經(jīng)解聚的羧化纖維素用于分散和研磨無(wú)機(jī)材料的用圖
【專利說(shuō)明】經(jīng)解聚的錢(qián)化纖維素用于分散和研磨無(wú)機(jī)材料的用途
[0001] 本發(fā)明設(shè)及經(jīng)解聚的簇化纖維素作為無(wú)機(jī)材料水懸浮液的分散劑或助磨劑的用 途。
[0002] 無(wú)機(jī)材料的懸浮液或"漿料"是在液體介質(zhì)中不可溶固體的懸浮液，其通常是水與 添加劑的混合物。漿料的特征，尤其是無(wú)機(jī)材料的顆粒尺寸和添加劑性質(zhì)，取決于運(yùn)些漿料 所需的用途。事實(shí)上，后者在各種不同應(yīng)用(例如涂料、塑料、化妝品、造紙及紙涂布漿料）中 用作無(wú)機(jī)填充劑。
[0003] 完全或部分中和的低分子量丙締酸聚合物作為無(wú)機(jī)顆粒水懸浮液的分散劑或助 磨劑的用途是已知的。丙締酸共聚物作為分散劑或助磨劑的用途也是已知的。
[0004] 本發(fā)明的一個(gè)目的是提出與可商購(gòu)的丙締酸聚合物或共聚物類型的試劑性質(zhì)不 同的、用于無(wú)機(jī)材料懸浮液的分散劑或助磨劑。更確切地說(shuō)，本發(fā)明設(shè)及已經(jīng)被解聚成具有 對(duì)本申請(qǐng)而言最佳分子量的簇化纖維素作為無(wú)機(jī)顆粒懸浮液的助磨劑和分散劑的用途。
[0005] 本發(fā)明的另一個(gè)目的是提出生物來(lái)源的、即不是來(lái)源于化石燃料的無(wú)機(jī)顆粒懸浮 液的助磨劑和分散劑。該方法在綠色化學(xué)和可持續(xù)發(fā)展的概念內(nèi)。
[0006] 纖維素是由0-脫水葡萄糖單元、也稱為"葡萄糖單元"或"葡糖基"形成的線性聚合 物。每個(gè)脫水葡萄糖單元包含=個(gè)徑基基團(tuán)。簇化纖維素如簇甲基纖維素(CMC)是通過(guò)使纖 維素的徑基部分與一氯乙酸鋼(鋼作為堿金屬的典型例子使用）或一氯乙酸根據(jù)W下兩個(gè) 步驟反應(yīng)制備的：
[0007] R-OH+NaOH 一 R-ONa+也 0
[0008] R-0Na+Cl-CH2-C00Na 一 R0-CH2-C00Na+NaCl
[0009] CMC具有幾個(gè)定義技術(shù)特征。它的特征之一是其取代度(DS)，或者換句話說(shuō)，每個(gè) 葡萄糖單元在分子上接枝的簇甲基基團(tuán)的平均數(shù)。取代度也稱作簇化度。例如市售產(chǎn)品可 W具有約0.4至約1.4的DS。因此，作為參考，可商購(gòu)獲得的DS為0.8的CMC每個(gè)葡萄糖單元接 枝有平均0.8個(gè)簇甲基基團(tuán)，一些葡萄糖單元不具有任何簇甲基基團(tuán)，其他葡萄糖單元包含 1、2或3個(gè)簇甲基基團(tuán)。其他技術(shù)特征是分子量(Mw)，W及聚合度(DP)，即每分子CMC的葡萄 糖單元的數(shù)目。
[0010] 通過(guò)氧化處理來(lái)進(jìn)行CMC的解聚，即降低其分子量是已知的。
[0011] 目前已知的用于CMC解聚的許多方法需要幾天時(shí)間并且不能產(chǎn)生具有高固體含量 的溶液。有益的是，一方面減少CMC解聚的時(shí)間并由此增加經(jīng)解聚CMC的產(chǎn)量，W及另一方面 獲得具有高固體含量的經(jīng)解聚CMC溶液并由此降低與向用戶運(yùn)送產(chǎn)品相關(guān)的成本。事實(shí)上， 如果固體含量高，則運(yùn)輸更多活性材料和更少的水。
[001^ 文件EP 0 465 992(Aqualon公司）描述了使用過(guò)氧化氨解聚CMC的方法，該方法為 連續(xù)式、分批式或增量式。
[0013] 然而，該文件并未描述CMC用于研磨或分散無(wú)機(jī)材料懸浮液的用途。并且該文件也 未描述經(jīng)解聚CMC的分子量選擇和中和對(duì)于研磨或分散無(wú)機(jī)材料懸浮液的應(yīng)用的重要性。
[0014] 本發(fā)明的一個(gè)目的設(shè)及經(jīng)解聚的簇化纖維素的溶液用于研磨和/或分散無(wú)機(jī)材料 水懸浮液的用途，所述經(jīng)解聚的簇化纖維素的溶液具有相對(duì)于溶液總重量25重量％至40重 量％的固體含量，并且所述經(jīng)解聚的簇化纖維素具有10000克/摩爾至40000克/摩爾的分子 量。
[0015] 本發(fā)明的另一目的包括無(wú)機(jī)材料的助磨劑或分散劑，其由經(jīng)解聚的簇化纖維素的 溶液組成，所述經(jīng)解聚的簇化纖維素的溶液具有相對(duì)于溶液總重量的25重量％至40重量％ 的固體含量，所述經(jīng)解聚的簇化纖維素具有10000克/摩爾至40000克/摩爾的分子量。
[0016] "簇化纖維素"指已被化學(xué)改性的并且包含簇基單元、例如簇甲基單元-C此-COOH 的纖維素。簇化纖維素至少部分地是生物來(lái)源的。它可W W粉末形式或W溶液形式、例如W 水溶液的形式提供。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，簇化纖維素為簇甲基纖維素。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，經(jīng)解聚的簇化纖維素具有13000克/摩爾至35000克/ 摩爾、例如13000克/摩爾至25000克/摩爾的分子量。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，所述經(jīng)解聚的簇化纖維素具有2至10、例如3至5的多 分散指數(shù)PI。
[0020] 多分散指數(shù)PI相當(dāng)于在所獲得的纖維素內(nèi)各種大分子的分子量分布。如果所有的 大分子都具有相同的分子量，則指數(shù)PI降低并接近理論值1。如果相反地，大分子具有不同 的分子量，則指數(shù)PI增加。
[0021] 在本發(fā)明的情況下，經(jīng)解聚的簇化纖維素的指數(shù)PI為2至10、例如3至5。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，經(jīng)解聚的簇化纖維素的溶液具有相對(duì)于溶液總重量 的30重量％ ^上、例如30重量％至40重量％、例如31重量％至35重量％的固體含量。
[0023] 運(yùn)在本技術(shù)領(lǐng)域可W被認(rèn)為是高的固體含量。運(yùn)在產(chǎn)率、運(yùn)輸和實(shí)施方面提供了 許多優(yōu)勢(shì)。尤其是在運(yùn)輸或使用前無(wú)需溶液的濃縮步驟。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，所述經(jīng)解聚的簇化纖維素的溶液通過(guò)包括W下步驟 的方法獲得：
[0025] 1)解聚步驟，根據(jù)該步驟：
[0026] la)提供取代度為0.2至2的待解聚的簇化纖維素，
[0027] 化)將含有水的反應(yīng)器加熱到50°C至85°C (包括端值）的溫度，例如加熱到75°C至 85 °C (包括端值)的溫度，
[0028] Ic)將待解聚的簇化纖維素和過(guò)氧化物逐步地且同時(shí)地添加到反應(yīng)器，維持根據(jù) 化)所述的溫度，
[0029] Id)在根據(jù)Ic)添加全部反應(yīng)物后，根據(jù)化)維持混合物的溫度，直到過(guò)氧化物被完 全消耗，
[0030] 2)將混合物冷卻到75 °C W下的溫度、例如冷卻到70°C W下的溫度的步驟，
[0031] 3)任選地中和混合物的步驟。
[0032] "待解聚的簇化纖維素"指與用于研磨和/或分散無(wú)機(jī)材料的經(jīng)解聚的簇化纖維素 的分子量相比具有高分子量的簇化纖維素。
[0033] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，待解聚的簇化纖維素具有大于40000g克/摩爾、例如 200000克/摩爾至300000克/摩爾、例如220000克/摩爾至280000克/摩爾的分子量。
[0034] 上述連續(xù)式或增量式的方法使得能夠獲得具有高固體含量的簇化纖維素。運(yùn)產(chǎn)生 另外具有2至10、例如3至5的指數(shù)PI的經(jīng)解聚的簇化纖維素。相對(duì)于需要進(jìn)行纖維素溶解預(yù) 備步驟的批量式方法，該連續(xù)的解聚方法具有優(yōu)勢(shì)。該預(yù)備步驟包括在攬拌下溶解特定量 的纖維素粉末。該預(yù)備步驟可能持續(xù)很久，例如多于10小時(shí)，W獲得固體含量為10%的待解 聚纖維素的溶液。
[0035] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，待解聚的簇化纖維素具有0.7至2、例如0.5至1.8或 0.6至1.4的取代度。
[0036] 所述用于解聚簇化纖維素的方法任選地包括由W下構(gòu)成的另外的步驟:向所述含 有水的反應(yīng)器添加至少一種其他試劑，例如催化劑、金屬鹽或還原劑。例如，該其它試劑可 W選自硫酸亞鐵、次憐酸鋼、獻(xiàn)菁鐵或鶴酸鋼。
[0037] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，所述過(guò)氧化物為過(guò)氧化氨。
[0038] 根據(jù)另一實(shí)施方案，所述過(guò)氧化物為過(guò)氧化氨并且W相對(duì)于在工藝期間引入到反 應(yīng)器中的簇化纖維素的總重量W重量計(jì)20重量％至50重量％的量使用。
[0039] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，所述用于制備經(jīng)解聚簇化纖維素的溶液的方法包括 用選自氨氧化鋼、氨氧化巧、氨氧化儀、氨氧化鐘和胺的一種或更多種中和劑完全或部分中 和的步驟。
[0040] 根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案，所述用于制備經(jīng)解聚簇化纖維素的溶液的方法包括 用NaO田容液和化(OH) 2溶液完全或部分中和的步驟。
[0041] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，所述用于制備經(jīng)解聚簇化纖維素的溶液的方法包括 解聚步驟、冷卻步驟和中和步驟。根據(jù)該實(shí)施方案，所述制備方法不包括溶解簇化纖維素的 預(yù)備步驟。根據(jù)另一實(shí)施方案，所述方法不包括濃縮由此獲得的經(jīng)解聚簇化纖維素的步驟。
[0042] 根據(jù)本發(fā)明的經(jīng)解聚簇化纖維素的溶液用于研磨和/或分散水懸浮液中的無(wú)機(jī)材 料。
[0043] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，所述無(wú)機(jī)材料選自：天然碳酸巧、合成碳酸巧、白云 石、高嶺±、滑石、石膏、石灰、氧化儀、二氧化鐵、鍛光白、氧化侶、氨氧化侶、二氧化娃、云母 及其混合物。
[0044] 根據(jù)另一實(shí)施方案，所述無(wú)機(jī)