水基礦物質(zhì)漿料表面增白方法
【專(zhuān)利摘要】本方法涉及用于混凝土、密封劑、紙張、涂料或塑料應(yīng)用的礦物質(zhì)漿料,其中濕礦物質(zhì)漿料表面呈現(xiàn)出提高的增白效果。
【專(zhuān)利說(shuō)明】水基礦物質(zhì)漿料表面增白方法
[0001 ] 本方法涉及用于混凝土、密封劑、紙張、涂料或塑料應(yīng)用的礦物質(zhì)漿料。特別是,天然研磨碳酸鈣漿料作為填料或涂覆顏料用于涂料或造紙工業(yè)。天然來(lái)源的這類(lèi)顏料包括痕量的有色雜質(zhì),例如氧化物,比如鐵氧化物,硫化物,例如硫化鐵,硅酸鹽,例如長(zhǎng)石和云母,以及碳源,例如晶體和/或無(wú)定形碳,例如石墨。
[0002]印刷和塑料工業(yè)當(dāng)前面臨的問(wèn)題是,由于少量痕量的有色雜質(zhì)例如上述石墨的作用,漿料表面上經(jīng)常呈現(xiàn)出微灰或黑紗狀外觀。
[0003]如果天然研磨礦物質(zhì)被處理成水基漿料形式,例如在攪拌和加入分散劑條件下,經(jīng)??梢钥吹奖砻嫔铣尸F(xiàn)出微灰或黑紗狀外觀,所述黑紗狀外觀源自于痕量天然礦物質(zhì)黑色雜質(zhì)的浮選,例如低痕量石墨。特別是,僅在攪拌、泵送、裝載或卸載中所引入的一定量空氣通過(guò)在漿料表面上泡沫浮選就可以濃集石墨和硫化物。
[0004]這類(lèi)表面上呈現(xiàn)出灰至黑紗的白色礦物質(zhì)漿料的一個(gè)缺點(diǎn)是其顯然對(duì)用戶(hù)沒(méi)有吸引力。另一個(gè)缺點(diǎn)是這類(lèi)痕量雜質(zhì)在漿料表面可以形成團(tuán)聚體,之后導(dǎo)致在進(jìn)一步的應(yīng)用例如墻壁涂料或紙張涂層中存在嚴(yán)重質(zhì)量問(wèn)題,例如可見(jiàn)印記,包括黑帶。因此,本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提高水基礦物質(zhì)漿料的表面增白效果。
[0005]關(guān)于對(duì)含礦物質(zhì)材料進(jìn)行的已知工藝以及特征在于一定高分子量(Mw)的二醇聚合物,技術(shù)人員注意到了 W02005 / 071003,其公開(kāi)了一種碳酸鈣內(nèi)核,其至少部分地被涂層所覆蓋,所述涂層通過(guò)兩個(gè)不同的連續(xù)步驟施加,每個(gè)步驟使用不同的涂層。然而,不僅該發(fā)明的目的與本發(fā)明截然不同,也就是該發(fā)明提供具有改善的分散性能和更低團(tuán)聚傾向的碳酸鈣顆粒,而且該申請(qǐng)僅提到了可以組成第一和/或第二涂層材料的寬泛多羥基醇。另外,簡(jiǎn)要提及的是,這些涂層可以通過(guò)研磨工藝引入,但對(duì)于該工藝,既未進(jìn)行描述也未舉例說(shuō)明。
[0006]US 2002 / 000454 1涉及低傾點(diǎn)氧化乙烯/氧化丙烯嵌段共聚物表面活性劑及其制備工藝。該發(fā)明的目的是通過(guò)將所給出的共聚物與低分子量二醇,水和二烷基磺基琥珀酸酯組合來(lái)實(shí)現(xiàn)的,其仍然完全在本發(fā)明的范圍之外。該發(fā)明進(jìn)一步描述了這類(lèi)嵌段共聚物可以用作研磨助劑,然而未說(shuō)明物質(zhì)研磨的性質(zhì),該研磨是濕法還是干法,以及研磨工藝的效能。
[0007]US2005 / 0107493公開(kāi)了一種制備包覆的細(xì)顆粒無(wú)機(jī)固體的方法,其表面被細(xì)無(wú)機(jī)固體顆粒所包覆,其可以是碳酸鹽,包含至少兩種不同的有機(jī)添加劑。還提到了第二添加劑可以是聚乙二醇。可以進(jìn)行改性,其通過(guò)研磨過(guò)程進(jìn)行。然而,同樣,該發(fā)明未提供關(guān)于研磨效能的信息,也未對(duì)干法研磨工藝舉例或詳細(xì)討論。而且,該發(fā)明的目的完全不同于本發(fā)明,即在固體表面獲得添加劑的均勻分布。
[0008]DE102005043542公開(kāi)了一種水性石墨分散液,其包括分散于水中的石墨顆粒,以及起分散劑作用的穩(wěn)定劑,和添加劑。該石墨顆粒為至少部分地球形。描述了例如聚乙二醇作為良好分散劑。然而,這未解決提高礦物質(zhì)漿料表面增白效果問(wèn)題,因?yàn)榫垡叶荚谶@種環(huán)境中起收集劑作用,這最終會(huì)導(dǎo)致漿料表面變暗。
[0009]為了防止這類(lèi)漿料表面變暗,技術(shù)人員因而面臨下列技術(shù)問(wèn)題:通過(guò)昂貴的浮選工藝從漿料表面除去濃集的一種或多種黑色材料,從而導(dǎo)致產(chǎn)品損失和廢料積存。
[0010]因此,對(duì)于技術(shù)人員來(lái)說(shuō),現(xiàn)有技術(shù)未提供獲得本發(fā)明技術(shù)方案的教導(dǎo),也不存在向這些領(lǐng)域中尋找技術(shù)方案的客觀理由,而且,即使其已經(jīng)去尋找,也不會(huì)查找到記載有與其尋求解決的技術(shù)問(wèn)題相同或甚至相似的技術(shù)問(wèn)題的任何文獻(xiàn)。
[0011]這意味著,總之工業(yè)上對(duì)通過(guò)使用簡(jiǎn)單低耗能工藝降低或消除去這樣的廢料來(lái)改善現(xiàn)有技術(shù)中的已知工藝仍然感興趣。
[0012]響應(yīng)于工業(yè)的那些需求, 申請(qǐng)人:驚奇地發(fā)現(xiàn)使用選定組的添加劑以防止有色礦物質(zhì)浮選到白色礦物質(zhì)漿料表面,從而提高礦物質(zhì)漿料的增白效果的方法。
[0013]本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是,本發(fā)明不產(chǎn)生或僅有極其少量的廢料。
[0014]本發(fā)明的另一方面是通過(guò)本發(fā)明的方法制備的產(chǎn)物不在墻壁涂漆或紙張涂層期間在礦物質(zhì)漿料表面由于團(tuán)聚和/或聚集而引起黑帶。
[0015]另一個(gè)要解決的問(wèn)題是液體漿料表面的白度測(cè)量。液體漿料表面白度測(cè)量無(wú)法使用當(dāng)前的常規(guī)儀器例如Elrepho粉末白度測(cè)量裝置。
[0016]令人驚奇地發(fā)現(xiàn),漿料表面的數(shù)字化圖像白度,提供了液體漿料表面白度的可重現(xiàn)且可比較圖像。通過(guò)關(guān)閉物鏡獲得的數(shù)字化圖像作為“零白度”。BaSO4S準(zhǔn)的數(shù)字化圖像作為100%白度(與用于Elr印ho白度測(cè)量的相同)。所有圖像電子化傳輸至電腦軟件程序上,以計(jì)算漿料表面濕顏色或灰度。
[0017]礦物質(zhì)漿料表面增白方法的特征在于,所述方法包括下列工藝步驟:
[0018](a)通過(guò)分散和/或研磨制 備至少一種水基礦物質(zhì)漿料,
[0019](b)在步驟a)期間和/或之后加入基于干礦物質(zhì)0.005wt%至0.5wt%的至少一種氧化烯嵌段或無(wú)規(guī)共聚物,優(yōu)選嵌段共聚物。
[0020](c)任選地,在步驟a)和/或步驟b)期間和/或之后加入基于干礦物質(zhì)0.005wt%至5wt%的至少一種分散和/或研磨助劑。
[0021]在本發(fā)明的上下文中,研磨或研磨工藝應(yīng)理解為碾磨或碾磨工藝的同義詞,也是不言自明的。
[0022]本發(fā)明方法中所用礦物質(zhì)可以選自高嶺土、天然或沉淀碳酸鈣、滑石、云母、白云石、膨潤(rùn)土、Ti02、Al (OH)3或其混合物。優(yōu)選地,碳酸鈣為天然碳酸鈣,例如大理石、石灰石、白堊、方解石或其混合物。如果使用沉淀碳酸鈣(PCC),優(yōu)選選自包含方解石PCC,球霰石PCC,霰石PCC或其混合物。一般來(lái)說(shuō),適于用在本發(fā)明方法中的礦物質(zhì)包括黑色疏水性雜質(zhì)。這類(lèi)雜質(zhì)可以為FeS2 (黃鐵礦)或石墨或其混合物,但不限于此。
[0023]因此,在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中,通過(guò)本發(fā)明的方法獲得的水基漿料是礦物質(zhì)漿料,其中礦物質(zhì)是碳酸鈣,優(yōu)選天然碳酸鈣,例如大理石、石灰石、白堊或方解石和/或其混合物。
[0024]本發(fā)明方法中所用的水基礦物質(zhì)漿料也通過(guò)對(duì)礦物質(zhì)干法研磨來(lái)制備,直到礦物質(zhì)具有從約0.2 μ m至約100 μ m,優(yōu)選從約0.3 μ m至約50 μ m,更優(yōu)選從約0.5 μ m至約30 μ m,以及最優(yōu)選從約I μ m至約2 μ m的d5(l值為止獲得。所述干法研磨礦物質(zhì)以水中水性懸浮液形式提供,含量基于干礦物質(zhì)為至多20wt%,優(yōu)選至多30wt%,更優(yōu)選至多40wt%。
[0025]可替代地,所述干研磨礦物質(zhì)進(jìn)一步經(jīng)過(guò)濕法研磨,直到d5(l值在從約0.2 μ m至約10 μ m的范圍內(nèi),優(yōu)選在從約0.3μηι至約5μηι的范圍內(nèi),最優(yōu)選在從約0.5 μ m至約2μηι的范圍內(nèi)。
[0026]在磨機(jī)中,濕法研磨以在水中約5wt%至約80wt%的范圍內(nèi),優(yōu)選從約30wt%至約75wt%的范圍內(nèi),更優(yōu)選在從約40wt%至約70wt%的范圍內(nèi),最優(yōu)選在從約50wt%至約60wt%的基于干礦物質(zhì)的固體進(jìn)行。
[0027]所述碾磨過(guò)程可以成批方式或連續(xù)進(jìn)行。適于碾磨所述礦物質(zhì)的磨珠是技術(shù)人員所熟知的,例如作為舉例,但不限于在從0.2mm至4mm范圍內(nèi),特別是在從Imm至1.5mm范圍內(nèi)的硅酸鋯磨珠。碾磨也是不言自明的。
[0028]本發(fā)明的方法中所用的水基礦物質(zhì)漿料任選地包含至少一種陰離子分散劑或研磨助劑。所述陰離子分散和/或研磨助劑為有機(jī)或無(wú)機(jī)分散和/或研磨助劑。有機(jī)分散和/或研磨助劑選自檸檬酸鹽、馬來(lái)酸鹽、富馬酸鹽、衣康酸鹽、聚丙烯酸鹽和丙烯酸類(lèi)或甲基丙烯酸類(lèi)均聚物或共聚物,及其組合。無(wú)機(jī)分散和/或研磨助劑選自焦磷酸鹽或聚磷酸鹽例如六偏磷酸鹽、三聚磷酸鹽、碳酸鋯銨或碳酸鋯鉀。
[0029]分散劑被至少一種單價(jià)和/或 二價(jià)和/或三價(jià)和/或四價(jià)中和劑部分或完全地中和。
[0030]在本發(fā)明的上下文中,部分地中和意味著至少一種陰離子聚合分散劑被至少一種單價(jià)和/或二價(jià)中和劑至多100mol%中和。例如,所述至少一種陰離子聚合分散劑可以被至少一種單價(jià)和/或二價(jià)和/或三價(jià)中和劑以90%、或80%、或70%、或60%、或50%、或40%、或 30%、或 20%、或 10%到約 10%、或 20 %、或 30%、或 40%、或 50%、或 60%、或70%、或80%、或90%的水平中和。所述至少一種單價(jià)和/或二價(jià)中和劑可以選自堿金屬或堿土金屬離子和/或其鹽,例如鋰、鈉、鉀、鎂、鈣、銨及其組合。分散劑的其它合適的中和程度也可以從FR2683537和FR2683538中獲知。
[0031]因此,前述陰離子分散和/或研磨助劑也可以選自檸檬酸鈉,馬來(lái)酸鈉,富馬酸鈉,衣康酸鈉的聚合物以及丙烯酸鈉或甲基丙烯酸鈉的均聚物或共聚物及其組合,以及可以選自焦磷酸鈉或聚磷酸鈉例如六偏磷酸鈉或三聚磷酸鈉。還可以存在碳酸鋯鉀鈣(KZC)或碳酸鋯銨鈣(AZC)。
[0032]此處公開(kāi)的所述至少一種陰離子聚合分散劑例如可以選自包含選自羥基,酰氨基,羧基,磺基或膦酰基的至少一個(gè)基團(tuán)的聚合分散劑,及其堿金屬鹽和銨鹽。例如部分地或完全地被堿金屬或堿土金屬中和的丙烯酸類(lèi)或甲基丙烯酸類(lèi)聚合物,或丙烯酸或甲基丙烯酸與丙烯酸烷基酯或甲基丙烯酸烷基酯,或者(甲基)丙烯酸酐,丙烯酰氨基-2-甲基-2-丙磺酸,聚丙烯酰胺或丙烯酰胺的共聚物。其它合適的陰離子聚合分散劑可以從W02005 / 063371 獲知。
[0033]特別適合的陰離子均聚或共聚分散劑以及它們部分或完全中和形式進(jìn)一步描述于 FR2 539 137ALFR2 683 536A1,FR2 683 537A1,FR2 683 538A1,FR2 683 539A1 和 FR2802 830A1, FR2 818 165A1, EP0850 685A1, FR2 903 618A1, FR2940 141 以及 W02010 /063757 中。
[0034]聚合丙烯酸分散劑可以具有例如從約IOOOg / mol至30000g / mol,優(yōu)選從約1300g / mol 至 20000g / mol,更優(yōu)選從約 1500g / mol 至 17000g / mol,還更優(yōu)選從約2500g / mol至16000g / mol,還更優(yōu)選從約3100g / mol至15000g / mol,還更優(yōu)選從約3200g / mol 至 13000g / mol,還進(jìn)一步優(yōu)選在從約 3300g / mol 至 7500g / mol,還進(jìn)一步優(yōu)選在從約3500g / mol至約6000g / mol的重均分子量(Mw)。然而另一個(gè)范圍是從約1800g / mol至約4800g / mol。尤其是,上述請(qǐng)求范圍的合適聚合分散劑為聚丙烯酸類(lèi)分散劑。
[0035]在pH8下,根據(jù)水凝膠滲透色譜(GPC)方法并且使用Polymer Standard Service提供的一系列五個(gè)聚丙烯酸鈉標(biāo)準(zhǔn)品,名稱(chēng)為PSS-PAA18K,PSS-PAA8K,PSS-PAA5K,PSS-PAA4K以及PSS-PAA3K校準(zhǔn)來(lái)測(cè)量不同丙烯酸類(lèi)聚合物以100 %鈉鹽形式的所有重均分子量(Mw),數(shù)均分子量(Mn)以及相應(yīng)的多分散度。
[0036]在PH8下,根據(jù)水凝膠滲透色譜(GPC)方法并且使用一系列不同聚乙二醇校準(zhǔn)來(lái)測(cè)量不同烷氧基聚合物所有重均分子量(Mw),數(shù)均分子量(Mn)以及相應(yīng)的多分散度。聚乙二醇標(biāo)準(zhǔn)品,分析標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定為Mp400-40000,來(lái)自Fluka(產(chǎn)品號(hào)81396)。
[0037]適于由上述研磨工藝制備水基礦物質(zhì)漿料的分散劑為聚丙烯酸鈉/鈣,具有從約2000g / mol至30000g / mol范圍內(nèi),優(yōu)選從約3000g / mol至20000g / mol范圍內(nèi),最優(yōu)選從約4000g / mol至10000g / mol范圍內(nèi),還進(jìn)一步優(yōu)選從約5000g / mol至9000g /mol范圍內(nèi)的分子量(Mw),以及多分散度指數(shù)PDI為從約1.2至5.0范圍內(nèi),優(yōu)選從約1.5至3.0,最優(yōu)選從約1.8至2.7,固含量為lwt%至100wt%,優(yōu)選從約30wt% -45wt%的范圍。
[0038]水性礦物質(zhì)漿料中存在的聚丙烯酸鹽在從約0.0^^%至2wt%范圍內(nèi),優(yōu)選在約0.lwt%至1.5wt%范圍內(nèi),更優(yōu)選在約0.15wt%至1.2wt%范圍內(nèi)的基于干礦物質(zhì)的固體,取決于水性礦物質(zhì)漿料固體以及礦物質(zhì)顆粒細(xì)度和比表面。
[0039]本發(fā)明的氧化烯嵌段或無(wú)規(guī)共聚物為氧化乙烯和/或氧化丙烯或氧化丁烯嵌段共聚物;或者氧化丙烯和/或氧化乙烯或氧化丁烯嵌段共聚物;或者氧化乙烯和氧化丙烯和氧化乙烯嵌段共聚物;或者氧化丙烯和氧化乙烯和氧化丙烯嵌段共聚物;或者氧化乙烯與氧化丙烯或氧化丁烯的無(wú)規(guī)共聚物。而且,上述聚合物的組合也適用于實(shí)施本發(fā)明。
[0040]合適的嵌段共聚物也可 以 表示為三嵌段或雙嵌段共聚物,例如EO / PO / E0,其中氧化丙烯單元位于兩個(gè)氧化乙烯單元之間,或者反之亦然,例如PO / EO / PO,其中氧化乙烯單元位于兩個(gè)氧化丙烯單元之間,或EO / PO,或PO / E0,它們的合成詳細(xì)描述于現(xiàn)有技術(shù)中。
[0041]本發(fā)明的嵌段共聚物具有下列通式結(jié)構(gòu):
[0042]
【權(quán)利要求】
1.一種礦物質(zhì)漿料表面增白的方法,其特征在于,所述方法包含下列工藝步驟: (a)通過(guò)分散和/或研磨制備至少一種水基礦物質(zhì)漿料, (b)在步驟a)期間和/或之后加入基于干礦物質(zhì)0.005?1:%至0.5wt%的至少一種氧化烯嵌段或無(wú)規(guī)共聚物,優(yōu)選嵌段共聚物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其中在步驟a)和/或步驟b)期間和/或之后加入基于干礦物質(zhì)0.005界1:%至0.5wt%的至少一種分散和/或研磨助劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2任意一項(xiàng)的方法,其中所述至少一種氧化烯嵌段共聚物為雙或三嵌段共聚物,優(yōu)選至少為三嵌段共聚物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法,其中雙嵌段共聚物為EO/ PO,并且三嵌段共聚物為EO /PO / EO或PO / EO / PO嵌段共聚物。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法,其中三嵌段共聚物具有下列通式結(jié)構(gòu):
6.根據(jù)權(quán)利要求3的方法,其中雙嵌段具有下列通式結(jié)構(gòu):
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任意一項(xiàng)的方法,其中分散和/或研磨助劑選自陰離子分散和/或研磨助劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任意一項(xiàng)的方法,其中所述陰離子分散和/或研磨助劑為有機(jī)或無(wú)機(jī)分散和/或研磨助劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法,其中有機(jī)分散和/或研磨助劑選自檸檬酸鈉,丙烯酸鈉和丙烯酸鈉或甲基丙烯酸鈉的均聚物或共聚物及其組合。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的方法,其中無(wú)機(jī)分散和/或研磨助劑選自焦磷酸鈉或聚磷酸鈉例如六偏磷酸鈉或三聚磷酸鈉。
11.根據(jù)權(quán)利要求8的方法,其中陰離子聚合分散劑可以選自聚合丙烯酸分散劑或包含選自羥基,酰氨基 ,羧基,磺基或膦?;闹辽僖环N基團(tuán)的聚合分散劑,及其堿金屬、堿土金屬和銨和/或胺鹽。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法,其中聚合丙烯酸分散劑具有從約IOOOg/ mol至30000g / mol,優(yōu)選從約 1300g / mol 至 20000g / mol,更優(yōu)選從約 1500g / mol 至17000g / mol,還更優(yōu)選從約2500g / mol至16000g / mol,還更優(yōu)選從約3100g / mol至15000g / mol,還更優(yōu)選從約3200g / mol至13000g / mol,還進(jìn)一步優(yōu)選在從約3300g /mol至7500g / mol,還進(jìn)一步優(yōu)選在從約3500g / mol至約6000g / mol的分子量。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法,其中陰離子聚合分散劑的酸性基團(tuán)被至少一種單價(jià)和/或二價(jià)和/或三價(jià)和/或四價(jià)中和劑部分或完全地中和。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法,其中所述至少一種單價(jià)和/或二價(jià)中和劑選自堿金屬或堿土金屬離子和/或其鹽,例如鋰、鈉、鉀、鎂、鈣、銨及其組合。
15.根據(jù)權(quán)利要求1-14任意一項(xiàng)的方法所得到礦物質(zhì)漿料,其中漿料的濕表面白度比在步驟b)中不存在氧化烯的相同漿料的白度高出至少2%,優(yōu)選濕表面白度比在步驟b)中不存在氧化烯的相同漿料的白度高出3%,更優(yōu)選濕表面白度比在步驟b)中不存在氧化烯的相同漿料的白度高出4%。
16.根據(jù)權(quán)利要求1-14任意一項(xiàng)的方法所得到礦物質(zhì)漿料,其中礦物質(zhì)選自包含高嶺土、天然或沉淀碳酸鈣、滑石、云母、白云石、膨潤(rùn)土、Ti02、Al (OH)3及其混合物的組。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的礦物質(zhì)漿料,其中天然碳酸鈣選自大理石、石灰石、白堊、方解石或其混合物。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的礦物質(zhì)漿料,其中沉淀碳酸鈣選自方解石沉淀碳酸鈣,球霰石沉淀碳酸鈣,霰石沉淀碳酸鈣,或其混合物。
19.根據(jù)權(quán)利要求1-14任一項(xiàng)意的方法所得到礦物質(zhì)漿料,其中礦物質(zhì)漿料具有至少5wt %,優(yōu)選50-80wt %,更優(yōu)選70-79wt %,最優(yōu)選72-78.5wt %的固含量。
20.根據(jù)權(quán)利要求15-19任意一項(xiàng)的礦物質(zhì)漿料在混凝土、密封劑、紙張、紙張涂層、涂料或塑料中的用途。
21.包含根據(jù)權(quán)利要求1-14任意一項(xiàng)的方法所得到的礦物質(zhì)漿料的制品例如混凝土、密封劑、紙張、涂料或塑料。
22.測(cè)量濕礦物質(zhì)漿料表面白度的方法,包含下列步驟:(a)提供根據(jù)權(quán)利要求1-14任意一項(xiàng)的濕礦物質(zhì)漿料和白色標(biāo)準(zhǔn)(b)將計(jì)算的濕礦物 質(zhì)漿料數(shù)字化表面圖像與所述白色標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較。
【文檔編號(hào)】C09C1/40GK103429671SQ201180064425
【公開(kāi)日】2013年12月4日 申請(qǐng)日期:2011年12月22日 優(yōu)先權(quán)日:2011年1月7日
【發(fā)明者】M·布里, S·倫奇, C·布達(dá)克 申請(qǐng)人:Omya發(fā)展股份公司