BRPI0922547B1

BRPI0922547B1 - Método para estabilizar uma pasta fluida de caulim hidratado

Info

Publication number: BRPI0922547B1
Application number: BRPI0922547-1A
Authority: BR
Inventors: Michael Barron SIGMAN; Sharad Mathur; W. Kenneth Folmar; M. Timothy Young
Original assignee: Basf Corporation
Priority date: 2008-12-18
Filing date: 2009-12-17
Publication date: 2019-05-21
Also published as: WO2010080453A2; WO2010080453A3; US8664319B2; US20100160526A1; BRPI0922547A2

Abstract

"método para estabilizar pastas fluidas de alto teor de sólidos" esta invenção é direcionada a um método para estabilizar 5 pastas fluidas de alto teor de sólidos, tipo pastas fluidas de caulim, o método compreende caustificar o poliacrilato de sódio ou o ácido poliacrílico usado em uma mistura dispersante a um ph acima de 9. o método compreende uma mistura dispersante homogênea de carbonato de sódio, poliacrilato de sódio, silicato de sódio, e hidróxido de sódio. esta invenção é também direcionada a 1 o um método para estabilizar pastas fluidas de alto teor de sólidos, tipo pastas fluidas de caulim, por adicionar poliacrilato de sódio em uma faixa de ph ácido ou solução de ácido poliacrílico às pastas fluidas: e adicionar uma mistura de cinza sólida e silicato de sódio às pastas fluidas.

Description

“MÉTODO PARA ESTABILIZAR UMA PASTA FLUIDA DE CAULIM HIDRATADO”

CAMPO DA INVENÇÃO [1] A presente invenção diz respeito à estabilização de caulim hidratado. Em particular, esta invenção é dirigida ao uso de poliacrilatos alcalinos como um componente nas misturas dispersantes que são adequadas para dispensar e melhorar a estabilidade do caulim hidratado.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO [2] Atualmente, o hexametafosfato de sódio (SHMP) e o poliacrilato de sódio são tipicamente usados para formar pastas de caulim de sólidos elevados estáveis. Em particular, a relação elevada da carga para o peso comunicada pelo SHMP é particularmente eficaz em prolongar a estabilidade das pastas de argila. Entretanto, a preocupação primária com o uso do SHMP ou de outros fosfatos que são tipicamente usados em aplicações dispersantes tais como o pirofosfato tetrassódico e o tripolifosfato sódico, é um substancial aumento no custo através dos períodos recentes. O aumento do custo associado com estes materiais tem tornado crescentemente proibitivo para os fins atuais. Em particular, a implementação em 2007 das obrigações antidumping pela U.S. Trade Commission sobre o SHMP importado da China tem limitado o suprimento de SHMP nos Estados Unidos, levando a uma redução dramática no suprimento de SHMP naquele país e a um aumento no custo com ele associado.

[3] É desejável na indústria levar em conta um processo mais econômico para estabilizar as misturas dispersantes sem o uso do SHMP.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO [4] Esta invenção é direcionada a um método de estabilizar pastas com elevada solidificação, como as pastas de caulim, o método compreendendo causticar poliacrilato de sódio ou ácido poliacrílico usados em uma mistura dispersante a um pH acima de 9. O dispersante compreende

Petição 870190017438, de 20/02/2019, pág. 9/29 / 8 uma mistura homogênea de carbonato de sódio, poliacrilato de sódio, silicato de sódio e hidróxido de sódio.

[5] Esta invenção é direcionada a um método de estabilizar pastas de elevada solidificação, como as pastas de caulim, pela adição de poliacrilato de sódio em uma faixa de pH acídico ou solução de ácido poliacrílico às pastas.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [6] Em uma forma de realização, esta invenção consiste em novas composições dispersantes sem o uso de fosfatos, que resultam na produção de pastas de elevado teor de sólidos com estabilidade de longo prazo. Estas composições são formadas pelo ajuste do pH de um poliacrilato a mais do que 9 de modo a produzir uma mistura dispersante homogênea que seja adequada para manter estáveis as pastas de elevado teor de sólidos que sejam neutras no pH. Em uma forma de realização, o pH do poliacrilato é ajustado a mais do que 8. A mistura dispersante consiste em quatro componentes que incluem o carbonato de sódio (barrilha), poliacrilato de sódio ou ácido poliacrílico, silicato de sódio e hidróxido de sódio (NaOH). Pela causticação do poliacrilato, as misturas dispersantes homogêneas podem ser formadas com os componentes que devam resultar em gelação ou precipitação se poliacrilatos de pH mais baixo forem usados. A mistura de quatro componentes identificada acima foi observada prover estabilização da pasta comparável às misturas dispersantes contendo fosfatos tais como o hexametafosfato de sódio (SHMP) conforme determinado pelas mudanças nas medições da viscosidade Brookfield no decorrer do tempo. A mistura de quatro componentes significativamente aumenta a estabilidade de longo prazo das pastas de caulim em relação ao uso das misturas de dois ou três componentes consistindo em barrilha, poliacrilato de sódio e/ou silicato de sódio sozinhos.

[7] Outra forma de realização da invenção é usar duas adições separadas à pasta de caulim consistindo em poliacrilato de sódio ou solução

Petição 870190017438, de 20/02/2019, pág. 10/29 / 8 de ácido poliacrílico de baixo pH (< 7) e uma mistura de barrilha e silicato de sódio. Isto elimina os problemas de gelação associados com a mistura do poliacrilato de sódio de baixo pH junto com a barrilha e o silicato de sódio, ao mesmo tempo em que se mantêm as vantagens de se permitir a formação de pastas de caulim estáveis de alto teor de sólidos.

[8] As propriedades reológicas das pastas de argila são um fator crítico no processamento das aplicações finais tanto de um aspecto de desempenho quanto de um aspecto econômico. Os dispersantes são usados para aumentar as cargas de sólidos das pastas de argila aquosa que possam ser obtidas ao mesmo tempo em que se mantenha a viscosidade correspondente em um nível que permita o transporte e a processabilidade eficazes. Os dispersantes são também críticos em se manter a estabilidade da pasta aumentando-se o tempo em que o material possa ser armazenado ou transportado antes do processamento final. Os dispersantes funcionam comunicando forças ou eletrostáticas e/ou estéricas sobre a superfície das partículas em suspensão em um meio aquoso. O SHMP e o poliacrilato de sódio são tipicamente usados para formar pastas de caulim estáveis de alto teor de sólidos. Em particular, a carga elevada a uma relação em peso comunicada pelo SHMP é particularmente eficaz em prolongar a estabilidade das pastas de argila.

[9] Esta invenção utiliza um poliacrilato causticado como um componente em uma mistura consistindo de barrilha, poliacrilato de sódio, silicato de sódio e hidróxido de sódio para produzir pastas de elevado teor de sólidos (> 65 % de argila em peso) que sejam estáveis na ordem de 45 dias ou mais, conforme aproximação através do teste de tempo de calor, sem a necessidade de usar SHMP. A preocupação principal com o uso do SHMP ou de outros fosfatos que sejam tipicamente usados nas aplicações dispersantes, tais como o pirofosfato de tetrassódio e o tripolifosfato de sódio, é quanto ao custo.

[10] A invenção consiste em novas composições dispersantes sem o

Petição 870190017438, de 20/02/2019, pág. 11/29 / 8 uso dos fosfatos, que resultam na produção de pastas de alto teor de sólidos com estabilidade de longo prazo. Isto pode ser realizado de duas maneiras.

[11] A primeira é através do uso de um poliacrilato que tenha sido causticado a um pH > 9 como um componente em uma mistura dispersante consistindo em 5 a 50 % de barrilha, 15 a 45 % de poliacrilato de sódio, 15 a 55 % de silicato de sódio, e 0 a 25 % de NaOH em peso que dispersam pastas de caulim comparavelmente em valores de pH neutros (6 a 8 unidades de pH) a misturas dispersantes que contenham SHMP.

[12] Em uma forma de realização, o peso molecular médio do poliacrilato de sódio ou do ácido poliacrílico medido por cromatografia de exclusão de tamanho, pode variar de 1900 a 6000. Em outra forma de realização, o peso molecular médio do poliacrilato de sódio ou do ácido poliacrílico medido por cromatografia de exclusão de tamanho pode variar de 2600 a 4400.

[13] Em uma forma de realização, o módulo ou relação em peso do SiO2 para Na2O do silicato de sódio pode variar de 1,6 a 3,3. Em outra forma de realização, o módulo do silicato de sódio pode variar de 1,8 a 2,6.

[14] O processo da invenção provê dispersão estável enquanto mantém a pasta de caulim em um pH neutro adequado para uso em aplicações tais como os revestimentos de papel, os revestimentos arquiteturais, etc. Misturas dispersantes de três componentes consistindo em barrilha, um poliacrilato de sódio de baixo pH (pH < 6,0) e silicato de sódio nas relações de interesse para aplicações em dispersantes, resultaram na formação de um gel que foi inadequado para uso no processamento. Pela adição de NaOH ao poliacrilato de sódio para elevar o pH a > 9,0 antes da barrilha e do silicato de sódio, uma mistura dispersante pode ter sido formada a qual pode ser carregada como uma adição única à pasta de caulim. O ajuste da relação de barrilha e silicato de sódio pode então ser modificado para produzir pastas de caulim estáveis na faixa de pH de 6,0 a 8,0. O desempenho das misturas dispersantes foram comparáveis em relação à reologia e à estabilidade no

Petição 870190017438, de 20/02/2019, pág. 12/29 / 8 envelhecimento às misturas dispersantes contendo SHMP a custos de processamento significativamente mais baixos.

[15] O segundo roteiro para se obter as novas composições dispersantes descritas nesta invenção é adicionar um poliacrilato de sódio de baixo pH (< 7) a uma pasta de caulim separadamente da adição de barrilha e silicato de sódio. Pela adição do poliacrilato de sódio de baixo pH individualmente em relação aos outros componentes dispersantes durante a redução da pasta de caulim, as combinações de poliacrilato de sódio de baixo pH, barrilha e silicato de sódio foram capazes de ser usadas resultando em pastas que atendiam aos critérios do pH neutro e à estabilidade prolongada sem gelificar.

EXEMPLO 1 [16] O Exemplo 1 apresenta dados obtidos para 3 amostras (A, B, C) de dispersante. O poliacrilato de sódio usado nestas misturas foi produzido pelo fabricante A. Uma amostra de controle consistindo em uma mistura dispersante que continha SHMP é fornecida para comparação do desempenho dispersante. As misturas dispersantes foram testadas com o uso do bolo de filtro não disperso Miragloss OP, um produto de caulim da BASF de tamanho fino de partículas. A resistência específica foi medida para cada amostra do bolo de filtro para garantir uma concentração semelhante dos íons carregados para cada mistura dispersante testada. A mistura dispersante foi adicionada ao bolo de filtragem durante o empastamento até que ele ficasse efetivamente disperso. A pasta foi então secada por pulverização e dispersa novamente em elevado teor de sólidos (70 % em peso). A mistura dispersante adicional foi adicionada até que a pasta alcançasse um valor da viscosidade Brookfield mínimo (baixo cisalhamento) em 20 rpm indicando dispersão ótima. A adição do dispersante é otimizada de modo a que se obtenha a viscosidade inicial mínima e a estabilidade máxima da pasta através do tempo. A pasta de caulim foi então curada em temperatura elevada por 24, 48 e 168 horas.

Petição 870190017438, de 20/02/2019, pág. 13/29 / 8

	Controle*	A	B	C
Composição da mistura dispersante
% de Barrilha	45.5	20.6	21.4	35.8
% de Poliacrilato de Sódio/Ácido Poliacrílico	24.5	22.9	30.0	28.3
% de Silicato de Sódio	NIA	50.0	32.6	30.6
% de NaOH	NIA	6.5	16,0	5.3
% de SHMP	30	NIA	NIA	MIA

Dosagem Ótima do Dispersante (# / tonelada)	8.25	10.5	9.0	10.25
pH da Pasta	6.5	7.2	6.4	7.4
Viscosidade Brookfield (cP)
Inicial	270	295	286	325
24 h	346	358	360	435
48 h	420	390	385	620
7 dias	832	490	800	712

A composição da mistura dispersante descrita no controle é de propriedade da BASF.

EXEMPLO 2 [17] O Exemplo 2 contém as amostras D a J da mistura dispersante.

O poliacrilato de sódio usado nestas misturas foi produzido pelo fabricante B. As amostras de controle correspondem às amostras experimentais na(s) coluna/colunas à esquerda do controle específico. Estes resultados demonstraram que a invenção proposta não é confiável em um produtor de poliacrilato de sódio específico, mas é aplicável através de uma faixa de poliacrilatos de sódio para dispersão do caulim.

	Controle 1	D	Controle II*	E	F	Control e III	G	H	Controle IV	I	J
Composição da mistura dispersante
% de Barrilha	45,5	8,5	45,5	24,3	370	45,5	40,0	28,8	45,5	11,4	13,0
% de Poliacrilato de Sódio/Ácido Poliacrílico	24,5	40,0	24,5	29,0	32,9	24,5	30,9	33,9	24,5	26,5	25,5
% de Silicato de Sódio	NIA	31,5	NIA	30,8	22,8	MIA	20,1	23,6	NIA	42,1	421
% de NaOH	NIA	20,0	NIA	15,9	7,6	NIA	9,0	13,8	NIA	20,0	19,4
% de SHMP	30	(NUA	30	NIA	NIA	30	N/A	NUA	30	NIA	NIA

Dosagem Ótima do Dispersante (# / tonelada)	8,5	9,9	8,5	9,25	9,0	8,25	9,0	8,75	8,25	8,5	8,5
pH da Pasta	6,8	6,2	6,8	7,7	7,2	5,7	7,9	7,4	6,9	7,4	7,3
Viscosidade Brookfield (cP)
Inicial	272	300	288	373	349	265	328	342	282	325	322
24 h	386	430	300	445	460	308	431	432	310	411	376
48 h	365	423	275	396	420	305	462	448	330	466	420
7 dias	732	470	345	499	750	854	772	652	455	759	610

Petição 870190017438, de 20/02/2019, pág. 14/29 / 8

EXEMPLO 3 [18] O Exemplo 3 apresenta dados obtidos para 3 combinações de dispersantes (K, L e M) em que um poliacrilato de sódio de baixo pH foi adicionado individualmente em relação aos outros componentes químicos. A combinação dos dispersantes K e L utilizou um poliacrilato de sódio de baixo pH produzido pelo fabricante B. A combinação do dispersante M utilizou um poliacrilato de sódio de baixo pH produzido pelo fabricante A. As amostras de controle correspondem às amostras experimentais localizadas na(s) coluna/colunas à esquerda do controle específico. Estes resultados demonstram que a adição separada do poliacrilato de sódio de baixo pH possibilita a formação das pastas de caulim estáveis em pH neutro com estabilidade prolongada.

	Controle*	k	L	Controle II*	M
Composição da mistura dispersante
% de Barrilha	45,5	46	48	45,5	49
'% de Poliacrilato de Sódio/Ácido Poliacrílico	24,5	29	30	24,5	29
% de Silicato de Sódio	N/A	25	22	NIA	22
% de SHMP	30	NIA	N/A	30	NIA

Dosagem Ótima do Dispersante (# / tonelada)	9,25	10,25	10,75	8,5	10,0
pH da Pasta	7,3	7,8	8,0	6,8	7,1
Viscosidade Brookfield (cP)
Inicial	273	327	360	257	363
24 h	303	453	483	374	384
48 h	318	457	470	357	423
7 dias	425	495	660	810	438

EXEMPLO 4 [19]

O Exemplo 4 contém misturas de interesse que foram inadequadas para uso como um conjunto dispersante por causa da gelação ou precipitação que ocorrera enquanto se misturava os componentes individuais.

	A	B	C	D	E	F	G	H
% Barrilha	45	70	53	61	45	60	48	49
% de Poliacrilato de Sódio/Ácido Poliacrílico	30	15	15	15	30	19	20	22
% de Silicato de Sódio	25	15	32	24	25	21	32	29

[20]

Várias formas de realização desta invenção são aqui descritas,

Petição 870190017438, de 20/02/2019, pág. 15/29 / 8 incluindo o melhor modo conhecido dos inventores para realizar a invenção. Deve ficar entendido que as formas de realização ilustradas são apenas exemplos, e não devem ser consideradas como limitativas do escopo da invenção.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para estabilizar uma pasta fluida de caulim hidratado contendo acima de 65% de caulim hidratado em peso, caracterizado pelo fato de compreende adicionar uma mistura dispersante homogênea compreendendo carbonato de sódio em uma quantidade de 5% a 50% em peso, poliacrilato de sódio e/ou ácido poliacrílico em uma quantidade de 15% a 45% em peso, silicato de sódio em uma quantidade de 15% a 55%, e hidróxido de sódio em uma quantidade de mais que 0% a 25% em peso, baseado no peso da mistura dispersante, à dita pasta fluida de caulim hidratado, dita pasta fluida de caulim hidratado estando sem um dispersante contendo fosfato.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o peso molecular médio do poliacrilato de sódio ou do ácido poliacrílico quando medido por cromatografia por exclusão de tamanho varia de 1.900 a 6.000.
3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o peso molecular médio do poliacrilato de sódio ou do ácido poliacrílico quando medido por cromatografia por exclusão de tamanho varia de 2.600 a 4.400.
4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o módulo ou relação em peso de SiO2 para Na2O do silicato de sódio varia de 1,6 a 3,3.
5. Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o módulo de silicato de sódio varia de 1,8 a 2,6.
6. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender:

(a) adicionar o poliacrilato de sódio e/ou ácido poliacrílico à pasta fluida de caulim hidratado a um pH abaixo de 7; e, separadamente, (b) adicionar carbonato de sódio e silicato de sódio à pasta

Petição 870190017438, de 20/02/2019, pág. 17/29

2 / 2 fluida de caulim hidratado.
7. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o peso molecular médio do poliacrilato de sódio ou do ácido poliacrílico quando medido por cromatografia por exclusão de tamanho varia de 1.900 a 6.000.
8. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o peso molecular médio do poliacrilato de sódio ou o ácido poliacrílico quando medido pela cromatografia por exclusão de tamanho varia de 2.600 a 4.400.
9. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o módulo ou relação em peso de SiO2 para Na2O do silicato de sódio varia de 1,6 a 3,3.
10. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o módulo de silicato de sódio varia de 1,8 a 2,6.