JP6310574B2 - 沈降炭酸カルシウムの製造 - Google Patents

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Description

本発明は、沈降炭酸カルシウムの製造方法、この方法によって得た沈降炭酸カルシウム、これの使用ならびに前記方法におけるポリマーおよび消和添加剤の組合せの使用に関する。
炭酸カルシウムは、製紙、塗料およびプラスチック産業において最もよく使用される添加剤の1つである。天然型粉砕炭酸カルシウム(GCC)は通常、多くの用途で充填剤として使用されるのに対し、合成により製造された沈降炭酸カルシウム(PCC)は、これの形態および粒径に関してテーラーメードされ得るので、この材料はさらなる機能を実現することができる。
生石灰を水によって消和する工程、続いて生じた水酸化カルシウム懸濁物に二酸化炭素を通過させることによって炭酸カルシウムを沈降させる工程を含む、よく知られたPCC製造方法によって、固体含有率の低いPCCスラリーのみが製造される。従って、これらの方法は通例、例えばPCCスラリーを出荷するためにPCCスラリーをさらに濃縮する、後続の高濃縮工程を含む。しかし、このような追加の高濃縮工程は、エネルギーを消費し、コストがかかり、高額で高度の保守を要する、遠心分離機などの装置が必要となる。さらに、遠心分離機を使用する機械的脱水法は、例えばクラスター化偏三角面体状PCCの場合、形成されたPCCの構造を破壊するおそれがある。
WO2011/121065A1は、特に、水酸化ストロンチウムの存在下で水酸化カルシウムの懸濁物を炭酸塩化することによってPCCシードの水性懸濁物を調製する工程を含む、PCCを調製する方法を開示している。炭酸カルシウムスラリーの反応容器への添加速度が反応容器におけるある導電率を維持するようにされているPCCの製造方法が、EP2537900A1に開示されている。
US2011/035560A1は、PCCの炭酸塩化時間を短縮する櫛形ポリマーの使用を包含する、PCCの製造方法について記載している。粗砕石灰を磨砕するための磨砕剤が、EP0313483A1に開示されている。EP2447213A1は、水性塩化アンモニウム溶液によって石灰を消和する工程を包含する、高純度PCCの製造方法に関する。
WO2013/142473A1は、消和生石灰を調製して消石灰を得る工程と、撹拌せず、熱交換器内で予備冷却をせず、添加剤の非存在下で、消石灰を二酸化炭素ガスによって炭酸塩化してPCCを製造する工程とを含む方法に関する。添加剤を含むPCC製造方法は、米国特許第6294143号、第5232678号および第5558850号に開示されている。アニオン性基を有するポリマーを用いて石灰を消和することによる消石灰の製造方法がJP2008/074629Aに記載されている。EP0844213A1は、分散剤の使用を包含するアルカリ土類金属化合物の沈降物を製造する方法を開示している。
WO2010/018432A1は、低電荷アクリレートおよび/またはマレイネート含有ポリマーを実現する、沈降炭酸カルシウムの調製方法を開示している。炭酸塩化の完了前に水酸化カルシウムの懸濁物にポリアクリレートを添加する工程を包含する、板状沈降炭酸カルシウムの製造方法が、WO2005/000742A1に記載されている。WO2004/106236A1は、炭酸塩化の完了前に水酸化カルシウムの懸濁物に無水濃縮ホスフェート添加剤を添加する工程を包含する、板状沈降炭酸カルシウムの製造方法に関する。
上記を考慮して、沈降炭酸カルシウムを提供する方法、とりわけさらなる高濃縮工程なしに高い固体含有率を有するPCCスラリーの直接製造を可能にする方法が引き続き要求されている。
国際公開第2011/121065号 欧州特許出願公開第2537900号明細書 米国特許出願公開第2011/035560号明細書 欧州特許出願公開第0313483号明細書 欧州特許出願公開第2447213号明細書 国際公開第2013/142473号 米国特許第6294143号明細書 米国特許第5232678号明細書 米国特許第5558850号明細書 特開2008/074629号公報 欧州特許出願公開第0844213号明細書 国際公開第2010/018432号 国際公開第2005/000742号 国際公開第2004/106236号
従って、本発明の目的は、許容される粘度にて高い固体含有率を有するPCCスラリーの製造方法を提供することである。前記方法がいずれの機械的または熱的高濃縮工程も必要としないことも望ましい。前記方法が、炭酸塩化工程の反応速度に悪い方向に影響を及ぼさない、および/またはPCCの結晶学的構造を損なわないことも望ましい。
上記および他の目的は、独立請求項において本明細書に定義するような主題によって解決される。
本発明の一態様により、沈降炭酸カルシウムの水性懸濁物の製造方法であって:
i)酸化カルシウム含有材料を提供する工程、
ii)200から6500g/molの範囲の分子量Mを有する少なくとも1つの水溶性ポリマーを提供する工程であって、少なくとも1つのポリマーが式(I)の化学構造を有し、
Figure 0006310574
式中、n、mおよびpは整数であり、ならびにn、mまたはpの少なくとも1つは0より大であり、ならびにn+m+pは70以下であり、
はHまたはCHであり、
はHまたはCHであり、
は−C(=O)−O−RまたはC(=O)−NH−Rであり、ここでRは、C−C20アルキル基、C−C20シクロアルキル基および/またはC−C30アリール基であり、場合により1個以上のスルホネート基で置換され、ならびにここでシクロアルキル基および/またはアリール基は、1個の環または数個の環を含み、該環は相互に結合し、
は、HまたはCHであり、
は、HまたはCHであり、ならびに
Xは、Hおよび/またはMであり、ここでMは、Na、K、Li、Mgおよび/またはCaであり、ならびに該構造単位
Figure 0006310574
がランダムに、規則的におよび/またはブロックで配置される、工程、
iii)少なくとも1つの消和添加剤を提供する工程であって、該少なくとも1つの消和添加剤が有機酸、有機酸塩、糖アルコール、単糖、二糖、多糖、グルコネート、ホスホネート、リグノスルホネートおよびこれの混合物から成る群から選択される、工程、
iv)水、工程i)の酸化カルシウム含有材料、工程ii)の少なくとも1つのポリマーおよび工程iii)の少なくとも1つの消和添加剤を混合することによって石灰乳を調製する工程であって、酸化カルシウム含有材料および水が1:1から1:12の重量比で混合される、工程ならびに
v)工程iv)から得た石灰乳を炭酸塩化して、沈降炭酸カルシウムの水性懸濁物を形成する工程を含む方法が提供される。
別の態様により、本発明は、本発明による方法の工程i)からv)を含み、および沈降炭酸カルシウムを、工程v)から得た水性懸濁物から分離する工程vi)をさらに含む、沈降炭酸カルシウムの製造方法を提供する。
また別の態様により、本発明は、本発明による方法の工程i)からv)によって得られる、沈降炭酸カルシウムの水性懸濁物を提供する。
また別の態様により、本発明は、本発明による方法の工程i)からvi)によって得られる沈降炭酸カルシウムを提供する。
また別の態様により、本発明による沈降炭酸カルシウムを含む製品が提供され、好ましくは該製品は、紙、紙製品、インク、塗料、コーティング、プラスチック、ポリマー組成物、接着剤、建築用製品、食品、農業製品、化粧製品または医薬製品である。
また別の態様により、本発明による乾燥沈降炭酸カルシウムを含む製品が提供され、該製品はプラスチックまたはポリマー組成物である。
また別の態様により、本発明による沈降炭酸カルシウムの水性懸濁物および/または本発明による沈降炭酸カルシウムの、紙、プラスチック、ポリマー組成物、塗料、コーティング、コンクリート、化粧品、医薬品および/または農業用途での使用が提供される。
また別の態様により、本発明による乾燥沈降炭酸カルシウムの、好ましくは沈降炭酸カルシウムの乾燥粉末のプラスチックおよび/またはポリマー組成物での使用が提供される。
また別の態様により、沈降炭酸カルシウムの水性懸濁物の製造方法における少なくとも1つの水溶性ポリマーおよび少なくとも1つの消和添加剤の組合せの使用が提供され、
該水溶性ポリマーは、200から6500g/molの範囲の分子量Mおよび式(I)の化学構造を有し、
Figure 0006310574
式中、n、mおよびpは整数であり、ならびにn、mまたはpの少なくとも1つは0より大であり、ならびにn+m+pは70以下であり、
は、HまたはCHであり、
は、HまたはCHであり、
は、−C(=O)−O−Rまたは−C(=O)−NH−Rであり、ここでRは、C−C20アルキル基、C−C20シクロアルキル基および/またはC−C30アリール基であり、場合により1個以上のスルホネート基で置換され、ならびにここでシクロアルキル基および/またはアリール基は、1個の環または数個の環を含み、該環は相互に結合し、
は、HまたはCHであり、
は、HまたはCHであり、ならびに
Xは、Hおよび/またはMであり、ここでMは、Na、K、Li、Mgおよび/またはCaであり、ならびに該構造単位
Figure 0006310574
がランダムに、規則的におよび/またはブロックで配置され、ならびに
消和添加剤が有機酸、有機酸塩、糖アルコール、単糖、二糖、多糖、グルコネート、ホスホネート、リグノスルホネートおよびこれの混合物から成る群から選択される。
本発明の好都合な実施形態は該当する従属請求項に定義されている。
一実施形態により、少なくとも1つのポリマーが式(II)の化学構造を有し、
Figure 0006310574
式中、n、mおよびpは整数であり、ならびにn、mまたはpの少なくとも1つは0より大であり、ならびにn+m+pは70以下であり、
は、HまたはCHであり、
は、HまたはCHであり、
は、−C(=O)−O−Rまたは−C(=O)−NH−Rであり、ここでRは、C−C20アルキル基、C−C20シクロアルキル基および/またはC−C30アリール基であり、場合により1個以上のスルホネート基で置換され、ならびにここでシクロアルキル基および/またはアリール基は、1個の環または数個の環を含み、該環は相互に結合し、
Xは、Hおよび/またはMであり、ここでMは、Na、K、Li、Mgおよび/またはCaであり、ならびに該構造単位
Figure 0006310574
がランダムに、規則的におよび/またはブロックで配置されている。
別の実施形態により、該少なくとも1つのポリマーは、式(I)の化学構造を有し、
Figure 0006310574
式中、n、mおよびpは整数であり、ならびにn、mまたはpの少なくとも1つは0より大であり、ならびにn+m+pは70以下であり、
Hであり、
は、HまたはCHであり、
は、−C(=O)−O−Rまたは−C(=O)−NH−Rであり、ここでRは、C−C20アルキル基、C−C20シクロアルキル基および/またはC−C30アリール基であり、場合により1個以上のスルホネート基で置換され、ならびにここでシクロアルキル基および/またはアリール基は、1個の環または数個の環を含み、該環は相互に結合し、
は、Hであり、
は、HまたはCHであり、ならびに
Xは、Hおよび/またはMであり、ここでMは、Na、K、Li、Mgおよび/またはCaであり、ならびに該構造単位
Figure 0006310574
がランダムに、規則的におよび/またはブロックで配置されている。
一実施形態により、工程iv)は、a1)工程ii)の少なくとも1つのポリマーおよび工程iii)の少なくとも1つの消和添加剤を水と混合する工程、ならびにa2)工程i)の酸化カルシウム含有材料を工程a1)の混合物に添加する工程を含む。別の実施形態により、工程iv)は、b1)工程i)の酸化カルシウム含有材料、工程ii)の少なくとも1つのポリマーおよび工程iii)の少なくとも1つの消和添加剤を混合する工程、ならびにb2)工程b1)の混合物に水を添加する工程を含む。
本発明の方法のまた一実施形態により、工程iv)において、工程i)の酸化カルシウム含有材料、工程ii)の少なくとも1つのポリマー、工程iii)の少なくとも1つの消和添加剤および水を同時に混合する。本発明の方法の別の実施形態により、工程iv)において、酸化カルシウム含有材料および水を、1:1から1:9、好ましくは1:2.5から1:6、およびより好ましくは1:3から1:5の重量比で混合する。
一実施形態により、少なくとも1つの消和添加剤は、クエン酸ナトリウム、クエン酸カリウム、クエン酸カルシウム、クエン酸マグネシウム、単糖、二糖、多糖、スクロース、糖アルコール、メリトール、クエン酸、ソルビトール、ジエチレントリアミンペンタ酢酸のナトリウム塩、グルコネート、ホスホネート、酒石酸ナトリウム、ナトリウムリグノスルホネート、カルシウムリグノスルホネートおよびこれの混合物から成る群から選択され、好ましくは消和添加剤は、クエン酸ナトリウムおよび/またはサッカロースである。別の実施形態により、工程iv)の石灰乳は、25℃にて1から1000mPa・sの、より好ましくは25℃にて5から800mPa・s、および最も好ましくは25℃にて10から600mPa・sのBrookfield粘度を有する。
また一実施形態により、工程v)のPCCの懸濁物は、25℃にて1000mPa・s以下、より好ましくは25℃にて800mPa・s以下、および最も好ましくは25℃にて600mPa・s以下のBrookfield粘度を有する。別の実施形態により、得られた沈降炭酸カルシウムの懸濁物は、懸濁物の全重量に対して、少なくとも20重量%、好ましくは20から50重量%、より好ましくは25から45重量%、および最も好ましくは30から40重量%の固体含有率を有する。
一実施形態により、消和添加剤を、酸化カルシウム含有材料の全量に対して、0.01から2重量%の量で、好ましくは0.05から1重量%の量で、より好ましくは0.06から0.8重量%の量で、および最も好ましくは0.07から0.5重量%の量で添加する。別の実施形態により、混合工程iv)で使用する水の温度を、0℃超過100℃未満の、好ましくは1℃から70℃の、より好ましくは2℃から50℃、よりさらに好ましくは30℃から50℃、および最も好ましくは35から45℃の範囲で調整する。なお別の実施形態により、工程v)で用いる工程iv)から得た石灰乳の温度を、20℃から60℃、および好ましくは30℃から50℃の範囲に調整する。なお別の実施形態により、石灰乳を工程iv)の後および工程v)の前に、好ましくは100から300μmのふるいサイズを有するふるいを用いてふるい分けする。
一実施形態により、該沈降炭酸カルシウムは、乾燥沈降炭酸カルシウム、好ましくは沈降炭酸カルシウムの乾燥粉末であり、および該方法は、工程vi)で得た分離した沈降炭酸カルシウムを乾燥する工程vii)をさらに含む。
一実施形態により、式(I)において、nおよびpは0であり、RはHであり、ならびにXはNaである;またはmおよびpは0であり、ならびにXはNaである;またはnは0であり、RおよびRはHであり、Rは−C(=O)−O−CHCHであり、ならびにXはNaである。別の実施形態により、式(I)において、構造単位
Figure 0006310574
との間のモル比は、1:1から100:1の間、および好ましくは1:10から50:1である。なお別の実施形態により、少なくとも1つの水溶性ポリマーは、3以下、好ましくは2.5以下、およびより好ましくは2以下の多分散指数を有する。
本発明の目的のために、以下の用語が以下の意味を有することを理解すべきである:
本発明の意味における「酸化カルシウム含有材料」は、酸化カルシウム含有材料の全重量に対して、少なくとも50重量%、好ましくは75重量%、より好ましくは90重量%、および最も好ましくは95重量%の含有率の酸化カルシウムを有する鉱物または合成材料であることができる。本発明の目的では、「鉱物材料」は、一定の無機化学組成ならびに特徴的な結晶性および/または無定形構造を有する固体物質である。
本発明の意味における「粉砕炭酸カルシウム」(GCC)は、天然源、例えば石灰石、大理石またはチョークから得られ、湿式および/または乾式処理、例えば粉砕、ふるい分けおよび/分画により、例えばサイクロンまたは分級機によって加工された炭酸カルシウムである。
本明細書を通じて、沈降炭酸カルシウムまたは他の微粒子材料の「粒径」は、これの粒径の分布によって説明される。値dは、粒子のx重量%が有するd未満の粒径に対する粒径を表す。このことは、d20値は全粒子の20重量%がこれより小さい粒径であり、d98値は全粒子の98重量%がこれより小さい粒径であることを意味する。d98値は、「トップカット」とも呼ぶ。d50値はこのため重量中央粒径であり、即ちすべての粒子の50重量%がこの粒径より大きいまたは小さい。本発明の目的のために、別途指摘しない限り、粒径は重量中央粒径d50として規定する。重量中央粒径d50値またはトップカット粒径d98値を測定するために、米国、マイクロメリティックス社(Micromeritics)のセディグラフ5100または5120装置を使用することができる。
本発明の意味における「沈降炭酸カルシウム」(PCC)は、一般に、水性環境における二酸化炭素とカルシウムヒドロキシド(水和石灰)との反応後の沈降によってまたは水中でのカルシウム源およびカーボネート源の沈降によって得られる合成材料である。さらに、沈降炭酸カルシウムは、水性環境への例えばカルシウム塩およびカーボネート塩、塩化カルシウムおよび炭酸ナトリウムの導入の生成物であることもできる。PCCは、ファーテライト、カルサイトまたはアラゴナイトであってよい。PCCは、例えばEP2447213A1、EP2524898A1、EP2371766A1または未公開の欧州特許出願第12164041.1号に記載されている。
本発明の目的のために、液体組成物の「固体含有率」は、すべての溶媒または水が蒸発した後に残存する材料の量の測定値である。
本明細書を通じて、ポリマーの「多分散指数」は、ポリマーの分子量分布の広さの尺度である。ポリマーの多分散指数(PDI)は、ポリマーの重量平均分子量(M)をポリマーの数平均分子量(M)で割ることによって求められ、即ちPDI=M/Mである。重量平均分子量(M)および数平均分子量(M)は、ゲル透過クロマトグラフィーによって求めることができる。
本発明の意味における「BET比表面積」(SSA)は、PCC粒子の質量で割った沈降炭酸カルシウム粒子の表面積として定義される。本明細書で使用する場合、該比表面積は、BET等温線(ISO9277:1995)を使用して吸着により測定し、m/gで規定する。
本発明の意味において、「12のpHおよび95℃の温度を有する水性懸濁物中で安定な」は、12のpHおよび95℃の温度を有する水性懸濁物に添加する場合に、ポリマーがこれの物性および化学構造を維持することを意味する。例えば該ポリマーはこれの分散品質を維持し、前記条件下で解重合または分解されない。
本発明の目的のために、用語「粘度」または「Brookfield粘度」は、Brookfield粘度を示す。Brookfield粘度はこの目的のために、Brookfield(Typ RVT)粘度計により25℃±1℃、100rpmにて、適切なスピンドルを使用して測定し、mPa・sで規定する。
本出願の目的のために、「非水溶性」材料は、脱イオン水と混合して、0.2μm孔径を有するフィルタで20℃にて濾過して濾液を回収する場合に、前記濾液100gを95から100℃にて蒸発させた後に、0.1g以下の回収固体材料が得られる材料として定義される。「水溶性」材料は、前記濾液100gを95から100℃にて蒸発させた後に、0.1gを超える回収固体材料を生じる材料として定義される。
「懸濁物」または「スラリー」は本発明の意味において、不溶性固体および水ならびに場合によりさらなる添加剤を含み、通常、大量の固体を含有するため、これから形成される液体よりも粘性であり、高密度であることができる。
別途規定しない限り、用語「乾燥」は、120℃において得られた「乾燥」材料の恒量に達するように、少なくとも一部の水が乾燥される材料から除去される方法を示す。さらに、「乾燥」材料は、該乾燥材料の全重量に対して、別途規定しない限り、1.0重量%以下、好ましくは0.5重量%以下、より好ましくは0.2重量%以下、および最も好ましくは0.03から0.07重量%の間であるこれの全含水率によってさらに定義してよい。
材料の「全含水率」は、220℃までの加熱時にサンプルから脱着され得る水分(即ち水)のパーセンテージを示す。
「含む(comprising)」という用語を本明細書および特許請求の範囲において使用する場合、これは他の要素を排除しない。本発明の目的のために、「より成る(consisting of」という用語は、用語「より構成される(comprising of)」の好ましい実施形態であると見なされる。以下で群が少なくとも幾つかの実施形態を含むと定義される場合、これはまた、好ましくはこれらの実施形態のみから成る群を開示すると理解されるものとする。
単数名詞を指すときに不定冠詞または定冠詞、例えば「1つの(a)」、「1つの(an)」または「この(the)」を使用する場合、特に明記されない限り、これはこの名詞の複数形を含む。
「得られる」または「定義できる」および「得られた」または「定義した」などの用語は、互換的に使用される。このことは例えば、文脈によって別の内容が明確に示されない限り、用語「得られた」は、例えば実施形態を例えば、用語「得られた」の後の一連のステップによって得なければならないことを、このような限定された認識が好ましい実施形態として用語「得られた」または「定義した」によって常に含まれるとしても、示すものではない。
本発明の沈降炭酸カルシウムの水性懸濁物の製造方法は、(i)酸化カルシウム含有材料を提供する工程、(ii)少なくとも1つの水溶性ポリマーを提供する工程、(iii)少なくとも1つの消和添加剤を提供する工程、(iv)水、工程(i)の酸化カルシウム含有材料、工程(ii)の少なくとも1つのポリマーおよび工程(iii)の少なくとも1つの消和添加剤を混合することによって石灰乳を調製する工程ならびに(v)工程(iv)から得た石灰乳を炭酸塩化して、沈降炭酸カルシウムの水性懸濁物を形成する工程を含む。該少なくとも1つのポリマーは、200から6500g/molの範囲の分子量Mを有し、式(I)の化学構造を有する。少なくとも1つの消和添加剤は、有機酸、有機酸塩、糖アルコール、単糖、二糖、多糖、グルコネート、ホスホネート、リグノスルホネート、およびこれの混合物から成る群から選択される。方法工程(iv)において、酸化カルシウム含有材料および水を1:1から1:12の重量比で混合する。
以下では、本発明の方法の詳細事項および好ましい実施形態をより詳細に述べる。これらの技術的詳細事項および実施形態はまた、本発明の使用ならびに本発明の製品およびこれらの使用に適用されることが理解されるものとする。
方法工程i)
本発明の方法の工程i)において、酸化カルシウム含有材料が提供される。
工程i)の酸化カルシウム含有材料は、炭酸カルシウム含有材料をか焼することによって得ることができる。か焼は、酸化カルシウムおよびガス状二酸化炭素の形成をもたらす熱分解を引き起こすために、炭酸カルシウム含有材料に適用される熱処理方法である。このようなか焼方法で使用され得る炭酸カルシウム含有材料は、沈降炭酸カルシウム;天然炭酸カルシウム含有鉱物、例えば大理石、石灰石およびチョークならびに炭酸カルシウムを含む混合アルカリ土類カーボネート鉱物、例えばドロマイトまたは他の源からの炭酸カルシウムに富んだ画分を含む群から選択される材料である。酸化カルシウム含有材料を得るために、炭酸カルシウム含有廃棄材料をか焼方法に供することも可能である。
炭酸カルシウムは、約1000℃にて酸化カルシウム(普通、生石灰として知られる。)に分解する。か焼工程は、当業者に周知の条件下で装置を使用して行ってよい。一般に、か焼は、高炉、ロータリー窯、多炉床炉および流動床反応装置を含む、各種の設計の炉または反応装置(場合により、窯と呼ぶ)で行ってよい。
か焼反応の終了は、例えば密度の変換、例えばX線回折による残留カーボネート含有率または一般の方法による消和反応性の監視によって判定され得る。
本発明の一実施形態により、工程i)の酸化カルシウム含有材料は、好ましくは沈降炭酸カルシウム、天然炭酸カルシウム鉱物、例えば大理石、石灰石およびチョーク、炭酸カルシウムを含む混合アルカリ土類カーボネート鉱物、例えばドロマイトおよびこれの混合物から成る群から選択される炭酸カルシウム含有材料をか焼することによって得られる。
効率上の理由で、酸化カルシウム含有材料は、酸化カルシウム含有材料の全重量に対して、少なくとも75重量%、好ましくは少なくとも90重量%、最も好ましくは95重量%の最小酸化カルシウム含有率を有することが好ましい。一実施形態により、酸化カルシウム含有材料は、酸化カルシウムから成る。
酸化カルシウム含有材料は、一種類のみの酸化カルシウム含有材料から成ることができる。または、酸化カルシウム含有材料は、2種類以上の酸化カルシウム含有材料の混合物から成ることができる。
酸化カルシウム含有材料は、本発明の方法において、これの元の形態で、即ち原材料として、例えばより小型またはより大型のチャンクの形態で使用することができる。または、酸化カルシウム含有材料を使用前に粉砕することができる。本発明の一実施形態により、炭酸カルシウム含有材料は、0.1から1000μm、好ましくは1から500μmの重量中央粒径d50を有する粒子の形態である。
方法工程ii)
本発明の方法の工程ii)において、少なくとも1つの水溶性ポリマーが提供され、該少なくとも1つの水溶性ポリマーは、200から6500g/molの範囲の分子量Mおよび式(I)の化学構造を有し、
Figure 0006310574
式中、n、mおよびpは整数であり、ならびにn、mまたはpの少なくとも1つは0より大であり、ならびにn+m+pは70以下であり、
は、HまたはCHであり、
は、HまたはCHであり、
は、−C(=O)−O−Rまたは−C(=O)−NH−Rであり、ここでRは、C−C20アルキル基、C−C20シクロアルキル基および/またはC−C30アリール基であり、場合により1個以上のスルホネート基によって置換され、ならびにシクロアルキル基および/またはアリール基は、1個の環または数個の環を含み、該環は相互に結合し、
は、HまたはCHであり、
は、HまたはCHであり、ならびに
Xは、Hおよび/またはMであり、ここでMは、Na、K、Li、Mgおよび/またはCaであり、ならびに該構造単位
Figure 0006310574
がランダムに、規則的におよび/またはブロックで配置されている。
一実施形態により、アルキル基は、C−C15アルキル基、好ましくはC−C10アルキル基、より好ましくはC−Cアルキル基、最も好ましくはC−Cアルキル基である。好適なアルキル基の例は、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、sec.−ブチル、tert.−ブチル、イソブチル、n−ペンチル、n−ヘキシル、ヘプチルまたはオクチルである。
一実施形態により、シクロアルキル基は、C−C15シクロアルキル基、好ましくはC−C10シクロアルキル基、より好ましくはC−Cシクロアルキル基である。好適なシクロアルキル基の例は、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチルまたはシクロオクチルである。シクロアルキル基は、1個の環のみ、または例えば単結合もしくは1個以上のアルキル基によって相互に結合した数個の環を含むことができる。該環は、直鎖または分枝として結合されてよい。数個の環を含むシクロアルキル基の例は、ジシクロヘキシルまたはトリシクロヘキシルである。
一実施形態により、アリール基は、C−C20アリール基、好ましくはC−C15アリール基、より好ましくはC−C10アリール基である。好適なアリール基の例は、フェニル、ナフチル、アントラセニル、アズレニルまたはシクロペンタジエニルである。アリール基は、1個の環のみ、または例えば単結合もしくは1個以上のアルキル基によって相互に結合した数個の環を含むことができる。該環は、直鎖または分枝として結合されてよい。好ましくは、Rは、相互に結合し、場合により1個以上のアルキル基、例えばメチル基、エチル基またはブチル基によって置換された、1個または数個のフェニル基を表す。Rは、好ましくはトリスチリルフェニル基またはジスチリルフェニル基を表す。
本発明の場合による実施形態により、C−C20アルキル基、C−C20シクロアルキル基および/またはC−C30アリール基は、1個以上のスルホネート基によって置換される。スルホネート基は、プロトン化形態または脱プロトン化形態で存在し得る。
本発明の一実施形態により、Rは、メチル、エチル、プロピル、ブチル、イソブチル、ペンチルまたはヘキシルである。好ましくは、Rは、メチル、エチルまたはtert−ブチルであり、場合により1個以上のスルホネート基によって置換される。
本発明の一実施形態により、RはHである。本発明の別の実施形態により、RはHである。本発明のなお別の実施形態により、RおよびRはHである。
一実施形態により、XはNaである。この実施形態により、100mol%のポリマーがNaによって中和される。別の実施形態により、XはHおよびNaである。この実施形態により、ポリマーは、Naによって部分的に中和される。例えば10から90mol%の間、好ましくは20から80mol%の間のポリマーを、Naによって中和することができる。
本発明の一実施形態により、RはHである。本発明の別の実施形態により、RはHである。本発明のなお別の実施形態により、RおよびRはHである。
一実施形態により、少なくとも1つのポリマーが式(II)の化学構造を有し、
Figure 0006310574
式中、n、mおよびpは整数であり、ならびにn、mまたはpの少なくとも1つは0より大であり、ならびにn+m+pは70以下であり、
は、HまたはCHであり、
は、HまたはCHであり、
は、−C(=O)−O−Rまたは−C(=O)−NH−Rであり、ここでRは、C−C20アルキル基、C−C20シクロアルキル基および/またはC−C30アリール基であり、場合により1個以上のスルホネート基で置換され、ならびにここでシクロアルキル基および/またはアリール基は、1個の環または数個の環を含み、該環は相互に結合し、
Xは、Hおよび/またはMであり、ここでMは、Na、K、Li、Mgおよび/またはCaであり、ならびに該構造単位
Figure 0006310574
がランダムに、規則的におよび/またはブロックで配置されている。
別の実施形態により、RはHであり、RはHである。このため、該少なくとも1つのポリマーは、式(I)の化学構造を有し、
Figure 0006310574
式中、n、mおよびpは整数であり、ならびにn、mまたはpの少なくとも1つは0より大であり、ならびにn+m+pは70以下であり、
は、Hであり、
は、HまたはCHであり、
は、−C(=O)−O−Rまたは−C(=O)−NH−Rであり、ここでRは、C−C20アルキル基、C−C20シクロアルキル基および/またはC−C30アリール基であり、場合により1個以上のスルホネート基で置換され、ならびにここでシクロアルキル基および/またはアリール基は、1個の環または数個の環を含み、該環は相互に結合し、
は、Hであり、
は、HまたはCHであり、ならびに
Xは、Hおよび/またはMであり、ここでMは、Na、K、Li、Mgおよび/またはCaであり、ならびに該構造単位
Figure 0006310574
がランダムに、規則的におよび/またはブロックで配置されている。
本発明の一実施形態により、RはHであり、RはHであり、RはCHであり、RはCHである。このため、少なくとも1つのポリマーが式(III)の化学構造を有し、
Figure 0006310574
式中、n、mおよびpは整数であり、ならびにn、mまたはpの少なくとも1つは0より大であり、ならびにn+m+pは70以下であり、
は、−C(=O)−O−Rまたは−C(=O)−NH−Rであり、ここでRは、C−C20アルキル基、C−C20シクロアルキル基および/またはC−C30アリール基であり、場合により1個以上のスルホネート基で置換され、ならびにここでシクロアルキル基および/またはアリール基は、1個の環または数個の環を含み、該環は相互に結合し、
Xは、Hおよび/またはMであり、ここでMは、Na、K、Li、Mgおよび/またはCaであり、ならびに該構造単位
Figure 0006310574
がランダムに、規則的におよび/またはブロックで配置されている。
一実施形態により、mは45以下である。別の実施形態により、nおよび/またはpは10以下である。
本発明の一実施形態により、nおよびpは0であり、RはHであり、XはNaである。本発明の別の実施形態により、mおよびpは0であり、XはNaである。なお別の実施形態により、nは0であり、RおよびRはHであり、Rは−C(=O)−O−CHCHであり、XはNaである。
本発明の一実施形態により、構造単位
Figure 0006310574
との間のモル比は、1:1から100:1の間、好ましくは1:10から50:1の間である。
本発明の別の実施形態により、少なくとも1つのポリマーは構造式(II)を有し、構造単位
Figure 0006310574
との間のモル比は、1:1から100:1の間、好ましくは1:10から50:1の間である。
本発明の少なくとも1つの水溶性ポリマーは、部分的にまたは全体に中和することができる。一実施形態により、少なくとも1つの水溶性ポリマーは、1価または多価カチオンを有する少なくとも1つの中和剤によって、部分的にまたは全体に中和することができる。少なくとも1つの中和剤は、アンモニア、水酸化カルシウム、酸化カルシウム、水酸化ナトリウム、酸化ナトリウム、水酸化マグネシウム、酸化マグネシウム、水酸化カリウム、酸化カリウム、水酸化リチウム、酸化リチウム、脂肪族2級アミン、環式2級アミン、脂肪族、環式2級アミン、脂肪族3級アミン、環式3級アミンおよび脂肪族、環式3級アミンまたは3級アミンおよびこれの混合物から成る群から選択することができる。
本発明の一実施形態により、少なくとも1つの水溶性ポリマーは、3以下、好ましくは2.5以下、およびより好ましくは2以下の多分散指数を有する。
本発明の一実施形態により、式(I)の少なくとも1つの水溶性ポリマーは、ポリアクリル酸、ポリアクリレート、ポリ(メタ)アクリル酸および/またはポリ(メタ)アクリレートを含む。前記ポリマーは、1価または多価カチオンを有する少なくとも1つの中和剤によって、部分的にまたは全体に中和することができる。少なくとも1つの中和剤は、上記の材料の群から選択することができる。本発明の一実施形態により、式(I)の少なくとも1つの水溶性ポリマーは、1個以上の1価および/または多価カチオンによって好ましくは少なくとも部分的に中和された、ポリアクリレートおよび/またはポリ(メタ)アクリレートである。好ましい実施形態により、1価および/または多価カチオンは、Li、Na、K、Sr2+、Ca2+、Mg2+またはこれの混合物から選択される。
本発明の方法で使用する水溶性ポリマーは、溶液中での、正エマルジョンもしくは逆エマルジョン中での、溶媒中の懸濁物もしくは沈殿中での、触媒系および連鎖移動剤の存在下でのラジカル重合の方法によって、または再度、制御ラジカル重合の方法によって、および優先的にはニトロキシド媒介重合(NMP)によってもしくはコバロキシムによって、原子移動ラジカル重合(ATRP)によって、カルバメート、ジチオエステルもしくはトリチオカルボネート(RAFT)もしくはキサンテートから選ばれる硫化誘導体による制御ラジカル重合によって得ることができる。
本発明によって使用する少なくとも1つの水溶性ポリマーは、以下のモノマーの1つ以上から誘導され得る:アクリル酸、メタクリル酸、3−メチル−2−プロペン酸、2,3−ジメチル−2−プロペン酸、マレイン酸、アクリル酸の塩、メタクリル酸の塩、3−メチル−2−プロペン酸の塩、2,3−ジメチル−2−プロペン酸の塩、マレイン酸の塩、無水マレイン酸、N置換アクリルアミド、アクリル酸エステル、N置換メタクリルアミド、メタクリル酸エステル、N置換3−メチル−2−プロペンアミド、N置換2,3−ジメチル−2−プロペンアミド、3−メチル−2−プロペン酸エステル、2,3−ジメチル−2−プロペン酸エステルおよび/または2−アクリルアミド−2−メチル−プロパンスルホン酸(AMPS)。
本発明により、上で定義した少なくとも1つのポリマーを、PCCを製造するための本発明の方法の工程iv)の間に添加する、即ち、ポリマーを消和工程の間に添加する。当業者に公知であるように、酸化カルシウム含有材料を水で消和することによって得た石灰乳は通常、石灰乳中の酸化カルシウム含有材料の濃度に応じて、25℃の温度において11から12.5の間のpH値を有する。消和反応は発熱性であるため、石灰乳の温度は通例、80から99℃の間の温度まで上昇する。本発明の一実施形態により、工程ii)の少なくとも1つのポリマーは、該ポリマーが12のpHおよび95℃の温度を有する水性懸濁物中で安定であるように選択される。本発明の意味において、「12のpHおよび95℃の温度を有する水性懸濁物中で安定な」は、12のpHおよび95℃の温度を有する水性懸濁物に添加する場合に、ポリマーがこれの物性および化学構造を維持することを意味する。例えば該ポリマーはこれの分散品質を維持し、前記条件下で解重合または分解されない。ポリマーの解重合または分解が存在しないことは、石灰乳および/または得られた水性PCC懸濁物中の遊離モノマーの量を測定することによって判定され得る。本発明の一実施形態により、石灰乳中の遊離モノマーの量は、工程ii)にて提供された少なくとも1つのポリマーの全量に対して、0.1重量%より少なく、好ましくは0.05重量%より少なく、より好ましくは0.01重量%より少なく、最も好ましくは0.005重量%より少ない。
本発明の一実施形態により、少なくとも1つの水溶性ポリマーは、これの中和形態または部分中和形態である。
本発明の一実施形態により、工程ii)の少なくとも1つのポリマーは、500から6000g/mol、好ましくは1000から6000g/mol、より好ましくは1500から5000g/molの範囲の分子量Mを有する。分子量Mは、ゲル透過クロマトグラフィーによって決定され得る。
本発明の一実施形態により、工程ii)の少なくとも1つのポリマーは、1種のポリマーのみから成る。または、工程ii)の少なくとも1つのポリマーは、2種類以上のポリマーの混合物から成ることができる。
本発明の一実施形態により、工程ii)の少なくとも1つのポリマーを、酸化カルシウム含有材料の全重量に対して、0.01から0.5重量%、好ましくは0.02から0.4重量%、より好ましくは0.05から0.35重量%の量で添加する。
工程ii)の少なくとも1つのポリマーは、溶液の形態で、または乾燥材料として提供できる。一実施形態により、工程ii)の少なくとも1つのポリマーは、溶液の形態で提供される。本発明の別の実施形態により、工程ii)の少なくとも1つのポリマーは、水性溶液の全重量に対して、1から70重量%、好ましくは2から60重量%のポリマー濃度を有する水性溶液の形態で提供される。
方法工程iii)
本発明の方法の工程iii)において、少なくとも1つの消和添加剤が提供され、該少なくとも1つの消和添加剤は、有機酸、有機酸塩、糖アルコール、単糖、二糖、多糖、グルコネート、ホスホネート、リグノスルホネートおよびこれの混合物から成る群から選択される。
本発明の一実施形態により、少なくとも1つの消和添加剤は、クエン酸ナトリウム、クエン酸カリウム、クエン酸カルシウム、クエン酸マグネシウム、単糖、二糖、多糖、スクロース、糖アルコール、メリトール、クエン酸、ソルビトール、ジエチレントリアミンペンタ酢酸のナトリウム塩、グルコネート、ホスホネート、酒石酸ナトリウム、ナトリウムリグノスルホネート、カルシウムリグノスルホネートおよびこれの混合物から成る群から選択される。好ましい実施形態により、少なくとも1つの消和添加剤は、クエン酸ナトリウムおよび/またはサッカロースである。
本発明の一実施形態により、工程iii)の少なくとも1つの消和添加剤は、1種類の消和添加剤のみから成る。または、工程iii)の少なくとも1つの消和添加剤は、2種類以上の消和添加剤の混合物から成ることができる。
該少なくとも1つの消和添加剤を、酸化カルシウム含有材料の全量に対して、0.01から0.2重量%の量で、好ましくは0.05から1重量%の量で、より好ましくは0.06から0.8重量%の量で、最も好ましくは0.07から0.5重量%の量で添加してよい。
消和添加剤を添加することにより、PCC粒子のサイズおよびこれの結晶形態を、水性懸濁物の粘度に影響を及ぼすことなく制御することができる。
方法工程iv)
本発明の方法の工程iv)において、石灰乳は、水、工程i)の酸化カルシウム含有材料、工程ii)の少なくとも1つのポリマーおよび工程iii)の少なくとも1つの消和添加剤を混合することによって調製され、該酸化カルシウム含有材料および水は、1:1から1:12の重量比で混合される。
該酸化カルシウム含有材料と水との反応によって、石灰乳としてよりよく知られる、乳状水酸化カルシウム懸濁物が形成される。前記反応は高度に発熱性であり、当分野において「石灰消和」とも呼ばれる。
本発明の一実施形態により、混合工程iv)で使用する水の温度、即ち酸化カルシウム含有材料を消和するために使用する水の温度は、0℃を超えて100℃未満の範囲となるよう調整される。即ち、酸化カルシウム含有材料の消和に使用される水は、水が液体形態である温度範囲に調整される。好ましくは、混合工程iv)に用いる水の温度は、1℃から70℃、より好ましくは2℃から50℃、よりさらに好ましくは30℃から50℃、および最も好ましくは35から45℃となるように調整される。水の初期温度が、高い発熱消和反応のために、および/または異なる温度を有する物質の混合のために、工程v)で調製した混合物の温度と必ずしも同じでないことが、当業者に明らかとなる。
本発明の一実施形態により、方法工程iv)は、
a1)工程ii)の少なくとも1つのポリマーおよび工程iii)の少なくとも1つの消和添加剤を水と混合する工程、ならびに
a2)工程i)の酸化カルシウム含有材料を工程a1)の混合物に添加する工程を含む。
一実施形態により、工程a1)は、0℃から99℃、好ましくは1℃から70℃、より好ましくは2℃から50℃、よりさらに好ましくは30℃から50℃、および最も好ましくは35から45℃の温度にて行う。
本発明の別の実施形態により、方法工程iv)は、
b1)工程i)の酸化カルシウム含有材料、工程ii)の少なくとも1つのポリマーおよび工程iii)の少なくとも1つの消和添加剤を混合する工程、ならびに
b2)工程b1)の混合物に水を添加する工程を含む。
本発明のなお別の実施形態により、方法工程iv)において、工程i)の酸化カルシウム含有材料、工程ii)の少なくとも1つのポリマー、工程iii)の少なくとも1つの消和添加剤および水を同時に混合する。
本発明のなお別の実施形態により、少なくとも1つの消和添加剤は、本発明の方法の工程iv)の前または後に添加される。
工程ii)の少なくとも1つのポリマーは、工程iv)において一度にまたは数回に分けて添加してよい。一実施形態により、工程iv)において、工程ii)の少なくとも1つのポリマーは、該少なくとも1つのポリマーを一度にまたは2回、3回、4回、5回以上に分けて加えることによって、水、工程i)の酸化カルシウム含有材料および工程iii)の少なくとも1つの消和添加剤と混合される。
方法工程iv)は、室温にて、即ち20℃±2℃の温度にて、または30から50℃、好ましくは35から45℃の初期温度にて行ってよい。反応は発熱性であるため、温度は通例、工程iv)の間に85から99℃の間の温度まで、好ましくは90から95℃の間の温度まで上昇する。好ましい実施形態により、方法工程iv)は、混合、撹拌(agitation)または撹拌(stirring)、例えば機械的撹拌によって行う。混合、撹拌(agitation)または撹拌(stirring)に好適な方法装置は、当業者に公知である。
消和反応の進捗は、反応混合物の温度および/または伝導率を測定することによって観察してよい。進捗は、濁度制御によっても監視できる。またはもしくは加えて、消和反応の進捗は目視で検査することができる。
在来のPCC調製方法は、石灰乳が消和方法中により高い固体含有率では非常に粘性となるために、石灰乳を低い固体含有率でしか処理できないという問題を被っている。先行技術の通例のPCC製造方法において、酸化カルシウムの水に対する重量比は、1:6未満、通常、1:9または1:10である。本発明者らは驚くべきことに、上で定義したようなポリマーおよび上で定義したような消和添加剤の組合せを、PCCを製造する方法の消和工程の前または間に添加することによって、高い固体含有率を有する石灰乳を調製できることを見出した。前記高濃縮石灰乳を炭酸塩化することによって、同じく高い固体含有率を有するPCCの水性懸濁物を得ることができる。結果として、本発明の方法は、高い固体含有率を有するPCC懸濁物を得るために、追加の高濃縮工程を必要としない。
本発明により、酸化カルシウム含有材料および水を1:1から1:12の重量比で混合する。好ましい一実施形態により、工程iv)において、酸化カルシウム含有材料および水を、1:1から1:9、好ましくは1:2.5から1:6、およびより好ましくは1:3から1:5の重量比で混合する。
本発明の一実施形態により、工程iv)の石灰乳は、石灰乳の全重量に対して、少なくとも15重量%、好ましくは15から45重量%、より好ましくは20から40重量%、および最も好ましくは25から37重量%の固体含有率を有する。
本発明の一実施形態により、工程iv)の石灰乳は、25℃にて1から1000mPa・sの、より好ましくは25℃にて5から800mPa・sの、および最も好ましくは25℃にて10から500mPa・sのBrookfield粘度を有する。一実施形態により、Brookfield粘度を100rpmにて測定する。
石灰乳の所望の固体含有率またはBrookfield粘度を制御および/または維持および/または達成するために、消和反応中に追加の水が導入され得ることは、本発明の範囲内である。
方法工程iv)は、バッチ方法、半連続または連続方法の形態で行うことができる。図1は、連続方法工程iv)の例を示す。少なくとも1つのポリマー(2)、消和添加剤(3)、水(4)および酸化カルシウム含有材料(5)を消和装置(1)に送入する。発熱消和反応から生じる反応熱(6)を散逸させ、得られた石灰乳を次の方法段階、例えば炭酸塩化段階またはふるい分け段階へ放出する(7)。
方法工程(v)
本発明の方法の工程v)において、工程iv)から得た石灰乳を炭酸塩化して、沈降炭酸カルシウムの水性懸濁物を形成する。
炭酸塩化は、当業者に周知の手段により、当業者に周知の条件下で行う。二酸化炭素の石灰乳中への導入により、カーボネートイオン(CO 2−)濃度が急速に上昇して、炭酸カルシウムが形成される。特に、炭酸塩化反応は、炭酸塩化方法に関与する反応を考慮して、ただちに制御することができる。二酸化炭素はこれの分圧に従って溶解し、炭酸(HCO)の形成を介してカーボネートイオンを形成し、水素カーボネートイオン(HCO )はアルカリ性溶液中で不安定である。二酸化炭素の連続溶解時に、水酸化物イオンが消費され、カーボネートイオンの濃度は、溶解した炭酸カルシウムの濃度が溶解度積を超えて、固体炭酸カルシウムが沈降するまで上昇する。
本発明の一実施形態により、工程v)において、炭酸塩化は、純粋なガス状二酸化炭素または少なくとも10体積%の二酸化炭素を含有する産業用ガスを石灰乳中に送入することによって行う。
炭酸塩化反応の進捗は、伝導率、密度、濁度および/またはpHを測定することによってただちに観察できる。この点で、二酸化炭素の添加前の石灰乳のpHは、10を超え、通常は11から12.5の間となり、約7のpHに達するまで絶えず低下する。この時点で、反応を停止させることができる。
伝導率は、炭酸塩化反応中にゆっくりと低下して、沈殿が完了すると急速に低レベルまで低下する。炭酸塩化の進捗は、反応混合物のpHおよび/または伝導率を測定することによって監視され得る。
本発明の一実施形態により、工程v)で使用する工程iv)から得た石灰乳の温度を、20℃から60℃の、好ましくは30℃から50℃の範囲に調整する。石灰乳の初期温度が、発熱炭酸塩化反応のために、および/または異なる温度を有する物質の混合のために、工程iv)で調製した混合物の温度と必ずしも同じでないことが、当業者に明らかとなる。
本発明の一実施形態により、工程v)は、5から95℃、好ましくは30から70℃、より好ましくは40から60℃の温度で行う。
方法工程v)は、バッチ方法、半連続または連続方法の形態で行うことができる。一実施形態により、方法工程i)からv)を包含する本発明の方法は、バッチ方法、半連続または連続方法の形態で行う。
本発明の一実施形態により、本発明の方法は、本発明の方法の工程i)からv)によって得た沈降炭酸カルシウムの水性懸濁物を高濃縮する工程を含まない。
すでに上述したように、本発明者らは驚くべきことに、PCCを製造する方法の消和工程の前または間の、消和添加剤の添加と組合せた上で定義したようなポリマーの添加によって、高い固体含有率を有するPCC懸濁物を調製できることを見出した。高濃縮工程の省略によって、高濃縮工程中に発生することがある粒子の表面損傷が回避されるため、製造されたPCC粒子の品質が改善されることも考えられる。前記PCC懸濁物を許容できる粘度、例えば25℃および100rpmで1000mPa.s以下のBrookfield粘度において、52重量%を超える固体含有率までさらに高濃縮できることも見出された。通例、高濃縮工程を含む在来のPCC製造方法によって得られるPCC懸濁物では、前記懸濁物の粘度が圧送できない範囲まで上昇するため、このことは行えない。
本発明の一実施形態により、得られた沈降炭酸カルシウムは、0.1から100μm、好ましくは0.25から50μm、より好ましくは0.3から5μm、最も好ましくは0.4から3.0μmの重量中央粒径d50を有する。
沈降炭酸カルシウムは、アラゴナイト、カルサイトもしくはファーテライト結晶構造またはこれの混合物を有してよい。本発明のさらなる利点は、沈降炭酸カルシウムの結晶構造および形態が、例えば種結晶または他の構造修飾化学薬品の添加によって制御できることである。好ましい実施形態により、本発明の方法によって得た沈降炭酸カルシウムは、クラスター化偏三角面体状結晶構造を有する。
本発明による方法によって得た沈降炭酸カルシウムのBET比表面積は、窒素およびISO 9277によるBET法を使用して測定して、1から100m/g、好ましくは2から70m/g、より好ましくは3から50m/g、とりわけ4から30m/gである。本発明の方法によって得た沈降炭酸カルシウムのBET比表面積は、添加剤、例えば界面活性剤の使用によって制御してよく、沈降工程中またはこの後の高い機械剪断率における剪断により、小さい粒径だけでなく、高いBET比表面積も生じる。
本発明の一実施形態により、得られた沈降炭酸カルシウムの懸濁物は、懸濁物の全重量に対して、少なくとも20重量%、好ましくは20から50重量%、より好ましくは25から45重量%、および最も好ましくは30から40重量%の固体含有率を有する。
本発明の一実施形態により、工程v)のPCCの懸濁物は、25℃にて1000mPa・s以下、より好ましくは25℃にて800mPa・s以下、および最も好ましくは25℃にて600mPa・s以下のBrookfield粘度を有する。Brookfield粘度は、100rpmにて測定してよい。
本発明のさらなる態様により、沈降炭酸カルシウムの水性懸濁物の製造方法における少なくとも1つの水溶性ポリマーおよび消和添加剤の組合せの使用が提供され、該少なくとも1つの水溶性ポリマーは、200から6500g/molの分子量Mを有し、式(I)の化学構造を有し、該消和添加剤は、有機酸、有機酸塩、糖アルコール、単糖、二糖、多糖、グルコネート、ホスホネート、リグノスルホネートおよびこれの混合物から成る群から選択される。
追加の方法工程
本発明の方法は、追加の方法工程を含むことができる。
石灰乳は、大きすぎる粒子を除去するためにふるい分けしてよい。好適なふるいは、例えば700から100μm、例えば約100または約300μmのふるいサイズを有するふるいを含むことができる。本発明の一実施形態により、石灰乳を工程iv)の後および工程v)の前に、好ましくは100から300μmのふるいサイズを有するふるいを用いてふるい分けする。
本発明のさらなる態様により、沈降炭酸カルシウムの製造方法が提供され、該方法は:
i)酸化カルシウム含有材料を提供する工程、
ii)200から6500g/molの範囲の分子量Mを有する少なくとも1つの水溶性ポリマーを提供する工程であって、該少なくとも1つのポリマーが式(I)の化学構造を有する工程、
iii)少なくとも1つの消和添加剤を提供する工程であって、該少なくとも1つの消和添加剤が有機酸、有機酸塩、糖アルコール、単糖、二糖、多糖、グルコネート、ホスホネート、リグノスルホネートおよびこれの混合物から成る群から選択される工程、
iv)水、工程i)の酸化カルシウム含有材料、工程ii)の少なくとも1つのポリマーおよび工程iii)の少なくとも1つの消和添加剤を混合することによって石灰乳を調製する工程であって、該酸化カルシウム含有材料および水を1:1から1:12の重量比で混合する工程、
v)工程iv)から得た石灰乳を炭酸塩化して、沈降炭酸カルシウムの水性懸濁物を形成する工程、ならびに
vi)該沈降炭酸カルシウムを工程v)から得た水性懸濁物から分離する工程を含む。
本発明の目的のために、表現「分離する」は、PCCが本発明の方法の工程v)から得た水性懸濁物から除去または単離されることを意味する。工程v)から得た沈降炭酸カルシウムは、当業者に公知のいずれの在来の分離手段によっても、母液から分離してよい。本発明の一実施形態により、方法工程vi)において、PCCは機械的および/または熱的に分離される。機械的分離方法の例は、例えば、ドラムフィルタもしくはフィルタプレスによる濾過、ナノ濾過または遠心分離である。熱分離方法の例は、例えば蒸発器での熱の印加による高濃縮方法である。好ましい実施形態により、方法工程vi)において、PCCは、好ましくは濾過および/または遠心分離によって機械的に分離される。
沈降後の母液および/または反応物質のいずれか1つが該方法で再使用され得ることも好ましい。
得られたPCCはさらに処理され得る、例えば脱凝集され得るか、または乾式粉砕工程に供され得る。さもなければ、得られたPCCは、懸濁物の形態で湿式粉砕してもよい。PCCを脱水、分散および/または粉砕工程に供する場合、これらの工程は当分野で公知の方法によって実施してよい。湿式粉砕は、粉砕助剤の非存在下でまたは粉砕助剤の存在下で実施してよい。1つ以上の粉砕剤、例えばナトリウムポリアクリレート、ポリアクリレート酸の塩および/またはアクリル酸のコポリマーの塩を含めることができる。所望ならば、分散剤も含めて分散物を調製することができる。
本発明のなおさらなる態様により、乾燥沈降炭酸カルシウムの製造方法が提供され、該方法は:
i)酸化カルシウム含有材料を提供する工程、
ii)200から6500g/molの範囲の分子量Mを有する少なくとも1つの水溶性ポリマーを提供する工程であって、該少なくとも1つのポリマーが式(I)の化学構造を有する工程、
iii)少なくとも1つの消和添加剤を提供する工程であって、該少なくとも1つの消和添加剤が有機酸、有機酸塩、糖アルコール、単糖、二糖、多糖、グルコネート、ホスホネート、リグノスルホネートおよびこれの混合物から成る群から選択される工程、
iv)水、工程i)の酸化カルシウム含有材料、工程ii)の少なくとも1つのポリマーおよび工程iii)の少なくとも1つの消和添加剤を混合することによって石灰乳を調製する工程であって、該酸化カルシウム含有材料および水を1:1から1:12の重量比で混合する工程、
v)工程iv)から得た石灰乳を炭酸塩化して、沈降炭酸カルシウムの水性懸濁物を形成する工程、
vi)該沈降炭酸カルシウムを工程v)から得た水性懸濁物から分離する工程、ならびに
vii)工程vi)から得た分離沈降炭酸カルシウムを乾燥させる工程を含む。
一般に、乾燥工程vii)は、いずれの好適な乾燥装置も使用して行ってよく、例えば蒸発器、フラッシ乾燥機、オーブン、スプレー乾燥機などの装置を使用する熱乾燥および/もしくは減圧乾燥ならびに/または真空チャンバ内での乾燥を含み得る。
一実施形態により、乾燥工程vii)はスプレー乾燥工程であり、好ましくは前記スプレー乾燥工程は、90℃から130℃、好ましくは100℃から120℃の範囲に及ぶより低い温度にて行う。乾燥工程vii)により、乾燥沈降炭酸カルシウムの全重量に対して、1.0重量%以下である低い全含水率を有する、乾燥沈降炭酸カルシウムを得る。
別の実施形態により、工程vii)の乾燥PCCは、乾燥沈降炭酸カルシウムの全重量に対して、0.5重量%以下の、好ましくは0.2重量%以下の全含水率を有する。なお別の実施形態により、工程vii)の乾燥PCCは、乾燥沈降炭酸カルシウムの全重量に対して、0.01から0.15重量%の間、好ましくは0.02から0.10重量%の間、より好ましくは0.03から0.07重量%の間の全含水率を有する。
本発明の方法によって得た沈降炭酸カルシウムは、例えば乾燥工程の間および/または後に追加成分を用いて後処理することができる。一実施形態により、沈降炭酸カルシウムを脂肪酸、例えばステアリン酸、シランまたは脂肪酸のリン酸エステルによって処理する。
製品およびこれの使用
本発明により、沈降炭酸カルシウムの水性懸濁物が提供され、該水性懸濁物は:
i)酸化カルシウム含有材料を提供する工程、
ii)200から6500g/molの範囲の分子量Mを有する少なくとも1つの水溶性ポリマーを提供する工程であって、該少なくとも1つのポリマーが式(I)の化学構造を有する工程、
iii)少なくとも1つの消和添加剤を提供する工程であって、該少なくとも1つの消和添加剤が有機酸、有機酸塩、糖アルコール、単糖、二糖、多糖、グルコネート、ホスホネート、リグノスルホネートおよびこれの混合物から成る群から選択される工程、
iv)水、工程i)の酸化カルシウム含有材料、工程ii)の少なくとも1つのポリマーおよび工程iii)の少なくとも1つの消和添加剤を混合することによって石灰乳を調製する工程であって、該酸化カルシウム含有材料および水を1:1から1:12の重量比で混合する工程、ならびに
v)工程iv)から得た石灰乳を炭酸塩化して、沈降炭酸カルシウムの水性懸濁物を形成する工程を含む方法によって得ることができる。
本発明のさらなる態様により、沈降炭酸カルシウムが提供され、該沈降炭酸カルシウムは:
i)酸化カルシウム含有材料を提供する工程、
ii)200から6500g/molの範囲の分子量Mを有する少なくとも1つの水溶性ポリマーを提供する工程であって、該少なくとも1つのポリマーが式(I)の化学構造を有する工程、
iii)少なくとも1つの消和添加剤を提供する工程であって、該少なくとも1つの消和添加剤が有機酸、有機酸塩、糖アルコール、単糖、二糖、多糖、グルコネート、ホスホネート、リグノスルホネートおよびこれの混合物から成る群から選択される工程、
iv)水、工程i)の酸化カルシウム含有材料、工程ii)の少なくとも1つのポリマーおよび工程iii)の少なくとも1つの消和添加剤を混合することによって石灰乳を調製する工程であって、該酸化カルシウム含有材料および水を1:1から1:12の重量比で混合する工程、
v)工程iv)から得た石灰乳を炭酸塩化して、沈降炭酸カルシウムの水性懸濁物を形成する工程、ならびに
vi)該沈降炭酸カルシウムを工程v)から得た水性懸濁物から分離する工程を含む方法によって得ることができる。
本発明の方法によって得たPCC懸濁物および/またはPCCは、各種の材料で使用され得る。本発明の一実施形態により、本発明による沈降炭酸カルシウムは、紙、プラスチック、ポリマー組成物、塗料、コーティング、コンクリート、化粧品、医薬品および/または農業用途で使用される。本発明の別の実施形態により、本発明による沈降炭酸カルシウムの水性懸濁物は、紙、プラスチック、ポリマー組成物、塗料、コーティング、コンクリート、化粧品、医薬品および/または農業用途で使用される。
本発明の一態様により、本発明による沈降炭酸カルシウムを含む製品が提供される。好ましい実施形態により、製品は、該製品は、紙、紙製品、インク、塗料、コーティング、プラスチック、ポリマー組成物、接着剤、建築用製品、食品、農業製品、化粧製品または医薬製品である。
本発明のなおさらなる態様により、乾燥沈降炭酸カルシウムが提供され、該乾燥沈降炭酸カルシウムは:
i)酸化カルシウム含有材料を提供する工程、
ii)200から6500g/molの範囲の分子量Mを有する少なくとも1つの水溶性ポリマーを提供する工程であって、該少なくとも1つのポリマーが式(I)の化学構造を有する工程、
iii)少なくとも1つの消和添加剤を提供する工程であって、該少なくとも1つの消和添加剤が有機酸、有機酸塩、糖アルコール、単糖、二糖、多糖、グルコネート、ホスホネート、リグノスルホネートおよびこれの混合物から成る群から選択される工程、
iv)水、工程i)の酸化カルシウム含有材料、工程ii)の少なくとも1つのポリマーおよび工程iii)の少なくとも1つの消和添加剤を混合することによって石灰乳を調製する工程であって、該酸化カルシウム含有材料および水を1:1から1:12の重量比で混合する工程、
v)工程iv)から得た石灰乳を炭酸塩化して、沈降炭酸カルシウムの水性懸濁物を形成する工程、
vi)該沈降炭酸カルシウムを工程v)から得た水性懸濁物から分離する工程、ならびに
vii)工程vi)から得た分離沈降炭酸カルシウムを乾燥させる工程を含む方法によって得ることができる。
好ましい実施形態により、方法工程i)からvii)から得られる乾燥沈降炭酸カルシウムは、沈降炭酸カルシウムの乾燥粉末である。
方法工程i)からvii)から得られる乾燥PCCは、紙、プラスチック、ポリマー組成物、塗料、コーティング、コンクリート、化粧品、医薬品および/または農業用途で使用され得る。好ましい実施形態により、乾燥沈降炭酸カルシウムは、プラスチックおよび/またはポリマー組成物で使用される。例えば前記PCCは、熱可塑性ポリマー、例えばポリ塩化ビニル、ポリオレフィンおよびポリスチレンで使用され得る。さらに、乾燥PCCは、ポリマー物品、例えば箔の表面に適用され得るポリマーコーティングに、前記表面の疎水性(例えば水に対して測定した接触角の増大によって反映される。)を上昇させるためにも使用されてよい。
本発明の一態様により、本発明による乾燥沈降炭酸カルシウム、好ましくは前記沈降炭酸カルシウムの乾燥粉末を含む製品が提供される。一実施形態により、製品は、該製品は、紙、紙製品、インク、塗料、コーティング、プラスチック、ポリマー組成物、接着剤、建築用製品、食品、農業製品、化粧製品または医薬製品である。好ましい実施形態により、乾燥沈降炭酸カルシウムを含む製品が提供され、該製品はプラスチックまたはポリマー組成物である。
本発明の範囲および関心は、本発明のある実施形態を例証するためであり、非限定的である以下の図面および実施例に基づいてより良好に理解される。
連続消和方法の図である。
1.測定方法
以下では、実施例で行った測定方法について説明する。
Brookfield粘度
液体コーティング組成物のBrookfield粘度を、製造1時間後および25℃±1℃、100rpmにて1分撹拌した後に、適切なディスクスピンドル、例えばスピンドル2から5を装備したBrookfield粘度計タイプRVTを使用して測定した。
pH値
懸濁物または溶液のpHは、メトラートレド(Mettler Toledo)セブンイージー(Seven Easy)pH計およびメトラートレドInLab(R)エキスパートプロ(Expert Pro)pH電極を使用して、25℃にて測定した。機器の3点較正(セグメント法による。)を、20℃にて4、7および10のpH値を有する市販の緩衝溶液(米国のシグマ−アルドリッチ社(Sigma−Aldrich Corp.))を使用して、最初に行った。報告したpH値は、機器によって検出した終点値である(終点は、測定した信号の平均からの差が最後の6秒間にわたって0.1mV未満である場合であった。)。
粒径分布
調製したPCC粒子の粒径分布は、米国のマイクロメリティックス社(Micromeritics)のセディグラフ(Sedigraph)5100を使用して測定した。方法および機器は当業者に公知であり、フィラーおよび顔料の粒径を決定するためによく使用されている。測定は、0.1重量%Naを含む水溶液中で行った。高速撹拌機および超音波を使用してサンプルを分散させた。分散したサンプルの測定には、さらなる分散剤を添加しなかった。
水性懸濁物の固体含有率
懸濁物固体含有率(「乾燥重量」としても公知)は、スイスのメトラートレド社(Mettler−Toledo)による水分分析装置MJ33を以下の設定:乾燥温度160℃、質量が30秒の期間にわたって1mgを超えて変化しない場合、自動スイッチオフ、5から20gの懸濁物の標準乾燥で使用して決定した。
比表面積(SSA)
表面積は、250℃にて30分の期間にわたって加熱することによるサンプルの調整後に、窒素を使用してISO9277によるBET法により測定した。このような測定の前に、サンプルをブフナー漏斗内で濾過して、脱イオン水ですすぎ、オーブンで90から100℃にて一晩乾燥させる。続いて、乾燥ケーキを乳鉢で完全に粉砕し、恒量に達するまで生じた粉末130℃の湿度秤に配置する。
比炭酸塩化時間
炭酸塩化反応中にゆっくり低下して、迅速に最低レベルまで低下して、反応の終了を示す伝導率の監視を使用して、完全沈降を行うために必要な時間を評価した。比炭酸塩化時間(分/kg Ca(OH))を以下の式によって求めた:
Figure 0006310574
式中:
−Tf(分)は、伝導率を監視することによって求められるような、石灰乳の炭酸塩化を完了するために必要な時間であり、
−M(g)は、炭酸塩化反応装置に導入された石灰乳の重量であり、および
−SCMoL(%)は、石灰乳の重量固体含有率である。
分子量M
ポリマーの分子量は、ゲル透過クロマトグラフィー(GPC)によって求め、屈折率測定濃度検出器を装備した液体クロマトグラフィー装置(ウォーターズコーポレーション(Waters Corporation)、米国)を使用した。
前記液体クロマトグラフィー装置に、異なる分子量の分析ポリマーを分離するために、適切に選んだ立体排除カラムを装着した。溶離液相は水相であり、1N水酸化ナトリウムを使用してpH9.00に調整され、0.05M NaHCO、0.1M NaNO、0.02Mトリエタノールアミンおよび0.03%NaNを含有していた。
第1の工程において、重合溶液を、GPCの溶離液相に相当する0.9重量%の濃度までGPC可溶化溶媒で希釈して、これに0.04%ジメチルホルムアミドをフローマーカーまたは内部標準として添加した。次いで0.2μmフィルタを適用して、続いて100μlをクロマトグラフィー装置(溶離液:水相、1N水酸化ナトリウムでpH9.00に調整され、0.05M NaHCO、0.1M NaNO、0.02Mトリエタノールアミンおよび0.03%NaNを含有)に注入した。
液体クロマトグラフィー装置は、アイソクラティックポンプ(Waters 515 HPLCポンプ、ウォーターズコーポレーション(Waters Corporation)、米国)を含有し、これの流速を0.8ml/分に設定した。該クロマトグラフィー装置は、オーブンも備え、オーブンそのものは以下のカラムのシステムを直列で含んでいた:長さ6cmおよび内径40mmのプレカラム(ガード・カラム・ウルトラハイドロゲル、ウォーターズコーポレーション((Waters Corporation)、米国)ならびに長さ30cmおよび内径7.8mmのリニアカラム(ウルトラハイドロゲル、ウォーターズコーポレーション((Waters Corporation)、米国)。検出システムは次に、屈折率測定検出器より成っていた(Waters 410ri 屈折率測定検出器、ウォーターズコーポレーション(Waters Corporation)、米国)。オーブンを60℃の温度まで加熱して、屈折計を45℃の温度まで加熱した。
クロマトグラフィー装置を、供給者:Polymer Standard ServiceまたはAmerican Polymer Standards Corporationが認証を受けた、異なる分子量の粉末化ナトリウムポリアクリレートの標準によって較正した。
多分散指数(DPI)
ポリマーの多分散指数は、重量での質量平均分子量Mの数平均分子量Mに対する比である。MおよびMはどちらも、ゲル透過クロマトグラフィーによって決定した。
2.ポリマーおよび消和添加剤
以下のポリマーを、実施例1から6に記載したPCCの製造方法で使用した:
Figure 0006310574
式中、R=HおよびR=H。
Figure 0006310574
以下の消和添加剤を、実施例1から8に記載したPCCの製造方法で使用した:
A1:クエン酸ナトリウム(ドイツのシグマ−アルドリッチ(Sigma−Aldrich)より市販)、
A2:天然糖(任意の消費者市場で市販)、
A3:ナトリウムグルコネート(フランスのロケット社(Roquette Corp.)より市販)、
A4:ナトリウムジエチレントリアミンペンタ酢酸(オランダのアクゾノーベル(Akzo Nobel)より市販)、
A5:カルシウムリグノスルホネート(イタリアのブルゴグループspa(Burgo Group spa)より市販)、
A6:ナトリウムリグノスルホネート(イタリアのブルゴグループspa(Burgo Group spa)より市販)、
A7:酒石酸ジナトリウム二水和物(ドイツのドクター・ポール・ローマン(Dr.Paul Lohmann GmbH)より市販)
3.実施例
[実施例1]
機械的撹拌下、40から41℃の間の初期温度にて、水を消和添加剤としての無水クエン酸ナトリウム(A1)(存在する場合)およびポリマーP1(存在する場合)と混合することにより、石灰乳を調製した(消和添加剤およびポリマーの量を下の表2に示す。)。続いて、酸化カルシウム(生石灰原料)を添加した。得られた混合物を25分間撹拌して、次いで200μmふるいでふるい分けした。
得られた石灰乳をステンレス鋼反応装置に移し、ここで石灰乳を50℃まで冷却した。次いで、空気/CO混合物(26体積%CO)を導入することにより、石灰乳を炭酸塩化した。炭酸塩化工程の間、反応混合物を1400rpmの速度で撹拌した。反応の速度をオンラインpHおよび伝導率測定によって監視した。
調製した石灰乳および水性PCC懸濁物の特徴を下の表2および3に記載する。
Figure 0006310574
Figure 0006310574
表2にまとめた結果は、消和添加剤単独での使用により、高いBrookfield粘度を有する石灰乳が得られることを示している(比較サンプル1)。これに対して、ポリマー単独での使用により、非常に高いBrookfield粘度を有するPCC懸濁物が得られる(比較サンプル2、表3)。さらに、比較例2の炭酸塩化時間は、本発明のサンプル3と比べて長い。
対照的に、本発明のサンプル3により、調製したPCCの炭酸塩化の速度および結晶学的構造は、消和添加剤単独での使用を包含する方法と比べて、本発明の方法を使用することによって変化しないことが確認される。さらに、ポリマーおよび消和添加剤の組合せを使用することによって、得られたPCC懸濁物の粘度が著しく低下する。
[実施例2]
機械的撹拌下、40から41℃の間の初期温度にて、水を消和添加剤としての無水クエン酸ナトリウム(A1)およびポリマーと混合することにより、石灰乳を調製した(消和添加剤およびポリマーの量ならびに使用したポリマーの種類を下の表4に示す。)。続いて、酸化カルシウム(生石灰原料)を添加した。得られた混合物を25分間撹拌して、次いで200μmふるいでふるい分けした。
得られた石灰乳をステンレス鋼反応装置に移し、ここで石灰乳を50℃まで冷却した。次いで、空気/CO混合物(26体積%CO)を導入することにより、石灰乳を炭酸塩化した。炭酸塩化工程の間、反応混合物を1400rpmの速度で撹拌した。反応の速度をオンラインpHおよび伝導率測定によって監視した。
調製した石灰乳および水性PCC懸濁物の特徴を下の表4および5に記載する。
Figure 0006310574
Figure 0006310574
表5に示す結果は、6500g/molを超えるMを有する比較ポリマーP2、P3およびP5を使用することにより、サンプルのさらなる処理が不可能なほど高いBrookfield粘度(25℃±1℃、100rpmにて1000mPa・sを超える。)を有する石灰乳が生じたことを示す。さらに、式(I)のポリマーと異なる構造を有する比較ポリマーP6を使用することによって、消和工程中により極度の発泡蓄積が生じた。
[実施例3]
機械的撹拌下、40から41℃の間の初期温度にて、水を消和添加剤としての無水クエン酸ナトリウム(A1)(存在する場合)およびポリマー(存在する場合)と混合することにより、石灰乳を調製した(消和添加剤およびポリマーの量ならびに使用したポリマーの種類を下の表6に示す。)。続いて、酸化カルシウム(生石灰原料)を添加した。得られた混合物を25分間撹拌して、次いで200μmふるいでふるい分けした。
得られた石灰乳をステンレス鋼反応装置に移し、ここで石灰乳を50℃まで冷却した。次いで、空気/CO混合物(26体積%CO)を導入することにより、石灰乳を炭酸塩化した。炭酸塩化工程の間、反応混合物を1400rpmの速度で撹拌した。反応の速度をオンラインpHおよび伝導率測定によって監視した。
調製した石灰乳および水性PCC懸濁物の特徴を下の表6および7に記載する。
Figure 0006310574
Figure 0006310574
本発明の方法(サンプル10および12)を使用すると、高い固体含有率および許容できる粘度を有する石灰乳およびPCC懸濁物の両方を製造可能であった(表6および7を参照のこと)。表7からまとめられるように、PCC懸濁物の粘度は、ポリマーおよび消和添加剤の組合せを使用すると、はるかに低い。さらに、表7でまとめた結果により、比炭酸塩化時間および結晶学的構造は、本発明の方法を使用することによって著しく変化しないことが示され、このことは炭酸塩化反応が石灰の消和中にポリマーを添加することにより著しく影響されないことを意味する。対照的に、比較サンプル9および11は、消和工程中のポリマー単独の添加によって、比炭酸塩化時間が著しく延長されることを示している。表7は、6500g/molを超えるMを有する比較ポリマーP9を使用することによって、許容できない高い粘度を有するPCC懸濁物(比較サンプル13および14)が生じたことも示す。
実施例4(比較実施例)
比較サンプルは、以下のナトリウムポリアクリレートを使用して調製した:
サンプル15:Dispex AA 4140(ドイツのBASF SEより市販、EP0844213A1において商品名Dispex N40としても公知)。
機械的撹拌下、40から41℃の間の初期温度にて、水と、酸化カルシウムの全重量に対して0.20重量%の各ポリマーを混合することによって、石灰乳を調製した。続いて、酸化カルシウム(生石灰原料)を添加した。得られた混合物を25分間撹拌して、次いで200μmふるいでふるい分けした。
得られた石灰乳をステンレス鋼反応装置に移し、ここで石灰乳を50℃まで冷却した。次いで、空気/CO混合物(26体積%CO)を導入することにより、石灰乳を炭酸塩化した。炭酸塩化工程の間、反応混合物を1400rpmの速度で撹拌した。反応の速度をオンラインpHおよび伝導率測定によって監視した。
調製した石灰乳および水性PCC懸濁物の特徴を下の表8に記載する。
Figure 0006310574
表8から、消和工程中に、消和添加剤を用いずに上記のナトリウムポリアクリレートポリマーを単独で使用することにより、許容できない高い粘度を有するPCC懸濁物が生じたことがまとめられる。
[実施例5]
機械的撹拌下、40から41℃の間の初期温度にて、水を、下の表9に示すような、酸化カルシウムの全重量に対して0.05重量%の無水クエン酸ナトリウム(A1)(使用する場合)および酸化カルシウムの全重量に対して0.2重量%のポリマーP10(使用する場合)と混合することによって、石灰乳を調製した。続いて、酸化カルシウム(生石灰原料)を添加した。得られた混合物を25分間撹拌して、次いで300μmふるいでふるい分けした。
得られた石灰乳をステンレス鋼反応装置に移し、ここで石灰乳を50℃まで冷却した。次いで、空気/CO混合物(26体積%CO)を導入することにより、石灰乳を炭酸塩化した。炭酸塩化工程の間、反応混合物を1400rpmの速度で撹拌した。反応の速度をオンラインpHおよび伝導率測定によって監視した。
ポリマーの使用量ならびに得られた石灰乳および水性PCC懸濁物の特徴を以下の表9および10に示す。
Figure 0006310574
Figure 0006310574
表10に示す結果は、本発明の方法によって、比炭酸塩化時間を付与せずに得たPCCスラリーの固体含有率が上昇することを、このように得たPCC粒子の特色と共に明らかに示している。
[実施例6]
機械的撹拌下、40から41℃の間の初期温度にて、水、酸化カルシウムの全量に対して0.2重量%のポリマーP1(存在する場合)を酸化カルシウムの全量に対して0.15重量%の消和添加剤と混合することによって、石灰乳を調製した(消和添加剤およびポリマーの量ならびに使用した消和添加剤を下の表11に示す。)。続いて、酸化カルシウム(生石灰原料)を添加した。得られた混合物を25分間撹拌して、次いで200μmふるいでふるい分けした。
得られた石灰乳をステンレス鋼反応装置に移し、ここで石灰乳を50℃まで冷却した。次いで、空気/CO混合物(26体積%CO)を導入することにより、石灰乳を炭酸塩化した。炭酸塩化工程の間、反応混合物を1400rpmの速度で撹拌した。反応の速度をオンラインpHおよび伝導率測定によって監視した。
調製した石灰乳および水性PCC懸濁物の特徴を下の表11および12に記載する。
Figure 0006310574
Figure 0006310574
表12にまとめた結果によって、炭酸塩化の速度は本発明の方法を使用することによって変更されないか、またはわずかに高速化することさえ可能である(サンプル24を参照のこと。)ことが確認される。本発明のサンプルすべて(サンプル20から26)の石灰乳およびPCC懸濁物のどちらによっても、高い固体含有率における低い粘度が明らかとなった。
[実施例7]
機械的撹拌下、約40℃の初期温度にて、水1800lを消和添加剤としての天然糖(A2)および酸化カルシウムの全重量に対して0.15重量%のポリマーP1と混合することによって、石灰乳を調製した(消和添加剤の量を下の表13に示す。)。続いて、酸化カルシウム(生石灰原料)370kgを添加した。得られた混合物を50rpmにて30分間撹拌した。80℃の消和温度を超えないように留意した。
得られた石灰乳をステンレス鋼反応装置に移し、ここで石灰乳を31から35℃の間の温度まで冷却した。次いで、空気/CO混合物(200Nm/時および11重量%CO)を導入することにより、石灰乳を炭酸塩化した。炭酸塩化工程の間、反応混合物を200rpmの速度で撹拌した。反応の速度をオンラインpHおよび伝導率測定によって監視した。
沈降炭酸カルシウムの得られた水性懸濁物を、PCCを分離するために、45μmふるいでふるい分けした。調製した水性PCC懸濁物および得られたPCCの特徴を下の表13に記載する。
Figure 0006310574
表13にまとめた結果により、高い固体含有率にて低い粘度を有するPCC懸濁物が本発明の方法によって得られることが確認される。
[実施例8]
機械的撹拌下、約40℃の初期温度にて、水1800lを消和添加剤としての天然糖(A2)および酸化カルシウムの全重量に対して0.15重量%のポリマーP1と混合することによって、石灰乳を調製した(消和添加剤の量を下の表14に示す。)。続いて、酸化カルシウム(生石灰原料)370kgを添加した。得られた混合物を50rpmにて30分間撹拌した。80℃の消和温度を超えないように留意した。
得られた石灰乳をステンレス鋼反応装置に移し、ここで石灰乳を31から35℃の間の温度まで冷却した。次いで、空気/CO混合物(200Nm/時および11重量%CO)を導入することにより、石灰乳を炭酸塩化した。炭酸塩化工程の間、反応混合物を200rpmの速度で撹拌した。反応の速度をオンラインpHおよび伝導率測定によって監視した。
沈降炭酸カルシウムの得られた水性懸濁物を、PCCを分離するために、45μmふるいでふるい分けした。調製した水性PCC懸濁物および得られたPCCの特徴を下の表14に記載する。
Figure 0006310574
表14にまとめた結果により、高い固体含有率にて低い粘度を有するPCC懸濁物が本発明の方法によって得られることが確認される。

Claims (25)

  1. 沈降炭酸カルシウムの水性懸濁物の製造方法であって:
    i)酸化カルシウム含有材料を提供する工程、
    ii)200から6500g/molの範囲の分子量Mを有する少なくとも1つの水溶性ポリマーを提供する工程であって、少なくとも1つのポリマーが式(I)の化学構造を有し、
    Figure 0006310574
    式中、n、mおよびpは整数であり、ならびにn、mまたはpの少なくとも1つは0より大であり、ならびにn+m+pは70以下であり、
    はHまたはCHであり、
    はHまたはCHであり、
    は−C(=O)−O−Rまたは−C(=O)−NH−Rであり、ここでRは、C−C20アルキル基、C−C20シクロアルキル基および/またはC−C30アリール基であり、場合により1個以上のスルホネート基で置換され、ならびにここで前記シクロアルキル基および/または前記アリール基は、1個の環または数個の環を含み、前記環は相互に結合し、
    は、HまたはCHであり、
    は、HまたはCHであり、ならびに
    Xは、Hおよび/またはMであり、ここでMは、Na、K、Li、Mgおよび/またはCaであり、ならびに構造単位
    Figure 0006310574
    がランダムに、規則的におよび/またはブロックで配置される、工程、
    iii)少なくとも1つの消和添加剤を提供する工程であって、前記少なくとも1つの消和添加剤が有機酸、有機酸塩、糖アルコール、単糖、二糖、多糖、グルコネート、ホスホネート、リグノスルホネートおよびこれの混合物から成る群から選択される、工程、
    iv)水、工程i)の前記酸化カルシウム含有材料、工程ii)の少なくとも1つのポリマーおよび工程iii)の少なくとも1つの消和添加剤を混合することによって石灰乳を調製する工程であって、前記酸化カルシウム含有材料および前記水が1:1から1:12の重量比で混合される、工程ならびに
    v)工程iv)から得た前記石灰乳を炭酸塩化して、沈降炭酸カルシウムの水性懸濁物を形成する工程を含み、
    得られた沈降炭酸カルシウムの懸濁物が、懸濁物の全重量に対して20から50重量%の固体含有率を有する、方法。
  2. 請求項1に記載の方法であって、少なくとも1つのポリマーが式(II)の化学構造を有し、
    Figure 0006310574
    式中、n、mおよびpは整数であり、ならびにn、mまたはpの少なくとも1つは0より大であり、ならびにn+m+pは70以下であり、
    は、HまたはCHであり、
    は、HまたはCHであり、
    は、−C(=O)−O−Rまたは−C(=O)−NH−Rであり、ここでRは、C−C20アルキル基、C−C20シクロアルキル基および/またはC−C30アリール基であり、場合により1個以上のスルホネート基で置換され、ならびにここで前記シクロアルキル基および/または前記アリール基は、1個の環または数個の環を含み、前記環は相互に結合し、
    Xは、Hおよび/またはMであり、ここでMは、Na、K、Li、Mgおよび/またはCaであり、ならびに構造単位
    Figure 0006310574
    がランダムに、規則的におよび/またはブロックで配置されている、方法。
  3. がHであり、およびRがHである、請求項1に記載の方法。
  4. 請求項1から3のいずれか一項に記載の方法であって、工程iv)が、
    a1)工程ii)の少なくとも1つのポリマーおよび工程iii)の少なくとも1つの消和添加剤を水と混合する工程、ならびに
    a2)工程i)の酸化カルシウム含有材料を工程a1)の混合物に添加する工程を含む、方法。
  5. 請求項1から3のいずれか一項に記載の方法であって、工程iv)が、
    b1)工程i)の酸化カルシウム含有材料、工程ii)の少なくとも1つのポリマーおよび工程iii)の少なくとも1つの消和添加剤を混合する工程、ならびに
    b2)工程b1)の混合物に水を添加する工程を含む、方法。
  6. 請求項1から3のいずれか一項に記載の方法であって、工程iv)において、工程i)の酸化カルシウム含有材料、工程ii)の少なくとも1つのポリマー、工程iii)の少なくとも1つの消和添加剤および水を同時に混合する、方法。
  7. 請求項1から6のいずれか一項に記載の方法であって、工程iv)において、酸化カルシウム含有材料および水を、1:1から1:9の重量比で混合する、方法。
  8. 請求項7に記載の方法であって、工程iv)において、酸化カルシウム含有材料および水を、1:2.5から1:6の重量比で混合する、方法。
  9. 請求項1からのいずれか一項に記載の方法であって、少なくとも1つの消和添加剤が、クエン酸ナトリウム、クエン酸カリウム、クエン酸カルシウム、クエン酸マグネシウム、単糖、二糖、多糖、スクロース、糖アルコール、メリトール、クエン酸、ソルビトール、ジエチレントリアミンペンタ酢酸のナトリウム塩、グルコネート、ホスホネート、酒石酸ナトリウム、ナトリウムリグノスルホネート、カルシウムリグノスルホネートおよびこれの混合物から成る群から選択される、方法。
  10. 請求項1からのいずれか一項に記載の方法であって、工程iv)の石灰乳が、25℃にて1から1000mPa・sのBrookfield粘度を有する、方法。
  11. 請求項1から10のいずれか一項に記載の方法であって、工程v)のPCCの懸濁物が、25℃にて1000mPa・s以下のBrookfield粘度を有する、方法。
  12. 請求項1から11のいずれか一項に記載の方法であって、得られた沈降炭酸カルシウムの懸濁物が、懸濁物の全重量に対して、30から40重量%の固体含有率を有する、方法。
  13. 請求項1から12のいずれか一項に記載の方法であって、少なくとも1つの消和添加剤を、酸化カルシウム含有材料の全量に対して、0.01から0.2重量%の量で添加する、方法。
  14. 請求項13に記載の方法であって、少なくとも1つの消和添加剤を、酸化カルシウム含有材料の全量に対して、0.05から1重量%の量で添加する、方法。
  15. 請求項1から14のいずれか一項に記載の方法であって、混合工程iv)で使用する水の温度を、0℃超100℃未満で調整する、方法。
  16. 請求項1から15のいずれか一項に記載の方法であって、工程v)で用いる工程iv)から得た石灰乳の温度を、20℃から60℃の範囲に調整する、方法。
  17. 請求項16に記載の方法であって、工程v)で用いる工程iv)から得た石灰乳の温度を、30℃から50℃の範囲に調整する、方法。
  18. 請求項1から17のいずれか一項に記載の方法であって、石灰乳を工程iv)の後および工程v)の前に、ふるい分けする、方法。
  19. 沈降炭酸カルシウムを製造する方法であって、請求項1から18のいずれか一項に記載の方法の工程i)からv)を含み、および前記沈降炭酸カルシウムを、工程v)から得た水性懸濁物から分離する工程vi)をさらに含む、方法。
  20. 請求項19に記載の方法であって、沈降炭酸カルシウムが乾燥沈降炭酸カルシウムであり、および前記方法が、工程vi)で得た分離した沈降炭酸カルシウムを乾燥する工程vii)をさらに含む、方法。
  21. 請求項1から20のいずれか一項に記載の方法であって、少なくとも1つの消和添加剤が、クエン酸ナトリウムおよび/またはサッカロースである、方法。
  22. 沈降炭酸カルシウムの水性懸濁物の製造方法における少なくとも1つの水溶性ポリマーおよび少なくとも1つの消和添加剤の組合せの使用であって、
    前記水溶性ポリマーが、200から6500g/molの範囲の分子量Mおよび式(I)の化学構造を有し
    Figure 0006310574
    式中、n、mおよびpは整数であり、ならびにn、mまたはpの少なくとも1つは0より大であり、ならびにn+m+pは70以下であり、
    は、HまたはCHであり、
    は、HまたはCHであり、
    は、−C(=O)−O−Rまたは−C(=O)−NH−Rであり、ここでRは、C−C20アルキル基、C−C20シクロアルキル基および/またはC−C30アリール基であり、場合により1個以上のスルホネート基で置換され、ならびにここで前記シクロアルキル基および/または前記アリール基は、1個の環または数個の環を含み、前記環は相互に結合し、
    は、HまたはCHであり
    は、HまたはCHであり、ならびに
    Xは、Hおよび/またはMであり、ここでMは、Na、K、Li、Mgおよび/またはCaであり、ならびに構造単位
    Figure 0006310574
    がランダムに、規則的におよび/またはブロックで配置され、ならびに
    前記消和添加剤が有機酸、有機酸塩、糖アルコール、単糖、二糖、多糖、グルコネート、ホスホネート、リグノスルホネートおよびこれの混合物から成る群から選択され
    当該方法は、水、酸化カルシウム含有材料、当該少なくとも1つのポリマーおよび当該少なくとも1つの消和添加剤を混合することによって石灰乳を調製する工程であって、当該酸化カルシウム含有材料および当該水が1:1から1:12の重量比で混合される工程、ならびに得られた石灰乳を炭酸塩化して、沈降炭酸カルシウムの水性懸濁物を形成する工程を含み、
    当該得られた沈降炭酸カルシウムの懸濁物が、懸濁物の全重量に対して20から50重量%の固体含有率を有する、使用。
  23. 請求項22に記載の使用であって、nおよびpは0であり、RはHであり、ならびにXはNaである、またはmおよびpは0であり、ならびにXはNaである、またはnは0であり、RおよびRはHであり、Rは−C(=O)−O−CHCHであり、ならびにXはNaである、使用。
  24. 請求項22または23に記載の使用であって、構造単位
    Figure 0006310574
    との間のモル比が、1:1から100:1の間である、使用。
  25. 請求項22から24のいずれか一項に記載の使用であって、少なくとも1つの水溶性ポリマーが3以下の多分散指数を有する、使用。
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