WO2012066410A1 - Procede de preparation de suspensions aqueuse de matieres minerales au moyen d'amines en combinaison avec des polymeres vinyl-carboxyliques - Google Patents
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
- C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
- C09C1/02—Compounds of alkaline earth metals or magnesium
- C09C1/021—Calcium carbonates
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K23/00—Use of substances as emulsifying, wetting, dispersing, or foam-producing agents
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/28—Nitrogen-containing compounds
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
- C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
- C09C1/02—Compounds of alkaline earth metals or magnesium
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
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- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/61—Micrometer sized, i.e. from 1-100 micrometer
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/22—Rheological behaviour as dispersion, e.g. viscosity, sedimentation stability
Definitions
- the present invention relates to the agents used to disperse or to assist in the grinding of mineral matter in a humid environment.
- This invention is based on the use of amines, in combination with said vinyl-carboxylic polymers. Surprisingly and advantageously, it is then possible to reduce the amount of vinyl-carboxylic polymers used, while maintaining the above properties at a level at least equivalent to that obtained without the addition of amines under the conditions specified by the present invention. .
- the mineral industry is a big consumer of chemicals. These are used in the various stages of transformation / modification / treatment that the mineral materials undergo.
- those skilled in the art carry out numerous operations known as “grinding” (reduction of the particle size size) to dryness or more frequently in a humid medium, or “dispersion” (suspending particles in a liquid). These two operations are made easier by the implementation respectively of grinding aid agents and dispersing agents.
- the role of the grinding agents is to minimize the flow limit of the slurry during the grinding operation in order to increase the productivity of the grinder; this facilitates the mechanical action of attrition and fragmentation of the particles.
- the dispersing agents make it possible to maintain the viscosity of a suspension in acceptable ranges as the mineral substances are introduced therein; this makes it possible to increase the dry extract while keeping a viscosity level sufficiently low to handle the suspension and to store it without risk of sedimentation.
- the prior art is particularly rich about such additives.
- homopolymers of acrylic acid are effective agents in assisting the dispersion or wet milling of calcium carbonate.
- French Patent Application FR 2 940 141 relates to the neutralization of polyacrylates by lithium hydroxide, making it possible to reduce the amount of polymer for dispersing and / or facilitating the grinding in water of calcium carbonate.
- the lithium hydroxide which is also the subject of the patent application WO 2010/063757 remains an extremely expensive compound, which is not without posing serious environmental problems (see the provisions relating to the recycling of this compound ).
- the combination between the amine and the vinylcarboxylic polymer makes it possible to disperse and / or facilitate the grinding in an aqueous medium of a mineral material, more effectively than the acrylic polymer used without the amine. It is demonstrated that, for a level of performance at least equivalent (in terms of dry extract and Brookfield TM viscosity measured at 10 revolutions / minute and for a given particle size), it is possible according to the invention to reduce the amount of vinyl-carboxylic polymer used.
- An example of an amine implemented according to the invention is AMP (2-amino-2-methyl-1-propanol, CAS No. 124-68-5).
- the amines used have the particular formula (I) which will be explained later. It is then demonstrated that these prove to be more efficient than the AMP, to improve the efficiency of the dispersant system according to the parameters mentioned above. It is further indicated that these amines of formula (I) are already known, especially as agents for developing the coloring force of a paint (see WO 2009/087330 A1).
- a first object of the present invention resides in the process for preparing an aqueous suspension of mineral material comprising the steps of:
- step d) and optionally to select and / or concentrate the aqueous suspension of step c) before dispersing the concentrate obtained
- preparing an aqueous suspension comprising at least the mineral material is meant in the present patent application “forming an aqueous suspension” by adding the mineral material in water with stirring with or without addition of dispersants to the water. obtaining a dry extract, expressed as a percentage by dry weight of mineral matter relative to the total weight of the suspension, of between 10% and 82%.
- select is meant in the present patent application “eliminate coarse particles having a particle size greater than 45 ⁇ " by any means known to those skilled in the art, in particular by the use of sieves or selectors .
- concentrate is meant in the present patent application "increase the dry mineral content of the aqueous suspension obtained in step c)" so that the concentrate obtained in the context of this patent application is recognized by those skilled in the art result from concentration means known in the prior art, such as mechanical concentration, for example by the use of centrifugal or filter press or press-tube or their combinations, or such as thermal concentration, for example evaporation or as a combination of mechanical and thermal concentration.
- concentration means known in the prior art such as mechanical concentration, for example by the use of centrifugal or filter press or press-tube or their combinations, or such as thermal concentration, for example evaporation or as a combination of mechanical and thermal concentration.
- concentration means known in the prior art such as mechanical concentration, for example by the use of centrifugal or filter press or press-tube or their combinations, or such as thermal concentration, for example evaporation or as a combination of mechanical and thermal concentration.
- the concentrate obtained in this way is also known under the synonyms of "cake” or "filter cake”.
- This process is also characterized in that the mass ratio of amine: vinyl-carboxylic polymer is between 0.05: 1 and 0.35-1, preferably between 0.10: 1 and 0.30: 1.
- this process is characterized in that the amine is chosen from dimethylamine, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, N-methylethanolamine, 2-amino-2-methyl-1-propanol and triisopropanolamine.
- DBU 2,3,4,6,7,8,9,10-octahydropyrimido [1,2-a] azepine
- DABCO 2,2'-diazabicyclo [2.2 .2] octane
- this process is also characterized in that the amine corresponds to formula (I): with R 1, R 2, R 3, which are identical or different, chosen from:
- At most one R2 or R3 group represents hydrogen
- At least one of the groups R 1, R 2 and R 3 comprises an OH group, at least one of the groups R 1, R 2 and R 3 comprises at least one branch at position a of the nitrogen atom.
- this process is also characterized in that, in the formula (I), R 1 represents hydrogen, R 2 and R 3 being identical or different, chosen from:
- each alkyl or oxyalkyl or cycloalkyl radical comprises from 3 to 10, preferably from 3 to 8 carbon atoms.
- this process is also characterized in that, in the formula (I), the radical or radicals bearing the OH group comprises 2 or 3, preferably 2 carbon atoms.
- this process is also characterized in that, in the formula (I), R 1 represents hydrogen, R 2 and R 3 being identical or different, chosen from:
- At least one of the groups R2 or R3 has an OH group
- this process is also characterized in that the amine is chosen from:
- Other amines can also be implemented.
- heavy polyamines such as substituted or unsubstituted piperazine, substituted or unsubstituted aminoethylpiperazine, aminoethylethanolamine, polyetheramines, primary amines with polyethylene and / or polypropylene glycol, and ethyleneamines such as 2- (diethylamino) ethyl amine, 2- (diisopropylamino) ethyl amine, pentamethyldiethylenetriamine or else N- (2-aminoethyl) ethanol amine, propylene amines such as N3-amine (3- (2-aminoethylamino) propylamine, 1,3-diaminopropane, substituted morpholines such as N-ethylmorpholine, N-methylmorpholine, etc. Mention may also be
- the molecular weight of the polymers used is not critical, as long as it is not too high in which case, said polymer behaves as a thickener of the medium.
- the maximum value of this molecular weight can be quantified at about 300,000 g / mol.
- those skilled in the art know how to regulate and adapt this molecular weight; he may in particular refer to the documents cited at the beginning of the Application relating various acrylic polymers used to disperse or facilitate the grinding in water a mineral material.
- This process is also characterized in that the vinyl-carboxylic polymer is totally neutralized with at least one neutralization agent chosen from hydroxides and / or oxides of calcium, of magnesium, or from the hydroxides of sodium, potassium, lithium and their mixtures.
- said vinyl carboxylic polymer is a homopolymer of acrylic acid or a copolymer of acrylic acid with another monomer.
- this process is also characterized in that, for the copolymer of acrylic acid with another monomer, this other monomer is chosen from methacrylic acid, maleic anhydride and 2-acrylamido-2-methyl propane sulfonic acid.
- R is a radical with a function unsaturated polymerizable
- R 1 and R 2 are identical or different and represent hydrogen atoms or alkyl groups
- R ' represents hydrogen or a hydrocarbon radical having 1 to 40 carbon atoms, or an ionic or ionizable group.
- % and 81% very preferably between 65% and 78%.
- said aqueous suspension has a dry weight content of acrylic polymer, relative to the total dry weight of mineral matter, of between 0.01% and 5.00%, preferably between 0.01% and 2.00%, and very preferably between 0.05% and 1.00%.
- the mineral material is chosen from natural, synthetic or precipitated calcium carbonate, talc, kaolin, and mixtures thereof, preferably from natural, synthetic or precipitated calcium carbonate and mixtures thereof, and is preferably a natural calcium carbonate.
- This natural calcium carbonate is preferentially chosen from limestone, marble, calcite, chalk, dolomite and their mixtures.
- This example describes the grinding of a natural calcium carbonate (Orgon-France calcite) in water, by use during the step of grinding a homopolymer of acrylic acid, alone or in combination with some amines.
- the grinding is carried out on a KDL-type Dyno Mill TM laboratory device, the volume of the grinding chamber being 1.4 liters, and the grinding body consists of 2,500 grams of corundum balls of diameter included between 0.6 and 1 mm.
- the acrylic polymer is first introduced, then the amine, and the grinding operation is carried out.
- the grinding is carried out according to techniques well known to those skilled in the art, and in particular described in documents FR 2 539 137 A1, FR 2 683 536 A1, FR 2 683 537 A1, FR 2 683 538 A1, FR 2,683,539 A1 and FR 2,802,830 A1 and FR 2,818,165 A1.
- This test illustrates the prior art and uses 3500 ppm of a homopolymer of acrylic acid, all of the carboxylic sites of which is neutralized by an amine which is 2-amino-2-methyl-1-propanol. and of molecular weight as determined by GPC equal to 5,500 g / mol.
- This test thus illustrates the prior art as described in US Pat. No. 4,370,171 A1 already discussed previously, in which the dispersant is previously neutralized with an alkanolamine.
- This test illustrates the invention and implements 3300 ppm of a homopolymer of acrylic acid, of which 70 mol% of the carboxylic sites are neutralized by the sodium ion and 30% by the calcium ion, and of weight molecular weight as determined by GPC equal to 5,500 g / mol, in combination with 800 ppm of an amine of formula (I) which is N- (1-methylpropyl) -N- (2-hydroxyethylamine).
- This test illustrates the invention and uses 3150 ppm of a homopolymer of acrylic acid, 70 mol% of the carboxylic sites are neutralized by the sodium ion and 30% by the calcium ion, and weight molecular weight as determined by GPC equal to 5,500 g / mol, in combination with 800 ppm of an amine of formula (I) which is N- (1-methylpropyl) -N- (2-hydroxyethylamine).
- This example describes the grinding of a natural calcium carbonate (Orgon-France-calcite) in water in the presence of a homopolymer of acrylic acid and optionally an amine.
- the grinding is carried out under the same conditions as those described in the preceding example, with the exception of test No. 8, where the amine is introduced into the suspension after grinding.
- This test illustrates the prior art and employs 4500 ppm of a homopolymer of acrylic acid, completely neutralized with sodium ion, and of molecular weight as determined by GPC equal to 5500 g / mol.
- This test illustrates the invention and uses 4500 ppm of a homopolymer of acrylic acid, totally neutralized by the sodium ion, and of molecular weight such that determined by GPC equal to 5,500 g / mol, in combination with 800 ppm of an amine of formula (I) which is N- (1-methylpropyl) -N- (2-hydroxyethylamine).
- This test illustrates the invention and uses 4500 ppm of a homopolymer of acrylic acid, completely neutralized by the sodium ion, and of molecular weight as determined by GPC equal to 5500 g / mol, in combination with 800 ppm of 2-amino-2-methyl-1-propanol (AMP).
- AMP 2-amino-2-methyl-1-propanol
- This test illustrates the invention and uses 4,000 ppm of a homopolymer of acrylic acid, completely neutralized with sodium ion, and of molecular weight as determined by GPC equal to 5,500 g / mol, in combination with 800 ppm of an amine of formula (I) which is N- (1-methylpropyl) -N- (2-hydroxyethylamine).
- This test illustrates the invention and uses, during the grinding step, 4500 ppm of a homopolymer of acrylic acid, totally neutralized by the sodium ion, and of molecular weight as determined by GPC equal to 5,500 g / mol. 800 ppm of an amine of formula (I) which is N- (1-methylpropyl) -N- (2-hydroxyethylamine) were then introduced into the suspension after grinding.
- Test No. 7 demonstrates that it is possible to reduce the amount of acrylic dispersant by adding an amine, while also reducing the value of Brookfield TM viscosities.
- This example describes the grinding of a natural calcium carbonate (Orgon-France calcite) in water, by use during the step of grinding a homopolymer of acrylic acid, alone or in combination with some amines. Grinding is carried out under the same conditions as those described in Example 1.
- This test illustrates the prior art and uses 6500 ppm of a homopolymer of acrylic acid, 50 mol% of which carboxylic sites are neutralized by the ion. magnesium and 50% by sodium ion, and molecular weight as determined by GPC equal to 5,500 g / mol.
- This test illustrates the invention and uses 6,500 ppm of a homopolymer of acrylic acid, of which 50 mol% of the carboxylic sites are neutralized by the magnesium ion and 50% by the sodium ion, and of weight molecular weight as determined by GPC equal to 5,500 g / mol, in combination with 800 ppm of 2-amino-2-methyl-1-propanol (AMP).
- a homopolymer of acrylic acid of which 50 mol% of the carboxylic sites are neutralized by the magnesium ion and 50% by the sodium ion
- weight molecular weight as determined by GPC equal to 5,500 g / mol
- This test illustrates the invention and uses 5,850 ppm of a homopolymer of acrylic acid, of which 50 mol% of the carboxylic sites are neutralized by the magnesium ion and 50% by the sodium ion, and of weight molecular weight as determined by GPC equal to 5,500 g / mol, in combination with 800 ppm of 2-amino-2-methyl-1-propanol (AMP).
- AMP 2-amino-2-methyl-1-propanol
- This test illustrates the invention and uses 5,850 ppm of a homopolymer of acrylic acid, of which 50 mol% of the carboxylic sites are neutralized by the magnesium ion and 50% by the sodium ion, and of weight molecular weight as determined by GPC equal to 5,500 g / mol, in combination with 800 ppm of an amine of formula (I) which is N- (1-methylpropyl) -N- (2-hydroxyethylamine).
- This test illustrates the invention and uses 5,850 ppm of a homopolymer of acrylic acid, of which 50 mol% of the carboxylic sites are neutralized by the magnesium ion and 50% by the sodium ion, and of weight molecular weight as determined by GPC equal to 500 g / mol, in combination with 800 ppm 2-aminoethanol (ethanolamine, CAS No. 141-43-5). Test n ° 14
- This test illustrates the invention and uses 5,850 ppm of a homopolymer of acrylic acid, of which 50 mol% of the carboxylic sites are neutralized by the magnesium ion and 50% by the sodium ion, and of weight molecular weight as determined by GPC equal to 5,500 g / mol, in combination with 800 ppm of 2,2'-diazabicyclo [2.2.2] octane (DABCO; CAS No. 280-57-9).
- DABCO 2,2'-diazabicyclo [2.2.2] octane
- This test illustrates the invention and uses 5,850 ppm of a homopolymer of acrylic acid, of which 50 mol% of the carboxylic sites are neutralized by the magnesium ion and 50% by the sodium ion, and of weight molecular weight as determined by GPC equal to 5,500 g / mol, in combination with an amine melt consisting of 400 ppm of an amine of formula (I) which is N- (1-methylpropyl) -N- (2-hydroxyethylamine) and 400 ppm of 2-aminoethanol (ethanolamine, CAS No. 141-43-5). For tests Nos.
- a coarse calcium carbonate (Orgon-France calcite) is suspended in water at 20% by weight of concentration. This suspension is agitated to prevent any sedimentation; it circulates in a mill of the Dyno- Mill TM type with a fixed cylinder and a rotating impeller, whose grinding body consists of 2900 grams of corundum balls with a diameter of between 0.6 mm and 1 mm.
- the particle size distribution is such that 60% by weight of these have a diameter of less than 1 micron.
- the calcium carbonate is then concentrated by any means well known to those skilled in the art until the concentration required for the application equal to 67.5% by weight of calcium carbonate.
- a filter cake is then obtained which must be redispersed so that it becomes manipulable and this, by use of an acrylic polymer alone or in combination with an amine.
- This very particular process called "grinding at low concentration without dispersing agent and reconcentration" is described in detail in the document EP 2,044,159.
- These filter cake dispersion tests are carried out in the presence of a copolymer of the acid. acrylic and maleic anhydride, and possibly an amine.
- This dispersion test illustrates the prior art; it implements 3500 ppm of a copolymer of acrylic acid and maleic anhydride, consisting of acrylic acid and maleic anhydride in a molar ratio r equal to 1.36: 1, of equal molecular weight at 19 500 g / mol and 100 mol% of the acid functions are neutralized with sodium hydroxide.
- This test illustrates the invention and employs 3500 ppm of the same copolymer as in Test No. 1, in combination with 800 ppm of N- (1-methylpropyl) -N- (2-hydroxyethylamine).
- This test illustrates the invention and implements 3200 ppm of the same copolymer as in test No. 1, in combination with 800 ppm of N- (1-methylpropyl) -N- (2-hydroxyethylamine).
- This example describes the grinding of a natural calcium carbonate (Orgon-France calcite) in water, by use during the step of grinding a homopolymer of acrylic acid, alone or in combination with some amines.
- the grinding is carried out under the same conditions as those described in Example 1.
- This test illustrates the prior art and uses 12,000 ppm of a homopolymer of acrylic acid, of which 50 mol% of the carboxylic sites are neutralized by the magnesium ion and 50% by the sodium ion, and of molecular weight as determined by GPC equal to 500 g / mol.
- This test illustrates the invention and implements 10,000 ppm of a homopolymer of acrylic acid, of which 50 mol% of the carboxylic sites are neutralized by the magnesium ion and 50% by the sodium ion, and of weight molecular weight as determined by GPC equal to 5,500 g / mol, in combination with 500 ppm 2 [(methylpropyl) amino] ethan-1-ol (CAS 35265-04-4)
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Abstract
L'invention concerne la préparation d'une suspension aqueuse de matière minérale par dispersion et/ou broyage en présence d'au moins une amine et d'un polymère vinyl- carboxylique, l'amine permettant de réduire la quantité dudit polymère ainsi que l'utilisation de la suspension obtenue.
Description
PROCEDE DE PREPARATION DE SUSPENSIONS AQUEUSES DE MATIERES MINERALES AU MOYEN D'AMINES EN COMBINAISON AVEC
DES POLYMERES VINYL-CARBOXYLIQUES. La présente invention est relative aux agents mis en œuvre pour disperser ou pour aider au broyage de matières minérales en milieu humide.
Elle permet à l'homme du métier de minimiser la quantité de polymères vinyl- carboxyliques, communément mis en œuvre dans ces opérations, sans pour autant altérer la stabilité et l'extrait sec des suspensions aqueuses de matières minérales ainsi fabriquées. Cette invention repose sur la mise en œuvre d' aminés, en combinaison avec lesdits polymères vinyl-carboxyliques. De manière surprenante et avantageuse, on parvient alors à réduire la quantité de polymères vinyl-carboxyliques mis en oeuvre, tout en maintenant les propriétés précitées à un niveau au moins équivalent à celui obtenu sans ajout d' aminés dans les conditions spécifiées par la présente invention.
L'industrie minéralière est une grande consommatrice de produits chimiques. Ceux-ci sont utilisés dans les différentes étapes de transformation/modification/traitement que subissent les matières minérales. Ainsi, dans le cas du carbonate de calcium d'origine naturelle ou synthétique, l'homme du métier réalise de nombreuses opérations dites de "broyage" (réduction de la taille granulométrique des particules) à sec ou plus fréquemment en milieu humide, ou de "dispersion" (mise en suspension des particules dans un liquide). Ces deux opérations sont rendues plus aisées par la mise en œuvre respectivement d'agents d'aide au broyage et d'agents dispersants. Le rôle des agents de broyage est de minimiser la limite d'écoulement de la suspension lors de l'opération de broyage et ce, de manière à augmenter la productivité du broyeur ; on facilite ainsi l'action mécanique d'attrition et de fragmentation des particules. Quant aux agents dispersants, ils permettent de maintenir la viscosité d'une suspension dans des plages acceptables au fur et à mesure qu'on y introduit les matières minérales ; ceci permet d'augmenter l'extrait sec tout en gardant un niveau de viscosité suffisamment bas pour manipuler la suspension et la stocker sans risque de sédimentation.
L'art antérieur est particulièrement riche au sujet de tels additifs. Depuis de nombreuses années, on sait que les homopolymères de l'acide acrylique constituent des agents efficaces pour aider à la dispersion ou au broyage en milieu humide du carbonate de calcium. En guise de référence, on pourra se reporter aux documents FR 2 539 137 Al, FR 2 683 536 Al, FR 2 683 537 Al, FR 2 683 538 Al, FR 2 683 539 Al et FR 2 802 830 Al, FR 2 818 165 Al qui illustrent de nombreuses variantes de ces homopolymères, en fonction de leur poids moléculaire et de leur neutralisation. Pour le même type d'application, il est également intéressant de copolymériser l'acide acrylique avec un autre monomère carboxylique, tel que par exemple l'acide méthacrylique ou l'acide maléique (voir à ce sujet les documents EP 0850 685 Al et FR 2 903 618 Al) et/ou avec un autre monomère à insaturation éthylénique mais sans fonction carboxylique, comme un ester (méth)acrylique : cette dernière variante est décrite dans les documents cités au paragraphe précédent.
Ceci étant, du point de vue de la législation et des exigences environnementales, diminuer la quantité de polymère mis en œuvre reste une priorité pour l'homme du métier, pour autant qu'elle s'accommode d'un niveau de performances équivalent à celui obtenu jusqu'alors. Parmi ces performances, on met particulièrement en avant la stabilité des suspensions aqueuses fabriquées, comme déterminée par des mesures de viscosité Brookfield™ à différents instants, et l'extrait sec final exprimé en % en poids sec de matières minérales par rapport au poids total desdites suspensions. A cet égard, le document FR 2 894 846 Al enseigne la mise en œuvre de composés fluorés avec des polyacrylates de l'art antérieur, permettant ainsi de diminuer leur dose dans des procédés de dispersion et de broyage de matières minérales. Néanmoins, lesdits composés fluorés demeurent des produits rares et chers, eux-mêmes susceptibles d'avoir un impact négatif sur l'environnement.
On sait également que réduire l'indice de polymolécularité des polymères acryliques confère à ces derniers des propriétés de dispersion et d'aide au broyage améliorées. Pour ce faire, une méthode consiste à isoler, pour un polymère donné, les chaînes d'un
certain poids moléculaire par des techniques de séparation, statiques ou dynamiques, en présence de solvants, tel que décrit dans le document EP 0 499 267 Al . Un autre moyen repose sur la mise en œuvre de la polymérisation radicalaire dite « contrôlée » (PRC). Ce terme fait référence à des techniques de synthèse basées sur l'utilisation d'agents de transfert de chaîne particuliers, comme des xanthates ou des trithiocarbonates (voir les documents EP 1 529 065 Al et EP 1 377 615A1 ).
En réduisant l'indice de polymolécularité des polymères acryliques fabriqués, on augmente leur capacité à disperser ou à faciliter le broyage d'une matière minérale dans l'eau. Ceci est notamment décrit dans les documents « Dispersion of calcite by poly(sodium acrylate) prepared by Réversible Addition-Fragmentation chain Transfer (RAFT) polymerization » (Polymer (2005), 46(19), pp. 8565-8572) et « Synthesis and Characterization of Poly(acrylic acid) Produced by RAFT Polymerization. Application as a Very Efficient Dispersant of CaC03, Kaolin, and Ti02 » (Macromolecules (2003), 36(9), pp. 3066-3077).
Toutefois, ces dernières solutions basées sur des techniques de séparation ou de PRC, sont parfois difficiles à mettre en œuvre : elles nécessitent des installations spécifiques dont ne dispose pas forcément toute unité industrielle. Enfin, la Demande de Brevet Française FR 2 940 141 porte sur la neutralisation de polyacrylates par l'hydroxyde de lithium, permettant de diminuer la quantité de polymère pour disperser et/ou faciliter le broyage dans l'eau du carbonate de calcium. Néanmoins, l'hydroxyde de lithium qui fait également l'objet de la demande de brevet WO 2010/063757 demeure un composé extrêmement onéreux, qui n'est pas sans poser de graves problèmes environnementaux (voir les dispositions portant sur le recyclage de ce composé).
Proposer une solution simple permettant d'améliorer les performances des polyacrylates de l'art antérieur comme agents dispersants et d'aide au broyage de matières minérales en milieu aqueux, c'est-à-dire permettant d'en diminuer la quantité pour un niveau de performances équivalent, constitue à ce jour un problème non résolu de manière satisfaisante.
Poursuivant ses recherches dans ce domaine, la Demanderesse est parvenue à mettre au point un procédé de fabrication d'une suspension aqueuse de matière minérale par dispersion et/ou broyage en présence d'au moins une aminé et d'au moins un polymère vinyl-carboxylique, comme agent permettant de réduire la quantité dudit polymère, ce dernier étant totalement neutralisé par un agent autre que l'aminé.
De manière tout à fait inattendue, la combinaison entre l'aminé et le polymère vinyl- carboxylique permet de disperser et/ou de faciliter le broyage en milieu aqueux d'une matière minérale, de manière plus efficace que le polymère acrylique utilisé sans l'aminé. On démontre que, pour un niveau de performances au moins équivalent (en terme d'extrait sec et de viscosité Brookfield™ mesurée à 10 tours / minute et ce, pour une granulométrie donnée), on parvient selon l'invention à réduire la quantité de polymère vinyl-carboxylique mis en œuvre. Un exemple d'amine mise en œuvre selon l'invention est l'AMP (2-amino-2-méthyl 1- propanol ; n° CAS = 124-68-5). En outre, selon une variante préférée de l'invention, les aminés mises en œuvre possèdent la formule particulière (I) qui sera explicitée plus loin. On démontre alors que celles-ci s'avèrent plus performantes que l'AMP, pour améliorer l'efficacité du système dispersant selon les paramètres évoqués plus haut. On indique en outre que ces aminés de formule (I) sont déjà connues, notamment comme agents permettant de développer la force colorante d'une peinture (voir le document WO 2009 / 087330 Al ).
Dans l'art antérieur, PAMP a déjà été mise en œuvre avec un polymère acrylique pour disperser une matière minérale. On pourra se reporter au document US 4 370 171 A1 qui enseigne la combinaison de certaines alcanolamines avec des polymères acryliques, en vue de disperser du carbonate de calcium. Selon l'exemple 1 de ce document, on pourra constater que la combinaison revendiquée consiste en fait à prémélanger le dispersant acrylique non neutralisé avec une alcanolamine : en ce sens, le dispersant acide est neutralisé par Γ alcanolamine. Ceci n'est pas le cas de notre invention où le polymère acrylique est totalement neutralisé par un agent différent de l'aminé.
De plus, rien dans le document US 4 370 171 Al ne suggère que les alcanolamines décrites permettraient de réduire la quantité de polymère acrylique, sans affecter les performances du système dispersant. De plus, les ratio massiques alcanolamine:dispersant sont compris entre 0,5:1 et 1,5:1 dans ce document : ceci ne décrit ni ne suggère le ratio préféré de notre invention qui est compris entre 0,05: 1 et 0,35-1. Enfin, selon une autre caractéristique préférée de notre invention non divulguée ni suggérée dans l'état de la technique, les composés de formule (I) conduisent à des performances particulièrement intéressantes, en terme d'extrait sec et de rhéologie des suspensions aqueuses fabriquées.
Aussi, un premier objet de la présente invention réside dans le procédé de préparation d'une suspension aqueuse de matière minérale comprenant les étapes :
a) de mettre à disposition au moins une matière minérale,
b) de préparer une suspension aqueuse comprenant au moins la matière minérale de l'étape a),
c) de broyer la matière minérale de la suspension aqueuse de l'étape b),
d) et éventuellement de sélectionner et/ou concentrer la suspension aqueuse de l'étape c) avant de disperser le concentrât obtenu
caractérisé en ce qu'on ajoute au moins une amine et un polymère vinyl-carboxylique totalement neutralisé par un agent de neutralisation différent d'une amine entre les étapes a) et/ou b) et/ou c) ou pendant l'étape c) ou après l'étape c) pendant ou après la mise en dispersion du concentrât obtenu.
Par « préparer une suspension aqueuse comprenant au moins la matière minérale », on entend dans la présente demande de brevet « former une suspension aqueuse » par ajout de la matière minérale dans l'eau sous agitation avec ou sans addition de dispersants jusqu'à l'obtention d'un extrait sec, exprimé en pourcentage en poids sec de matière minérale par rapport au poids total de la suspension, compris entre 10% et 82%. Par « sélectionner », on entend dans la présente demande de brevet « éliminer les particules grossières ayant une taille de particules supérieures à 45 μιη » par tout moyen connu de l'homme du métier, notamment par la mise en oeuvre de tamis ou de sélecteurs.
Par « concentrer », on entend dans la présente demande de brevet « augmenter la teneur en matière minérale sèche de la suspension aqueuse obtenue à l'étape c) » de sorte que le concentrât obtenu dans le contexte de cette demande de brevet est reconnu par l'homme du métier résulter des moyens de concentration connus dans l'art antérieur, tels que la concentration mécanique, par exemple par la mise en œuvre de centrifuge ou de filtre-presse ou de tube-presse ou de leurs combinaisons, ou tels que la concentration thermique, par exemple l'évaporation ou tels qu'une combinaison de concentration mécanique et thermique. Le concentrât obtenu de la sorte est aussi connu sous les synonymes de « gâteau » ou « filter cake ».
Ce procédé est aussi caractérisé en ce que le ratio massique aminé :polymère vinyl- carboxylique est compris entre 0,05:1 et 0,35-1, préférentiellement entre 0,10:1 et 0,30:1.
Selon une première variante, ce procédé est caractérisé en ce que l'aminé est choisie parmi la diméthylamine, la monoéthanolamine, la diéthanolamine, la triéthanolamine, la N- méthyléthanolamine, le 2-amino-2-méthyl-l-propanol, la triisopropanolamine, la 2,3,4,6,7,8,9,10-octahydropyrimido[l,2-a]azepine (DBU ; n° CAS = 6674-22-2), la 2,2'- diazabicyclo[2.2.2]octane (DABCO ; n° CAS = 280-57-9).
Dans une deuxième variante plus préférée, ce procédé est aussi caractérisé en ce que l'aminé répond à la formule (I) :
avec Ri, R2, R3 identiques ou différents, choisis parmi :
un radical alkyle ou oxyalkylé linéaire ou ramifié ayant de 1 à 12 atomes de carbone,
un radical cyclo-alkyle ayant de 3 à 12 atomes de carbone,
- un radical hydroxy-alkyle linéaire ayant de 1 à 6 atomes de carbone,
étant entendu que :
- au plus un groupe R2 ou R3 représente l'hydrogène,
- au moins un des groupes Ri, R2, R3 comporte un groupement OH,
- au moins un des groupes Ri, R2, R3 comporte au moins une ramification en position a de l'atome d'azote.
Selon cette variante, ce procédé est aussi caractérisé en ce que, dans la formule (I), Ri représente l'hydrogène, R2 et R3 étant identiques ou différents, choisis parmi :
un radical alkyle ou oxyalkylé linéaire ou ramifié ayant de 1 à 12 atomes de carbone,
- un radical cyclo-alkyle ayant de 3 à 12 atomes de carbone,
un radical hydroxy-alkyle linéaire ayant de 1 à 6 atomes de carbone,
étant entendu que :
au plus un des groupe R2 ou R3 comporte un groupement OH,
au moins un des groupe R2 ou R3 comporte au moins une ramification en position a de l'atome d'azote. Selon cette variante, ce procédé est aussi caractérisé en ce que, dans la formule (I), chaque radical alkyle ou oxyalkylé ou cyclo-alkyle comporte de 3 à 10, préférentiellement de 3 à 8 atomes de carbone.
Selon cette variante, ce procédé est aussi caractérisé en ce que, dans la formule (I), le ou les radicaux porteurs du groupement OH comporte 2 ou 3, préférentiellement 2 atomes de carbone.
Selon cette variante, ce procédé est aussi caractérisée en ce que, dans la formule (I), Ri représente l'hydrogène, R2 et R3 étant identiques ou différents, choisis parmi :
- un radical alkyle linéaire ou ramifié ou oxyalkylé ayant de 3 à 8 atomes de carbone,
- un radical cyclo-alkyle ayant de 6 à 10 atomes de carbone,
- un radical hydroxy-alkyle linéaire ayant de 2 à 3, préférentiellement 2 atomes de carbone,
étant entendu que :
au moins un des groupe R2 ou R3 comporte un groupement OH,
au moins un des groupe R2 ou R3 comporte au moins une ramification en position a de l'atome d'azote.
Selon cette variante, ce procédé est aussi caractérisée en ce que l'aminé est choisie parmi :
- la N-( 1 -méthylpropyl)-N-(2-hydroxyéthylamine),
- la N-(l,3-diméthylbutyl)-N-(2-hydroxyéthylamine),
la N-( 1 -éthyl-3-méthylpentyl)-N-(2-hydroxyéthylamine),
la N-(3,3',5-triméthylcyclohexyl)-N-(2-hydroxyéthylamine),
la N-(4-hydroxycyclohexyl)-N-(2-hydroxyéthylamine). D'autres aminés peuvent aussi être mises en œuvre. On pourra citer les polyamines lourdes telles que la piperazine substituée ou non, l'amino ethyl piperazine substituée ou non, l'amino ethyl éthanol aminé, les polyether aminés, les aminés primaires avec des polyéthylène et/ou polypropylène glycol, les éthylènes aminés telles que la 2- (diethylamino) éthyl aminé, la 2-(diisopropylamino) éthyl aminé, la pentamethyldiethylenetriamine ou encore la N-(2-aminoethyl)ethanol aminé, les propylène aminés telles que la N3-amine (3-(2-aminoethylamino)propylamine, la 1,3- diaminopropane, les morpholines substituées telles que la N-éthylmorpholine, la N- méthylmorpholine. On pourra également citer les produits commercialisés sous la marque Alpamine™ par le groupe Arkema, et plus particulièrement l'Alpamine™ N72.
Le poids moléculaire des polymères mis en œuvre n'est pas déterminant, pour autant qu'il ne soit pas trop élevé auquel cas, ledit polymère se comporte comme un agent épaississant du milieu. On peut chiffrer à environ 300 000 g/mol la valeur maximale de ce poids moléculaire. En outre, l'homme du métier sait comment réguler et adapter ce poids moléculaire ; il pourra notamment se reporter aux documents cités au début de la Demande relatant différents polymères acryliques mis en œuvre pour disperser ou faciliter le broyage dans l'eau une matière minérale.
Ce procédé est aussi caractérisé en ce que le polymère vinyl-carboxylique est totalement neutralisé par au moins un agent de neutralisation choisi parmi les hydroxydes et / ou oxydes de calcium, de magnésium, ou parmi les hydroxydes de sodium, de potassium, de lithium et leurs mélanges.
Ce procédé est aussi caractérisé en ce que ledit polymère vinyl-carboxylique est un homopolymère de l'acide acrylique ou un copolymère de l'acide acrylique avec un autre monomère. Ce procédé est aussi caractérisé en ce que, pour le copolymère de l'acide acrylique avec un autre monomère, cet autre monomère est choisi parmi l'acide méthacrylique, l'anhydride maléique, l'acide 2-acrylamido-2-méthyl propane sulfonique, les esters phosphoriques des (méth)acrylates d'alkylène glycol et les monomères non ioniques de formule (II) :
Ce carbonate de calcium naturel est préférentiellement choisi parmi le calcaire, le marbre, la calcite, la craie, la dolomite et leurs mélanges.
Les exemples qui suivent permettront d'illustrer l'invention, sans toutefois en limiter la portée.
EXEMPLES
Toutes les répartitions granulométriques ainsi que les diamètres indiqués sont déterminés avec un appareil Sedigraph™ 5100, commercialisé par la société MICROMERITICS™.
Dans tous les essais, les ppm de produits secs sont indiqués par rapport au poids sec de matière minérale utilisée.
Exemple 1
Cet exemple décrit le broyage d'un carbonate de calcium naturel (calcite d'Orgon- France-) dans l'eau, par mise en œuvre au cours de l'étape de broyage d'un homopolymère de l'acide acrylique, seul ou en combinaison avec certaines aminés. Le broyage est réalisé sur un dispositif de laboratoire de type Dyno Mill™ de type KDL, le volume de la chambre de broyage étant de 1,4 litre, et dont le corps broyant est constitué de 2 500 grammes de billes de corindon de diamètre compris entre 0,6 et 1 mm.
De manière pratique, on introduit d'abord le polymère acrylique, puis l'aminé, et on réalise l'opération de broyage.
En outre, le broyage est réalisé selon des techniques bien connues de l'homme du métier, et notamment décrites dans les documents FR 2 539 137 Al, FR 2 683 536 Al, FR 2 683 537 Al, FR 2 683 538 Al, FR 2 683 539 Al et FR 2 802 830 Al et FR 2 818 165 Al .
Essai n° 1-a
Cet essai illustre l'art antérieur et met en œuvre 3 500 ppm d'un homopolymère de l'acide acrylique, dont 70 % en mole des sites carboxyliques sont neutralisés par l'ion sodium et 30 % par l'ion calcium, et de poids moléculaire tel que déterminé par GPC égal à 5 500 g/mol.
Essai n° 1-b
Cet essai illustre l'art antérieur et met en œuvre 3 500 ppm d'un homopolymère de l'acide acrylique, dont la totalité des sites carboxyliques est neutralisée par une aminé qui est la 2-amino-2-méthyl-l-propanol, et de poids moléculaire tel que déterminé par GPC égal à 5 500 g/mol. Cet essai illustre donc l'art antérieur tel que décrit dans le document US 4 370 171 Al déjà discuté auparavant, où le dispersant est préalablement neutralisé avec une alcanolamine.
Essai n° 2
Cet essai illustre l'invention et met en œuvre 3 300 ppm d'un homopolymère de l'acide acrylique, dont 70 % en mole des sites carboxyliques sont neutralisés par l'ion sodium et 30 % par l'ion calcium, et de poids moléculaire tel que déterminé par GPC égal à 5 500 g/mol, en combinaison avec 800 ppm d'une aminé de formule (I) qui est la N-(l- méthylpropyl)-N-(2-hydroxyéthylamine).
Essai n° 3
Cet essai illustre l'invention et met en œuvre 3 150 ppm d'un homopolymère de l'acide acrylique, dont 70 % en mole des sites carboxyliques sont neutralisés par l'ion sodium et 30 % par l'ion calcium, et de poids moléculaire tel que déterminé par GPC égale à 5 500 g/mol, en combinaison avec 800 ppm d'une aminé de formule (I) qui est la N-(l- méthylpropyl)-N-(2-hydroxyéthylamine).
Pour chacun des essais n° 1 à 3, les mesures des extraits secs (ES), du pourcentage en poids de particules ayant un diamètre inférieure à 2 μιη (% < 2 μηι) et des viscosités Brookfield™ à 25 °C et à 10 tours / minute à t=0 (BklO tO) et à t=8 jours après agitation (BklO t8) sont indiquées dans le tableau 1.
Tableau 1 Ces résultats démontrent que l'ajout d'une amine permet de diminuer la dose de dispersant acrylique mis en œuvre, pour des valeurs de viscosités Brookfield™ comparables et stables dans le temps.
Exemple 2
Cet exemple décrit le broyage d'un carbonate de calcium naturel (calcite d'Orgon- France-) dans l'eau en présence d'un homopolymère de l'acide acrylique et d'éventuellement une amine.
Le broyage est réalisé dans les mêmes conditions que celles décrites dans l'exemple précédent, à l'exception de l'essai n° 8, où l'aminé est introduite dans la suspension, après broyage.
Essai n° 4
Cet essai illustre l'art antérieur et met en œuvre 4 500 ppm d'un homopolymère de l'acide acrylique, totalement neutralisé par l'ion sodium, et de poids moléculaire tel que déterminé par GPC égal à 5 500 g/mol.
Essai n° 5
Cet essai illustre l'invention et met en œuvre 4 500 ppm d'un homopolymère de l'acide acrylique, totalement neutralisé par l'ion sodium, et de poids moléculaire tel que
déterminé par GPC égale à 5 500 g/mol, en combinaison avec 800 ppm d'une amine de formule (I) qui est la N-(l-méthylpropyl)-N-(2-hydroxyéthylamine).
Essai n° 6
Cet essai illustre l'invention et met en œuvre 4 500 ppm d'un homopolymère de l'acide acrylique, totalement neutralisé par l'ion sodium, et de poids moléculaire tel que déterminé par GPC égal à 5 500 g/mol, en combinaison avec 800 ppm de 2-amino-2- méthyl-l-propanol (AMP).
Essai n° 7
Cet essai illustre l'invention et met en œuvre 4 000 ppm d'un homopolymère de l'acide acrylique, totalement neutralisé par l'ion sodium, et de poids moléculaire tel que déterminé par GPC égal à 5 500 g/mol, en combinaison avec 800 ppm d'une amine de formule (I) qui est la N-(l-méthylpropyl)-N-(2-hydroxyéthylamine).
Essai n° 8
Cet essai illustre l'invention et met en œuvre au cours de l'étape de broyage 4 500 ppm d'un homopolymère de l'acide acrylique, totalement neutralisé par l'ion sodium, et de poids moléculaire tel que déterminé par GPC égal à 5 500 g/mol. 800 ppm d'une amine de formule (I) qui est la N-(l-méthylpropyl)-N-(2-hydroxyéthylamine) ont ensuite été introduits dans la suspension, après broyage.
Pour chacun des essais n° 4 à 8, les mesures des extraits secs (ES), du pourcentage en poids de particules ayant un diamètre inférieur à 2 μηι (% < 2 μηι) et des viscosités Brookfield™ à 25 °C et à 10 tours / minute à t=0 (BklO tO) et à t=8 jours après agitation (BklO t8) sont indiquées dans le tableau 2.
Essai n° 4 5 6 7 8
Art Antérieur
INvention AA IN IN IN IN
Dispersant (ppm) 4500 4500 4500 4000 4500
Aminé (ppm) 0 800 800 800 800
ES (%) 76,0 76,1 76,2 76,2 76,2
% < 2 μηι 88,3 88,4 88,4 88,4 88,4
BklO tO (mPa.s) 1570 770 770 800 790
Bkl0 t8 (mPa.s) 2940 1470 2010 1980 1780
Tableau 2
Les résultats selon les essais n° 5, 6 et 8 en comparaison avec ceux obtenus selon l'essai n° 4, démontrent que l'addition d'une aminé permet de diminuer la valeur des viscosités Brookfield™, pour une même dose de dispersant acrylique.
L'essai n° 7 démontre quant à lui qu'il est possible de réduire la quantité de dispersant acrylique par ajout d'une aminé, tout en réduisant également la valeur des viscosités Brookfield™.
Enfin, l'amine de formule (I) mise en œuvre dans l'essai n° 5 permet d'obtenir de meilleurs résultats que l'AMP selon l'essai n° 6. Ce résultat est même confirmé pour une dose de dispersant acrylique inférieure dans le cas de l'amine de formule (I), selon les essais n° 7 et 8.
Exemple 3
Cet exemple décrit le broyage d'un carbonate de calcium naturel (calcite d'Orgon- France-) dans l'eau, par mise en œuvre au cours de l'étape de broyage d'un homopolymère de l'acide acrylique, seul ou en combinaison avec certaines aminés. Le broyage est réalisé dans les mêmes conditions que celles décrites dans l'exemple 1.
Essai n° 9
Cet essai illustre l'art antérieur et met en œuvre 6 500 ppm d'un homopolymère de l'acide acrylique, dont 50 % en mole des sites carboxyliques sont neutralisés par l'ion
magnésium et 50 % par l'ion sodium, et de poids moléculaire tel que déterminé par GPC égal à 5 500 g/mol.
Essai n° 10
Cet essai illustre l'invention et met en œuvre 6 500 ppm d'un homopolymère de l'acide acrylique, dont 50 % en mole des sites carboxyliques sont neutralisés par l'ion magnésium et 50 % par l'ion sodium, et de poids moléculaire tel que déterminé par GPC égal à 5 500 g/mol, en combinaison avec 800 ppm de 2-amino-2-méthyl-l- propanol (AMP).
Essai n° 11
Cet essai illustre l'invention et met en œuvre 5 850 ppm d'un homopolymère de l'acide acrylique, dont 50 % en mole des sites carboxyliques sont neutralisés par l'ion magnésium et 50 % par l'ion sodium, et de poids moléculaire tel que déterminé par GPC égal à 5 500 g/mol, en combinaison avec 800 ppm de 2-amino-2-méthyl-l- propanol (AMP).
Essai n° 12
Cet essai illustre l'invention et met en œuvre 5 850 ppm d'un homopolymère de l'acide acrylique, dont 50 % en mole des sites carboxyliques sont neutralisés par l'ion magnésium et 50 % par l'ion sodium, et de poids moléculaire tel que déterminé par GPC égal à 5 500 g/mol, en combinaison avec 800 ppm d'une aminé de formule (I) qui est la N-(l-méthylpropyl)-N-(2-hydroxyéthylamine).
Essai n° 13
Cet essai illustre l'invention et met en œuvre 5 850 ppm d'un homopolymère de l'acide acrylique, dont 50 % en mole des sites carboxyliques sont neutralisés par l'ion magnésium et 50 % par l'ion sodium, et de poids moléculaire tel que déterminé par GPC égal à 5 500 g/mol, en combinaison avec 800 ppm de 2-aminoéthanol (éthanolamine ; n° CAS = 141-43-5).
Essai n° 14
Cet essai illustre l'invention et met en œuvre 5 850 ppm d'un homopolymère de l'acide acrylique, dont 50 % en mole des sites carboxyliques sont neutralisés par l'ion magnésium et 50 % par l'ion sodium, et de poids moléculaire tel que déterminé par GPC égal à 5 500 g/mol, en combinaison avec 800 ppm de 2,2'-Iminodiéthanol (diéthanolamine ; n° CAS = 1 1 1-42-2).
Essai n° 15
Cet essai illustre l'invention et met en œuvre 5 850 ppm d'un homopolymère de l'acide acrylique, dont 50 % en mole des sites carboxyliques sont neutralisés par l'ion magnésium et 50 % par l'ion sodium, et de poids moléculaire tel que déterminé par GPC égal à 5 500 g/mol, en combinaison avec 800 ppm de 2,2',2"-Nitrilotriethanol (triéthanolamine ; n° CAS = 102-71-6). Essai n° 16
Cet essai illustre l'invention et met en œuvre 5 850 ppm d'un homopolymère de l'acide acrylique, dont 50 % en mole des sites carboxyliques sont neutralisés par l'ion magnésium et 50 % par l'ion sodium, et de poids moléculaire tel que déterminé par GPC égal à 5 500 g/mol, en combinaison avec 800 ppm de 2,3,4,6,7,8,9,10- octahydropyrimido[l,2-a]azepine (DBU ; n° CAS = 6674-22-2).
Essai n° 17
Cet essai illustre l'invention et met en œuvre 5 850 ppm d'un homopolymère de l'acide acrylique, dont 50 % en mole des sites carboxyliques sont neutralisés par l'ion magnésium et 50 % par l'ion sodium, et de poids moléculaire tel que déterminé par GPC égal à 5 500 g/mol, en combinaison avec 800 ppm de 2,2'- diazabicyclo[2.2.2]octane (DABCO ; n° CAS = 280-57-9).
Essai n° 18
Cet essai illustre l'invention et met en œuvre 5 850 ppm d'un homopolymère de l'acide acrylique, dont 50 % en mole des sites carboxyliques sont neutralisés par l'ion magnésium et 50 % par l'ion sodium, et de poids moléculaire tel que déterminé par GPC égal à 5 500 g/mol, en combinaison avec un mélnage d'amines constitué de 400
ppm d'une aminé de formule (I) qui est la N-(l-méthylpropyl)-N-(2- hydroxyéthylamine) et 400 ppm de 2-aminoéthanol (éthanolamine ; n° CAS - 141-43- 5). Pour les essais n° 9 à 18, les mesures des extraits secs (ES), du pourcentage en poids de particules ayant un diamètre inférieur à 2 μηι (% < 2 μηι) et des viscosités Brookfield™ à 25 °C et à 10 tours / minute à t=0 (BklO tO) et à t=8 jours après agitation (BklO t8) sont indiquées dans le tableau 3.
Tableau 3
Par comparaison entre les essais n° 9 et 10 réalisés à dose équivalente de polymère acrylique, on montre que l'aminé permet de broyer à plus haut extrait sec, tout en diminuant les valeurs de viscosités Brookfield™.
Les essais n° 1 1 à 18, par comparaison avec l'essai n° 9, démontrent qu'en ajoutant une aminé, on parvient à réduire la quantité de polymère acrylique, tout en obtenant pour le même extrait sec des valeurs de viscosités Brookfield moins élevées.
Les meilleurs résultats sont obtenus pour l'aminé de formule (I) selon l'essai n° 12.
Enfin, on a réalisé un dernier essai n° 19, hors invention, illustrant une dose identique pour le polymère et l'aminé (comme selon le document US 4 370 171 Al).
II met en oeuvre 2 900 ppm d'un homopolymère de l'acide acrylique, dont 50 % en mole des sites carboxyliques sont neutralisés par l'ion magnésium et 50 % par l'ion sodium, et de poids moléculaire tel que déterminé par GPC égal à 5 500 g/mol, en combinaison avec 2 900 ppm de N-(l-méthylpropyl)-N-(2-hydroxyéthylamine).
On n'est pas parvenu à broyer à extrait sec de 77 %, de manière à obtenir 88 % en poids de particules ayant un diamètre inférieur à 2 μπι comme dans les autres essais : la suspension s'avérait ici beaucoup trop visqueuse.
Exemple 4
Dans les essais qui suivent, un carbonate de calcium grossier (calcite d'Orgon-France-) est mis en suspension dans l'eau à 20 % en poids de concentration. Cette suspension est agitée pour prévenir toute sédimentation ; elle circule dans un broyeur du type Dyno- Mill™ à cylindre fixe et impulseur tournant, dont le corps broyant est constitué de 2 900 grammes de billes de corindon de diamètre compris entre 0,6 mm et 1 mm.
A ce stade, la répartition granulométrique des particules est telle que 60 % en poids de celles-ci ont un diamètre inférieur à 1 micron.
Le carbonate de calcium est alors concentré par tout moyen bien connu de l'homme de métier jusqu'à l'obtention de la concentration requise pour l'application égale à 67,5 % en poids de carbonate de calcium.
On obtient alors un gâteau de filtration qu'il est indispensable de redisperser afin qu'il devienne manipulable et ce, par mise en œuvre d'un polymère acrylique seul ou en combinaison avec une aminé.
Ce procédé très particulier dit de « broyage à faible concentration sans agent dispersant puis reconcentration » est notamment décrit en détails dans le document EP 2 044 159. Ces essais de dispersion de gâteau de filtration sont réalisés en présence d'un copolymère de l'acide acrylique et de l'anhydride maléïque, et éventuellement d'une aminé.
Essai n° 20
Cet essai de dispersion illustre l'art antérieur ; il met en œuvre 3 500 ppm d'un copolymère de l'acide acrylique et de l'anhydride maléique, constitué d'acide acrylique et d'anhydride maléique dans un rapport molaire r égal à 1,36:1, de poids moléculaire égal à 19 500 g/mole et dont 100 % en mole des fonctions acides sont neutralisées par l'hydroxyde de sodium.
Essai n° 21
Cet essai illustre l'invention et met en œuvre 3 500 ppm du même copolymère que dans l'essai n° 1, en combinaison avec 800 ppm de N-(l-méthylpropyl)-N-(2- hydroxyéthylamine).
Essai n° 22
Cet essai illustre l'invention et met en œuvre 3 200 ppm du même copolymère que dans l'essai n° 1, en combinaison avec 800 ppm de N-(l-méthylpropyl)-N-(2- hydroxyéthylamine) .
Pour les essais n° 20 à 22, les mesures des extraits secs (ES) et des viscosités Brookfield™ à 25 °C et à 10 tours / minute à t=0 (BklO tO) et à t=8 jours après agitation (BklO t8) sont indiquées dans le tableau 4.
Tableau 4 Ces résultats démontrent que l'ajout d'une aminé permet, à dose constante de polymère acrylique d'améliorer la rhéologie de la suspension obtenue, ou de diminuer la quantité de dispersant acrylique tout en maintenant la viscosité Brookfield™ à un niveau quasi identique.
Exemple 5
Cet exemple décrit le broyage d'un carbonate de calcium naturel (calcite d'Orgon- France-) dans l'eau, par mise en œuvre au cours de l'étape de broyage d'un homopolymère de l'acide acrylique, seul ou en combinaison avec certaines aminés. Le broyage est réalisé dans les mêmes conditions que celles décrites dans l'exemple 1. Essai n° 23
Cet essai illustre l'art antérieur et met en œuvre 12 000 ppm d'un homopolymère de l'acide acrylique, dont 50 % en mole des sites carboxyliques sont neutralisés par l'ion magnésium et 50 % par l'ion sodium, et de poids moléculaire tel que déterminé par GPC égal à 5 500 g/mol.
Essai n° 24
Cet essai illustre l'invention et met en œuvre 10 000 ppm d'un homopolymère de l'acide acrylique, dont 50 % en mole des sites carboxyliques sont neutralisés par l'ion magnésium et 50 % par l'ion sodium, et de poids moléculaire tel que déterminé par GPC égal à 5 500 g/mol, en combinaison avec 500 ppm de 2[(methylpropyl)amino]ethan-l-ol (CAS 35265-04-4)
Pour les essais n° 23 et 24, les mesures des extraits secs (ES), du pourcentage en poids de particules ayant un diamètre inférieure à 1 μηι (% < 1 μπι) et des viscosités Brookfield™ à 25 °C et à 100 tours / minute (valeur après 1 min) à t=0 (BklOO tO) et à t= 14 jours avant et après agitation (BklOO tl4) sont indiquées dans le tableau 5.
Tableau 5
Ces résultats démontrent que l'ajout d'une amine permet de diminuer la quantité de dispersant acrylique (dans cet exemple une réduction de 20% du dispersant acrylique), tout en maintenant la viscosité Brookfield™ à un niveau quasi identique et stable dans le temps.
Claims
REVENDICATIONS
1) Procédé de préparation d'une suspension aqueuse de matière minérale comprenant les étapes :
a) de mettre à disposition au moins une matière minérale,
b) de préparer une suspension aqueuse comprenant au moins la matière minérale de l'étape a),
c) de broyer la matière minérale de la suspension aqueuse de l'étape b),
d) et éventuellement de sélectionner et/ou concentrer la suspension aqueuse de l'étape c) avant de disperser le concentrât obtenu
caractérisé en ce qu'on ajoute au moins une amine et un polymère vinyl-carboxylique totalement neutralisé par un agent de neutralisation différent d'une amine entre les étapes a) et/ou b) et/ou c) ou pendant l'étape c) ou après l'étape c) pendant ou après la mise en dispersion du concentrât obtenu.
2) Procédé de préparation d'une suspension aqueuse de matière minérale selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ratio massique amine :polymère vinyl- carboxylique est compris entre 0,05:1 et 0,35:1, préférentiellement entre 0,10:1 et 0,25:1.
3) Procédé de préparation d'une suspension aqueuse de matière minérale selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'aminé est choisie parmi la diméthylamine, la monoéthanolamine, la diéthanolamine, la triéthanolamine, la N- méthyléthanolamine, le 2-amino-2-méthyl-l-propanol, la triisopropanolamine, la 2,3,4,6,7,8,9,10- octahydropyrimido[l,2-a]azepine (DBU ; n° CAS = 6674-22-2), la 2,2'- diazabicyclo[2.2.2]octane (DABCO ; n° CAS = 280-57-9).
4) Procédé de préparation d'une suspension aqueuse de matière minérale selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'aminé répond à la formule (I) :
NR1R2R3 (I)
avec Ri, R2, R3 identiques ou différents, choisis parmi :
un radical alkyle ou oxyalkylé linéaire ou ramifié ayant de 1 à 12 atomes de carbone,
un radical cyclo-alkyle ayant de 3 à 12 atomes de carbone,
- un radical hydroxy-alkyle linéaire ayant de 1 à 6 atomes de carbone,
étant entendu que :
- au plus un groupe R2 ou R3 représente l'hydrogène,
- au moins un des groupes Ri, R2, R3 comporte un groupement OH,
au moins un des groupes Ri, R2, R3 comporte au moins une ramification en position a de l'atome d'azote.
5) Procédé de préparation d'une suspension aqueuse de matière minérale selon la revendication 4, caractérisé en ce que, dans la formule (I), Ri représente l'hydrogène, R2 et R3 étant identiques ou différents, choisis parmi :
- un radical alkyle ou oxyalkylé linéaire ou ramifié ayant de 1 à 12 atomes de carbone,
un radical cyclo-alkyle ayant de 3 à 12 atomes de carbone,
- un radical hydroxy-alkyle linéaire ayant de 1 à 6 atomes de carbone,
étant entendu que :
- au plus un des groupe R2 ou R3 comporte un groupement OH,
- au moins un des groupe R2 ou R3 comporte au moins une ramification en position a de l'atome d'azote.
6) Procédé de préparation d'une suspension aqueuse de matière minérale selon la revendication 4, caractérisé en ce que, dans la formule (I), chaque radical alkyle ou oxyalkylé ou cyclo-alkyle comporte de 3 à 10, préférentiellement de 3 à 8 atomes de carbone.
7) Procédé de préparation d'une suspension aqueuse de matière minérale selon la revendication 4, caractérisé en ce que, dans la formule (I), le ou les radicaux porteurs du groupement OH comporte 2 ou 3, préférentiellement 2 atomes de carbone.
8) Procédé de préparation d'une suspension aqueuse de matière minérale selon la revendication 4, caractérisé en ce que, dans la formule (I), Ri représente l'hydrogène, R2 et R3 étant identiques ou différents, choisis parmi :
- un radical alkyle ou oxyalkylé linéaire ou ramifié ayant de 3 à 8 atomes de carbone,
- un radical cyclo-alkyle ayant de 6 à 10 atomes de carbone,
- un radical hydroxy-alkyle linéaire ayant de 2 à 3, préférentiellement 2 atomes de carbone,
étant entendu que :
- au moins un des groupe R2 ou R3 comporte un groupement OH,
au moins un des groupe R2 ou R3 comporte au moins une ramification en position a de l'atome d'azote.
9) Procédé de préparation d'une suspension aqueuse de matière minérale selon l'une des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que l'aminé est choisie parmi :
la N-( 1 -méthylpropyl)-N-(2-hydroxyéthylamine),
la N-( 1 ,3 -diméthylbutyl)-N-(2-hydroxyéthylamine),
- la N-(l-éthyl-3-méthylpentyl)-N-(2-hydroxyéthylamine),
la N-(3,3',5-triméthylcyclohexyl)-N-(2-hydroxyéthylamine),
- la N-(4-hydroxycyclohexyl)-N-(2-hydroxyéthylamine).
10) Procédé de préparation d'une suspension aqueuse de matière minérale selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le polymère vinyl-carboxylique est totalement neutralisé par au moins un agent de neutralisation choisi parmi les hydroxydes et / ou oxydes de calcium, de magnésium, ou parmi les hydroxydes de sodium, de potassium, de lithium et leurs mélanges.
1 1) Procédé de préparation d'une suspension aqueuse de matière minérale selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que ledit polymère vinyl-carboxylique est un homopolymère de l'acide acrylique ou un copolymère de l'acide acrylique avec un autre monomère.
12) Procédé de préparation d'une suspension aqueuse de matière minérale selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que, pour le copolymère de l'acide acrylique avec un autre monomère, cet autre monomère est choisi parmi l'acide méthacrylique, l'anhydride maléique, l'acide 2-acrylamido-2-méthyl propane sulfonique, les esters phosphoriques des (méth)acrylates d'alkylène glycol et les monomères non ioniques de formule (II) :
13) Procédé de préparation d'une suspension aqueuse de matière minérale selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que ladite suspension aqueuse, après dispersion et/ou broyage, présente un extrait sec exprimé en pourcentage en poids sec de matière minérale par rapport à son poids total, compris entre 10 % et 82 %, préférentiellement entre 50 % et 81 %, très préférentiellement entre 65 % et 78 %.
14) Procédé de préparation d'une suspension aqueuse de matière minérale selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que ladite suspension aqueuse présente une teneur en poids sec de polymère vinyl-carboxylique, par rapport au poids sec total de matière minérale, comprise entre 0,01 % et 5,00 %, préférentiellement entre 0,01 % et 2,00 %, et très préférentiellement entre 0,05 % et 1,00 %.
15) Procédé de préparation d'une suspension aqueuse de matière minérale selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que la matière minérale est choisie parmi le carbonate de calcium naturel, synthétique ou précipité, le talc, le kaolin, et leurs mélanges, préférentiellement parmi le carbonate de calcium naturel, synthétique ou précipité et leurs mélanges, et est préférentiellement un carbonate de calcium naturel.
16) Procédé de préparation d'une suspension aqueuse de matière minérale selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que le carbonate de calcium naturel est choisi parmi le calcaire, le marbre, la calcite, la craie, la dolomite et leurs mélanges.
17) Utilisation de la suspension aqueuse de matière minérale obtenue selon l'une des revendications 1 à 16 au domaine du papier, tel que la charge de masse et le couchage du papier, de la peinture et du plastique.
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