас.% Li₂CO₃ 126 455 547

Применение соли Li по настоящему изобретению может повысить рассеивающую способность по сравнению со стандартным продуктом и обеспечить хорошую вязкость с течением времени.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ производства содержащих карбонат кальция материалов, поверхность частиц которых имеет улучшенные свойства адсорбции диспергатора, включает следующие стадии: a) получение, по меньшей мере, одного содержащего карбонат кальция материала в виде водной суспензии или в сухом виде; b) получение, по меньшей мере, одного содержащего ионы лития соединения, выбранного из группы, в которую входят гидроксид лития, или оксид лития, или неорганические и/или органические мономерные соли лития, выбранные из группы, в которую входят соли одно- или многоосновных кислот, например карбонат лития, сульфаты лития, цитрат лития, гидрокарбонат лития, ацетат лития, хлорид лития, фосфат лития, в сухом виде или в водном растворе, и их смеси; c) сочетание, по меньшей мере, одного содержащего ионы лития соединения по стадии b) и, по меньшей мере, одного содержащего карбонат кальция материала по стадии a). Изобретение позволяет получить содержащий карбонат кальция материал в сухом виде или в виде суспензии, имеющей высокую концентрацию сухого вещества и одновременно низкую вязкость по Брукфильду, которая сохраняет устойчивость с течением времени, и хорошую буферную способность по отношению к pH. 7 н. и 37 з.п. ф-лы, 2 ил., 10 табл., 9 пр.

1. Способ производства содержащих карбонат кальция материалов, поверхность частиц которых имеет улучшенные свойства адсорбции диспергатора, состоящий из стадий:
a) получение, по меньшей мере, одного содержащего карбонат кальция материала в виде водной суспензии или в сухом виде;
b) получение, по меньшей мере, одного содержащего ионы лития соединения, выбранного из группы, в которую входят гидроксид лития, или оксид лития, или неорганические и/или органические мономерные соли лития, выбранные из группы, в которую входят соли одно- или многоосновных кислот, например карбонат лития, сульфаты лития, цитрат лития, гидрокарбонат лития, ацетат лития, хлорид лития, фосфат лития, в сухом виде или в водном растворе, и их смеси;
c) сочетание, по меньшей мере, одного содержащего ионы лития соединения по стадии b) и, по меньшей мере, одного содержащего карбонат кальция материала по стадии a).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один содержащий карбонат кальция материал получают в виде синтетического карбоната кальция (РСС) из, по меньшей мере, одного источника ионов кальция и, по меньшей мере, одного источника карбоната, гидрокарбоната и/или CO₂, или в виде природного содержащего карбонат минерального материала (GCC).

3. Способ по любому из пп.1 или 2, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один содержащий карбонат кальция материал выбирают из группы, в которую входят природный карбонат кальция (GCC), например мрамор, кальцит, известняк и/или мел; осажденный карбонат кальция (РСС), например ватерит и/или кальцит; и содержащие карбонат кальция минералы, например доломит или смешанные наполнители на основе карбоната, в том числе, в частности, связанный с магнием кальций, различные материалы, например глина или тальк и их смеси, в том числе, например смеси, содержащие тальк и карбонат кальция или каолин и карбонат кальция, или смеси, содержащие природный карбонат кальция и гидроксид алюминия, слюду или синтетические или натуральные волокна, или совместные структуры минералов, например совместные структуры талька и карбоната кальция или талька и диоксида титана.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один содержащий карбонат кальция материал представляет собой природный карбонат кальция (GCC), или осажденный карбонат кальция (РСС), или смесь GCC и РСС, или смесь GCC и РСС и глины, или смесь GCC и РСС и талька, и наиболее предпочтительно в качестве GCC выбирают мрамор, мел, кальцит или известняк, или в качестве РСС выбирают кальцитный РСС, например ромбоэдрический РСС или скаленоэдрический РСС.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один содержащий карбонат кальция материал измельчают, возможно, в присутствии диспергаторов и/или диспергирующих веществ (стадия d), и предпочтительно в присутствии, по меньшей мере, одного содержащего ионы лития соединения.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что тонкодисперсный материал просеивают и/или концентрируют (стадия е).

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что материал после просеивания и/или концентрирования (стадия е) диспергируют в водной среде (стадия f), предпочтительно в присутствии, по меньшей мере, одного содержащего ионы лития соединения.

8. Способ по п.5, отличающийся тем, что тонкодисперсный материал сушат (стадия g).

9. Способ по п.6, отличающийся тем, что тонкодисперсный материал сушат (стадия g).

10. Способ по п.7, отличающийся тем, что тонкодисперсный материал сушат (стадия g).

11. Способ по п.5, отличающийся тем, что тонкодисперсный содержащий карбонат кальция материал по стадии d) диспергируют в водной среде, если его получают в сухом виде на стадии a) (стадия h).

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что водную суспензию, полученную на стадии h), измельчают (стадия i), предпочтительно в присутствии, по меньшей мере, одного содержащего ионы лития соединения.

13. Способ по п.8, отличающийся тем, что высушенный материал по стадии g) повторно диспергируют в водной среде (стадия j), предпочтительно в присутствии, по меньшей мере, одного содержащего ионы лития соединения.

14. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одно содержащее ионы лития соединение добавляют до, и/или во время, и/или после стадии а), если, по меньшей мере, один содержащий карбонат кальция материал представляет собой РСС.

15. Способ по п.5, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одно содержащее ионы лития соединение добавляют до, и/или во время, и/или после стадии помола d), если, по меньшей мере, один содержащий карбонат кальция материал представляет собой GCC.

16. Способ по п.6, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одно содержащее ионы лития соединение добавляют после стадии помола d) и до, и/или во время, и/или после стадии е) просеивания и/или концентрирования.

17. Способ по п.7, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одно содержащее ионы лития соединение добавляют до, и/или во время, и/или после стадии диспергирования f).

18. Способ по п.11, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одно содержащее ионы лития соединение добавляют единовременно до, во время или после стадии помола d), или несколькими порциями, каждую из которых добавляют до, во время или после стадии диспергирования h).

19. Способ по п.7, отличающийся тем, что, если все или часть количества, по меньшей мере, одного содержащего ионы лития соединения добавляют до стадии диспергирования f), по меньшей мере, одно содержащее ионы лития соединение добавляют до, и/или во время, и/или после стадии помола d).

20. Способ по п.5, отличающийся тем, что стадию помола d) проводят при pH выше 7, предпочтительно выше 7,5, предпочтительнее от 8,5 до 10,5, и наиболее предпочтительно от 9 до 10, например 9,5.

21. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что концентрация ионов лития по отношению к полной массе сухого карбоната кальция составляет 10-2000 ч./млн, предпочтительно 100-1000 ч./млн, наиболее предпочтительно 200-800 ч./млн.

22. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одно содержащее ионы лития соединение присутствует в концентрации 0,0035-1 мас.%, предпочтительно 0,0035-0,8 мас.% и наиболее предпочтительно 0,02-0,4 мас.% по отношению к полной массе сухого карбоната кальция.

23. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один содержащий карбонат кальция материал содержит GCC и РСС, причем РСС присутствует в количестве 10-90 мас.%, предпочтительно 20-80 мас.% и наиболее предпочтительно 30-70 мас.% по отношению к полной массе РСС и GCC.

24. Способ по пп.5, 6, 7 или 8, отличающийся тем, что, в случае отсутствия стадии e), f) или g), все количество, по меньшей мере, одного содержащего ионы лития соединения используют до стадии помола d), или часть, по меньшей мере, одного содержащего ионы лития соединения используют до стадии помола d), причем остальное количество добавляют во время стадии d).

25. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что при использовании диспергатора количество, по меньшей мере, одного используемого содержащего ионы лития соединения составляет 0,01-5%, предпочтительно 0,05-2%, наиболее предпочтительно 0,1-1% сухой массы по отношению к сухой массе содержащего карбонат кальция материала.

26. Способ по п.5, отличающийся тем, что стадию помола d) проводят при температуре выше 5°C, предпочтительно 20-120°C, предпочтительнее 45-105°C и наиболее предпочтительно 85-100°C.

27. Способ по п.5, отличающийся тем, что концентрация твердой фазы в материале в виде водной суспензии, измельчаемом на стадии помола d), составляет 10-82% (от сухой массы содержащего карбонат кальция материала), предпочтительно 50-81%, наиболее предпочтительно 60-80% и особенно предпочтительно 65-72%.

28. Способ по п.5, отличающийся тем, что тонкодисперсный материал, полученный на стадии помола d), содержит фракцию частиц мельче 1 мкм более 20 мас.%, предпочтительно более 60 мас.%, предпочтительнее более 75 мас.%, еще предпочтительнее более 85 мас.% и наиболее предпочтительно более 95 мас.% по отношению к полной массе тонкодисперсного материала.

29. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один содержащий карбонат кальция материал получают в виде водной суспензии, содержащей 1-82 мас.%, предпочтительно 15-81 мас.% и наиболее предпочтительно 40-80 мас.% сухого GCC и/или РСС, и, в частности 63-72 мас.% сухого GCC и/или 47-72 мас.% сухого РСС.

30. Способ по п.5, отличающийся тем, что стадию помола d) проводят при содержании твердой фазы 10-35 мас.% по отношению к полной массе суспензии в отсутствие каких-либо диспергаторов или диспергирующих веществ или при содержании твердой фазы 60-82 мас.% по отношению к полной массе суспензии в присутствии диспергаторов и/или диспергирующих веществ.

31. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что содержание в суспензии твердой фазы конечного содержащего карбонат кальция материала, как правило, составляет 45-82 мас.%, предпочтительно 45-75 мас.%, предпочтительнее 68-73 мас.%, если стадию помола d) проводят без какого-либо диспергатора или диспергирующего вещества, или 65-82 мас.% и предпочтительнее 72-78 мас.%, если стадию помола d) проводят в присутствии диспергаторов или диспергирующих веществ.

32. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что вязкость по Брукфильду суспензии конечного содержащего карбонат кальция материала устойчива с течением времени, причем вязкость по Брукфильду водной суспензии содержащего карбонат кальция материала через 1 ч после получения ниже 4000 мПа·с, предпочтительно до 2000 мПа·с, предпочтительнее до 500 мПа·с, а вязкость по Брукфильду водной суспензии содержащего карбонат кальция материала после 8 суток хранения без перемешивания ниже 4000 мПа·с, предпочтительно до 2000 мПа·с, предпочтительнее до 1000 мПа·с, особенно до 500 мПа·с.

33. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что суспензия конечного содержащего карбонат кальция материала имеет коэффициент рассеяния S≥120 м²/кг для плотности покрытия 20 г/м² и вязкость по Брукфильду ниже 1000 мПа·с, предпочтительно коэффициент рассеяния S≥140 м²/кг для плотности покрытия 20 г/м² и вязкость по Брукфильду ниже 500 мПа·с.

34. Содержащий карбонат кальция материал, отличающийся тем, его получают способом по любому из пп.1-31.

35. Содержащий карбонат кальция материал по п.34, отличающийся тем, что концентрация ионов лития по отношению к полной массе сухого карбоната кальция составляет 10-2000 ч./млн, предпочтительно 100-1000 ч./млн, наиболее предпочтительно 200-800 ч./млн.

36. Содержащий карбонат кальция материал по любому из пп.34 или 35, отличающийся тем, что он содержит, по меньшей мере, одно содержащее ионы лития соединение в количестве 0,0035-1 мас.%, предпочтительно 0,0035-0,5 мас.% и наиболее предпочтительно 0,02-0,2 мас.%, в частности 0,05%, по отношению к полной массе сухого карбоната кальция.

37. Содержащий карбонат кальция материал по любому из пп.34 или 35, отличающийся тем, что он имеет значение d₅₀ около 0,2-5 мкм, предпочтительно 0,2-1,5 мкм, наиболее предпочтительно 0,25-1 мкм, в частности 0,45-0,7 мкм.

38. Содержащий карбонат кальция материал по любому из пп.34 или 35, отличающийся тем, что он содержит фракцию частиц мельче 1 мкм более 50 мас.%, предпочтительно более 80 мас.%, предпочтительнее более 85 мас.%, еще предпочтительнее более 90 мас.% и наиболее предпочтительно более 95 мас.% по отношению к полной массе тонкодисперсного материала.

39. Содержащий карбонат кальция материал по любому из пп.34 или 35, отличающийся тем, что он имеет коэффициент рассеяния S≥120 м²/кг для плотности покрытия 20 г/м² и вязкость по Брукфильду ниже 1000 мПа·с, предпочтительно коэффициент рассеяния S≥140 м²/кг для плотности покрытия 20 г/м² и вязкость по Брукфильду ниже 500 мПа·с.

40. Применение содержащих карбонат кальция материалов по любому из пп.34-39 в производстве бумаги, красок и пластмасс.

41. Бумага, содержащая материалы на основе карбоната кальция по любому из пп.34-39.

42. Пластмассы, содержащие материалы на основе карбоната кальция по любому из пп.34-39.

43. Краски, содержащие материалы на основе карбоната кальция по любому из пп.34-39.

44. Применение, по меньшей мере, одного содержащего ионы лития соединения в способе производства по любому из пп.1-33.