CN101351510A - 共研磨剂在共研磨的天然和沉淀碳酸钙的生产方法中的用途、所得悬浮液和干颜料以及它们的用途 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及在生产在水中共研磨的GCC和PCC的方法中共研磨剂的用途,其特征在于:a)该试剂由部分中和的丙烯酸的至少一种均聚物和/或至少一种共聚物构成,其摩尔中和率低于酸官能总量的75%,b)并且该共研磨剂:在GCC和PCC水溶液制备阶段中和/或在共研磨阶段中和任选地在共研磨阶段和另外的浓缩阶段之间,以及任选地在这个另外的浓缩阶段中引入。本发明还涉及所获得的GCC和PCC水悬浮液以及GCC和PCC干颜料,以及这些产品在纸、油漆、橡胶和塑料中的用途。
Description
技术领域
本发明的技术领域由在水中共研磨的天然和沉淀碳酸钙的生产方法构成。
更特别地,该领域由在水中共研磨天然和沉淀碳酸钙的这类方法中所用的共研磨(co-broyage)剂构成。
本发明的第一目的在于,共研磨剂在共研磨的天然和沉淀碳酸钙的生产方法中的用途,该方法包括下列阶段:
1.制备
(a)天然碳酸钙的水悬浮液,任选地包含至少一种分散剂和/或至少一种研磨助剂,
(b)和沉淀碳酸钙的水悬浮液,任选地包含至少一种分散剂,
2.阶段1)的过程中制备的天然和沉淀碳酸钙的所述水悬浮液的共研磨,
3.任选地,阶段2)后获得的共研磨的天然和沉淀碳酸钙水悬浮液的浓缩,
4.任选地,阶段2)或3)后获得的共研磨的天然和沉淀碳酸钙水悬浮液的干燥,
其特征在于:
a)该共研磨剂由部分中和的丙烯酸的至少一种均聚物和/或至少一种共聚物构成,并且其酸官能的摩尔中和率低于酸官能总量的75%,
b)并且该共研磨剂:
-在阶段1)和阶段2)之间引入到在阶段1a)制备的天然碳酸钙的水悬浮液中和/或引入到在阶段1b)制备的沉淀碳酸钙的水悬浮液中和/或引入到这两种悬浮液的混合物中,
-和/或在共研磨阶段2)中引入,
-并且任选地在阶段2)和阶段3)之间引入,
-并且任选地在阶段3)中引入。
本发明的第二目的在于通过天然碳酸钙的水悬浮液和沉淀碳酸钙的水悬浮液的共研磨操作获得的共研磨的天然和沉淀碳酸钙水悬浮液,并且其也可以在获自共研磨阶段的水悬浮液的任选浓缩阶段后获得。
本发明的第三目的在于共研磨随后由干燥操作获得的天然和沉淀碳酸钙的干颜料(pigments)。
本发明的第四目的在于共研磨的天然和沉淀碳酸钙水悬浮液在造纸领域中,尤其是在纸涂布(couchage)和纸张和油漆生产中的用途。
本发明的最后一个目的在于共研磨然后干燥的天然和沉淀碳酸钙的干颜料在造纸领域中,尤其是在纸涂布中和纸张、油漆、塑料和橡胶生产中的用途。
在整个的本申请中,申请人指出,分散剂在不涉及矿物质尺寸降低的所述矿物质分散过程中使用,而研磨剂(或共研磨剂)在涉及所述矿物质尺寸降低的研磨(或共研磨)过程中使用。
当研磨过程采用至少两种具有不同性质的矿物质时(不同于研磨单一矿物质的研磨过程),则称之为共研磨(和共研磨剂)。
背景技术
碳酸钙已经在纸、塑料、橡胶或油漆领域中使用多年。其要么是天然来源的,然后研磨,并且因此称之为研磨的天然碳酸钙或者依照英文表述“ground calcium carbonate(研磨碳酸钙)”的GCC,要么是合成来源的,并且因此称之为沉淀碳酸钙或者依照英文表述“precipitated calcium carbonate(沉淀碳酸钙)”的PCC。
要求以同时含有天然和沉淀碳酸钙的水悬浮液形式供应碳酸钙已有数年。这种要求尤其是在造纸领域中,因为GCC和PCC在由碳酸钙水悬浮液制备的纸用涂料(sauces de couchages)中的共同存在使得造纸商能够精确调节纸张的某些最终性质。
因此,文献“PCC or GCC,factors determining calcium carbonatechoice in alkaline conversion(PCC或GCC,决定碱性转化中的碳酸钙选择的因素)”(在1995年11月第28届Pulp and Paper AnnualMeeting(纸浆与纸年会)之后发表),“GCC vs.PCC as the primaryfiller for uncoated and coated wood-free paper(作为未涂布和涂布的无木纸的主要填料的GCC与PCC)”(Tappi Journal(Tappi杂志)2000,83(5),第76页)或“Chalk:a calcium carbonate forthe high-filled sheet(白垩:用于高填充纸张的碳酸钙)”(TAPPIProceeding(TAPPI会议录),1992年4月5-8日,PapermakersConference(造纸商会议),Book 2,Opryland Hotel,Nashville TN,TAPPI Press,第515-520页)提到了天然和沉淀碳酸钙的水悬浮液用于配制纸用涂料的用途。在文献“Coating structure with calciumcarbonate pigments and its influence on paper and print gloss(具有碳酸钙颜料的涂层结构及其对纸和印刷光泽的影响)”(Pulp &Paper Canada,2004,105(9),第43-46页)中,同样讨论了GCC和PCC的不同混合物对用含所述混合物的纸用涂料涂布的纸张的白度和适印性的影响。关于生产GCC和PCC的这种水悬浮液,本领域技术人员熟悉许多描述了天然碳酸钙水悬浮液与沉淀碳酸钙水悬浮液之间的简单混合物的文献。
由此,文献WO 2004/016566描述了制备颜料组合物的方法,其包括以3∶2至1∶9的GCC∶PCC质量比在水中混合粒径(按重量计)小于1.6微米的PCC和粒径(按重量计)小于0.8微米的GCC。此外,要指出,可以在GCC和PCC的初始水悬浮液的制备中使用聚丙烯酸钠基分散剂([0018]和[0019])。这种颜料组合物随后用在能够涂布纸张的纸用涂料的生产中,该纸张的白度和不透明性得以改进。
本领域技术人员还熟悉文献DE 4 128 570,该文献的目的在于可用在纸用涂料和本体(mass)填料中并产生改进的白度和不透明性能的碳酸盐化(carbonatée)填料。这种碳酸盐化填料的特征在于,构成该填料的粒子具有圆形或菱形的形状,它们具有1.1至1.4的粒度分布因数(指平均直径的比率,所述平均直径使得50重量%和20重量%的粒子的直径小于该平均直径),它们具有8至19的比率R(直径小于1微米的粒子的重量%/直径小于0.2微米的粒子的重量%),且它们具有0.4至1.5μm的平均直径。这种填料基于天然和/或沉淀碳酸钙,任选地是水悬浮液形式,其可含有聚丙烯酸钠基分散剂(如第6栏第52-55行中所示)。
本领域技术人员也熟悉文献WO 2004/059 079,其描述了可用于生产纸用涂料的颜料化合物,其包含均具有分布因数(100×d30/d70,其中dx所指的平均直径使得x重量%的粒子具有小于这个平均直径的直径)的GCC和PCC。这种组合物由不同来源的两种碳酸钙在水介质中的混合物产生,且所得矿物质水悬浮液可以含有分散剂;所述分散剂选自聚丙烯酸盐(例如钠盐或铝盐)、六偏磷酸钠、非离子多元醇化合物、磷酸、非离子型表面活性剂,或链烷醇胺。
最后,本领域技术人员熟悉文献EP 1 347 835,其描述了丙烯酸的均聚物或共聚物作为矿物质的分散剂或研磨剂的用途,其中所述均聚物或共聚物具有10%至60%未中和的活性酸性点摩尔百分比,以及10%至80%的被至少一种至少双官能的中和剂中和的活性酸性点百分比,且其中100%聚合物活性酸性点的剩余部分被单官能中和剂中和。该文献仅描述了GCC的研磨或PCC的分散:其因此没有告知本领域技术人员与GCC和PCC的共研磨工艺有关的内容。此外,其倾向于解决与构成本申请主题的问题相距甚远的技术问题:其目的实际上是减少水悬浮液中矿物粒子表面上未吸附的研磨剂或分散剂的量,这种未吸附的研磨剂或分散剂会损害由这类悬浮液制备的纸的适印性。
因此,这4个文献都没有揭示通过共研磨生产天然和沉淀碳酸钙的方法。此外,这4个文献仅教导在GCC水悬浮液和PCC水悬浮液间的简单混合方法中使用本领域技术人员公知的并以非常笼统的方式描述的分散剂。
关于生产GCC和PCC水悬浮液,本领域技术人员也熟悉许多描述了天然碳酸钙和沉淀碳酸钙的共研磨操作的文献。
尤其熟悉未公开的欧洲专利申请No.05 077 111,其技术问题在于提供GCC和PCC的水悬浮液,从而改进用含有所述悬浮液的纸用涂料涂布的纸的白度(brillance)。该文献描述了GCC和PCC的共研磨法,产生天然和沉淀碳酸钙的水悬浮液,其中至少80重量%的粒子具有小于1微米的平均直径且其中BET比表面积小于25平方米/克。
还熟悉未公开的欧洲专利申请No.05 077 113,其所述的方法能够改进GCC和PCC水悬浮液生产中的能量产额。该方法尤其基于GCC和PCC的共研磨阶段,从而产生分布因数(如上定义,100×d30/d70)至少等于30的天然和沉淀碳酸钙水悬浮液。
还熟悉未公开的欧洲专利申请No.05 077 112,其描述了通过使用基于用氧化铈稳定的氧化锆珠粒的特定研磨体,能够在高pH值、高温和高压条件下研磨矿物质的研磨法。该专利申请指出,所述矿物质可以是天然和沉淀碳酸钙,它们随后共研磨。
这3个文献揭示了,分散剂和/或研磨助剂可以在共研磨阶段过程中或之后以最多等于矿物质干重量的2%干重量的试剂量使用。在这种情况下,没有指出或暗示与所述试剂的化学性质有关的内容。
希望使用实施GCC和PCC共研磨阶段的天然和沉淀碳酸钙水悬浮液生产法的本领域技术人员面临下列三重技术问题:
-出于经济原因,试图提高共研磨后获得的水悬浮液的干提取物含量,即矿物质干重量相对于悬浮液总重量的百分比:这种干提取物含量越高,最终客户得到的碳酸钙量越高;这种干提取物含量必须高于70%,优选高于72%,非常优选高于74%;
-出于与所述悬浮液在储存过程中的稳定性问题有关的原因,试图在共研磨阶段后获得随时间稳定的矿物质水悬浮液;这体现为在共研磨阶段后测得的(在25℃和在10RPM下)小于5,000mPa.s,优选小于3,000mPa.s,非常优选小于2,000mPa.s的BrookfieldTM粘度,和在共研磨阶段后和搅拌后8天测得的(在25℃和在10RPM下)小于50,000mPa.s,优选小于30,000mPa.s,非常优选小于20,000mPa.s的BrookfieldTM粘度;
-最后试图获得尽可能最细的碳酸钙粒子,因为这种细度通常改进了涂布纸张的某些光学性质,例如白度;试图获得中位直径小于0.7微米,优选小于0.5微米,非常优选小于0.3微米的碳酸钙粒子。
从这一角度看,申请人迄今提到的现有技术文献都没有向其告知或暗示一种解决方案,因为他想要解决的都是不同的技术问题。此外,本领域技术人员从这些文献中获得的与研磨助剂有关的教导仍然非常笼统,且无论如何没有揭示部分中和且酸官能的摩尔中和率低于酸官能总量的75%的丙烯酸的至少一种均聚物和/或至少一种共聚物的特定应用。
最后,申请人熟悉文献EP 0 850 880,其描述了生产具有高干提取物含量和令人满意的稳定性的碳酸钙水悬浮液的方法。该文献解决的实际技术问题实际上是防止(如其作者所承认,在第3页,第33-47行)与首先在水悬浮液中研磨然后与在水悬浮液的沉淀碳酸钙混合的天然碳酸钙的使用有关的问题:所述悬浮液随后具有太高的粘度。该文献提出的解决方案是一种包括将含有粘度减小剂的PCC水悬浮液与已经干研磨的GCC的水悬浮液混合,添加粘度减小剂,最后研磨所得悬浮液的方法。该文献中的实施例表明,由共研磨阶段产生的碳酸钙矿物粒子与本发明中获得那些相比是非常粗的粒子:它们的中位直径为0.85至2.2微米。在此试图获得平均直径小于0.7微米,优选小于0.5微米,非常优选小于0.3微米的碳酸钙粒子的本领域技术人员知道,矿物粒子这种尺寸降低的影响是,如果希望使其干提取物含量保持恒定,则会显著提高所得悬浮液的粘度,或者反之,如果希望保持粘度恒定,则迫使其必须显著降低这些悬浮液的干提取物含量。因此,该文献没有指出与本领域技术人员面临的上述三重问题的主题有关的内容。最后,申请人想要强调,在文献EP 0 850 880中,所提到的唯一粘度减小剂是如对比例1中所述的聚丙烯酸钠。除了这种试剂没有表现出本发明中使用的聚合物的化学特性的事实外,术语粘度减小剂表明其起到分散剂的作用。尤其如实施例中看出,本发明中所用的聚合物起到共研磨剂的作用。
发明内容
因此,希望使用实施GCC和PCC共研磨阶段的GCC和PCC水悬浮液生产方法并面临下列三重技术问题的本领域技术人员:
-获得高于70%,优选高于72%,非常优选高于74%的干提取物含量(GCC和PCC干重量相对于悬浮液总重量的百分比);
-对该相同悬浮液获得在共研磨阶段后测得的(在25℃和在10RPM下)小于5,000mPa.s,优选小于3,000mPa.s,非常优选小于2,000mPa.s的BrookfieldTM粘度,和在共研磨阶段后和搅拌后8天测得的(在25℃和在10RPM下)小于50,000mPa.s,优选小于30,000mPa.s,非常优选小于20,000mPa.s的BrookfieldTM粘度;
-在该相同悬浮液中获得中位直径小于0.7微米,优选小于0.5微米,非常优选小于0.3微米的碳酸钙粒子;
已经以完全令人惊讶的方式开发出共研磨剂在共研磨GCC和PCC的方法中的用途,该方法包括下列阶段:
1.制备
(a)GCC的水悬浮液,任选地包含至少一种分散剂和/或至少一种研磨助剂,
(b)和PCC的水悬浮液,任选地包含至少一种分散剂,
2.阶段1)的过程中制备的天然和沉淀碳酸钙的所述水悬浮液的共研磨,
3.任选地,阶段2)后获得的共研磨的天然和沉淀碳酸钙的水悬浮液的浓缩,
4.任选地,阶段2)或3)后获得的共研磨的天然和沉淀碳酸钙的水悬浮液的干燥,
其特征在于:
a)所述共研磨剂由部分中和的丙烯酸的至少一种均聚物和/或至少一种共聚物构成,并且其酸官能的摩尔中和率低于酸官能总量的75%,
b)并且该共研磨剂:
-在阶段1)和阶段2)之间引入到在阶段1a)制备的GCC水悬浮液中和/或引入到在阶段1b)制备的PCC水悬浮液中和/或引入到这两种悬浮液的混合物中,
-和/或在共研磨阶段2)中引入,
-并且任选地在阶段2)和阶段3)之间引入,
-并且任选地在阶段3)中引入。
共研磨剂的这种用途的特征在于,使用相对于GCC和PCC总干重的0.5-2%干重量的所述共研磨剂。
共研磨剂的这种用途的特征还在于,所述共研磨剂具有低于酸官能总量的75%,优选低于50%,非常优选低于20%的酸官能摩尔中和率。
该用途的特征还在于所述共研磨剂用钠和钾的氢氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐,钙和镁的氢氧化物、氧化物,氢氧化铵(ammoniaque)和它们的混合物中和,优选用钠和钾的氢氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐,氢氧化铵或它们的混合物中和,非常优选用氢氧化钠中和。
该用途的特征还在于,所述共研磨剂具有4,000克/摩尔至15,000克/摩尔,优选4,000克/摩尔至10,000克/摩尔的分子量。
该用途的特征还在于,所述共研磨剂具有1.5至3.5,优选1.5至2.5的多分子性(polymolécularité)指数。
申请人指出,在本申请中,所用聚合物的分子量及其多分子性指数使用GPC(凝胶渗透色谱法),使用配有两个检测器的WatersTM牌液相色谱装置测定,这两个检测器一个结合了动态光散射和用ViscotekTM粘度计测量的粘度测定法,另一个是WatersTM牌折射率浓度检测器。
这种液相色谱装置配有由本领域技术人员适当选择的位阻排阻柱以分离所研究的聚合物的不同分子量。
洗脱液相是水相。
具体而言,取样1毫升聚合溶液并放在小皿上,然后在环境温度下在小于1毫米汞真空中蒸发。将溶质在GPC洗脱剂中以0.9%稀释,然后将该组合注入GPC装置。GPC的洗脱剂是NaHCO3溶液:0.08摩尔/升,NaNO3:0.1摩尔/升,三乙醇胺:0.02摩尔/升,NaN30.03质量%。GPC柱含有等度(isocratique)泵(Waters 515),其流速调节在0.5毫升/分钟,含有“Guard Column Ultrahydrogel WatersTM”型预置柱的窑炉,测得为30厘米长和7.8毫米内径的“UltrahydrogelWatersTM”型直线柱,和RI WatersTM 410型折射率检测器。将窑炉加热至60℃并将折射计加热至50℃。通过Polymer Standard Service供应的多分子性指数为1.4至1.7的一系列5个聚丙烯酸钠标样,与多分子性指数等于2.4且分子量等于5600克/摩尔的聚丙烯酸钠一起,校准该GPC装置。
该用途的特征还在于,当所述试剂是丙烯酸共聚物时,其包含至少一种非丙烯酸的单体,选自具有烯属不饱和度并具有单羧基官能团的单体如甲基丙烯酸,或者二酸半酯如马来酸或衣康酸的C1至C4单酯,或者它们的混合物,或者选自具有烯属不饱和度并具有二羧基官能团的单体例如巴豆酸,异巴豆酸,肉桂酸,衣康酸,马来酸,或者羧酸酐,如马来酸酐,或者选自具有烯属不饱和度并具有磺酸官能团的单体如2-丙烯酰氨基-2-甲基-丙烷-磺酸,甲代烯丙基磺酸钠,乙烯基磺酸和苯乙烯磺酸,或者选自具有烯属不饱和度并具有磷酸官能团的单体例如乙烯基磷酸,乙二醇甲基丙烯酸酯磷酸酯,丙二醇甲基丙烯酸酯磷酸酯,乙二醇丙烯酸酯磷酸酯,丙二醇丙烯酸酯磷酸酯和它们的乙氧基化物,或者选自具有烯属不饱和度并具有膦酸官能团的单体如乙烯基膦酸,或者它们的混合物。
作为丙烯酸的均聚物或共聚物的这种共研磨剂通过在已知催化体系和转移剂存在下在适当溶剂中的溶液、直接或反相乳液、悬浮液或沉淀下的自由基共聚已知方法来获得,或者通过受控自由基聚合方法如被称作可逆加成-断裂链转移(RAFT)的方法、被称作原子转移自由基聚合(ATRP)的方法、被称作氮氧调控聚合(NMP)的方法或被称作钴肟(cobaloxime)调控自由基聚合的方法获得。
由此衍生自聚合反应的该共研磨剂任选地可以使用本领域技术人员已知的静态或动态法,通过一种或多种尤其属于水、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、丙酮、四氢呋喃或它们的混合物的极性溶剂,处理和分离成几个相。在一个具体实施方案中,申请人已经观察到,在阶段1b)用于制备PCC水悬浮液的特定分散剂的选择能够在干提取物含量(GCC和PCC总干重量相对于悬浮液总重量的百分比)、在共研磨阶段后和在搅拌后8天后(在25℃和在10rpm下)测得的BrookfieldTM粘度和在GCC和PCC粒子的中位直径方面有利地改进来自阶段2)和3)的GCC和PCC水悬浮液的最终性质。
更具体地,这意味着,在此具体实施方案中,可以改进上述段落中提到的至少一个参数,同时使其它参数保持恒定。
因此,根据该具体实施方案,本发明的共研磨剂的用途的特征在于,在阶段1b)的过程中制备的PCC水悬浮液含有至少一种PCC分散剂,其是丙烯酸的均聚物和/或共聚物,结合了所有下列特性:
-高于酸官能总量的80%,优选高于酸官能总量的90%的酸官能摩尔中和率,且非常优选完全中和;
-10,000克/摩尔至15,000克/摩尔,优选12,000克/摩尔至14,000克/摩尔的分子量;
-1.5至2.5的多分子性指数。
根据此实施方案,本发明的共研磨剂的用途的特征还在于,在阶段1b)制备的PCC的水悬浮液中使用相对于PCC干重量的0.5%至2%,优选0.5%至1%干重量的所述PCC分散剂。
根据此实施方案,阶段1b)中制备的PCC悬浮液中所用的所述分散剂用钠、钾的氢氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐、氢氧化铵或者它们的混合物中和,优选用氢氧化钠中和。
根据此实施方案,当阶段1b)制备的PCC悬浮液中所用的所述分散剂是丙烯酸共聚物时,其包含至少一种非丙烯酸的单体,选自具有烯属不饱和度并具有单羧基官能团的单体如甲基丙烯酸,或者二酸半酯如马来酸或衣康酸的C1至C4单酯,或者它们的混合物,或者选自具有烯属不饱和度并具有二羧基官能团的单体例如巴豆酸,异巴豆酸,肉桂酸,衣康酸,马来酸,或者羧酸酐,如马来酸酐,或者选自具有烯属不饱和度并具有磺酸官能团的单体如2-丙烯酰氨基-2-甲基-丙烷-磺酸,甲代烯丙基磺酸钠,乙烯基磺酸和苯乙烯磺酸,或者选自具有烯属不饱和度并具有磷酸官能团的单体例如乙烯基磷酸,乙二醇甲基丙烯酸酯磷酸酯,丙二醇甲基丙烯酸酯磷酸酯,乙二醇丙烯酸酯磷酸酯,丙二醇丙烯酸酯磷酸酯和它们的乙氧基化物,或者选自具有烯属不饱和度并具有膦酸官能团的单体如乙烯基膦酸,或者它们的混合物。
作为丙烯酸的均聚物或共聚物的这种PCC分散剂通过在已知催化体系和转移剂存在下在适当溶剂中的溶液、直接或反相乳液、悬浮液或沉淀下的自由基共聚已知方法来获得,或者通过受控自由基聚合方法如被称作可逆加成-断裂链转移(RAFT)的方法、被称作原子转移自由基聚合(ATRP)的方法、被称作氮氧调控聚合(NMP)的方法或被称作钴肟调控自由基聚合的方法获得。
由此衍生自聚合反应的该分散剂任选地可以根据本领域技术人员已知的静态或动态法,通过一种或多种尤其属于水、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、丙酮、四氢呋喃或它们的混合物的极性溶剂,处理和分离成几个相。
本发明的第二目的在于共研磨的GCC和PCC水悬浮液,其特征在于它们含有至少一种共研磨剂,该共研磨剂由部分中和的丙烯酸的至少一种均聚物和/或至少一种共聚物构成,且其酸官能的摩尔中和率低于酸官能总量的75%。
这些共研磨的GCC和PCC水悬浮液的特征还在于,它们含有相对于GCC和PCC总干重量的0.5-2%干重量的所述共研磨剂。
这些共研磨的GCC和PCC水悬浮液的特征还在于,所述共研磨剂具有低于酸官能总量的75%,优选低于50%,非常优选低于20%的酸官能摩尔中和率。
这些共研磨的GCC和PCC水悬浮液的特征还在于,所述共研磨剂用钠和钾的氢氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐,钙和镁的氢氧化物、氧化物,氢氧化铵或它们的混合物中和,优选用钠和钾的氢氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐,氢氧化铵或它们的混合物中和,非常优选用氢氧化钠中和。
这些共研磨的GCC和PCC水悬浮液的特征还在于,所述共研磨剂具有4,000克/摩尔至15,000克/摩尔,优选4,000克/摩尔至10,000克/摩尔的分子量。
这些共研磨的GCC和PCC水悬浮液的特征还在于,所述共研磨剂具有1.5至3.5,优选1.5至2.5的多分子性指数。
这些共研磨的GCC和PCC水悬浮液的特征还在于,当所述共研磨剂是丙烯酸共聚物时,其包含至少一种非丙烯酸的单体,选自具有烯属不饱和度并具有单羧基官能团的单体如甲基丙烯酸,或者二酸半酯如马来酸或衣康酸的C1至C4单酯,或者它们的混合物,或者选自具有烯属不饱和度并具有二羧基官能团的单体例如巴豆酸,异巴豆酸,肉桂酸,衣康酸,马来酸,或者羧酸酐,如马来酸酐,或者选自具有烯属不饱和度并具有磺酸官能团的单体如2-丙烯酰氨基-2-甲基-丙烷-磺酸,甲代烯丙基磺酸钠,乙烯基磺酸和苯乙烯磺酸,或者选自具有烯属不饱和度并具有磷酸官能团的单体例如乙烯基磷酸,乙二醇甲基丙烯酸酯磷酸酯,丙二醇甲基丙烯酸酯磷酸酯,乙二醇丙烯酸酯磷酸酯,丙二醇丙烯酸酯磷酸酯和它们的乙氧基化物,或者选自具有烯属不饱和度并具有膦酸官能团的单体如乙烯基膦酸,或者它们的混合物。
作为丙烯酸的均聚物或共聚物的这种共研磨剂通过在已知催化体系和转移剂存在下在适当溶剂中的溶液、直接或反相乳液、悬浮液或沉淀下的自由基共聚已知方法来获得,或者通过受控自由基聚合方法如被称作可逆加成-断裂链转移(RAFT)的方法、被称作原子转移自由基聚合(ATRP)的方法、被称作氮氧调控聚合(NMP)的方法或被称作钴肟调控自由基聚合的方法获得。
由此衍生自聚合反应的这种共研磨剂任选地可以使用本领域技术人员已知的静态或动态法,通过一种或多种尤其属于水、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、丙酮、四氢呋喃或它们的混合物的极性溶剂,处理和分离成几个相。
这些共研磨的GCC和PCC水悬浮液的特征还在于,它们含有相对于GCC和PCC总干重量的10%至90%,优选20%至80%,非常优选30%至70%的PCC干重量百分比。
这些共研磨的GCC和PCC水悬浮液的特征还在于,它们含有相对于悬浮液总重量的多于70%,优选多于72%,非常优选多于74%的PCC和GCC总干重量百分比。
但是,能够获得含有所述共研磨剂并具有小于悬浮液总重量的70%的GCC和PCC总干重量百分比的共研磨GCC和PCC水悬浮液的任何方式都必须被视为技术同等物。
这些共研磨的GCC和PCC水悬浮液的特征还在于,它们所含的GCC和PCC粒子具有大于30,优选大于40,非常优选大于45的分布因数(100×d30/d70,其中dx所指的平均直径使得x重量%的粒子具有小于这个平均直径的直径)。
这些共研磨的GCC和PCC水悬浮液的特征还在于它们所含的GCC和PCC粒子具有小于0.7微米,优选小于0.5微米,非常优选小于0.3微米的中位直径。
申请人指出,使用MICROMERITICSTM公司出售的SedigraphTM 5100型设备,通过本领域技术人员公知的方法测定dx的值和中位直径的值。
在一个具体实施方案中,这些共研磨的GCC和PCC水悬浮液的特征还在于,它们还含有至少一种PCC分散剂,其是丙烯酸的均聚物和/或共聚物,结合了所有下列特性:
-其具有高于酸官能总量的80%,优选高于酸官能总量的90%的酸官能摩尔中和率,且非常优选完全中和;
-其具有10,000克/摩尔至15,000克/摩尔,优选12,000克/摩尔至14,000克/摩尔的分子量;
-其具有1.5至2.5的多分子性指数。
根据此实施方案,这些共研磨的GCC和PCC水悬浮液的特征还在于,它们含有相对于PCC干重量的0.5%至2%,优选0.5%至1%干重量的所述PCC分散剂。
根据此实施方案,所述PCC分散剂用钠、钾的氢氧化物、碳酸盐或碳酸氢盐、氢氧化铵或者它们的混合物中和,优选用氢氧化钠中和。
根据此实施方案,这些共研磨的GCC和PCC水悬浮液的特征还在于,当该PCC分散剂是丙烯酸共聚物时,其包含至少一种非丙烯酸的单体,选自具有烯属不饱和度并具有单羧基官能团的单体如甲基丙烯酸,或者二酸半酯如马来酸或衣康酸的C1至C4单酯,或者它们的混合物,或者选自具有烯属不饱和度并具有二羧基官能团的单体例如巴豆酸,异巴豆酸,肉桂酸,衣康酸,马来酸,或者羧酸酐,如马来酸酐,或者选自具有烯属不饱和度并具有磺酸官能团的单体如2-丙烯酰氨基-2-甲基-丙烷-磺酸,甲代烯丙基磺酸钠,乙烯基磺酸和苯乙烯磺酸,或者选自具有烯属不饱和度并具有磷酸官能团的单体例如乙烯基磷酸,乙二醇甲基丙烯酸酯磷酸酯,丙二醇甲基丙烯酸酯磷酸酯,乙二醇丙烯酸酯磷酸酯,丙二醇丙烯酸酯磷酸酯和它们的乙氧基化物,或者选自具有烯属不饱和度并具有膦酸官能团的单体如乙烯基膦酸,或者它们的混合物。
作为丙烯酸的均聚物或共聚物的这种分散剂通过在已知催化体系和转移剂存在下在适当溶剂中的溶液、直接或反相乳液、悬浮液或沉淀下的自由基共聚已知方法来获得,或者通过受控自由基聚合方法如被称作可逆加成-断裂链转移(RAFT)的方法、被称作原子转移自由基聚合(ATRP)的方法、被称作氮氧调控聚合(NMP)的方法或被称作钴肟调控自由基聚合的方法获得。
由此衍生自聚合反应的该分散剂任选地可以根据本领域技术人员已知的静态或动态法,通过一种或多种尤其属于水、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、丙酮、四氢呋喃或它们的混合物的极性溶剂,处理和分离成几个相。
本发明的第三目的在于通过使用共研磨的GCC和PCC水悬浮液的干燥阶段的本发明方法的实施方案获得的GCC和PCC的干颜料。
申请人指出,在此阶段过程中,本领域技术人员可以使用处理剂处理共研磨的GCC和PCC粒子的表面,尤其例如使所述表面疏水的试剂,如具有8至30个碳原子的脂肪酸之类的试剂,其中该试剂尤其可以是硬脂酸。
这些共研磨的GCC和PCC的干颜料的特征还在于,它们含有相对于GCC和PCC总干重量的10%至90%,优选20%至80%,非常优选30%至70%的PCC干重量百分比。
这些干颜料的特征还在于,它们含有至少一种GCC和PCC共研磨剂,其是部分中和的丙烯酸的至少一种均聚物和/或至少一种共聚物,且其酸官能的摩尔中和率低于酸官能总量的75%。
这些干颜料的特征还在于,它们含有相对于GCC和PCC总干重量的0.5%干重量至2%干重量的所述GCC和PCC共研磨剂。
这些干颜料的特征还在于,所述GCC和PCC共研磨剂具有低于酸官能总量的75%,优选低于50%,非常优选低于20%的酸官能摩尔中和率。
这些干颜料的特征还在于,该GCC和PCC共研磨剂用钠和钾的氢氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐,钙和镁的氢氧化物、氧化物,氢氧化铵或它们的混合物中和,优选用钠和钾的氢氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐,氢氧化铵或它们的混合物中和,非常优选用氢氧化钠中和。
这些干颜料的特征还在于,该GCC和PCC共研磨剂具有4,000克/摩尔至15,000克/摩尔,优选4,000克/摩尔至10,000克/摩尔的分子量。
这些干颜料的特征还在于,该GCC和PCC共研磨剂具有1.5至3.5,优选1.5至2.5的多分子性指数。
这些干颜料的特征还在于,当该GCC和PCC共研磨剂是丙烯酸共聚物时,其包含至少一种非丙烯酸的单体,选自具有烯属不饱和度并具有单羧基官能团的单体如甲基丙烯酸,或者二酸半酯如马来酸或衣康酸的C1至C4单酯,或者它们的混合物,或者选自具有烯属不饱和度并具有二羧基官能团的单体例如巴豆酸,异巴豆酸,肉桂酸,衣康酸,马来酸,或者羧酸酐,如马来酸酐,或者选自具有烯属不饱和度并具有磺酸官能团的单体如2-丙烯酰氨基-2-甲基-丙烷-磺酸,甲代烯丙基磺酸钠,乙烯基磺酸和苯乙烯磺酸,或者选自具有烯属不饱和度并具有磷酸官能团的单体例如乙烯基磷酸,乙二醇甲基丙烯酸酯磷酸酯,丙二醇甲基丙烯酸酯磷酸酯,乙二醇丙烯酸酯磷酸酯,丙二醇丙烯酸酯磷酸酯和它们的乙氧基化物,或者选自具有烯属不饱和度并具有膦酸官能团的单体如乙烯基膦酸,或者它们的混合物。
在一个具体实施方案中,这些干颜料的特征还在于,它们还含有至少一种PCC分散剂,该PCC分散剂是丙烯酸的均聚物和/或共聚物,结合了所有下列特性:
-其具有高于酸官能总量的80%,优选高于90%的酸官能摩尔中和率,且非常优选完全中和;
-其具有10,000克/摩尔至15,000克/摩尔,优选12,000克/摩尔至14,000克/摩尔的分子量;
-其具有1.5至2.5的多分子性指数。
根据此实施方案,这些GCC和PCC干颜料的特征还在于,它们含有相对于PCC干重量的0.5%至2%,优选0.5%至1%干重量的所述PCC分散剂。
根据此实施方案,所述PCC分散剂用钠、钾的氢氧化物、碳酸盐或碳酸氢盐、氢氧化铵或它们的混合物中和,优选用氢氧化钠中和。
根据此实施方案,这些GCC和PCC干颜料的特征还在于,当该PCC分散剂是丙烯酸共聚物时,其包含至少一种非丙烯酸的单体,选自具有烯属不饱和度并具有单羧基官能团的单体如甲基丙烯酸,或者二酸半酯如马来酸或衣康酸的C1至C4单酯,或者它们的混合物,或者选自具有烯属不饱和度并具有二羧基官能团的单体例如巴豆酸,异巴豆酸,肉桂酸,衣康酸,马来酸,或者羧酸酐,如马来酸酐,或者选自具有烯属不饱和度并具有磺酸官能团的单体如2-丙烯酰氨基-2-甲基-丙烷-磺酸,甲代烯丙基磺酸钠,乙烯基磺酸和苯乙烯磺酸,或者选自具有烯属不饱和度并具有磷酸官能团的单体例如乙烯基磷酸,乙二醇甲基丙烯酸酯磷酸酯,丙二醇甲基丙烯酸酯磷酸酯,乙二醇丙烯酸酯磷酸酯,丙二醇丙烯酸酯磷酸酯和它们的乙氧基化物,或者选自具有烯属不饱和度并具有膦酸官能团的单体如乙烯基膦酸,或者它们的混合物。
本发明的第四目的在于本发明的共研磨的GCC和PCC水悬浮液在造纸,尤其在纸张涂布中和在纸张生产中,以及在油漆生产中的用途。
本发明的第五和最后一个目的在于根据本发明共研磨和干燥的GCC和PCC干颜料在造纸,尤其在纸张涂布中和在纸张生产中,在油漆、橡胶和塑料生产中的用途。
具体实施方式
实施例
在各个实施例中,使用MICROMERITICSTM公司出售的SedigraphTM5100型设备测定矿物质水悬浮液的颗粒特性。
实施例1
此实施例例示了根据现有技术的共研磨剂或根据本发明的共研磨剂在共研磨的GCC和PCC生产方法中的用途,该方法包括下列阶段:
1.制备
(a)使用研磨助剂的GCC的水悬浮液,
(b)和包含分散剂的PCC的水悬浮液,
2.阶段1)过程中制备的GCC和PCC的所述水悬浮液的共研磨,
3.阶段2)后获得的共研磨的GCC和PCC水悬浮液的浓缩,
其中该共研磨剂一部分在阶段2)中引入,另一部分在阶段3)中引入。
此实施例例示了在共研磨阶段中GCC∶PCC干重比率等于50∶50的情况。
此外,此实施例还例示了根据本发明的共研磨的GCC和PCC水悬浮液。
根据所述方法的阶段1a),一开始先根据本领域技术人员公知的方法使用相对于GCC干重量的0.27%干重量的聚丙烯酸盐,制备GCC的水悬浮液。
该悬浮液:
-具有等于75.3%的干提取物含量(以GCC干重量相对于悬浮液总重量的百分比表示);
-具有如下颗粒特性:41.9重量%的GCC粒子具有小于1微米的直径,66.2重量%的GCC粒子具有小于2微米的直径,且所述GCC粒子的中位直径等于1.4微米。
根据所述方法的阶段1b),还根据本领域技术人员公知的方法制备PCC的水悬浮液。
该悬浮液:
-具有等于51.8%的干提取物含量(以PCC干重量相对于悬浮液总重量的百分比表示);
-具有如下颗粒特性:74.5重量%的PCC粒子具有小于1微米的直径,96.6重量%的PCC粒子具有小于2微米的直径,且所述PCC粒子的中位直径等于0.71微米;
-含有0.5%干重量(相对于PCC的干重量)的分散剂,其是丙烯酸均聚物,用氢氧化钠完全中和,分子量等于10,000克/摩尔,且多分子性指数等于3.1;该试剂因此不符合本发明的使用特别有利的分散剂(这类试剂的定义已经在本申请的说明中给出)分散PCC的具体实施方案。
根据所述方法的阶段2),随后将两种悬浮液共研磨。在此阶段中,GCC∶PCC干重量比率等于50∶50。在此阶段中,引入相对于GCC和PCC总干重量等于0.4%干重量的共研磨剂。
根据所述方法的阶段3),通过引入与共研磨阶段中所用的相同的试剂,浓缩阶段2)后获得的共研磨的GCC和PCC水悬浮液;在浓缩阶段过程中使用的所述试剂的量相对于GCC和PCC总干重量等于0.4%干重量。
试验No.1
此试验例示了现有技术。
其使用的共研磨剂是丙烯酸均聚物,被氢氧化钠完全中和,分子量等于10,000克/摩尔且多分子性指数等于3.1。
试验No.2
此试验例示了现有技术。
其使用的共研磨剂是丙烯酸均聚物,80摩尔%的酸官能被氢氧化钠中和,分子量等于10,000克/摩尔且多分子性指数等于3.1。
试验No.3
此试验例示了现有技术。
其使用的共研磨剂是丙烯酸均聚物,40摩尔%的酸官能被氢氧化钠中和且45摩尔%的酸官能被氢氧化钙中和,分子量等于5,600克/摩尔且多分子性指数等于2.4。
试验No.4
此试验例示了现有技术。
其使用的共研磨剂是丙烯酸均聚物,50摩尔%的酸官能被氢氧化钠中和且35摩尔%的酸官能被氢氧化镁中和,分子量等于5,600克/摩尔且多分子性指数等于2.2。
试验No.5
此试验例示了本发明。
其使用的共研磨剂是丙烯酸均聚物,14摩尔%的酸官能被氢氧化钠中和,分子量等于5,600克/摩尔且多分子性指数等于2.4。
试验No.6
此试验例示了本发明。
其使用的共研磨剂是丙烯酸均聚物,40摩尔%的酸官能被氢氧化钠中和且10摩尔%的酸官能被氢氧化钙中和,分子量等于5,600克/摩尔且多分子性指数等于2.4。
试验No.7
此试验例示了本发明。
其使用的共研磨剂是丙烯酸与2-丙烯酰氨基-2-甲基-丙烷-磺酸(这两种成分的质量比等于85∶15)的共聚物,30摩尔%的酸官能被氢氧化钠中和且20摩尔%的酸官能被氢氧化钙中和,分子量等于5,600克/摩尔且多分子性指数等于2.35。
试验No.8
此试验例示了本发明。
其使用的共研磨剂是丙烯酸均聚物,37摩尔%的酸官能被氢氧化钠中和,分子量等于5,600克/摩尔且多分子性指数等于2.2。
对于各个试验No.1至8,随后根据本领域技术人员公知的方法测量下列:
-直径小于1微米的GCC和PCC粒子在阶段3)后获得的最终悬浮液中的重量百分比,标作%<1微米;
-在阶段3)后获得的最终悬浮液中的GCC和PCC粒子的中位直径,标作d50;
-在阶段3)后获得的最终悬浮液的干提取物含量,标作ES;
-根据本领域技术人员公知的方法在10RPM和在25℃下测得的,在阶段3)后获得的最终悬浮液的BrookfieldTM粘度,t=0时测得的标作VB(t0),在搅拌后t=8天时测得的标作VB(t8)。
所有这些结果与所用共研磨剂的主要特性一起显示在表1中。
表1:
所用共研磨剂的特性,其中:
-“类型”是指所述试剂的化学类型,具体而言,aa是指丙烯酸均聚物,aa/amps是指丙烯酸与2-丙烯酰氨基-2-甲基-丙烷-磺酸的共聚物,这两种成分的质量比等于85∶15;
-“中和”是指中和的酸官能(数量)的摩尔百分比和中和离子的类型(与数量相对应的化学符号)
-“Mw”是指所述试剂的质量分子量;
-“Ip”是指所述试剂的多分子性指数;
在浓缩阶段后获得的GCC和PCC水悬浮液的特性,其中:
-“%<1微米”是指直径小于1微米的GCC和PCC粒子的重量百分比;
-“d50”是指GCC和PCC粒子的中位直径;
-“ES(%)”是指悬浮液的干提取物含量(GCC和PCC总干重量相对于悬浮液总重量的百分比);
-“VB(t0)”和“VB(t8)”分别是指在t=0时和在搅拌后t=8天时在10RPM和在25℃下测得的BrookfieldTM粘度。
这些结果因此表明,只有本发明的共研磨剂能够解决本领域技术人员面临的技术问题,即:
-对于共研磨的GCC和PCC的最终悬浮液,获得高于70%,优选高于72%,非常优选高于74%的干提取物含量(矿物粒子干重量与悬浮液总重量的百分比);
-对该相同悬浮液获得在共研磨阶段后测得的(在25℃和在10RPM下)小于5,000mPa.s,优选小于3,000mPa.s,非常优选小于2,000mPa.s的BrookfieldTM粘度,和在共研磨阶段后和搅拌后8天测得的(在25℃和在10RPM下)小于50,000mPa.s,优选小于30,000mPa.s,非常优选小于20,000mPa.s的BrookfieldTM粘度;
-在该相同悬浮液中获得中位直径小于0.7微米,优选小于0.5微米,非常优选小于0.5微米,非常优选小于0.3微米的碳酸钙粒子。
实施例2
此实施例例示了根据现有技术的共研磨剂或根据本发明的共研磨剂在共研磨的GCC和PCC生产方法中的用途,该方法包括下列阶段:
1.制备
(a)使用研磨助剂的GCC的水悬浮液,
(b)和包含分散剂的PCC的水悬浮液,
2.阶段1)过程中制备的GCC和PCC的所述水悬浮液的共研磨,
3.阶段2)后获得的共研磨的GCC和PCC水悬浮液的浓缩,
其中该共研磨剂一部分在阶段2)中引入,另一部分在阶段3)中引入。
此实施例例示了在共研磨阶段中GCC∶PCC干重比率等于70∶30的情况。
此外,此实施例还例示了根据本发明的共研磨的GCC和PCC水悬浮液。
根据所述方法的阶段1a),一开始先根据本领域技术人员公知的方法使用相对于GCC干重量的0.27%干重量的聚丙烯酸盐,制备GCC的水悬浮液。
该悬浮液:
-具有等于75.3%的干提取物含量(以GCC干重量相对于悬浮液总重量的百分比表示);
-具有如下颗粒特性:41.9重量%的GCC粒子具有小于1微米的直径,66.2重量%的GCC粒子具有小于2微米的直径,且所述GCC粒子的中位直径等于1.4微米。
根据所述方法的阶段1b),还根据本领域技术人员公知的方法制备PCC的水悬浮液。
该悬浮液:
-具有等于51.8%的干提取物含量(以PCC粒子干重量相对于悬浮液总重量的百分比表示);
-具有如下颗粒特性:74.5重量%的PCC粒子具有小于1微米的平均直径,96.6重量%的PCC粒子具有小于2微米的平均直径,且所述PCC粒子的中位直径等于0.71微米;
-含有0.5%干重量(相对于PCC的干重量)的分散剂,其是丙烯酸均聚物,用氢氧化钠完全中和,分子量等于10,000克/摩尔,且多分子性指数等于3.1;该试剂因此不符合本发明的使用特别有利的分散剂(这类试剂的定义已经在本申请的说明中给出)分散PCC的具体实施方案。
根据所述方法的阶段2),随后将两种悬浮液共研磨。在此阶段中,GCC∶PCC干重量比率等于70∶30。在此阶段中,引入等于所用GCC和PCC总干重量的0.4%干重量的共研磨剂。
根据所述方法的阶段3),通过引入与共研磨阶段中所用的相同的试剂,浓缩阶段2)后获得的共研磨的GCC和PCC水悬浮液;在浓缩阶段中使用的所述试剂的量相对于GCC和PCC总干重量等于0.4%干重量。
试验No.9
此试验例示了现有技术。
其使用的共研磨剂是丙烯酸均聚物,被氢氧化钠完全中和,分子量等于10,000克/摩尔且多分子性指数等于3.1。
试验No.10
此试验例示了现有技术。
其使用的共研磨剂是丙烯酸均聚物,80摩尔%的酸官能被氢氧化钠中和,分子量等于10,000克/摩尔且多分子性指数等于3.1。
试验No.11
此试验例示了本发明。
其使用的共研磨剂是丙烯酸均聚物,40摩尔%的酸官能被氢氧化钠中和且10摩尔%的酸官能被氢氧化钙中和,分子量等于5,600克/摩尔且多分子性指数等于2.4。
对于各个试验No.9至11,随后根据本领域技术人员公知的方法测量下列:
-直径小于1微米的GCC和PCC粒子在阶段3)后获得的最终悬浮液中的重量百分比,标作%<1微米;
-在阶段3)后获得的最终悬浮液中的GCC和PCC粒子的中位直径,标作d50;
-在阶段3)后获得的最终悬浮液的干提取物含量,标作ES;
-在10RPM和在25℃下测得的,在阶段3)后获得的最终悬浮液的BrookfieldTM粘度,t=0时测得的标作VB(t0),在搅拌后t=8天时测得的标作VB(t8)。
所有这些结果与所用共研磨剂的主要特性一起显示在表2中。
表2:
所用共研磨剂的特性,其中:
-“类型”是指所述试剂的化学类型,aa是指丙烯酸均聚物;
-“中和”是指中和的酸官能(数量)的摩尔百分比和中和离子的类型(与数量相对应的化学符号)
-“Mw”是指所述试剂的质量分子量;
-“Ip”是指所述试剂的多分子性指数;
在浓缩阶段后获得的天然和沉淀碳酸钙水悬浮液的特性,其中:
-“%<1微米”是指直径小于1微米的GCC和PCC粒子的重量百分比;
-“d50”是指GCC和PCC粒子的中位直径;
-“ES(%)”是指悬浮液的干提取物含量(GCC和PCC总干重量相对于悬浮液总重量的百分比);
-“VB(t0)”和“VB(t8)”分别是指在t=0时和在搅拌后t=8天时在10RPM和在25℃下测得的BrookfieldTM粘度。
这些结果因此表明,只有本发明的共研磨剂能够解决本领域技术人员面临的技术问题,即:
-对于共研磨的GCC和PCC的最终悬浮液,获得高于70%,优选高于72%,非常优选高于74%的干提取物含量(GCC和PCC干重量与悬浮液总重量的百分比);
-对该相同悬浮液获得在共研磨阶段后测得的(在25℃和在10RPM下)小于5,000mPa.s,优选小于3,000mPa.s,非常优选小于2,000mPa.s的BrookfieldTM粘度,和在共研磨阶段后和搅拌后8天测得的(在25℃和在10RPM下)小于50,000mPa.s,优选小于30,000mPa.s,非常优选小于20,000mPa.s的BrookfieldTM粘度;
-在该相同悬浮液中获得中位直径小于0.7微米,优选小于0.5微米,非常优选小于0.3微米的碳酸钙粒子。
实施例3
此实施例例示了根据本发明的共研磨剂在共研磨的GCC和PCC生产方法中的用途,该方法包括下列阶段:
1.制备
(a)使用研磨助剂的GCC的水悬浮液,
(b)和包含分散剂的PCC的水悬浮液,
2.阶段1)过程中制备的GCC和PCC的所述水悬浮液的共研磨,
3.阶段2)后获得的共研磨天然和沉淀碳酸钙水悬浮液的浓缩,
其中该共研磨剂一部分在阶段2)中引入,另一部分在阶段3)中引入。
此实施例例示了在共研磨阶段中GCC∶PCC干重比率等于50∶50的情况。
在试验15和16以及17和18的情况下,此实施例例示了优选实施方案,其在PCC悬浮液制备阶段1b)过程中使用PCC分散剂,其是丙烯酸的均聚物,结合了所有下列特性:
-高于酸官能总量的80%,优选高于90%的酸官能摩尔中和率,且所述试剂非常优选完全中和;
-10,000克/摩尔至15,000克/摩尔,优选12,000克/摩尔至14,000克/摩尔的分子量;
-1.5至2.5的多分子性指数。
最后,此实施例还例示了根据本发明的共研磨的GCC和PCC水悬浮液。
根据所述方法的阶段1a),一开始先根据本领域技术人员公知的方法使用相对于GCC干重量的0.2 7%干重量的聚丙烯酸盐,制备GCC的水悬浮液。
该悬浮液:
-具有等于75.3%的干提取物含量(以GCC干重量相对于悬浮液总重量的百分比表示);
-具有如下颗粒特性:41.9重量%的GCC粒子具有小于1微米的直径,66.2重量%的GCC粒子具有小于2微米的直径,且所述GCC粒子的中位直径等于1.4微米。
根据所述方法的阶段1b),还根据本领域技术人员公知的方法制备PCC的水悬浮液。
该悬浮液:
-具有等于51.8%的干提取物含量(以PCC干重量相对于悬浮液总重量的百分比表示);
-具有如下颗粒特性:74.5重量%的PCC粒子具有小于1微米的直径,96.6重量%的PCC粒子具有小于2微米的直径,且所述PCC粒子的中位直径等于0.71微米;
-含有分散剂(其在试验15和16以及17和18的情况下例示了本发明的优选实施方案),所述试剂的含量相对于PCC干重量等于0.5%干重量。
根据所述方法的阶段2),随后根据本领域技术人员公知的方法将两种悬浮液共研磨。
在此阶段中,GCC∶PCC干重量比率等于50∶50。
在此阶段中,引入相对于GCC和PCC总干重量等于0.4%干重量的共研磨剂。
根据所述方法的阶段3),通过引入与共研磨阶段中所用的相同的试剂,浓缩阶段2)后获得的共研磨的GCC和PCC水悬浮液;在浓缩阶段中使用的所述试剂的量相对于GCC和PCC总干重量等于0.5%干重量。
试验No.12
此试验例示了本发明,但不是使用如这个实施例引言中所述的特定PCC分散剂的优选实施方案。
其在PCC悬浮液的制备阶段1b)中使用丙烯酸均聚物,其50摩尔%的酸官能被氢氧化钠中和且50摩尔%的酸官能被氢氧化镁中和,其分子量等于5,700克/摩尔且多分子性指数等于2.2。
其还在阶段2)和3)中使用共研磨剂,该共研磨剂是丙烯酸均聚物,37%的酸官能被氢氧化钠中和,分子量等于5,600克/摩尔且多分子性指数等于2.2。
试验No.13
此试验例示了本发明,但不是使用如这个实施例引言中所述的特定PCC分散剂的优选实施方案。
其在PCC悬浮液的制备阶段1b)中使用丙烯酸均聚物,其100摩尔%的酸官能被氢氧化钠中和,分子量等于4,500克/摩尔且多分子性指数等于2.2。
其还在阶段2)和3)中使用共研磨剂,该共研磨剂是丙烯酸均聚物,14%的酸官能被氢氧化钠中和,分子量等于5,600克/摩尔且多分子性指数等于2.4。
试验No.14
此试验例示了本发明,但不是使用如这个实施例引言中所述的特定PCC分散剂的优选实施方案。
其在PCC悬浮液的制备阶段1b)中使用丙烯酸均聚物,其100摩尔%的酸官能被氢氧化钠中和,分子量等于5,500克/摩尔且多分子性指数等于2.4。
其还在阶段2)和3)中使用共研磨剂,该共研磨剂是丙烯酸均聚物,14%的酸官能被氢氧化钠中和,分子量等于5,600克/摩尔且多分子性指数等于2.4。
试验No.15
此试验例示了本发明,并显示了使用如这个实施例引言中所定义的特定PCC分散剂的优选实施方案。
其在PCC悬浮液的制备阶段1b)中使用丙烯酸均聚物,其100摩尔%的酸官能被氢氧化钠中和,分子量等于12,000克/摩尔且多分子性指数等于2.2。
其还在阶段2)和3)中使用共研磨剂,该共研磨剂是丙烯酸均聚物,14%的酸官能被氢氧化钠中和,分子量等于5,600克/摩尔且多分子性指数等于2.4。
试验No.16
此试验例示了本发明,并显示了使用如这个实施例引言中所定义的特定PCC分散剂的优选实施方案。
其在PCC悬浮液的制备阶段1b)中使用丙烯酸均聚物,其100摩尔%的酸官能被氢氧化钠中和,分子量等于12,000克/摩尔且多分子性指数等于2.2。
其还在阶段2)和3)中使用研磨剂,该研磨剂是丙烯酸均聚物,26%的酸官能被氢氧化钠中和,分子量等于5,800克/摩尔且多分子性指数等于2.15。
试验No.17
此试验例示了本发明,并显示了使用如这个实施例引言中所定义的特定PCC分散剂的优选实施方案。
其在PCC悬浮液的制备阶段1b)中使用丙烯酸均聚物,其90摩尔%的酸官能被氢氧化钠中和,分子量等于12,000克/摩尔且多分子性指数等于2.2。
其还在阶段2)和3)中使用共研磨剂,该共研磨剂是丙烯酸均聚物,14%的酸官能被氢氧化钠中和,分子量等于5,600克/摩尔且多分子性指数等于2.4。
试验No.18
此试验例示了本发明,并显示了使用如这个实施例引言中所定义的特定PCC分散剂的优选实施方案。
其在PCC悬浮液的制备阶段1b)中使用丙烯酸均聚物,其100摩尔%的酸官能被氢氧化钠中和,分子量等于13,000克/摩尔且多分子性指数等于2.2。
其还在阶段2)和3)中使用研磨剂,该研磨剂是丙烯酸均聚物,26%的酸官能被氢氧化钠中和,分子量等于5,800克/摩尔且多分子性指数等于2.15。
对于各个试验No.12至18,随后根据本领域技术人员公知的方法测量下列:
-直径小于1微米的GCC和PCC粒子在阶段3)后获得的最终悬浮液中的重量百分比,标作%<1微米;
-在阶段3)后获得的最终悬浮液中的GCC和PCC粒子的中位直径,标作d50;
-在阶段3)后获得的最终悬浮液的干提取物含量,标作ES;
-在10RPM和在25℃下测得的,在阶段3)后获得的最终悬浮液的BrookfieldTM粘度,t=0时测得的标作VB(t0),在搅拌后t=8天时测得的标作VB(t8)。
所有这些结果、用于GCC和PCC共研磨的共研磨剂的主要特性和用于分散PCC的分散剂的特性显示在表3中。
表3:
所用GCC和PCC共研磨剂的特性和所用PCC分散剂的特性,其中:
-“类型”是指所述试剂的化学类型,aa是指丙烯酸均聚物;
-“中和”是指中和的酸官能(数量)的摩尔百分比和中和离子的类型(与数量相对应的化学符号)
-“Mw”是指所述试剂的质量分子量;
-“Ip”是指所述试剂的多分子性指数;
在浓缩阶段后获得的GCC和PCC水悬浮液的特性,其中:
-“%<1微米”是指直径小于1微米的GCC和PCC粒子的重量百分比;
-“d50”是指天然和沉淀碳酸钙粒子的中位直径;
-“ES(%)”是指悬浮液的干提取物含量(GCC和PCC粒子的干重量百分比);
-“VB(t0)”和“VB(t8)”分别是指在t=0时和在搅拌后t=8天时在10RPM和在25℃下测得的BrookfieldTM粘度。
这些结果因此表明,本发明的共研磨剂能够解决本领域技术人员面临的技术问题,即:
-对于共研磨的GCC和PCC的最终悬浮液,获得高于70%,优选高于72%,非常优选高于74%的干提取物含量(矿物粒子重量相对于悬浮液总重量的百分比);
-对该相同悬浮液获得在共研磨阶段后测得的(在25℃和在10RPM下)小于5,000mPa.s,优选小于3,000mPa.s,非常优选小于2,000mPa.s的BrookfieldTM粘度,和在共研磨阶段后和搅拌后8天测得的(在25℃和在10RPM下)小于50,000mPa.s,优选小于30,000mPa.s,非常优选小于20,000mPa.s的BrookfieldTM粘度;
-在该相同悬浮液中获得中位直径小于0.7微米,优选小于0.5微米,非常优选小于0.3微米的碳酸钙粒子。
这些结果还表明,与不使用本发明的该实施方案获得的悬浮液相比,使用特定的PCC分散剂能够改进根据本发明的该实施方案的共研磨GCC和PCC悬浮液的BrookfieldTM粘度值,同时保持小于或等于0.3微米的d50值和大于或等于悬浮液总重量的74%的干提取物值,该分散剂是丙烯酸均聚物,结合了所有下列特性:
-高于酸官能总量的80%,优选高于90%的酸官能摩尔中和率,且所述试剂非常优选完全中和;
-10,000克/摩尔至15,000克/摩尔,优选12,000克/摩尔至14,000克/摩尔的分子量;
-1.5至2.5的多分子性指数。
申请人补充说明,本领域技术人员可以选择在阶段3)后获得的GCC和PCC最终悬浮液中加入粘度调节剂。这尤其可以是锆基化合物,例如AZC(碳酸铵锆)或KZC(碳酸钾锆)型化合物,这类化合物的商业实例是例如MEL CHEMICALSTM公司出售的ZirmelTM和BacoteTM产品。
实施例4
此实施例例示了根据本发明的共研磨剂在共研磨的GCC和PCC生产方法中的用途,该方法包括下列阶段:
1.制备
(a)使用研磨助剂的GCC的水悬浮液,
(b)和包含分散剂的PCC的水悬浮液,
2.阶段1)过程中制备的GCC和PCC的所述水悬浮液的共研磨,
3.阶段2)后获得的共研磨天然和沉淀碳酸钙水悬浮液的浓缩,
其中所述共研磨剂一部分在阶段2)中引入,另一部分在阶段3)中引入。
此实施例例示了在共研磨阶段中GCC∶PCC干重比率等于50∶50的情况。
此实施例还例示了优选实施方案,其在PCC悬浮液制备阶段1b)过程中使用PCC分散剂,其是丙烯酸的均聚物,结合了所有下列特性:
-高于酸官能总量的80%,优选高于90%的酸官能摩尔中和率,且所述试剂非常优选完全中和;
-10,000克/摩尔至15,000克/摩尔,优选12,000克/摩尔至14,000克/摩尔的分子量;
-1.5至2.5的多分子性指数。
最后,此实施例还例示了根据本发明的共研磨的GCC和PCC水悬浮液。
根据所述方法的阶段1a),一开始先根据本领域技术人员公知的方法使用相对于GCC干重量的0.27%干重量的聚丙烯酸盐,制备GCC的水悬浮液。
该悬浮液:
-具有等于74.6%的干提取物含量(以GCC干重量相对于悬浮液总重量的百分比表示);
-具有如下颗粒特性:40.3重量%的GCC粒子具有小于1微米的直径,61.6重量%的GCC粒子具有小于2微米的直径,且所述GCC粒子的中位直径等于1.4微米。
根据所述方法的阶段1b),还根据本领域技术人员公知的方法制备PCC的水悬浮液。
该悬浮液:
-具有等于14.1%的干提取物含量(以PCC干重量相对于悬浮液总重量的百分比表示);
-具有如下颗粒特性:83.3重量%的PCC粒子具有小于1微米的直径,97.8重量%的PCC粒子具有小于2微米的直径,且所述PCC粒子的中位直径等于0.58微米;
-含有分散剂(其例示了本发明的优选实施方案),所述试剂的含量相对于PCC干重量为0.54%干重量。
根据所述方法的阶段2),随后根据本领域技术人员公知的方法将两种悬浮液共研磨。
在此阶段中,GCC∶PCC干重量比率等于50∶50。
在此阶段中,引入相对于GCC和PCC总干重量等于0.5%干重量的共研磨剂。
根据所述方法的阶段3),通过引入与共研磨阶段中所用的相同的试剂,浓缩阶段2)后获得的共研磨的GCC和PCC水悬浮液;在浓缩阶段中使用的所述试剂的量相对于GCC和PCC总干重量等于0.15%干重量。
试验No.19
此试验例示了本发明,并显示了使用如这个实施例引言中所定义的特定PCC分散剂的优选实施方案。
其在PCC悬浮液的制备阶段1b)中使用丙烯酸均聚物,其100摩尔%的酸官能被氢氧化钾中和,分子量等于10,000克/摩尔且多分子性指数等于2.29。
其还在阶段2)和3)中使用共研磨剂,该共研磨剂是丙烯酸均聚物,37%的酸官能被氢氧化钠中和,分子量等于5,800克/摩尔且多分子性指数等于2.15。
试验No.20
此试验例示了本发明,并显示了使用如这个实施例引言中所定义的特定PCC分散剂的优选实施方案。
其在PCC悬浮液的制备阶段1b)中使用丙烯酸均聚物,其100摩尔%的酸官能被氢氧化钠中和,分子量等于12,000克/摩尔且多分子性指数等于2.4。
其还在阶段2)和3)中使用研磨剂,该研磨剂是丙烯酸均聚物,37%的酸官能被氢氧化钠中和,分子量等于5,800克/摩尔且多分子性指数等于2.15。
试验No.21
此试验例示了本发明,并显示了使用如这个实施例引言中所定义的特定PCC分散剂的优选实施方案。
其在PCC悬浮液的制备阶段1b)中使用丙烯酸均聚物,其100摩尔%的酸官能被氢氧化钠中和,分子量等于12,000克/摩尔且多分子性指数等于2.4。
其还在阶段2)和3)中使用共研磨剂,该共研磨剂是丙烯酸均聚物,37%的酸官能被氢氧化钠中和,分子量等于4,900克/摩尔且多分子性指数等于2.13。
对于各个试验No.19至21,随后测量与对前述实施例测量的相同的参数。所有这些结果、用于GCC和PCC共研磨的共研磨剂的主要特性和用于分散PCC的分散剂的特性显示在表4中。
表4:
GCC和PCC共研磨剂、PCC分散剂、在浓缩阶段后获得的GCC和PCC水悬浮液的特性,其中缩写如前述实施例中所定义。
这些结果因此表明,本发明的共研磨剂与本发明的特定PCC分散剂结合,能够解决本领域技术人员面临的如上所述的技术问题。
这些组合能够显著改进根据本发明的该实施方案的共研磨的GCC和PCC悬浮液的BrookfieldTM粘度,同时保持小于或等于0.3微米的d50值和等于悬浮液总重量的74%的干提取物值。
实施例5
此实施例例示了在阶段2)中引入的根据本发明的共研磨剂在共研磨的GCC和PCC生产方法中的用途,该方法包括下列阶段:
1.制备
(a)使用研磨助剂的GCC的水悬浮液,
(b)和包含分散剂的PCC的水悬浮液,
2.阶段1)过程中制备的GCC和PCC的所述水悬浮液的共研磨,
3.阶段2)后获得的共研磨天然和沉淀碳酸钙水悬浮液的浓缩,
此实施例例示了在共研磨阶段中GCC∶PCC干重比率等于50∶50的情况。
此实施例还例示了优选实施方案,其在PCC悬浮液制备阶段1b)中使用PCC分散剂,其是丙烯酸的均聚物,结合了所有下列特性:
-高于酸官能总量的80%,优选高于90%的酸官能摩尔中和率,且所述试剂非常优选完全中和;
-10,000克/摩尔至15,000克/摩尔,优选12,000克/摩尔至14,000克/摩尔的分子量;
-1.5至2.5的多分子性指数。
最后,此实施例还例示了根据本发明的共研磨的GCC和PCC水悬浮液。
根据所述方法的阶段1a),一开始先根据本领域技术人员公知的方法使用相对于GCC干重量的0.27%干重量的聚丙烯酸盐,制备GCC的水悬浮液。
该悬浮液:
-具有等于74.5%的干提取物含量(以GCC干重量相对于悬浮液总重量的百分比表示);
-具有如下颗粒特性:43.2重量%的GCC粒子具有小于1微米的直径,且所述GCC粒子的中位直径等于1.2微米。
根据所述方法的阶段1b),还根据本领域技术人员公知的方法制备PCC的水悬浮液。
该悬浮液:
-具有等于51.5%的干提取物含量(以PCC干重量相对于悬浮液总重量的百分比表示);
-具有如下颗粒特性:65.6重量%的PCC粒子具有小于1微米的直径,且所述PCC粒子的中位直径等于0.82微米;
-含有分散剂(其例示了本发明的优选实施方案),所述试剂的含量相对于PCC干重量为0.70%干重量。
根据所述方法的阶段2),随后根据本领域技术人员公知的方法将两种悬浮液共研磨。
在此阶段中,GCC∶PCC干重量比率等于50∶50。
在此阶段中,引入相对于GCC和PCC总干重量等于0.8%干重量的共研磨剂。
根据所述方法的阶段3),浓缩阶段2)后获得的共研磨的GCC和PCC水悬浮液。
试验No.22
此试验例示了本发明,并显示了使用如这个实施例引言中所定义的特定PCC分散剂的优选实施方案。
其在PCC悬浮液的制备阶段1b)中使用丙烯酸均聚物,其100摩尔%的酸官能被氢氧化钠中和,分子量等于12,000克/摩尔且多分子性指数等于2.4。
其还在阶段2)中使用共研磨剂,该共研磨剂是丙烯酸均聚物,未中和,分子量等于5,600克/摩尔且多分子性指数等于2.16。
试验No.23
此试验例示了本发明,并显示了使用如这个实施例引言中所定义的特定PCC分散剂的优选实施方案。
其在PCC悬浮液的制备阶段1b)中使用丙烯酸均聚物,其100摩尔%的酸官能被氢氧化钠中和,分子量等于12,000克/摩尔且多分子性指数等于2.4。
其还在阶段2)中使用共研磨剂,该共研磨剂是38%的酸官能被氢氧化钠中和的混合物,包含:
-83%干重量的分子量等于5,600克/摩尔且多分子性指数等于2.4的丙烯酸均聚物,
-17%干重量的通过RAFT聚合法(根据如文献FR 2 821 620中所述的方法)获得的,分子量等于7,600克/摩尔且多分子性指数等于1.68的丙烯酸均聚物。
试验No.24
此试验例示了本发明,并显示了使用如这个实施例引言中所定义的特定PCC分散剂的优选实施方案。
其在PCC悬浮液的制备阶段1b)中使用丙烯酸均聚物,其100摩尔%的酸官能被氢氧化钠中和,分子量等于12,000克/摩尔且多分子性指数等于2.4。
其还在阶段2)中使用共研磨剂,该共研磨剂是混合物,包含:
-50%干重量的未中和的、分子量等于5,600克/摩尔且多分子性指数等于2.16的丙烯酸均聚物,
-50%干重量的38%的酸官能被氢氧化钠中和的混合物,所述混合物包含:
-83%干重量的分子量等于5,600克/摩尔且多分子性指数等于2.4的丙烯酸均聚物,
-17%干重量的通过RAFT聚合法(根据如文献FR 2 821 620中所述的方法)获得的,分子量等于7,600克/摩尔且多分子性指数等于1.68的丙烯酸均聚物。
对于各个试验No.22至24,随后测量与对前述实施例测量的相同的参数。所有这些结果显示在表5中。
表5:
在浓缩阶段后获得的GCC和PCC水悬浮液的特性,其中缩写如前述实施例中所定义。
这些结果因此表明,本发明的共研磨剂与本发明的特定PCC分散剂结合,能够解决本领域技术人员面临的如上所述的技术问题。
实施例6
此实施例例示了在阶段2)和阶段3)中引入的根据本发明的共研磨剂在共研磨的GCC和PCC生产方法中的用途,该方法包括下列阶段:
1.制备
(a)使用研磨助剂的GCC的水悬浮液,
(b)和包含分散剂的PCC的水悬浮液,
2.阶段1)过程中制备的GCC和PCC的所述水悬浮液的共研磨,
3.阶段2)后获得的共研磨天然和沉淀碳酸钙水悬浮液的浓缩,
此实施例例示了在共研磨阶段中GCC∶PCC干重比率等于50∶50的情况。
此实施例还例示了优选实施方案,其在PCC悬浮液制备阶段1b)中使用PCC分散剂,其是丙烯酸的均聚物,结合了所有下列特性:
-高于酸官能总量的80%,优选高于90%的酸官能摩尔中和率,且所述试剂非常优选完全中和;
-10,000克/摩尔至15,000克/摩尔,优选12,000克/摩尔至14,000克/摩尔的分子量;
-1.5至2.5的多分子性指数。
最后,此实施例还例示了根据本发明的共研磨的GCC和PCC水悬浮液。
根据所述方法的阶段1a),一开始先根据本领域技术人员公知的方法使用相对于GCC干重量的0.27%干重量的聚丙烯酸盐,制备GCC的水悬浮液。
该悬浮液:
-具有等于74.6%的干提取物含量(以GCC干重量相对于悬浮液总重量的百分比表示);
-具有如下颗粒特性:40.3重量%的GCC粒子具有小于1微米的直径,且所述GCC粒子的中位直径等于1.4微米。
根据所述方法的阶段1b),还根据本领域技术人员公知的方法制备PCC的水悬浮液。
该悬浮液:
-具有等于13.1%的干提取物含量(以PCC干重量相对于悬浮液总重量的百分比表示);
-具有如下颗粒特性:19.9重量%的PCC粒子具有小于1微米的直径,且所述PCC粒子的中位直径等于1.43微米;
-含有分散剂(其例示了本发明的优选实施方案),所述试剂的含量相对于PCC干重量等于0.54%干重量。
根据所述方法的阶段2),随后根据本领域技术人员公知的方法将两种悬浮液共研磨。
在此阶段中,GCC∶PCC干重量比率等于50∶50。
在此阶段中,引入相对于GCC和PCC总干重量等于0.50%干重量的共研磨剂,然后在阶段3)中引入0.15%的相同试剂或另一试剂。
根据所述方法的阶段3),在0.15%干重量的与阶段2)中所用的相同的共研磨剂存在下,浓缩GCC和PCC水悬浮液。
试验No.25
此试验例示了本发明,并显示了使用如这个实施例引言中所定义的特定PCC分散剂的优选实施方案。
其在PCC悬浮液的制备阶段1b)中使用丙烯酸均聚物,其100摩尔%的酸官能被氢氧化钠中和,分子量等于12,000克/摩尔且多分子性指数等于2.3。
其还在阶段2)和3)中使用共研磨剂,该共研磨剂是丙烯酸均聚物,未中和,分子量等于5,600克/摩尔且多分子性指数等于2.09。
试验No.26
此试验例示了本发明,并显示了使用如这个实施例引言中所定义的特定PCC分散剂的优选实施方案。
其在PCC悬浮液的制备阶段1b)中使用通过RAFT聚合法(根据如文献FR 2 821 620中所述的方法)获得的(丙烯酸∶甲基丙烯酸)(90∶10按重量计)共聚物,其100摩尔%的酸官能被氢氧化钠中和,分子量等于12,000克/摩尔且多分子性指数等于1.8。
其还在阶段2)和3)中使用共研磨剂,该共研磨剂是丙烯酸均聚物,未中和,分子量等于5,600克/摩尔且多分子性指数等于2.09。
试验No.27
此试验例示了本发明,并显示了使用如这个实施例引言中所定义的特定PCC分散剂的优选实施方案。
其在PCC悬浮液的制备阶段1b)中使用丙烯酸均聚物,其100摩尔%的酸官能被氢氧化钠中和,分子量等于12,000克/摩尔且多分子性指数等于2.3。
其还在阶段2)和3)中使用共研磨剂,该共研磨剂是(丙烯酸∶乙二醇甲基丙烯酸酯磷酸酯)(90∶10按重量计)共聚物,其40摩尔%的酸官能被氢氧化钠中和,分子量等于5,000克/摩尔且多分子性指数等于2.45。
试验No.28
此试验例示了本发明,并显示了使用如这个实施例引言中所定义的特定PCC分散剂的优选实施方案。
其在PCC悬浮液的制备阶段1b)中使用丙烯酸均聚物,其100摩尔%的酸官能被氢氧化钠中和,分子量等于12,000克/摩尔且多分子性指数等于2.3。
其还在阶段2)和3)中使用共研磨剂,该共研磨剂是(丙烯酸∶甲基丙烯酸)(90∶10按重量计)共聚物,其40摩尔%的酸官能被氢氧化钠中和,分子量等于5,000克/摩尔且多分子性指数等于2.45。
对于各个试验No.25至28,随后测量与对前述实施例测量的相同的参数。所有这些结果、用于GCC和PCC共研磨的共研磨剂的主要特性和用于分散PCC的分散剂的特性显示在表6中。
表6:
GCC和PCC共研磨剂、PCC分散剂、在浓缩阶段后获得的GCC和PCC水悬浮液的特性,其中缩写如前述实施例中所定义,且其中:
-aa/ama:共聚物(丙烯酸∶甲基丙烯酸)(90∶10按重量计)
-aa/po4maeg:共聚物(丙烯酸∶乙二醇甲基丙烯酸酯磷酸酯)(90∶10按重量计)
这些结果因此表明,本发明的共研磨剂与本发明的特定PCC分散剂结合,能够解决本领域技术人员面临的如上所述的技术问题。
Claims (40)
1.共研磨剂在共研磨的GCC和PCC生产方法中的用途,该方法包括下列阶段:
1.制备
(a)GCC的水悬浮液,任选地包含至少一种分散剂和/或至少一种研磨助剂,
(b)和PCC的水悬浮液,任选地包含至少一种分散剂,
2.阶段1)的过程中制备的GCC和PCC的所述水悬浮液的共研磨,
3.任选地,阶段2)后获得的共研磨的GCC和PCC水悬浮液的浓缩,
4.任选地,阶段2)或3)后获得的共研磨的GCC和PCC水悬浮液的干燥,
其特征在于:
a)所述共研磨剂由部分中和的丙烯酸的至少一种均聚物和/或至少一种共聚物构成,并且其酸官能的摩尔中和率低于酸官能总量的75%,
b)并且该共研磨剂:
-在阶段1)和阶段2)之间引入到在阶段1a)制备的GCC水悬浮液中和/或引入到在阶段1b)制备的PCC水悬浮液中和/或引入到这两种悬浮液的混合物中,
-和/或在共研磨阶段2)中引入,
-并且任选地在阶段2)和阶段3)之间引入,
-并且任选地在阶段3)中引入。
2.根据权利要求1的用途,其特征在于,使用相对于GCC和PCC总干重的0.5-2%干重量的共研磨剂。
3.根据权利要求1或2的用途,其特征在于,共研磨剂具有低于酸官能总量的75%,优选低于50%,非常优选低于20%的酸官能摩尔中和率。
4.根据权利要求1至3之一的用途,其特征在于,共研磨剂用钠和钾的氢氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐,钙和镁的氢氧化物、氧化物,氢氧化铵或它们的混合物中和,优选用钠和钾的氢氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐,氢氧化铵或它们的混合物中和,非常优选用氢氧化钠中和。
5.根据权利要求1至4之一的用途,其特征在于,共研磨剂具有4,000克/摩尔至15,000克/摩尔,优选4,000克/摩尔至10,000克/摩尔的分子量。
6.根据权利要求1至5之一的用途,其特征在于,共研磨剂具有1.5至3.5,优选1.5至2.5的多分子性指数。
7.根据权利要求1至6之一的用途,其特征在于,当共研磨剂是丙烯酸共聚物时,该共研磨剂包含至少一种非丙烯酸的单体,其选自具有烯属不饱和度并具有单羧基官能团的单体如甲基丙烯酸,或者二酸半酯如马来酸或衣康酸的C1至C4单酯,或者它们的混合物,或者选自具有烯属不饱和度并具有二羧基官能团的单体例如巴豆酸,异巴豆酸,肉桂酸,衣康酸,马来酸,或者羧酸酐,如马来酸酐,或者选自具有烯属不饱和度并具有磺酸官能团的单体如2-丙烯酰氨基-2-甲基-丙烷-磺酸,甲代烯丙基磺酸钠,乙烯基磺酸和苯乙烯磺酸,或者选自具有烯属不饱和度并具有磷酸官能团的单体例如乙烯基磷酸,乙二醇甲基丙烯酸酯磷酸酯,丙二醇甲基丙烯酸酯磷酸酯,乙二醇丙烯酸酯磷酸酯,丙二醇丙烯酸酯磷酸酯和它们的乙氧基化物,或者选自具有烯属不饱和度并具有膦酸官能团的单体如乙烯基膦酸,或者它们的混合物。
8.根据权利要求1至7之一的用途,其特征在于在阶段1b)的过程中制备的PCC水悬浮液含有至少一种PCC分散剂,其是丙烯酸的均聚物和/或共聚物,结合了所有下列特性:
-高于酸官能总量的80%,优选高于酸官能总量的90%的酸官能摩尔中和率,且非常优选完全中和;
-10,000克/摩尔至15,000克/摩尔,优选12,000克/摩尔至14,000克/摩尔的分子量;
-1.5至2.5的多分子性指数。
9.根据权利要求8的用途,其特征在于,在阶段1b)制备的PCC的水悬浮液中使用相对于PCC干重量的0.5%至2%,优选0.5%至1%干重量的PCC分散剂。
10.根据权利要求8或9的用途,其特征在于,该PCC分散剂用钠、钾的氢氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐、氢氧化铵或者它们的混合物中和,优选用氢氧化钠中和。
11.根据权利要求8至10之一的用途,其特征在于,在阶段1b)制备的PCC悬浮液中所用的分散剂是丙烯酸共聚物时,该分散剂包含至少一种非丙烯酸的单体,其选自具有烯属不饱和度并具有单羧基官能团的单体如甲基丙烯酸,或者二酸半酯如马来酸或衣康酸的C1至C4单酯,或者它们的混合物,或者选自具有烯属不饱和度并具有二羧基官能团的单体例如巴豆酸,异巴豆酸,肉桂酸,衣康酸,马来酸,或者羧酸酐,如马来酸酐,或者选自具有烯属不饱和度并具有磺酸官能团的单体如2-丙烯酰氨基-2-甲基-丙烷-磺酸,甲代烯丙基磺酸钠,乙烯基磺酸和苯乙烯磺酸,或者选自具有烯属不饱和度并具有磷酸官能团的单体例如乙烯基磷酸,乙二醇甲基丙烯酸酯磷酸酯,丙二醇甲基丙烯酸酯磷酸酯,乙二醇丙烯酸酯磷酸酯,丙二醇丙烯酸酯磷酸酯和它们的乙氧基化物,或者选自具有烯属不饱和度并具有膦酸官能团的单体如乙烯基膦酸,或者它们的混合物。
12.共研磨的GCC和PCC水悬浮液,其特征在于它们含有至少一种GCC和PCC共研磨剂,该共研磨剂由部分中和的丙烯酸的至少一种均聚物和/或至少一种共聚物构成,且其酸官能的摩尔中和率低于酸官能总量的75%。
13.根据权利要求12的共研磨的GCC和PCC水悬浮液,其特征在于,它们含有相对于GCC和PCC总干重量的0.5-2%干重量的GCC和PCC共研磨剂。
14.根据权利要求12或13的共研磨的GCC和PCC水悬浮液,其特征在于,GCC和PCC共研磨剂具有低于酸官能总量的75%,优选低于50%,非常优选低于20%的酸官能摩尔中和率。
15.根据权利要求12至14之一的共研磨的GCC和PCC水悬浮液,其特征在于,GCC和PCC共研磨剂用钠和钾的氢氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐,钙和镁的氢氧化物、氧化物,氢氧化铵或它们的混合物中和,优选用钠和钾的氢氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐,氢氧化铵或它们的混合物中和,非常优选用氢氧化钠中和。
16.根据权利要求12至15之一的共研磨的GCC和PCC水悬浮液,其特征在于,GCC和PCC共研磨剂具有4,000克/摩尔至15,000克/摩尔,优选4,000克/摩尔至10,000克/摩尔的分子量。
17.根据权利要求12至16之一的共研磨的GCC和PCC水悬浮液,其特征在于,GCC和PCC共研磨剂具有1.5至3.5,优选1.5至2.5的多分子性指数。
18.根据权利要求12至16之一的共研磨的GCC和PCC水悬浮液,其特征在于,当GCC和PCC共研磨剂是丙烯酸共聚物时,该共研磨剂包含至少一种非丙烯酸的单体,其选自具有烯属不饱和度并具有单羧基官能团的单体如甲基丙烯酸,或者二酸半酯如马来酸或衣康酸的C1至C4单酯,或者它们的混合物,或者选自具有烯属不饱和度并具有二羧基官能团的单体例如巴豆酸,异巴豆酸,肉桂酸,衣康酸,马来酸,或者羧酸酐,如马来酸酐,或者选自具有烯属不饱和度并具有磺酸官能团的单体如2-丙烯酰氨基-2-甲基-丙烷-磺酸,甲代烯丙基磺酸钠,乙烯基磺酸和苯乙烯磺酸,或者选自具有烯属不饱和度并具有磷酸官能团的单体例如乙烯基磷酸,乙二醇甲基丙烯酸酯磷酸酯,丙二醇甲基丙烯酸酯磷酸酯,乙二醇丙烯酸酯磷酸酯,丙二醇丙烯酸酯磷酸酯和它们的乙氧基化物,或者选自具有烯属不饱和度并具有膦酸官能团的单体如乙烯基膦酸,或者它们的混合物。
19.根据权利要求12至18之一的共研磨的GCC和PCC水悬浮液,其特征在于,它们含有相对于GCC和PCC总干重量的10%至90%,优选20%至80%,非常优选30%至70%的PCC干重量百分比。
20.根据权利要求12至19之一的共研磨的GCC和PCC水悬浮液,其特征在于,它们含有相对于悬浮液总重量的多于70%,优选多于72%,非常优选多于74%的PCC和GCC总干重量百分比。
21.根据权利要求12至20之一的共研磨的GCC和PCC水悬浮液,其特征在于,它们所含的GCC和PCC粒子具有大于30,优选大于40,非常优选大于45的分布因数(100×d30/d70,其中dx所指的平均直径使得x重量%的粒子具有小于这个平均直径的直径)。
22.根据权利要求12至21之一的共研磨的GCC和PCC水悬浮液,其特征在于,它们所含的GCC和PCC粒子具有小于0.7微米,优选小于0.5微米,非常优选小于0.3微米的中位直径。
23.根据权利要求12至22之一的共研磨的GCC和PCC水悬浮液,其特征在于,它们含有至少一种PCC分散剂,其是丙烯酸的均聚物和/或共聚物,结合了所有下列特性:
-高于酸官能总量的80%,优选高于酸官能总量的90%的酸官能摩尔中和率,且非常优选完全中和;
-10,000克/摩尔至15,000克/摩尔,优选12,000克/摩尔至14,000克/摩尔的分子量;
-1.5至2.5的多分子性指数。
24.根据权利要求23的共研磨的GCC和PCC水悬浮液,其特征在于,它们含有相对于PCC干重量的0.5%至2%,优选0.5%至1%干重量的所述PCC分散剂。
25.根据权利要求23或24之一的共研磨的GCC和PCC水悬浮液,其特征在于,PCC分散剂用钠、钾的氢氧化物、碳酸盐或碳酸氢盐、氢氧化铵或者它们的混合物中和,优选用氢氧化钠中和。
26.根据权利要求23至25之一的共研磨的GCC和PCC水悬浮液,其特征在于,当PCC分散剂是丙烯酸共聚物时,该分散剂包含至少一种非丙烯酸的单体,其选自具有烯属不饱和度并具有单羧基官能团的单体如甲基丙烯酸,或者二酸半酯如马来酸或衣康酸的C1至C4单酯,或者它们的混合物,或者选自具有烯属不饱和度并具有二羧基官能团的单体例如巴豆酸,异巴豆酸,肉桂酸,衣康酸,马来酸,或者羧酸酐,如马来酸酐,或者选自具有烯属不饱和度并具有磺酸官能团的单体如2-丙烯酰氨基-2-甲基-丙烷-磺酸,甲代烯丙基磺酸钠,乙烯基磺酸和苯乙烯磺酸,或者选自具有烯属不饱和度并具有磷酸官能团的单体例如乙烯基磷酸,乙二醇甲基丙烯酸酯磷酸酯,丙二醇甲基丙烯酸酯磷酸酯,乙二醇丙烯酸酯磷酸酯,丙二醇丙烯酸酯磷酸酯和它们的乙氧基化物,或者选自具有烯属不饱和度并具有膦酸官能团的单体如乙烯基膦酸,或者它们的混合物。
27.共研磨的GCC和PCC的干颜料,其特征在于,它们含有至少一种GCC和PCC共研磨剂,该共研磨剂是部分中和的丙烯酸的至少一种均聚物和/或至少一种共聚物,且其酸官能的摩尔中和率低于酸官能总量的75%。
28.根据权利要求27的共研磨的GCC和PCC的干颜料,其特征在于,它们含有相对于GCC和PCC总干重量的10%至90%,优选20%至80%,非常优选30%至70%的PCC干重量百分比。
29.根据权利要求27或28的共研磨的GCC和PCC的干颜料,其特征在于,它们含有相对于GCC和PCC总干重量的0.5-2%干重量的所述GCC和PCC共研磨剂。
30.根据权利要求27至29之一的共研磨的GCC和PCC的干颜料,其特征在于,GCC和PCC共研磨剂具有低于酸官能总量的75%,优选低于50%,非常优选低于20%的酸官能摩尔中和率。
31.根据权利要求27至30之一的共研磨的GCC和PCC的干颜料,其特征在于,GCC和PCC共研磨剂用钠和钾的氢氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐,钙和镁的氢氧化物、氧化物,氢氧化铵或它们的混合物中和,优选用钠和钾的氢氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐,氢氧化铵或它们的混合物中和,非常优选用氢氧化钠中和。
32.根据权利要求27至31之一的共研磨的GCC和PCC的干颜料,其特征在于,GCC和PCC共研磨剂具有4,000克/摩尔至15,000克/摩尔,优选4,000克/摩尔至10,000克/摩尔的分子量。
33.根据权利要求27至32之一的共研磨的GCC和PCC的干颜料,其特征在于,GCC和PCC共研磨剂具有1.5至3.5,优选1.5至2.5的多分子性指数。
34.根据权利要求27至33之一的共研磨的GCC和PCC的干颜料,其特征在于,当该GCC和PCC共研磨剂是丙烯酸共聚物时,该共研磨剂包含至少一种非丙烯酸的单体,其选自具有烯属不饱和度并具有单羧基官能团的单体如甲基丙烯酸,或者二酸半酯如马来酸或衣康酸的C1至C4单酯,或者它们的混合物,或者选自具有烯属不饱和度并具有二羧基官能团的单体例如巴豆酸,异巴豆酸,肉桂酸,衣康酸,马来酸,或者羧酸酐,如马来酸酐,或者选自具有烯属不饱和度并具有磺酸官能团的单体如2-丙烯酰氨基-2-甲基-丙烷-磺酸,甲代烯丙基磺酸钠,乙烯基磺酸和苯乙烯磺酸,或者选自具有烯属不饱和度并具有磷酸官能团的单体例如乙烯基磷酸,乙二醇甲基丙烯酸酯磷酸酯,丙二醇甲基丙烯酸酯磷酸酯,乙二醇丙烯酸酯磷酸酯,丙二醇丙烯酸酯磷酸酯和它们的乙氧基化物,或者选自具有烯属不饱和度并具有膦酸官能团的单体如乙烯基膦酸,或者它们的混合物。
35.根据权利要求27至34之一的共研磨的GCC和PCC的干颜料,其特征在于,它们还含有至少一种PCC分散剂,该PCC分散剂是丙烯酸的均聚物和/或共聚物,结合了所有下列特性:
-其具有高于酸官能总量的80%,优选高于90%的酸官能摩尔中和率,且非常优选完全中和;
-其具有10,000克/摩尔至15,000克/摩尔,优选12,000克/摩尔至14,000克/摩尔的分子量;
-其具有1.5至2.5的多分子性指数。
36.根据权利要求35的共研磨的GCC和PCC的干颜料,其特征在于,它们含有相对于PCC干重量的0.5%至2%,优选0.5%至1%干重量的所述PCC分散剂。
37.根据权利要求35或36的共研磨的GCC和PCC的干颜料,其特征在于,PCC分散剂用钠、钾的氢氧化物、碳酸盐或碳酸氢盐、氢氧化铵或它们的混合物中和,优选用氢氧化钠中和。
38.根据权利要求35至37之一的共研磨的GCC和PCC的干颜料,其特征在于,当该PCC分散剂是丙烯酸共聚物时,该分散剂包含至少一种非丙烯酸的单体,其选自具有烯属不饱和度并具有单羧基官能团的单体如甲基丙烯酸,或者二酸半酯如马来酸或衣康酸的C1至C4单酯,或者它们的混合物,或者选自具有烯属不饱和度并具有二羧基官能团的单体例如巴豆酸,异巴豆酸,肉桂酸,衣康酸,马来酸,或者羧酸酐,如马来酸酐,或者选自具有烯属不饱和度并具有磺酸官能团的单体如2-丙烯酰氨基-2-甲基-丙烷-磺酸,甲代烯丙基磺酸钠,乙烯基磺酸和苯乙烯磺酸,或者选自具有烯属不饱和度并具有磷酸官能团的单体例如乙烯基磷酸,乙二醇甲基丙烯酸酯磷酸酯,丙二醇甲基丙烯酸酯磷酸酯,乙二醇丙烯酸酯磷酸酯,丙二醇丙烯酸酯磷酸酯和它们的乙氧基化物,或者选自具有烯属不饱和度并具有膦酸官能团的单体如乙烯基膦酸,或者它们的混合物。
39.权利要求12至26之一的共研磨的GCC和PCC水悬浮液在造纸,尤其在纸张涂布中和在纸张生产中,以及在油漆生产中的用途。
40.根据权利要求27至38之一的共研磨的GCC和PCC的干颜料在造纸,尤其在纸张涂布中和在纸张生产中,在油漆、橡胶和塑料生产中的用途。
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