BR112018074282B1 - Um processo de fabricação de espessantes e o uso de espessantes produzidos desse modo em formulações de resina epóxi de alta viscosidade - Google Patents

Abstract

A invenção se refere ao uso de pelo menos um aditivo de reologia de organoargila mineral misturado em uma composição líquida que compreende pelo menos uma resina epóxi, sendo que o aditivo compreende ou consiste em uma mistura de argila mineral tratada com sal de alquil- amônio quaternário preparada formando-se uma pasta fluida de argila hormita aquosa (a), formar uma pasta fluida de argila esmectita aquosa (b), combinar a pasta fluida de argila hormita aquosa (a) com a pasta fluida de argila esmectita aquosa (b) para formar uma pasta fluida de argila combinada (c), tratar a pasta fluida de argila combinada (c) com um ou mais sais de alquil-amônio quaternários, nos quais a pasta fluida de argila hormita aquosa (a) é formada ao (i.1) dispersar uma fração de uma ou mais argilas hormitas selecionada a partir do grupo de sepiolitas e paligorquitas em um meio aquoso para formar uma dispersão, e em que a fração de argila hormita empregada contém menos que 3,0 % em peso de AI2O3, menos que 1,0 % em peso de Fe2O3, e menos que 3,5 % em peso da combinação de AI2O3 e Fe2O3, e em que a pasta fluida de argila esmectita aquosa (b)(...).

Description

[0001] A presente invenção se refere a um processo de fabricar espessantes especializados e o uso de espessantes produzidos desse modo em formulações de resina epóxi de alta viscosidade. A invenção particularmente se refere ao uso dos espessantes produzidos desse modo ao modificar a reologia de formulações não aquosas como formulações de resina epóxi.

Antecedentes Tecnológicos

[0002] Em particular, no campo de adesivos, vedantes, agentes de revestimento e componentes de moldagem, bem como fluidos de perfuração de óleo de base não aquosa e similares, é necessário personalizar as propriedades reológicas de tais sistemas, primariamente através de ajuste da consistência pela seleção de agentes aglutinantes, solventes e a concentração de pigmentos e/ou cargas. No entanto, em muitos casos, um ajuste à consistência desejada com o auxílio dos componentes mencionados acima não é suficiente. Em tais casos, a adição de chamados aditivos de reologia (isto é, aditivos reológicos) é necessária. O efeito disso pode ser reduzir a viscosidade com o propósito de melhor processabilidade ou um aumento em viscosidade que, na presente invenção, é chamado de "espessamento".

[0003] Muitos espessantes orgânicos ou inorgânicos diferentes são descritos para os propósitos citados.

[0004] Comumente usados em sistemas aquosos estão éter celulose, amido, hidrocoloides naturais, biopolímeros sintéticos, espessantes de poliacrilato, agentes espessantes associativos com base em polímeros modificados hidrofobicamente como poliéteres, uretanos de éter, poliacrilamidas e emulsões de acrilato ativadas por alcalina ou espessantes inorgânicos expansíveis em água.

[0005] Os aditivos de reologia típicos para sistemas não aquosos incluem, além de espessantes orgânicos, como ceras e resinas tixotrópicas, espessantes inorgânicos como, por exemplo, óxido de magnésio e hidróxido de magnésio ou sílica amorfa e silicatos em camadas.

[0006] Dentre silicatos em camadas, materiais de argila são geralmente usados como espessantes; dentre os mesmos, materiais organicamente modificados de argila (também conhecidos como organoargilas) são usados na técnica. As organoargilas são amplamente usadas como espessantes, mais especificamente, tixotrópicos, para solventes orgânicos ou sistemas de revestimentos orgânicos, como tintas e vernizes e também em compósitos. Os mesmos são tipicamente usados em uma quantidade de aditivo, isto é, uma quantidade de 10 % em peso ou menos para aprimorar as propriedades de aplicação de sistemas orgânicos líquidos. Tais sistemas orgânicos líquidos que contêm organoargila espessada mostram comportamento tixotrópico ou pseudoplástico. Isso aprimora a estabilidade de armazenamento de sistemas orgânicos. Isso impede o desmembramento e, especialmente, a sedimentação de pigmentos e cargas no sistema durante o armazenamento. Isso mantém os sistemas orgânicos homogêneos.

[0007] Um propósito adicional para o qual as organoargilas são usadas é aumentar a resistência à inclinação de sistemas orgânicos líquidos. Tipicamente, tintas que são aplicadas a superfícies verticais tendem a descarga e ocasionam formação de queda no substrato. As tintas podem ser apenas aplicadas em uma determinada espessura de filme limitada antes de as mesmas começarem a descarga ou iniciarem queda. Isso é, em geral, chamado "flacidez". As organoargilas podem reduzir flacidez aumentando-se a viscosidade do sistema. O aumento em viscosidade pode estar relacionado como uma gelificação dos sistemas dentro de um quadro de tempo de segundos a minutos.

[0008] A maneira que as organoargilas estão realizando isso é, na maior parte, chamada de um alojamento de estrutura de cartas. A organoargila é realizada de minerais de argila na forma de plaquetas ou na forma de estruturas pseudolaminares similares a agulha. As plaquetas de argila no restante devem orientar a si mesmas em um formato similar a um alojamento de cartas. Esse alojamento de cartas tem uma determinada estabilidade que fornece as propriedades de gelificação e anti-flacidez. Mas quando movido durante aplicação pintando-se, aspergindo-se e similares, esse alojamento de cartas se rompe e apenas viscosidade baixa visível é visível durante aplicação. Após a aplicação, quando não há força externa forte no líquido, esse alojamento de cartas se recupera dentro de segundos a minutos e fornece viscosidade na forma de gelificação em forças de cisalhamento baixas. Isso pode ser medido por meio de um reômetro especialmente quando a viscosidade é monitorada em forças de cisalhamento baixas, isto é, velocidade baixa da parte giratória do reômetro. Isso significa que organoargilas não aumentam a viscosidade aparente do sistema de líquido muito durante a aplicação, mas formação em gel ocorre muito rapidamente após a aplicação devido à inserção de viscosidade de cisalhamento baixo forte.

[0009] As organoargilas tipicamente são produzidas a partir de argilas inorgânicas. Argila natural é, em geral, apenas pouco compatível com solventes. Tipicamente, a mesma é hidrofílica e principalmente com capacidade de suspensão em água, menos na maior parte de solventes orgânicos. Portanto, a superfície da argila mineral deve ser tornada hidrofóbica. Isso é realizado por um revestimento orgânico da superfície de argila. A argila mineral é tipicamente carregada de modo aniônico. O método mais comum é tratar a argila aniônica com tensoativos catiônicos, a saber, sais de amônio quaternário. Ambos os edutos são tipicamente reagidos em água. O amônio quaternário se dirige a cargas aniônicas na superfície de argila e fornece uma ligação forte para essas cargas. A superfície de argila é tornada hidrofóbica nesse ponto e a argila perde solubilidade de água. A argila modificada desse modo tem, em geral, capacidade de suspensão em solventes orgânicos, mas menos em água.

[0010] Os documentos WO-A-97/17398 e US 6.036.765 revelam misturas de argilas que foram tratadas em superfície com sais de alquil-amônio quaternários e que compreendem cerca de 50 a 95 % em peso, em relação à mistura de argila em camadas, de uma argila mineral selecionada a partir do grupo que consiste em sepiolita e/ou Paligorsquite e contém menos que 50 % em peso, em relação à mistura de argila em camadas, de pelo menos uma esmectita. A esmectita ou esmectitas podem, de preferência, ser selecionadas a partir do grupo que consiste em hectorita, montmorilonita, bentonita, beidelita, saponita, estevensita e misturas dos mesmos. Nenhuma das duas publicações descreve o uso de argilas hormitas que têm um teor extraordinário baixo de óxidos de metal específicos, a saber, óxido de alumínio e/ou óxido de ferro na fabricação dos agentes de reologia produzidos nos mesmos.

[0011] O documento US 8.389.447 B2 descreve aditivos de organoargila para fornecer fluidos de perfuração de poço de óleo com propriedades reológicas menos dependentes de temperatura. Os aditivos revelados nos mesmos têm como base uma combinação sinergística de uma composição de organoargila hectorita e uma composição de organoargila atapulgita. Cada uma das argilas foi tratada com pelo menos dois sais de amônio quaternário diferentes, em que um dos quais deve ser um sal de amônio quaternário alcoxilado antes das argilas tratadas desse modo terem sido misturadas.

[0012] O documento WO 2015/138407 A1 também descreve misturas de argilas atapulgita e/ou sepiolita modificadas de modo organofílico pré-formadas com argila betonida modificada de modo organofílico pré-formada para uso em composições de base de fluido de perfuração à base de óleo. No entanto, em contraste com os documentos WO-A-97/17398 e US 6.036.765. A quantidade mais preferencial da atapulgita/sepiolita modificada na mistura com a bentonita modificada é muito baixa e na faixa de cerca de 10 % em peso, apenas.

[0013] Os espessantes descritos na técnica anterior parecem ter uma média para bom desempenho nos sistemas foram usados. No entanto, ainda há uma necessidade de fornecer um processo melhorado de fabricar espessantes. Usar os espessantes produzidos desse modo deve levar a boa confiabilidade e, na maior parte, efeitos de espessamento significativamente aumentados particularmente em sistemas de aplicação específica, como formulações de resina epóxi que são amplamente usadas, por exemplo, em revestimentos, vedantes e adesivos.

[0014] Na forma de armazenamento de composições líquidas que contêm resina epóxi, endurecedores tipicamente não estão contidos. Tipicamente, um ou mais endurecedores são misturados com ou em tais composições líquidas apenas logo antes da aplicação para formar uma formulação pronta para uso. Após misturar o endurecedor com ou nas composições líquidas que contêm resina epóxi uma reação de cura entre resina epóxi e endurecedor ocorre. Essa reação é, em geral, exotérmica, resultando em um aumento de temperatura. O aumento inicial de temperatura é, em geral, associada a uma redução de viscosidade da formulação. No entanto, em um estágio posterior, quando a cura prossegue, viscosidade começará a aumentar novamente, devido à formação de moléculas maiores formadas na reação entre resina epóxi e endurecedor. Portanto, a redução inicial em viscosidade após o início da reação da resina epóxi com seu endurecedor demanda um desempenho extraordinariamente alto do espessante usado. Devido a isso, precisa ser evitado que a redução inicial de viscosidade da formulação pronta para uso leve à flacidez indesejada e similares. Em outras palavras, o aumento em viscosidade adicionando-se o espessante à forma de armazenamento isenta de endurecedor já deve ser excelente.

[0015] Resumindo, era o objetivo dos inventores da presente invenção fornecer um processo melhorado de fabricar espessantes e o uso dos espessantes produzidos desse modo em formulação de resina epóxi líquida. Era um objetivo adicional dos inventores fornecer um processo de boa confiabilidade de produção de um aditivo de reologia à base de organoargila com um melhor desempenho em comparação com aditivos estruturalmente relativos de organoargila conhecidos do estado da técnica.

Sumário

[0016] Os objetivos mencionados anteriormente foram alcançados fornecendo-se um processo de fabricar um aditivo de reologia de organoargila mineral misturado, que compreende ou consiste em uma mistura de argila mineral tratada com sal de alquil-amônio quaternário, em que o processo é caracterizado por i. formar uma pasta fluida de argila hormita aquosa (a) ii. formar uma pasta fluida de argila esmectita aquosa (b) iii. combinar a pasta fluida de argila hormita aquosa (a) com a pasta fluida de argila esmectita aquosa (b) para formar uma pasta fluida de argila combinada (c) iv. tratar a pasta fluida de argila combinada (c) com um ou mais sais de alquil-amônio quaternários e v. opcionalmente, separar a mistura de argila mineral tratada com sal de alquil-amônio quaternário produzida desse modo do meio aquoso, em que a pasta fluida de argila hormita aquosa (a) é formada ao (i.(1) dispersar uma fração de uma ou mais argilas hormitas selecionadas a partir do grupo de sepiolitas e paligorquitas em um meio aquoso para formar uma dispersão, e em que a fração de argila hormita empregada contém menos que 3,0 % em peso de AI2O3, menos que 1,0 % em peso de Fe2O3, e menos que 3,5 % em peso da combinação de AI2O3 e Fe2O3, e em que a pasta fluida de argila esmectita aquosa (b) é formada ao (ii.1) dispersar uma fração de uma ou mais argilas esmectitas em um meio aquoso para formar uma dispersão, e em que o peso do teor de argila hormita excede o peso do teor de argila esmectita na pasta fluida de argila combinada (c); e submeter as dispersões formadas em (i.1) e (ii.1) a cisalhamento de fluido de alta velocidade antes de realizar a etapa iii. e/ou após ter realizado a etapa iii.

[0017] O processo acima de fabricar um aditivo de reologia de organoargila mineral misturado, que compreende ou consiste em uma mistura de argila mineral tratada com sal de alquil-amônio quaternário é também chamado no presente documento de "processo de acordo com a invenção".

[0018] Um objetivo adicional da presente invenção é o uso de pelo menos um dos aditivos minerais misturados de organoargila obtida pelo processo de acordo com a presente invenção como espessante em composições líquidas, de preferência, composições líquidas não aquosas.

[0019] Os aditivos de reologia de organoargila mineral misturados conforme produzido de acordo com a presente invenção são particularmente adequados para composições líquidas de espessamento que compreendem pelo menos uma resina epóxi. Também foi confirmado que os aditivos produzidos desse modo não são apenas aptos para fornecer uma viscosidade superior para formulações à base de epóxi, mas também a outros sistemas, de preferência, não aquosos como solventes orgânicos, composições orgânicas líquidas livres de resina epóxi como, por exemplo, materiais de revestimento com base não epóxi, adesivos e vedantes, bem como óleo organofílico e/ou fluidos de perfuração de gás ou compostos de moldagem termoplásticos e compostos termoplásticos reforçados e similares. Portanto, além de suas propriedades superiores em composições de resina epóxi líquidas de espessamento, os aditivos conforme produzidos de acordo com a presente invenção fornecem um efeito de espessamento excelente para outras formulações orgânicas líquidas, também. O uso como espessante ou, mais especificamente, como agente tixotrópico em tais formulações líquidas é também objetivo da presente invenção.

Descrição Detalhada Fabricação dos Aditivos Reológicos de Organoargila Minerais Misturados de Acordo com o Processo da Invenção

[0020] Um objetivo primário da presente invenção é para fornecer um processo de fabricar o aditivo de organoargila mineral misturado, que compreende ou consiste em uma mistura de argila mineral tratada com sal de alquil-amônio quaternário. Em que o processo é caracterizado por: i. formar uma pasta fluida de argila hormita aquosa (a) ii. formar uma pasta fluida de argila esmectita aquosa (b) iii. combinar a pasta fluida de argila hormita aquosa (a) com a pasta fluida de argila esmectita aquosa (b) para formar uma pasta fluida de argila combinada (c) iv. tratar a pasta fluida de argila combinada (c) com um ou mais sais de alquil-amônio quaternários e v. opcionalmente, separar a mistura de argila mineral tratada com sal de alquil-amônio quaternário produzida desse modo do meio aquoso, em que a pasta fluida de argila hormita aquosa (a) é formada ao (i.(1) dispersar uma fração de uma ou mais argilas hormitas selecionadas a partir do grupo de sepiolitas e paligorquitas em um meio aquoso para formar uma dispersão, e em que a fração de argila hormita empregada contém menos que 3,0 % em peso de AI2O3, menos que 1,0 % em peso de Fe2O3, e menos que 3,5 % em peso da combinação de AI2O3 e Fe2O3, e em que a pasta fluida de argila esmectita aquosa (b) é formada ao (ii.1) dispersar uma fração de uma ou mais argilas esmectitas em um meio aquoso para formar uma dispersão, e em que o peso do teor de argila hormita excede o peso do teor de argila esmectita na pasta fluida de argila combinada (c); e submeter as dispersões formadas em (i.1) e (ii.1) a cisalhamento de fluido de alta velocidade antes de realizar a etapa iii. e/ou após ter realizado a etapa iii.

[0021] Em uma primeira modalidade do processo de fabricação geral acima, o aditivo de organoargila mineral misturado, que compreende ou consiste em uma mistura de argila mineral tratada com sal de alquil-amônio quaternário, as etapas seguintes são realizadas: i. formar uma pasta fluida de argila hormita aquosa (a) ii. formar uma pasta fluida de argila esmectita aquosa (b) iii. combinar a pasta fluida de argila hormita aquosa com a pasta fluida de argila esmectita aquosa para formar uma pasta fluida de argila combinada (c) iv. tratar a pasta fluida de argila combinada (c) com um ou mais sais de alquil-amônio quaternários v. opcionalmente, separar a mistura de argila mineral tratada com sal de alquil-amônio quaternário produzida desse modo do meio aquoso, em que a pasta fluida de argila hormita aquosa (a) é formada ao (i.(1) dispersar uma fração de uma ou mais argilas hormitas selecionadas a partir do grupo de sepiolitas e paligorquitas em um meio aquoso, de preferência, água, para formar uma dispersão, e em que a fração de argila hormita empregada contém menos que 3,0 % em peso de AI2O3, menos que 1,0 % em peso de Fe2O3, e menos que 3,5 % em peso da combinação de AI2O3 e Fe2O3, (i.(2) opcionalmente, testar a dispersão formada em (i.1) através de uma tela de 100 mesh para remover partículas grossas, e (i.(3) submeter a dispersão formada em (i.1) ou (i.2) a cisalhamento de fluido de alta velocidade; em que a pasta fluida de argila esmectita aquosa (b) é formada ao (ii.(1) dispersar uma fração de uma ou mais argilas esmectitas em um meio aquoso, de preferência, água, para formar uma dispersão, (ii.(2) opcionalmente, testar a dispersão formada em (ii.1) através de uma tela de 100 mesh e/ou centrifugar a dispersão formada em (ii.1) ou a dispersão examinada através de uma tela de 100 mesh para remover partículas grossas, e (ii.(3) submeter a dispersão formada em (ii.1) ou (ii.2) a cisalhamento de fluido de alta velocidade; e em que o peso do teor de argila hormita excede o peso do teor de argila esmectita na pasta fluida de argila combinada (c).

[0022] Nas etapas de dispersão (i.1) e (ii.1) redução de tamanho de partícula é alcançada. É particularmente preferencial produzir distribuições de tamanho de partícula de modo que pelo menos 90 % em peso, mais preferencialmente, pelo menos 95 % em peso das partículas passam através de uma tela de 100 mesh com base no peso total da argila na respectiva pasta fluida. Isso pode ser, por exemplo, adequadamente alcançado usando-se um dispositivo de dissolver nas etapas de dispersão (i.1) e (ii.1), por exemplo, um dispersor Cowles. O termo "mesh" conforme usado no presente documento é usado de acordo com o sistema de mesh de padrão US. De acordo com o sistema de mesh de padrão US, uma tela de 100 mesh tem aberturas de mesh de 149 μm.

[0023] O uso de uma tela de 100 mesh nas etapas de teste opcionais (i.2) e (ii.2) deve ser entendido como o uso de uma "tela de pelo menos 100 mesh". Certamente, ainda é possível usar telas de mesh com aberturas de mesh menores que 149 μm. No entanto, uma tela de 100 mesh é suficiente para impedir danos de dispositivos usados para redução adicional de tamanho de partícula. Visto que as partículas deixadas na tela são, em geral, descartadas, o uso de telas mais finas que tela de 100 mesh pode, no entanto, levar a uma perda desnecessária de rendimento.

[0024] As etapas de dispersão (i.1) e (ii.1) podem, de preferência, ser realizadas como a seguir. Primeiro, um esmerilhamento grosso da respectiva fração de argila bruta é preparada, que pode ser alcançada por quaisquer meios de esmerilhamento, aspersão ou moagem convencional. As partículas do esmerilhamento grosso, de preferência, mas não necessariamente, têm tamanhos de partícula menores que 5 mm, mais preferencialmente, menores que 4 mm, como, por exemplo, 2 a 3 mm, que podem, se for desejado, ser garantidas peneirando-se as partículas através de uma tela de mesh apropriada. De modo subsequente, o material de argila moído de modo grosso é, de preferência, adicionado a um meio aquoso que, de preferência, é água, sendo que o meio aquoso tem uma temperatura preferencial de cerca de 45 a cerca de 70 °C, ainda mais preferencialmente, de cerca de 50 a cerca de 65 °C e, com máxima preferência, de cerca de 55 a cerca de 60 °C para formar uma suspensão de argila, isto é, uma pasta fluida de argila. O teor de água de tal pasta fluida está tipicamente na faixa de 75 a 98 % em peso, mais preferencialmente, de 85 a 95 % em peso com base no peso total da pasta fluida. A suspensão resultante é, de preferência, agitada sob alto cisalhamento por qualquer dispersor convencional como, por exemplo, um dispersor com uma lâmina Cowles (isto é, um dispersor Cowles). O período de tempo de agitação de alto cisalhamento é, em geral, não menor que cerca de 30 min e está na faixa, de preferência, de 0,5 a 2 h. A suspensão resultante contém partículas finas de argila e pode ser adicionalmente diluída com água, de preferência, água quente na faixa de temperatura mencionada acima, antes de ser opcionalmente examinada através de uma tela de 100 mesh. Tal pasta fluida adicionalmente diluída que tem um teor de água que está tipicamente na faixa de 90 a 99 % em peso, mais preferencialmente, 92 a 97 % em peso com base no peso total da pasta fluida.

[0025] Embora o tamanho de partícula das argilas esmectitas e hormitas na fração de argila hormita e fração de argila esmectita, respectivamente, não é particularmente crítica nesse estágio, é preferencial remover partículas grossas que não passam em uma tela de 100 mesh - isto é, para realizar as etapas (i.2) e (ii.2) - antes de submeter a argila a quaisquer etapas de homogeneização, trituração e/ou moagem adicionais e o tratamento obrigatório com os sais de alquil-amônio quaternários. Realizar as etapas (i.2) e (ii.2) leva a dispersões que não contêm partículas grossas e que, portanto, evitam danos de dispositivos usados para reduções adicionais de tamanho de partícula como, por exemplo, moinhos, como um moinho Manton-Gaulin. Para facilitar as etapas (i.2.) e (ii.2) teste, isto é, peneiração pode ser realizada usando-se uma tela vibratória.

[0026] No caso de as etapas (i.2) e (ii.2) serem realizadas, as partículas finas de argila produzidas desse modo, de preferência, têm distribuições de tamanho de partículas de modo que pelo menos 90 % em peso, mais preferencialmente, pelo menos 95 % em peso do peso total da argila tratada por dispersor passem através da tela de 100 mesh. O grão retido na tela deve, de preferência, não exceder 10 % em peso, mais preferencialmente, o mesmo não deve exceder 5 % em peso com base no peso total da argila tratada por dispersor. O grão é descartado e apenas a fração de argila examinada de 100 mesh finamente granulada é usada para tratamento adicional. Na maioria dos casos, a quantidade de grão é menor que 5 % em peso na maior parte, ainda menor que 3 % em peso, com base no peso total da argila tratada com dispersor.

[0027] Os inventores da presente invenção realizaram análises do grão de diversas frações de argila hormita (isto é, a parte que não passa na tela de 100 mesh) e constatou que os teores de AI2O3 e Fe2O3 do grão em combinação com a baixa quantidade de grão não influencia significativamente os teores de AI2O3 e Fe2O3 da fração de argila hormita que passa uma tela de 100 mesh. Em outras palavras, os teores de AI2O3 e Fe2O3 da fração de argila hormita que passam a tela de 100 mesh não diferem significativamente do teor de AI2O3 e Fe2O3 da fração de argila hormita bruta como minerado e seco em 105 °C para peso constante, conforme descrito acima.

[0028] Embora seja suficiente para a presente invenção que os teores de AI2O3 e Fe2O3 da fração de argila hormita bruta como minerado e seco estejam dentro da faixa, conforme necessário pela presente invenção, é, com máxima preferência, que os teores de AI2O3 e Fe2O3 da fração de argila hormita que passam a tela de 100 mesh após ter sido tratada como ressaltado acima também estejam dentro da mesma faixa. Os teores de AI2O3 e Fe2O3 da fração de argila hormita que passam na tela de 100 mesh podem ser determinados da mesma maneira, conforme descrito, para a argila hormita bruta como minerado, com apenas a diferença, que a suspensão examinada é seca para peso constante em uma temperatura de 105 °C antes de submeter a argila à extração química por meio de ácido fluorídrico e ácido clorídrico.

[0029] Em particular, no caso da fração de argila esmectita, um etapa de centrifugação opcional adicional da suspensão de argila que passou a tela de 100 mesh pode ser empregada como parte de etapa (ii.2) para reduzir ainda mais a quantidade de partículas grandes na dita suspensão separando-se e descartando-se as partículas grandes.

[0030] A redução adicional de tamanho das partículas de argila nas pastas fluidas de argila que passaram opcionalmente a tela de 100 mesh e/ou foram submetidas a qualquer etapa (ou etapas) de centrifugação opcional é realizada em um processo de cisalhamento de fluido de alta velocidade (etapas (i.3) e (ii.3)). Tal redução de tamanho adicional é, de preferência, alcançada submetendo-se as pastas fluidas de argila para cisalhamento de fluido de alta velocidade como, por exemplo, descrito no documento EP 0 220 346 A1.

[0031] O cisalhamento de fluido de alta velocidade, ao qual as pastas fluidas de argila esmectita e hormita que passam na tela de 100 mesh são submetidas é, de preferência, afetado passando-se as pastas fluidas bombeadas através de uma dispersão ou moinho coloide, em que dispositivos são geralmente chamados na técnica como "homogeneizadores". "Capacidade de bombeamento" pode ser garantida adicionalmente diluindo-se as dispersões com um meio aquoso, de preferência, o meio aquoso conforme usado nas etapas (i.1.) e (ii.1) e, com máxima preferência, água. A dispersão e moinhos coloides são bem conhecidos na técnica, e são sucintamente discutidos e caracterizados nas páginas 842 e 843 de "Chemical Engineers Handbook", editado por R. H. Perry e C. H. Chilton, 5a Edição, 1973, McGraw Hill Book Company (Nova York). Conforme é apontado nesse trabalho de referência padrão, esse tipo de dispositivo constitui uma classe especial de moinhos normalmente empregados para operações de dispersão e coloidal. Tais moinhos operam em um princípio de cisalhamento de fluido de alta velocidade. Moinhos preferenciais para uso na invenção são caracterizados incluindo-se ou definindo-se uma lacuna estreita através da qual um diferencial de pressão é mantido e através do qual, de acordo com a invenção, as pastas fluidas bombeadas são passadas.

[0032] De preferência, o cisalhamento de fluido de alta velocidade necessário nas etapas (i.3) e (ii.3) é afetado passando-se as pastas fluidas em altas velocidades através de uma lacuna estreita, através da qual um alto diferencial de pressão é mantido. Esse tipo de ação, por exemplo, pode ser afetado no bem conhecido moinho Manton-Gaulin, em que o dispositivo é, algumas vezes, chamado do "homogeneizador de Gaulin" ou "moinho MG". Na operação básica de tal dispositivo, uma reciprocração, bomba do tipo pistão de deslocamento positivo é dotado de uma montagem de válvula de homogeneização que é afixada à descarga de bomba. A pasta fluida ainda não completamente homogeneizada entra na área de válvula em pressão alta e velocidade baixa. Conforme a mesma passa através de um orifício estreito na válvula, (que é uma área de folga próxima entre a válvula e sede de válvula), sua velocidade é aumentada para níveis que se aproximam de velocidade sônica. Isso fornece forças de alto cisalhamento para redução, e no dito dispositivo, essas forças são adicionalmente implementadas à medida que essa corrente de alta velocidade atinge um anel de impacto onde sua direção é alterada. De interesse adicional nessa conexão, é a Patente US 3.348.778, para M. I. Chin et al, que revela o uso de uma disposição do tipo Manton-Gaulin para tratar argilas caulim a fim de aprimorar a reologia de um sistema de argila-água subsequentemente formado da mesma. Para propósitos presentes, a patente é de interesse ao revelar determinadas disposições úteis para o dito moinho, e detalhes adicionais da construção do mesmo. A patente também discute a lacuna fornecida nos moinhos do tipo revelado, e observa de modo apropriado para que a lacuna seja apenas na ordem de 25 μm a 125 μm, mas sob determinadas condições pode ser tão grande quanto 2,5 mm.

[0033] Nesses exemplos, em que uma disposição de lacuna, como no moinho Manton-Gaulin, é utilizada, o dito diferencial de pressão através da lacuna está, de preferência, na faixa de 7.000 kPa a 56.000 kPa em que 14.000 a 35.000 kPa é mais típica. Dependendo das especificidades do equipamento, pressões maiores que 56.000 kPa podem ser prontamente usadas.

[0034] As ditas pastas fluidas irão tipicamente incluir mais de 85 % em peso de água, mais preferencialmente, mais de 90 % em peso de água e, ainda mais preferencialmente, mais de 92 % em peso de água como 92 a 97 ou 98 % em peso de água com base no peso total da pasta fluida. No entanto, o teor de sólidos pode variar, e estar acima do nível indicado, se agentes de dispersão apropriados estão presentes. No entanto, o uso de agentes de dispersão é, em geral, não preferencial. A exigência principal é que a pasta fluida tem capacidade de bombeamento, de modo que a mesma tenha capacidade de ser submetida ao cisalhamento de fluido de alta velocidade mencionado acima.

[0035] Além da passagem através de uma lacuna estreita, como no moinho do tipo Manton-Gaulin mencionado acima, o cisalhamento de fluido de alta velocidade também pode ser afetado, previsto para a invenção, por uso de dispersão e moinhos coloides com base em um estator e um rotor proximamente espaçado, em que uma rotação de alta velocidade é mantida entre os dois ditos elementos. A pasta fluida, nesse exemplo, é submetida ao cisalhamento de fluido de alta velocidade por ser passado através da lacuna entre o estator e o rotor. O moinho Greer bem conhecido é um exemplo desse tipo de construção, e pode ser utilizado como uma instrumentalidade na prática da invenção. No dito moinho Greer, uma lacuna estreita é definida por um estator estacionário e um rotor que gira dentro do estator verticalmente circundante. A pasta fluida a ser tratada de acordo com a invenção é passada através dessa lacuna sob pressão.

[0036] Instrumentalidades adicionais úteis em afetar cisalhamento de fluido de alta velocidade são discutidas na referência mencionada acima por Perry e Chilton.

[0037] A passagem da pasta fluida de argila através de uma lacuna pressurizada estreita de acordo com etapas (i.3) e (ii.3) da invenção produz resultados que diferem fundamentalmente que ocorre em que apenas lâminas convencionais ou misturados do tipo disco como um Misturador Waring ou um dispersor Cowles são utilizados. Isso pode ser verificado comparando-se os mecanismos de cisalhamento impostos sob um fluido em um dispersor de alta velocidade Cowles - como pode ser usado nas etapas de dispersão (i.1) e (ii.1) do processo da presente invenção - com aqueles impostos pelo moinho Manton-Gaulin - como pode ser usado nas etapas (i.3) e (ii.3) do processo de acordo com a presente invenção.

[0038] No cisalhamento de dispersor de alta velocidade Cowles é imposto sob um fluido por ações de esmagamento das lâminas (energia mecânica) e espalhando-se aumento de fluxo laminar. Dentre os dois, o mecanismo de espalhamento é o mais importante, e a eficácia de dispersão é determinada pela configuração de projeto de agitação (voltas por minuto, tamanho de lâmina, tamanho e formato de recipiente). Fluxo turbulento, agitação cria mistura eficiente, mas mais significativamente, compartimentos entremeados permanecem não dispersos. Por outro lado, o padrão laminar de fluxo pode falhar em fornecer uma mistura eficiente, mas o arrasto de camadas uma sobre a outra rompe quaisquer amontoados de partículas separadas, e dispersão eficaz é obtida. Adicionalmente, quanto mais viscoso o fluido, a maior eficácia é a ruptura, e a eficácia do dispersor Cowles aumento com viscosidade crescente.

[0039] Em contraste, o moinho Manton-Gaulin permite que o produto entre em uma válvula de expansão em uma pressão muito alta e velocidade baixa. Como o produto entra na área de folga próxima entre a válvula e a sede de válvula há um aumento rápido em velocidade para a ordem de 300 m/s com uma redução correspondente em aumento de pressão do efeito Bernoulli. Isso permite que a formação de bolhas que implodem com energia extrema conforme a velocidade de produto reduz mediante a saída da área de sede de válvula. Isso promove a criação de ondas de choque que induzem cisalhamento por colisão; esse processo é conhecido como cavitação. Em contraste ao comportamento do aparelho Cowles, a eficácia do moinho Manton-Gaulin reduz com viscosidade crescente resultante de dissipação rápida de ondas de cisalhamento.

[0040] Pode ser mostrado que o estresse de cisalhamento em um dispersor Cowles típico é aproximadamente 2013 dinas/cm2. Isso assume uma densidade de fluido de 1,0 g/cm3 e uma velocidade de lâmina de aro circular de aproximadamente 2.000 cm/s por um dispersor com uma lâmina de 10,2 cm (4 polegadas).

[0041] Embora o moinho Manton-Gaulin não empregue fluxo laminar como um mecanismo de cisalhamento, assumindo um modelo laminar pode fornecer uma ligação superior à taxa de cisalhamento e estresses de cisalhamento encontrado sob cavitação. Devido ao cisalhamento de pressão extrema da ordem de magnitude de estresse laminar pode ser encontrado.

[0042] Assumindo isso e uma distância razoável entre a válvula e sede de válvula (100 μm), uma taxa de cisalhamento pode ser estimada a partir de especificações de fabricante como cerca de 2,9 x 106 s -1. O estresse de cisalhamento pode, então, ser mostrado como sendo 8,8 x 107 dinas cm-1.

[0043] A partir do anteriormente citado, pode ser concluído que pelo menos as seguintes diferentes existem entre um dispersor Cowles e um dispositivo Manton-Gaulin: 1. O moinho Manton-Gaulin opera sob o princípio de cavitação envolvendo velocidades de partícula extremamente altas e fluxo turbulento. O aparelho Cowles opera em taxas de cisalhamento baixas com dispersão eficaz que surge do fluxo laminar. 2. A eficácia do dispersor Cowles aumenta com viscosidade crescente; aquela do aparelho Gaulin reduz. 3. Partículas de argila em experiência de suspensão em estresses de cisalhamento muito altos e taxas de cisalhamento no aparelho Gaulin, embora os mesmos não sejam passível de cálculo direto.

[0044] O uso de cisalhamento de fluido de alta velocidade na presente invenção não é apenas importante ao fornecer os benefícios para a esmectita (etapa ii.3) que são discutidas nas patentes anteriores; mas, além disso, nos exemplos de a sepiolita e/ou Paligorsquite (etapa i.3), como cisalhamento de fluido de alta velocidade atua para "desagrupar" o, de outro modo, tipo "agrupado" de estruturas que existe nos minerais posteriores. A argila hormita existe como estruturas similares a agulha, em que a única agulha forma um feltro de agulha. O termo "desagrupamento" no presente contexto significa individualizar agulhas únicas do feltro de agulha.

[0045] Na etapa iii. do processo de acordo com a presente invenção, as pastas fluidas de argila, como preparadas nas etapas i. e ii. são combinadas. Antes de combinar as pastas fluidas, seus teores de argila são determinados secando-se 10 g de cada pasta fluida em 130 °C durante 90 min, seguido por resfriamento a temperatura ambiente. As quantidades das pastas fluidas formadas nas etapas i. e ii., que devem ser combinadas na etapa iii., dependem da razão desejada de argila hormita e argila esmectita na pasta fluida de argila combinada resultante (c). A exigência mínima é que o teor de argila hormita excede o teor de argila esmectita em pasta fluida de argila combinada (c).

[0046] A etapa iv. do processo de acordo com a presente invenção, isto é, tratar a pasta fluida de argila combinada (c) com um ou mais sais de alquil-amônio quaternários é, de preferência, realizada em temperaturas que excedem temperatura ambiente (isto é, 25 °C). Uma faixa de temperatura preferencial é de 40 °C à temperatura de ebulição da pasta fluida em pressão padrão, mais preferencialmente, 40 a 80 °C, ainda mais preferencialmente, 50 a 70 °C, como, por exemplo, 60 °C.

[0047] De preferência, o um ou mais sais de alquil- amônio quaternários são adicionados à pasta fluida de argila combinada (c) mediante agitação da pasta fluida de argila combinada (c), como, por exemplo, agitação da pasta fluida.

[0048] A quantidade do um ou mais sais de alquil-amônio quaternário em relação a 100 g de argila na pasta fluida de argila combinada (c) tipicamente está na faixa de 5 mmol a 80 mmol, de preferência, 20 a 65 mmol e, mais preferencialmente, 30 a 55 mmol. Em que o aditivo de organoargila mineral misturado se destina a ser usado em aplicações de alta temperatura, uma faixa mais preferencial é 5 a 50 mmol e, ainda mais preferencialmente, 10 a 35 mmol de do de alquil-amônio quaternário por 100 g da mistura de argila. Para muitas outras aplicações tixotrópicas, uma faixa de cerca de 25 a 80 mmol e, de preferência, 35 a 65 mmol, do sal de alquil-amônio quaternário é usada por 100 g da mistura de argila.

[0049] De preferência, a mistura de argila mineral tratada com sal de alquil-amônio quaternário produzida desse modo formada na etapa iv. é separada do meio aquoso conforme descrito na etapa v. A separação pode ser alcançada por todos os meios convencionais que são tipicamente usados para separar um material insolúvel da fase líquida circundante, como, por exemplo, filtragem, centrifugação etc. Com máxima preferência, a mistura de argila mineral tratada com sal de alquil-amônio quaternário é filtrada, de preferência, sustentada aplicando-se um vácuo. O produto de organoargila mineral misturado resultante é, de preferência, seco, que é com máxima preferência realizado em temperatura elevada, como, por exemplo, em uma temperatura na faixa de 40 a 80 °C, mais preferencialmente, 50 a 70 °C, como, por exemplo, 60 °C. Quantidades residuais típicas e aceitáveis de umidade contida na mistura de argila mineral tratada com sal de alquil-amônio quaternário resultante estão abaixo de 10 % em peso, de preferência, abaixo de 8 % em peso, ainda mais preferencialmente, abaixo de 6 % em peso e, com máxima preferência, abaixo de 4 % em peso com base no peso total da mistura de argila mineral tratada com sal de alquil- amônio quaternário e tipicamente na faixa de 1 ou 2 % em peso a 6 % em peso com base no peso total da mistura de argila mineral tratada com sal de alquil-amônio quaternário.

[0050] Se desejado, por exemplo, para melhor manipulação, as partículas sólidas de mistura de argila mineral tratada com sal de alquil-amônio quaternário podem ser reduzidas em tamanho por trituração, moagem ou similares.

[0051] A segunda modalidade do processo de fabricação geral acima do aditivo de organoargila mineral misturado da presente invenção difere da primeira modalidade, em que as etapas (i.3) e (ii.3) são omitidas e que etapa (iii.) é seguida por submeter a pasta fluida de argila combinada (c) a cisalhamento de fluido de alta velocidade antes de tratar a pasta fluida de argila combinada (c) com um ou mais sais de alquil-amônio quaternários in etapa (iv.). As condições de cisalhamento de fluido de alta velocidade são as mesmas, conforme descrito acima.

[0052] Todas as etapas de processo mencionadas acima podem ser transferidas para uma produção em escala industrial. A produção em escala industrial necessita da adaptação de dispositivos de processamento usados. Por exemplo, para propósitos de secagem e moagem, dentre outros, os métodos gerais a seguir são adequados para serem usados em uma produção em escala industrial do aditivo de organoargila mineral misturado produzido de acordo com o processo da presente invenção: moagem a seco, secagem flash, secagem de leito de fluido, secagem a vácuo, secagem por moagem de jato, secagem por tambor, e secagem em câmara. Em alguns dos processos de secagem mencionados acima, uma etapa de moagem integrada é incluída, por exemplo, secagem por aspersão. Se um processo de secagem for usado, o qual não tem um processo de moagem integrado, uma etapa de moagem adicional deve ser realizada, por exemplo, usando-se um moinho de classificação de ar. As temperaturas de secagem podem ser individualmente ajustadas para alcançar o teor de água necessário. Os procedimentos de filtragem são, em geral, realizados em prensas de filtro. A fabricação da pasta fluida de argila hormita aquosa (a) e da pasta fluida de argila esmectita aquosa (b) é, de preferência, realizada a temperatura ambiente, enquanto que o tratamento da pasta fluida de argila combinada (c) com um ou mais sais de alquil-amônio quaternários é, de preferência, realizada em temperaturas que excedem temperatura ambiente. Uma faixa de temperatura preferencial é de 40 °C à temperatura de ebulição da pasta fluida em pressão padrão, mais preferencialmente, 40 a 80 °C, ainda mais preferencialmente, 50 a 70 °C, como, por exemplo, 60 °C.

Os Aditivos de Reologia de Organoargila Mineral Misturados conforme Preparado De acordo com o Processo da Presente Invenção

[0053] Embora organoargilas típicas sejam produzidas a partir de um tipo de partículas de argila, por exemplo, bentonita ou hectorita, os aditivos de reologia de organoargila mineral misturados de acordo com a presente invenção são diferentes. Os mesmos são, por projeto, construídos a partir de diversos materiais de argila. Os mesmos são construídos a partir de diferentes argilas com partículas conformadas de modo diferente. As argilas conformadas de modo diferente são, em geral, mineradas e purificadas separadamente. Pelo menos na etapa de produção, as superfícies hidrofóbicas são embaladas juntas em um vaso de reação.

[0054] O formato exclusivo desses minerais misturados contribui para seu desempenho exclusivo. Devido a uma mistura de argilas em formato de cano, em formato de plaqueta e/ou em formato de laço, as partículas de produto não podem ser empilhadas paralelas e tão densas quanto as organoargilas convencionais conformadas em plaqueta de modo uniforme. As diversas partículas não são tão próximas umas das outras. Traduzindo para propriedades de aplicação, isso significa que as partículas em aditivos de reologia de organoargila mineral misturados podem ser separadas uma das outras mais facilmente que as partículas em organoargilas convencionais. Isso fornece dispersão mais fácil e mais rápida, ainda mais fácil que organoargilas convencionais facilmente dispersíveis.

[0055] A estrutura microscópica pode ser vista em macro exibindo-se uma densidade a granel inferior em comparação com organoargilas convencionais. Mas em comparação com sílica pirolisada, a densidade ainda é muito maior. Mesmo para aditivos de reologia de organoargila mineral misturados que fornecem um desempenho similar para sílica pirolisada, é mais fácil manipular os mesmos devido a sua densidade mais alta. Os aditivos de reologia de organoargila mineral misturados são menos empoeirados e precisam menos espaços em bolsas e depósitos.

[0056] Além das propriedades excepcionais mencionadas acima dos aditivos de reologia de organoargila mineral misturados “convencionais”, os aditivos de reologia de organoargila mineral misturados, como produzidos pelo processo de acordo com a presente invenção, fornecem um efeito de espessamento ainda maior e, em particular, um efeito de tixotropia maior em comparação com aqueles "convencionais". Isso é, em particular, verdadeiro para a seleção das argilas hormitas específicas usadas no processo de fabricação dos aditivos de reologia de organoargila mineral misturados. As argilas hormitas usadas no presente documento são baixas em teor de alumínio e ferro, expressadas como teores de AI2O3 e Fe2O3, respectivamente, conforme será descrito em maiores detalhes abaixo.

[0057] Além disso, um objetivo da presente invenção é o aditivo de organoargila mineral misturado que compreende ou que consiste na mistura de argila mineral tratada com sal de alquil-amônio quaternário.

Argilas Hormitas conforme Usadas no Processo de acordo com a Presente Invenção

[0058] As argilas hormitas pertencem ao grupo de Filossilicatos. A argila hormita ou argilas hormitas a serem usadas na fabricação dos aditivos de reologia de organoargila mineral misturados da presente invenção são sepiolitas e/ou paligorquitas (também conhecidas como atapulgitas).

[0059] Das duas argilas hormitas mencionadas, sepiolita é preferencial para uso na invenção. Tanto sepiolita quanto Paligorsquite contêm uma folha tetraédrica bidimensional contínua de composição, mas as mesmas diferem dos outros silicatos de camada na ausência de folhas octaédricas contínuas. Detalhes adicionais das estruturas desses minerais, incluindo as distinções estruturais entre as duas estruturas de sepiolita e Paligorsquita idealizadas, podem ser constatados em "Developments in Paligorsquite-Sepiolite Research", Galán e Singer, Elsevier, 2011.

[0060] Ambas argilas hormitas têm uma estrutura idealizada muito similar. Na natureza, sepiolitas e paligorquitas diferem de estruturas idealizadas, mas podem ser facilmente caracterizadas como tal. De acordo com a literatura recente, não há lacuna de composição entre sepiolitas e paligorsquitas, mas ao contrário, uma série contínua de minerais entre as estruturas idealizadas existe (Galán e Singer, "Developments in Paligorsquite-Sepiolite Research", Elsevier, 2011, páginas 49-51, em particular, Fig. 8 na página 51).

[0061] As sepiolitas e paligorsquitas, como empregadas no presente documento, são materiais brutos de argila que podem ser minerados no mesmo local de mineração ou locais de mineração diferentes em todo o mundo. Tal material inevitavelmente contém algumas impurezas como quartzo ou dolomita. Os termos "sepiolita" e "Paligorsquita", conforme usados no presente documento, devem ser entendidos como se referindo a materiais brutos, de preferência, que contenham pelo menos 90 % em peso, mais preferencialmente, pelo menos 95 % em peso e, ainda mais preferencialmente, pelo menos 97 % em peso e, melhor, pelo menos 99 % em peso da respectiva morfologia de argila hormita no material bruto. Em mineralogia, padrões de difração de raios X de pó são uma ferramenta típica para detectar impurezas cristalinas em sepiolitas e paligorquitas para a presença de reflexão de característica dessas impurezas em padrões de difração de raios X de pó. Então, impurezas de quartzo, cristobalita, calzita, dolomita etc. podem ser detectadas facilmente uma vez que as mesmas mostram reflexão de característica em padrões de difração de raios X de pó em valores diferentes 2θ que amostras de sepiolitas e Paligorsquita.

[0062] No livro científico mencionado acima de Galán e Singer, é descrito que sepiolitas e paligorsquitas naturais sempre contêm quantidades variadas de alumínio e ferro em suas estruturas. Em particular, alumínio e ferro podem, substituir magnésio e/ou silício nas respectivas estruturas idealizadas de sepiolitas e paligorsquitas. O teor desses metais é, em geral, expressado em mineralogia na forma de seus óxidos, isto é, como óxido de alumínio AI2O3 e óxido de ferro Fe2O3, respectivamente.

[0063] O teor de óxido de alumínio de sepiolitas pode ser tão alto quanto aproximadamente 8,9 % em peso e, para Paligorsquita, teores ainda mais altos de AI2O3 forma observados na faixa de até 24,4 % em peso, como referenciado em Galán e Singer, "Developments in Paligorsquite-Sepiolite Research", Elsevier, 2011.

[0064] O teor de Fe2O3 pode ser tão alto quanto 20 % em peso em sepiolitas de Atlas Médio de Marrocos e de Tirol e para Paligorsquite de até 14,8 % em peso, como referenciado em Galán e Singer, "Developments in Paligorsquite-Sepiolite Research", Elsevier, 2011.

[0065] Primeiro, foi constatado pelos presentes inventores que o teor de AI2O3 e/ou Fe2O3 em tais sepiolitas e paligorsquitas como efeitos fortemente minerados, o comportamento reológico da organoargila mineral misturada fabricada de acordo com a presente invenção. O impacto de tal seleção de materiais de partida a serem usados no processo da presente invenção não é sugerido em nenhuma parte na técnica.

[0066] O teor de AI2O3 e Fe2O3 é determinado por espectrometria de emissão óptica de plasma acoplada de modo indutivo (ICP-OES) conforme explicado em detalhes na seção experimental da presente invenção.

[0067] Como uma questão de princípio, o teor de AI2O3 e Fe2O3 nas argilas hormitas deve ser tão baixo quanto possível, idealmente 0 % em peso, com base no peso total da fração de argila hormita. No entanto, nas argilas brutas naturais, um valor de 0 % em peso ou 0,1 % em peso, com base no peso total da fração de argila hormita dificilmente será revelado. Portanto, um valor com máxima preferência e mais comum inferior pode, por exemplo, ser 0,15 % em peso ou 0,2 % em peso para Fe2O3, com base no peso total da fração de argila hormita, e 0,2 % em peso ou 0,5 % em peso para AI2O3, com base no peso total da fração de argila hormita; e 0,35 % em peso ou 0,5 % em peso para a quantidade combinada de AI2O3 e Fe2O3, com base no peso total da fração de argila hormita. Como limites superiores menores que 3 % em peso para AI2O3, menores que 1 % em peso para Fe2O3 e menores que 3,5 % em peso para a quantidade combinada de AI2O3 e Fe2O3, com base no peso total da fração de uma ou mais argilas hormitas (i) devem ser observados.

[0068] Quantidades particularmente preferenciais de AI2O3 são 2,6 % em peso e menos ou, ainda mais preferencialmente, 2,0 % em peso e menos, com base no peso total da fração de uma ou mais argilas hormitas (i).

[0069] Quantidades particularmente preferenciais de Fe2O3 são 0,7 % em peso e menos ou, ainda mais preferencialmente, 0,6 % em peso e menos, com base no peso total da fração de uma ou mais argilas hormitas (i).

[0070] Quantidades particularmente preferenciais da quantidade combinada de AI2O3 e Fe2O3 são 3,3 % em peso e menos e, ainda mais preferencialmente, 2,6 % em peso e menos, com base no peso total da fração de uma ou mais argilas hormitas (i).

[0071] Conforme usado no presente documento, o termo "fração de uma ou mais argilas hormita" é equivalente ao termo "fração de argila hormita que contém ou que consiste em uma ou mais argilas hormita". Essa fração de uma ou mais argilas hormitas é, portanto, distinta de uma "fração de uma ou mais argilas esmectitas", isto é, uma "fração de argila esmectita que contém ou que consiste em uma ou mais argilas esmectitas".

[0072] O termo "uma ou mais argilas hormita" deve ser entendido em um sentido amplo e inclui a possível presença de tipos diferentes de argila hormita, isto é, a presença de sepiolita e Paligorsquita, mas o mesmo também inclui a possível presença de diferentes bateladas de um tipo de argila, por exemplo, bateladas de argila sepiolita diferentes ou bateladas de argila paligorsquita diferentes ou misturas dos mesmos. O mesmo se aplica ao termo "uma ou mais argilas esmectitas".

[0073] O termo "diferentes bateladas", conforme usado no presente documento, abrange a possibilidade de que essas bateladas são de locais de mineração diferentes ou de diferentes locais de trabalho de mina dentro de um local de mineração.

[0074] Se diferentes bateladas de argila hormita estiverem contidas na fração de argila hormita, é com máxima preferência que cada batelada de argila hormita contida na fração de argila hormita cumpra com as exigências para contém menos que 3,0 % em peso de AI2O3, menos que 1,0 % em peso de Fe2O3, e menos que 3,5 % em peso da combinação de AI2O3 e Fe2O3. No entanto, também é possível que uma ou mais bateladas de argila hormita contidas na fração de argila hormita estejam fora dessa exigência, isto é, contenham mais ou igual a 3,0 % em peso de AI2O3 e/ou mais ou igual a 1,0 % em peso de Fe2O3 e/ou mais ou igual a 3,5 % em peso da combinação de AI2O3 e Fe2O3, desde que a fração de argila hormita como um todo cumpra com as exigências para conter menos que 3,0 % em peso de AI2O3, menos que 1,0 % em peso de Fe2O3, e menos que 3,5 % em peso da combinação de AI2O3 e Fe2O3.

[0075] No caso de bateladas de argila hormita diferentes estarem contidas na fração de uma ou mais argilas hormitas e uma ou mais dessas bateladas conterem mais ou igual a 3,0 % em peso de AI2O3 e/ou mais ou igual a 1,0 % em peso de Fe2O3 e/ou mais ou igual a 3,5 % em peso da combinação de AI2O3 e Fe2O3, tais bateladas devem, preferência, conter menos que 5,0 % em peso de AI2O3, menos que 2,0 % em peso de Fe2O3, e menos que 6,5 % em peso da combinação de AI2O3 e Fe2O3, ainda mais preferencialmente, tais bateladas devem conter menos que 4,0 % em peso de AI2O3, menos que 1,5 % em peso de Fe2O3, e menos que 5,0 % em peso da combinação de AI2O3 e Fe2O3 e, com máxima preferência, tais bateladas devem conter menos que 3,5 % em peso de AI2O3, menos que 1,2 % em peso de Fe2O3, e menos que 4,0 % em peso da combinação de AI2O3 e Fe2O3.

[0076] No caso de bateladas de argila hormita diferentes estarem contidas na fração de uma ou mais argilas hormitas e uma ou mais dessas bateladas estarem fora das exigências para a fração de argila hormita para conter menos que 3,0 % em peso de AI2O3, menos que 1,0 % em peso de Fe2O3, e menos que 3,5 % em peso da combinação de AI2O3 e Fe2O3, conforme ressaltado no parágrafo anterior, é preferencial que a uma ou mais bateladas de argila hormita que cumprem com a exigência de conter menos que 3,0 % em peso de AI2O3, menos que 1,0 % em peso de Fe2O3, e menos que 3,5 % em peso da combinação de AI2O3 e Fe2O3 estejam contidas na fração de argila hormita com um teor mínimo de pelo menos 25 % em peso, mais preferencialmente, pelo menos 30 em peso, ainda mais preferencialmente, pelo menos 35 % em peso, ainda mais preferencialmente, pelo menos 40 % em peso, ainda mais preferencialmente, pelo menos 50 % em peso, ainda mais preferencialmente, pelo menos 60 % em peso, ainda mais preferencialmente, pelo menos 75 % em peso e, com maxima preferência, pelo menos 80 % em peso, com base no peso total da fração de argila hormita.

[0077] Se houver, por exemplo, uma necessidade de um efeito de espessamento excepcionalmente bom em uma aplicação específica, pode, no entanto, se tornar necessário usar apenas bateladas de argila hormita dentro da faixa necessária para a fração de argila hormita conter menos que 3,0 % em peso de AI2O3, menos que 1,0 % em peso de Fe2O3, e menos que 3,5 % em peso da combinação de AI2O3 e Fe2O3 ou pelo menos usar uma alta quantidade de tais bateladas, com base no peso total da fração de argila hormita. No caso em que nem todas as bateladas de argila hormita cumprem as exigências apresentadas para a fração completa de argila hormita, deve-se, a fim de melhorar adicionalmente a qualidade de espessamento do aditivo, levar em consideração o uso de apenas tais bateladas fora da exigência apresentada para a fração completa de argila hormita, que estão próximas da exigência para a fração completa de argila hormita, isto é, aquelas que estão apenas ligeiramente fora dessa exigência.

[0078] Tipi camente, uma amostra da fração (ou frações) de argila hormita a ser usada em i. formação de uma pasta fluida de argila hormita aquosa (a), é testada conforme descrito dentro da presente invenção. Com base no resultado do teste, os materiais de argila hormita que cumprem as exigências acima são usados no processo de fabricação de acordo com a invenção.

Determinação dos teores de AI2O3 e Fe2O3 da fração de argila hormita

[0079] Com o propósito de determinar os teores de AI2O3 e Fe2O3 da fração de argila hormita, no contexto da presente invenção, a fração de argila hormita bruta como minerado é, de preferência, granulada, com máxima preferência, para partículas de argila que têm tamanhos de partículas de cerca de 2 a 3 mm. Isso pode ser alcançado por esmagamento, aspersão ou trituração da argila bruta como minerado. Essas partículas são secas durante aproximadamente 2 a 3 horas a 105 °C para peso constante antes de serem submetidas à extração química por meio de ácido fluorídrico e ácido clorídrico, conforme explicado em detalhes na seção exemplificativa da presente invenção. A extração é seguida por espectrometria de emissão óptica de plasma acoplada (ICP-OES) em relação a padrões de elemento de alumínio e ferro. O teor de alumínio e ferro é expresso na forma dos respectivos óxidos AI2O3 e Fe2O3, e com base na fração de argila hormita que compreende a uma ou mais argilas hormitas como minerado, de preferência, granuladas e secas, conforme definido nesse procedimento.

Argilas Esmectitas conforme Usadas no Processo de acordo com a Presente Invenção

[0080] Conforme utilizado no presente relatório descritivo, o termo "argilas esmectitas" se refere à classe geral de minerais de argila com retículas de cristal de expansão, com a exceção de vermiculita. Isso inclui as esmectitas dioctaedrais que consistem em montmorilonita, beidelita, e nontronita, e as esmectitas trioctaedrais, que incluem saponita, hectorita, e sauconita. Também são abrangidas argilas esmectita sinteticamente preparadas, por exemplo, por processos hidrotérmicos conforme revelado nos documentos US 3.252.757; US 3.586.468; US 3.666.407; US 3.671.190; US 3.844.978; US 3.844.979; US 3.852.405; e US 3.855.147.

[0081] De preferência, a esmectita é uma argila mineral natural ou sintética selecionada a partir do grupo que consiste em hectorita, montmorilonita, bentonita, beidelita, saponita, estevensita e misturas dos mesmos. Esmectitas particularmente preferenciais são saponita e hectorita.

Mistura de Argila (ou Argilas) Hormita e Argila (ou Argilas) Esmectita na Forma de suas Pastas Fluidas Aquosas

[0082] Antes de serem tratadas com sais de alquil-amônio quaternários, a uma ou mais argilas hormitas e a uma ou mais argilas esmectita são misturadas na forma de pastas fluidas aquosas em tal razão, em que o peso da uma ou mais argilas hormitas excede o peso da uma ou mais argilas esmectita, com base no peso total de argila. O peso da argila contida em cada pasta fluida pode ser determinado secando-se uma parte da respectiva pasta fluida (por exemplo, 10 ml) a 130 °C durante 90 minutos. O resíduo seco é a quantidade de argila contida em relação ao peso da pasta fluida (por exemplo, 10 ml) antes da secagem.

[0083] Com máxima preferência, nenhuma outra argila, mas as argilas esmectitas e hormita são contidas na pasta fluida de argila combinada, apesar de impurezas que podem estar contidas. Se impurezas estiverem contidas, a quantidade das mesmas não deve, de preferência, exceder 10 % em peso, ainda mais preferencialmente, 5 % em peso, ainda melhor, 3 % em peso e, com máxima preferência, a quantidade não deve exceder 1 % em peso com base no peso total de argilas na pasta fluida de argila combinada.

[0084] De preferência, a quantidade da uma ou mais argilas hormitas na pasta fluida de argila combinada é de mais de 50 a 95 % em peso, ainda mais preferencialmente, de 60 a 90 % em peso e, com máxima preferência, de 75 a 85 % em peso com base no peso total de argilas em pasta fluida de argila combinada.

[0085] De preferência, a quantidade da uma ou mais argilas esmectitas na pasta fluida de argila combinada é de 5 a 50 % em peso, ainda mais preferencialmente, 10 a 30 % em peso e, com máxima preferência, 15 a 25 % em peso com base no peso total das argilas na pasta fluida de argila combinada.

[0086] Com máxima preferência, a quantidade da uma ou mais argilas hormitas na pasta fluida de argila combinada é de 75 a 85 % em peso, enquanto a quantidade da uma ou mais argilas esmectitas é de 15 a 25 % em peso, ambas com base no peso total das argilas na pasta fluida de argila combinada.

[0087] A % em peso acima está na faixa de aplicação independentemente de se a fração de argila hormita contiver apenas 1 tipo de argila hormita, como, por exemplo, sepiolita, ou mais de um tipo de argila hormita. De preferência, a fração de argila hormita contém apenas argila sepiolita.

[0088] A % em peso acima está na faixa de aplicação independentemente de se a fração de argila esmectita contiver apenas 1 tipo de argila esmectita, como, por exemplo, saponita ou hectorita, ou mais de um tipo de argila esmectita, como uma mistura de saponita e hectorita. De preferência, a fração de argila esmectita contém apenas argila saponita ou hectorita.

[0089] As quantidades acima devem ser entendidas antes de serem tratadas com os sais de alquil-amônio quaternários.

[0090] Sais de alquil-amônio Quaternários conforme Usados no Processo De acordo com a Presente Invenção

[0091] Os sais de alquil-amônio quaternários empregados para tratar as argilas nas pastas fluidas de argila combinadas, de preferência, compreendem sais de alquil- amônio quaternários que contêm os mesmos grupos alquila ou grupos alquila diferentes de cadeia linear e/ou ramificada, saturada e/ou insaturada com 1 a 22 átomos de carbono e/ou grupos aromáticos com 6 a 14, de preferência, 6 a 10 átomos de carbono, de preferência, grupos benzila, enquanto que a fração de contra-íon é, de preferência, selecionada a partir do grupo que consiste em halogeneto, como cloreto e brometo, metilsulfato, sulfato, nitrato, hidróxido, acetato, fosfato e misturas dos mesmos, com máxima preferência, cloreto, brometo e metilsulfato. "Tratar" a mistura de argila com um ou mais sais de amônio quaternário abrange reagir quimicamente, bem como adsorção física e/ou química.

[0092] Os sais de alquil-amônio quaternários particularmente preferenciais podem ser descritos pela fórmula geral (C1-10-alquila)n(C12-22-alquila)m(benzila)p N+ X, em que n+m+p = 4 e n = 1, 2 ou 3, m = 1 ou 2, p = 0 ou 1 e X- = halogeneto, sulfato, nitrato, hidróxido, acetato ou fosfato, de preferência, cloreto, brometo ou metilsulfato. Os sais de alquil-amônio quaternários especialmente preferenciais são cloreto de dimetil di(C14-18-alquil) amônio, cloreto de metil benzil di(C14-18-alquil) amônio, cloreto de dimetil benzil (C14-18-alquil) amônio e sulfato de dimetil (2-etil-hexil) (C14-18-alquil) amônio, cloreto de trimetil (C14-18-alquil) amônio e misturas de duas ou mais das escolhas preferenciais. O grupo alquila C14-18 acima é, de preferência, um grupo alquila de sebo hidrogenado.

[0093] Com máxima preferência, são cloreto de amônio de sebo-metil benzil-di-hidrogenado e cloreto de amônio de sebo dimetil-di-hidrogenado e misturas dos mesmos. Se uma mistura de ambos for empregada, é ainda mais preferencial usar o cloreto de amônio de sebo-metil benzil-di- hidrogenado em uma quantidade de mais de 50 % em peso como 60, 70, 75 ou 80 % em peso com base na quantidade total de cloreto de amônio de sebo-metil benzil-di-hidrogenado e cloreto de amônio de sebo dimetil-di-hidrogenado.

[0094] As argilas na pasta fluida de argila combinada são tipicamente tratadas com 5 a 80 mmol do sal de alquil- amônio quaternário por 100 g de argila. Em que a organoargila é usada em aplicações de alta temperatura, como em fluidos de perfuração, mas não limitada às mesmas, uma faixa mais preferencial é 5 a 50 mmol, e ainda mais ideal, 10 a 35 mmol do sal de alquil-amônio quaternário por 100 g da mistura de argila. Para muitas outras aplicações tixotrópicas, uma faixa de cerca de 25 a 80 mmol e, de preferência, 35 a 65 mmol, do sal de alquil-amônio quaternário é usada por 100 g da argila na pasta fluida.

[0095] A quantidade usada pode ser ajustada à capacidade de troca de cátion da pasta fluida de argila combinada, isto é, a pasta fluida que contém as frações de argila esmectita e hormita, e deve, de preferência, ser pelo menos 75 % da capacidade de troca de cátion da dita pasta fluida de argila.

Usos De acordo com a Presente Invenção

[0096] Ainda outro objetivo principal da presente invenção é o uso de pelo menos um dos aditivos de organoargila mineral misturados obtidos pelo processo de acordo com a presente invenção como espessante em composições líquidas, de preferência, em composições líquidas não aquosas que ainda mais de preferência compreendem pelo menos uma resina epóxi.

Resinas Epóxi para Uso na Presente Invenção

[0097] As resinas epóxi de acordo com esta invenção contêm em média mais de um anel de oxirano por molécula. As mesmas podem ser curadas com chamados endurecedores (também chamados "agentes de cura") por reação do anel de oxirano com um grupo funcional do endurecedor que é reativo em relação ao anel de oxirano. As resinas epóxi comumente usadas são formadas reagindo-se fenóis reativos, álcoois, ácidos e/ou aminas com epicloridrina. Mais comumente, o anel de oxirano está presente nas resinas epóxi na forma de um grupo glicidila. O número de entidades de base reativas, que formam resinas epóxi por reação de epicloridrina é quase ilimitado, resultando em um grande número de resinas tecnicamente importantes. Além disso, compostos alifáticos e cicloalifáticos insaturados podem ser epoxidados com, por exemplo, ácido peracético.

[0098] Em princípio, todas as resinas epóxi obtidas nos processos anteriormente mencionados podem ser usadas na presente invenção.

[0099] De preferência, as resinas epóxi usadas na presente invenção são selecionadas a partir do grupo que consiste em éteres glicídicos, como éter diglicídico de bisfenol A, éter diglicídico de bisfenol F, epóxi novolac, epóxi novolac o-cresol, 1,3-proprano-, 1,4-butano- ou 1,6- hexano-éter diglicídico e éter diglicídico de poli-óxido de alquileno; éteres glicídicos, como éter diglicídico de ácido hexa-hidroftálico; aminas glicídicas, como anilina diglicídica ou dianilina de tetraglicidilmetileno; epóxidos cicloalifáticos, como 3,4-epoxiciclo-hexil-epoxietano ou carboxilato de 3,4-epoxiciclo-hexilmetil-3,4-epoxiciclo- hexanonono; e isocianuratos glicídicos, como isocianuratos trisglicídicos.

[0100] As resinas epóxi usadas na presente invenção de preferência possuem um peso equivalente de epóxido de 100 a 300 g, particularmente preferencial, de 130 a 220 g. Por exemplo, bisfenol-A-diglicidiléter possui um peso equivalente de epóxido de aproximadamente 170,2 g (peso molecular: 340,4 g/mol; dois grupos oxirano; 340,4 g / 2 = 170,2 g).

[0101] As resinas epóxi adicionais que podem ser usadas nas composições líquidas da presente invenção são, por exemplo, descritas nos documentos EP 0 835 910 A1, EP 2 085 426 A1 ou EP 1141071 A1.

Endurecedores para Uso com as Resinas Epóxi

[0102] Embora a forma de armazenamento típica da composição que contém resina epóxi líquida da presente invenção, em geral, não contenha um endurecedor, conforme explicado acima, um endurecedor será misturado com ou em tal composição líquida da invenção logo antes do uso para iniciar uma reação de cura. Tais formulações que contêm um endurecedor são chamadas formulações "prontas para uso".

[0103] Na literatura técnica relevante endurecedores para resinas epóxi são bem conhecidos e são geralmente chamados "endurecedores de epóxido" de acordo com sua função (consulte, por exemplo: Kittel, „Lehrbuch der Lacke und Beschichtungen", Vol. 2, 2° Ed., 1998, pp. 267 a 318) .

[0104] Endurecedores de epóxido são tipicamente compostos ou polímeros di- ou polifuncionais, em que os grupos funcionais estão aptos para reagir com grupos oxirano. Geralmente, grupos reativos a epóxido funcionais de endurecedores são usados em uma quantidade estequiométrica em relação aos grupos oxirano de resinas de epóxido. A concentração de anéis de oxirano na resina de epóxido pode ser determinada por titulação. A quantidade de endurecedor pode ser facilmente determinada a partir do peso equivalente de hidrogênio ativo no endurecedor. De preferência, os endurecedores de epóxido que são adequados na presente invenção são selecionados a partir do grupo que consiste em diaminas, poliaminas, poliamidas e anidridos de ácido carboxílico cíclico. Particularmente preferencial são diaminas, poliaminas e poliamidas. Ainda mais preferenciais como endurecedores de epóxido são diaminas e poliaminas.

[0105] Particularmente preferencial, diaminas e poliaminas podem ser selecionadas a partir do grupo de diaminas alifáticas e poliaminas alifáticas, como dietilenotriamina, trietilenotetramina ou 3,3',5-trimetil- hexametileno diamina; aminas cicloalifáticas, como 1,2- ciclo-hexil diamina, isoforona diamina e sua mistura de isômeros ou m-xilileno diamina; aminas aromáticas, como metileno dianilina ou 4,4-diamino difenil sulfona; aminas modificadas, como bases de Mannich (por exemplo, base de dietilenotriamina-fenol-Mannich) ou adutos de amina de 3,3',5-trimetil-hexametilenodiamina e éter diglicídico de bisfenol A.

[0106] Endurecedores particularmente preferenciais do tipo poliamida são poliaminoamidas e dicianodiamida.

[0107] Representativos típicos de endurecedores de tipo anidrido de ácido carboxílico cíclico que são usados em sistemas de resina termofixa são, por exemplo, anidrido ftálico ou anidrido hexa-hidroftálico.

[0108] Pe sos equivalentes de hidrogênio ativo preferenciais no endurecedor são de 15 a 70 g, ainda mais preferencialmente, 20 a 60 g, por exemplo, para isoforona diamina, o peso equivalente de hidrogênio ativo é 42,57 g (peso molecular: 170,3 g/mol; 2 grupos NH2 com dois hidrogênios ativos cada = 4 hidrogênios ativos; 170,3 g divididos por 4 = 42,57 g).

[0109] Uma listagem não limitante de endurecedores adequados pode, por exemplo, ser encontrada no documento EP 0835 910 A1.

[0110] Os aditivos de reologia de organoargila mineral misturados produzidos de acordo com o processo da presente invenção também pode, ser usados na composição de endurecedor.

[0111] Campos Adicionais de Aplicação dos Aditivos de Reologia de Organoargila Mineral Misturados como Produzido De acordo com a Presente Invenção

[0112] Os aditivos minerais misturados de organoargila como produzidos de acordo com o processo da presente invenção podem ser usados como agente espessante, mais particularmente, como agente tixotrópico.

[0113] Os aditivos minerais misturados de organoargila como produzidos de acordo com o processo da presente invenção são tipicamente usados em uma ampla variedade de composições orgânicas líquidas. "Uma composição" no presente contexto é uma formulação que contém o aditivo da presente invenção e pelo menos uma entidade química adicional. "Uma composição líquida" no presente contexto é uma composição que está em um estado líquido na temperatura na qual a mesma é usada e suplementada com o aditivo como produzido de acordo com o processo da presente invenção. De preferência, as composições orgânicas líquidas são líquidas em temperaturas abaixo de 40 °C, mais preferencialmente, as mesmas são líquidas a 25 °C (isto é, temperatura ambiente). Uma "composição orgânica líquida" é uma composição líquida que contém o aditivo como produzido de acordo com o processo da presente invenção e pelo menos uma entidade química adicional que pertence a entidades orgânicas. Tais entidades orgânicas podem, por exemplo, ser compostos ou polímeros, ou misturas dos mesmos e entre si. Além de ingredientes não solúveis como, por exemplo, cargas e pigmentos que também podem estar contidos nas composições orgânicas líquidas, as entidades orgânicas que diferem do aditivo da presente invenção são, de preferência, contidos em uma quantidade de pelo menos 50 % em peso, mais preferencialmente, em uma quantidade de 60 % em peso e, com máxima preferência, em uma quantidade de 70 % em peso ou mais.

[0114] Exemplos de composições orgânicas líquidas são como materiais de revestimento, vedantes, adesivos, fluidos de perfuração de óleo, fluidos de perfuração de gás, materiais compósitos como nanocompósitos, e compostos de moldagem ou simplesmente uma composição orgânica líquida que contém, além do aditivo de reologia, apenas um ou mais solventes orgânicos.

[0115] Tais composições orgânicas líquidas contêm o aditivo de reologia de organoargila mineral misturado como produzido de acordo com o processo da presente invenção tipicamente em uma quantidade de aditivo de 0,1 a 10 % em peso, mais preferencialmente, 0,1 a 8 % em peso e, ainda mais preferencialmente, 0,5 a 5 % em peso, com base no peso total da composição orgânica líquida.

[0116] Um grande desafio para organoargilas convencionais são composições que contêm resina epóxi como, por exemplo, revestimentos, adesivos e vedantes. Particularmente, composições de revestimento de epóxi com pouco solvente ou ainda livres de solvente fornecem poucas possibilidades para otimizar a dispersabilidade de organoargilas convencionais por pré-géis pouco concentrados.

[0117] Consequentemente, sistemas típicos em que falhas de organoargilas convencionais são sistemas altamente sólidos e, em particular, sistemas livres de solvente.

[0118] Embora os efeitos dos aditivos de reologia de organoargila mineral misturados como produzidos de acordo com o processo da presente invenção são mais pronunciados em sistemas problemáticos como a composição que contém resina epóxi, seu espessamento e efeito tixotrópico é, certamente, não limitado a esse sistema específico. Inversamente, o espessamento e, mais particularmente, efeitos tixotrópicos alcançados com o uso dos aditivos de reologia de organoargila mineral misturados como produzidos de acordo com o processo da presente invenção também são certamente desenvolvidos em outros sistemas orgânicos líquidos ou simplesmente em solventes orgânicos.

[0119] Portanto, os produtos de organoargila como produzidos de acordo com o processo da presente invenção são constatados como exibindo propriedades altamente desejáveis e inesperadas quando usadas como um tixotrópico em diversos sistemas à base de orgânico além das composições que contêm resina epóxi.

[0120] Por exemplo, quando usados em gelificação de resinas de poliéster insaturadas, foi constatado que os aditivos como produzidos de acordo com a invenção podem ser agitados e diretamente dispersos em uma solução de monômero/resina de poliéster insaturada, e fornecerão propriedades de gelificação altamente satisfatórias. Tais composições de resina de poliéster insaturadas compreendem uma solução de uma resina de poliéster insaturada em um monômero que tenha capacidade de ser submetido a uma reação de reticulação com a resina. Monômeros adequados para composições de resina de poliéster insaturadas são compostos aromáticos insaturados que compreende, um ou mais radicais etilenicamente insaturados, como um radical vinila, vinila de radical substituído ou um radical alílico, por exemplo, estireno (que é preferencial), alfa- metilestireno, divinil benzeno, alil benzeno e metacrilato de metila.

[0121] Tais resinas de poliéster insaturadas podem ser qualquer uma daquelas conhecidas na técnica anterior. Exemplos adequados são poliésteres de dienos como diciclopentadieno, bem como poliésteres de ácidos dicarboxílicos e dióis que têm uma maior quantidade de insaturação olefínica, de preferência, 10 a 75 grupos olefínicos por 100 grupos de éster. A insaturação olefínica é, de preferência, derivada do ácido carboxílico, embora o diol também possa ser insaturado. Dióis típicos são etilenoglicol e propilenoglicol. Ácidos insaturados típicos incluem ácido maleico, ácido fumárico e ácido ftálico ou anidridos desses ácidos. Tais resinas de poliéster são produzidas por técnicas convencionais de esterificação. De preferência, resinas de poliéster insaturadas, úteis para preparar as composições de poliéster, têm pesos moleculares ponderais médios de cerca de 400 a 10.000 (determinados por cromatografia de permeação em gel) e, de preferência, números de ácido na faixa de 30 a 45 mg KOH por grama de resina.

[0122] O aditivo como produzido de acordo com o processo da presente invenção é geralmente usado em composições de revestimento, adesivo ou vedante em uma quantidade de modo que a composição final tenha uma curva de fluxo que permite aplicação, mas impede drenagem de ou arqueamento do material da superfície a qual formulações prontas para uso são aplicadas. Em geral, composições de revestimento conterão uma quantidade de 0,1 a 10 % em peso, de preferência, 0,1 a 8 % em peso e, ainda mais preferencialmente, 0,5 a 5 % em peso, com base no peso total da composição de revestimento pronta para uso.

[0123] Ademais, os aditivos de reologia como produzidos de acordo com o processo da presente invenção produzem resultados surpreendentes quando utilizados em fluidos de perfuração de temperatura alta. Usando-se tais aditivos como produzidos de acordo com o processo da presente invenção, uma composição de fluido de perfuração ambientalmente benigna de base de óleo pode ser fornecida tendo uma viscosidade alta estável e alta resistência a gel em temperaturas de uso até pelo menos 230 °C. Tal fluido de perfuração compreende um veículo de óleo biodegradável de baixa toxidade, e como um agente de viscosidade, um aditivo como produzido de acordo com o processo da presente invenção.

[0124] Os aditivos conforme produzidos de acordo com o processo da presente invenção também podem ser usados ao preparar nanocompósitos por qualquer um dos métodos que são apresentados nas patentes anteriormente referenciadas, e com uma grande variedade de resinas polimerizáveis como poliamidas, resinas epóxi, resinas polivinílicas, poliacrilamidas, etc. Quando usados em compósitos como nanocompósitos, os aditivos da presente invenção produzem aprimoramentos inesperados nas propriedades mecânicas e outras propriedades do compósito, incluindo em relação a resistência à tração, módulo de tração e módulo de flexão, em que todos são atributos altamente significativos para os plásticos e formuladores similares.

[0125] A invenção será agora ilustrada por exemplos, que devem ser relacionados como ilustrativos e não delimitantes da invenção. A menos que indicado de outro modo, todas as partes e porcentagens estão em peso.

EXEMPLOS DE PREPARAÇÃO

[0126] As seguintes 10 amostras de argila hormita são amostras de sepiolita obtidas de um local de mineração na Espanha. As amostras foram controladas para difração por raios X para impurezas minerais em alojamento. A existência de sepiolita, Paligorsquita é mostrada por um pico principal (110) de cerca de 12,1 Angstrom e alguns relacionados menores. A quantidade de impurezas cristalinas foi detectada por seus picos específicos de material em difração por raios X (XRD). A quantidade de quartzo cristalino ou impurezas de dolomita em todas as amostras é menor que o limite de detecção de 0,2 % em peso.

Determinação de Teor de AI2O3 e Teor de Fe2O3

[0127] 10 g da amostra de argila bruta (como minerado do local de mineração) foram finamente granulados e secos por 2 a 3 horas a 105 °C em peso constante. Aproximadamente 500 mg da amostra seca foram pesados em um cadinho de platina e umidificados com 1 a 2 ml de água destilada. Cuidadosamente, aproximadamente 10 ml de HF (40 %) foram adicionados e vaporizados no banho de areia de laboratório até secagem. Após isso, 10 ml de HF concentrado foram adicionados novamente e vaporizados para secagem novamente. Esse procedimento foi repetido mais uma vez. Então, 20 ml de HCl concentrado foram adicionados e vaporizados novamente. HCl concentrado foi adicionado até a extensão necessária para chegar a uma solução clara. A solução clara foi enxaguada em um frasco volumétrico de 100 ml com água destilada e o mesmo preenchido até a marca. Os metais foram determinados a partir dessa solução por meio de espectrometria de emissão óptica de plasma acoplada de modo indutivo (ICP-OES) em relação a um padrão de elemento. Os comprimentos de onda usados para AI foram 308,215 nm, 396,152 nm, 394,401 nm. Os comprimentos de onda usados para Fe foram 238,204 nm, 259,939 nm, 234,349 nm. O teor de alumínio constatado foi convertido para teor de AI2O3 multiplicando-se por 1,889 (isto é, (peso molecular de AI2O3)/(peso molecular de AI)). O teor de ferro foi convertido para o teor de Fe2O3 da mesma maneira, mas multiplicando-se por 1,430.

Preparação de Espessantes: Preparação 1:

[0128] A argila sepiolita bruta é moída para esmerilhamento grosso de aproximadamente 2 a 3 mm (1/8" mesh) (moinho: Brown Direct Driven Pulverizer UD32, espessura de Spatula de 0,05 polegadas (1,27 mm), Bico Brown International). 850 g da argila moída são adicionados a 7.930 g de água quente (135 °F, isto é, 57 °C) em um balde de plástico de lado reto de 5 galões (18,93 litros) (topo: 11,9 polegadas (30,2 cm); fundo: 10,92 polegadas (27,7 cm); altura geral: 13,31 polegadas (33,8 cm)) mediante agitação forte o suficiente para produzir um vórtice. A suspensão é agitada na velocidade mais alta possível (4.100 rpm) para não perder suspensão em relação às paredes de balde com uma lâmina Cowles em um dispersor durante 1 hora (Cowles Dissolver Modelo 1-VJ; 4 polegadas (10,2 cm) Propulsor de Cisalhamento Cowles Hi BO 4 AOB disponível junto à Morehouse Cowles), através do qual nos primeiros 5 min dessa 1 hora uma espátula de 15 polegadas (38,1 cm) é mantida no lado do balse para atuar como um defletor, que ajuda a pasta fluida a espessar mais rapidamente. Então, após a etapa de 1 hora, outros 8.120 g de água quente são misturados. Essa suspensão é examinada em uma peneira de 100 mesh para remover partículas grossas. A suspensão é submetida duas vezes a uma passagem através de um moinho homogeneizador de Manton-Gaulin a 4.500 psi (aproximadamente 310 bar).

[0129] Uma pasta fluida de argila bruta saponita é preparada da mesma maneira. A quantidade de água é ajustada para produzir uma viscosidade processável ideal. Adicionalmente, após teste, a mesma é passada através de uma centrífuga para remoção adicional de partículas grossas. A mesma é passada através de um moinho Manton- Gaulin uma vez.

[0130] Uma pasta fluida misturada é preparada, que contém uma razão de 80 % de sepiolita e 20 % de saponita em uma base seca, significando na base de sepiolita seca e saponita seca, respectivamente. As condições gerais de secagem para 10 g de amostras de quaisquer pastas fluidas de argila são: 130 °C durante 90 minutos, seguida por resfriamento a temperatura ambiente em um exsicador. A mistura é aquecida a 60 °C e agitada para produzir um vórtice. 45 mmol/100 g de argila de uma mistura de 75 % em peso de cloreto de amônio de sebo-metil benzil-di- hidrogenado e 25 % em peso de cloreto de amônio de sebo dimetil-di-hidrogenado são adicionados à mistura e são tratados durante 30 minutos. O material resultante é filtrado em um funil a vácuo. A torta de filtro é seca em um forno secador a 60 °C para alcançar um residual de umidade de aproximadamente 2 a 6 %. Então, a mesma é moída em um moinho pulverisette com uma peneira de 0,2 mm. Preparação 2:

[0131] A mesma é realizada como mostrado na preparação 1. Em vez de argila saponita, uma argila hectorita é usada. A quantidade de amônio quaternário é aumentada para 49 mmol/100 g de argila.

EXEMPLOS DE APLICAÇÃO Composição Líquida para Uso na Presente Invenção:

[0132] Os espessantes das preparações 1 e 2, respectivamente, foram misturados em uma resina epóxi em um Dispermat a 6.000 rpm por 5 minutos.*resina epóxi fluida (tipo éter diglicídico de bisfenol A) com peso equivalente de epóxi de 185 a 192

Medições de viscosidade

[0133] As viscosidades foram medidas em um reômetro Brookfield, fuso n° 3 a 1 rpm. Uma vez que as viscosidades das resinas diferem, todos os valores foram normalizados para tornas as mesmas mais fáceis em comparação, por exemplo, com preparação 1 na resina epóxi Epon 828, a viscosidade-alvo aceitável é 113.400 mPas e foi definida como 1 (viscosidade normalizada). Para preparação 2 na resina epóxi Epon 828, a viscosidade-alvo aceitável é 189.000 mPas e foi definida como 1 (viscosidade normalizada). Todas as viscosidades mostradas nas Tabelas a seguir 1 e 2, respectivamente, são razões relacionadas a essa definição e são mais fáceis de modo intercomparável rapidamente.

[0134] As viscosidades normalizadas abaixo 1 não são consideradas como sendo aceitáveis nessa comparação, enquanto viscosidades normalizadas de 1 e acima são aceitáveis.Tabela 1*Exemplos Comparativos Tabela 2*Exemplos Comparativos

[0135] As Figuras 1 e 2, respectivamente, mostram os resultados das Tabelas 1 e 2 como diagramas xy com as viscosidades normalizadas como eixo geométrico x e teor de AI2O3 e o teor de AI2O3 + Fe2O3 combinados da fração de hormita (i) como eixo geométrico y.

[0136] Conforme pode ser aprendido a partir das Figuras 1 e 2, há uma forte correlação da eficácia dos aditivos de reologia de organoargila mineral da presente invenção ao fornecer um efeito de espessamento na composição que contém resina epóxi, dependente da quantidade de AI2O3 e Fe2O3 na fração de argila hormita que é usada para produzir os aditivos da presente invenção.

Claims (18)

1. Uso de pelo menos um aditivo de reologia de organoargila mineral misturado caracterizado por compreender ou consistir em uma mistura de argila mineral tratada com sal de alquil-amônio quaternário preparada ao i. formar uma pasta fluida de argila hormita aquosa (a) ii. formar uma pasta fluida de argila esmectita aquosa (b) iii. combinar a pasta fluida de argila hormita aquosa (a) com a pasta fluida de argila esmectita aquosa (b) para formar uma pasta fluida de argila combinada (c) iv. tratar a pasta fluida de argila combinada I com um ou mais sais de alquil-amônio quaternários v. separar a mistura de argila mineral tratada com sal de alquil-amônio quaternário produzida desse modo do meio aquoso, em que a pasta fluida de argila hormita aquosa (a) é formada ao (i.(1) dispersar uma fração de uma ou mais argilas hormitas selecionadas a partir do grupo de sepiolitas e paligorquitas em um meio aquoso para formar uma dispersão, e em que a fração de argila hormita empregada contém menos que 3,0 % em peso de AI2O3, menos que 1,0 % em peso de Fe2O3, e menos que 3,5 % em peso da combinação de AI2O3 e Fe2O3, e em que a pasta fluida de argila esmectita aquosa (b) é formada ao (ii.(1) dispersar uma fração de uma ou mais argilas esmectitas em um meio aquoso para formar uma dispersão, e em que o peso do teor de argila hormita excede o peso do teor de argila esmectita na pasta fluida de argila combinada (c); e submeter as dispersões formadas em (i.1) e (ii.1) a cisalhamento de fluido de alta velocidade antes de realizar a etapa iii. e/ou após ter realizado a etapa iii, em uma composição líquida que compreende pelo menos uma resina epóxi.

2. Uso, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a composição líquida compreende adicionalmente um endurecedor que compreende grupos que reagem com grupos epóxi.

3. Uso, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o endurecedor é selecionado a partir do grupo que consiste em diaminas, poliaminas, poliamidas e anidridos de ácido carboxílico cíclico e misturas dos mesmos.

4. Processo para produzir um aditivo de reologia de organoargila mineral misturado, que compreende ou consiste em uma mistura de argila mineral tratada com sal de alquil- amônio quaternário, sendo que o processo é caracterizado por: i. formar uma pasta fluida de argila hormita aquosa (a) ii. formar uma pasta fluida de argila esmectita aquosa (b) iii. combinar a pasta fluida de argila hormita aquosa (a) com a pasta fluida de argila esmectita aquosa (b) para formar uma pasta fluida de argila combinada (c) iv. tratar a pasta fluida de argila combinada (c) com um ou mais sais de alquil-amônio quaternários, e v. opcionalmente, separar a mistura de argila mineral tratada com sal de alquil-amônio quaternário produzida desse modo do meio aquoso, em que a pasta fluida de argila hormita aquosa (a) é formada ao (i.1) dispersar uma fração de uma ou mais argilas hormitas selecionadas a partir do grupo de sepiolitas e paligorquitas em um meio aquoso para formar uma dispersão, e em que a fração de argila hormita empregada contém menos que 3,0 % em peso de AI2O3, menos que 1,0 % em peso de Fe2O3, e menos que 3,5 % em peso da combinação de AI2O3 e Fe2O3, e em que a pasta fluida de argila esmectita aquosa (b) é formada ao (ii.(1) dispersar uma fração de uma ou mais argilas esmectitas em um meio aquoso para formar uma dispersão, e em que o peso do teor de argila hormita excede o peso do teor de argila esmectita na pasta fluida de argila combinada (c); e submeter as dispersões formadas em (i.1) e (ii.1) a cisalhamento de fluido de alta velocidade antes de realizar a etapa iii. e/ou após ter realizado a etapa iii.

5. Processo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o peso da fração de uma ou mais argilas hormitas (i) com base no peso total das argilas na pasta fluida de argila combinada é de 60 a 95 % em peso.

6. Processo, de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracterizado pelo fato de que o peso da fração de uma ou mais argilas esmectitas (ii) com base no peso total das argilas na pasta fluida de argila combinada é de 5 a 40 % em peso.

7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 6, caracterizado pelo fato de que a uma ou mais argilas esmectitas são selecionadas a partir do grupo que consiste em hectoritas, montemorilonitas, bentonitas, beidelitas, saponitas, estevensitas e misturas dos mesmos.

8. Processo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a argila esmectita é selecionada a partir do grupo que consiste em hectoritas, saponitas e misturas dos mesmos.

9. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 8, caracterizado pelo fato de que o sal de alquil-amônio quaternário contém os mesmos grupos alquila ou grupos alquila diferentes saturados ou insaturados, ramificados ou de cadeia linear que têm 1 a 22 átomos de carbono e a fração de contra-íon é selecionada a partir do grupo que consiste em cloreto, brometo, metilsulfato, nitrato, hidróxido, acetato, fosfato e misturas dos mesmos.

10. Processo, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o sal de alquil-amônio quaternário é selecionado a partir do grupo que consiste em cloreto de dimetil di(C14-18 alquil) amônio, cloreto de dimetil benzil di(C14-18 alquil) amônio, cloreto de dimetil benzil C14-18-alquil amônio, metilsulfato de dimetil C14-18- alquil 2-etil-hexil amônio e misturas dos mesmos.

11. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 10, caracterizado pelo fato de que a mistura de argila mineral é tratada com cerca de 5 a 80 mmol do sal de alquil-amônio quaternário por 100 g de argila na pasta fluida de argila combinada.

12. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 11, caracterizado pelo fato de que, subsequentemente à etapa (i. 1), a pasta fluida aquosa (a) e subsequentemente à etapa (ii. 1) a pasta fluida aquosa (b) são examinadas através de pelo menos uma tela de 100 mesh (mesh padrão US) para remover partículas grossas.

13. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 12, caracterizado pelo fato de que a pasta fluida aquosa (a) e a pasta fluida aquosa (b) são submetidas a cisalhamento de fluido de alta velocidade passando-se a respectiva pasta fluida ou a mistura das pastas fluidas através de uma lacuna estreita, através da qual um diferencial de pressão é mantido.

14. Uso dos aditivos de reologia de organoargila mineral misturados caracterizado por ser obtido pelo processo, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 4 a 13, como agente espessante.

15. Uso, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que os aditivos de reologia de organoargila mineral misturados são usados como agentes espessantes em uma composição líquida.

16. Uso, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a composição líquida é uma composição orgânica líquida.

17. Uso, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a composição orgânica líquida é selecionada a partir do grupo que consiste em materiais de revestimento, vedantes, adesivos, fluidos de perfuração de óleo, fluidos de perfuração de gás, materiais compósitos, compostos de moldagem e composições orgânicas líquidas que contêm, além do aditivo de reologia de organoargila mineral misturado, apenas um ou mais solventes orgânicos.

18. Uso, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3 e 15 a 17, caracterizado pelo fato de que o aditivo de reologia de organoargila mineral misturado está contido em uma quantidade de 0,1 a 10 % em peso com base no peso total da composição líquida.