WO2016135421A1 - Production de carbonate de calcium precipite - Google Patents

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WO2016135421A1
WO2016135421A1 PCT/FR2016/050429 FR2016050429W WO2016135421A1 WO 2016135421 A1 WO2016135421 A1 WO 2016135421A1 FR 2016050429 W FR2016050429 W FR 2016050429W WO 2016135421 A1 WO2016135421 A1 WO 2016135421A1
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calcium carbonate
cationic polymer
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precipitated calcium
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Christian Jacquemet
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Definitions

  • the present invention relates to the use of a cationic polymer in a process for producing precipitated calcium carbonate, wherein said cationic polymer is optionally used in combination with at least one extinguishing additive.
  • the invention relates to a process for producing precipitated calcium carbonate, comprising the use of a cationic polymer, optionally in combination with at least one extinguishing additive.
  • Calcium carbonate is one of the most used additives in the paper, paint and plastic industries. While Natural Calcium Carbonate (CCN) is generally used as a mineral filler in many applications, synthetic Precipitated Calcium Carbonate (PCC) can be custom-made in terms of morphology and particle size, allowing these materials to perform other functions.
  • CCN Natural Calcium Carbonate
  • PCC Precipitated Calcium Carbonate
  • CCP-S Scalenohedral Precipitated Calcium Carbonate
  • the well-known PCC production processes including the steps of quenching quicklime with water and subsequently precipitating the calcium carbonate by passing carbon dioxide through the slurry of the slurry. resulting calcium, produce only CCP suspensions with a low solids content. Therefore, these methods generally include a subsequent concentration step to obtain a more concentrated CCP slurry, which is of interest for transporting the CCP slurry.
  • Such additional steps of concentration are nevertheless energy intensive and expensive and require equipment such as a centrifuge, which is expensive and requires significant maintenance.
  • mechanical dewatering processes using centrifuges can destroy the structure of the CCP formed, for example in the case of clustered scalenohedral CCP.
  • WO 2005/000742 A1 relates to a method for preparing lamellar PCC comprising the steps of providing a suspension of calcium hydroxide, carbonating said suspension, and adding a polyacrylate to the suspension before the end of the carbonation to precipitate lamellar calcium carbonate.
  • EP 0 281 134 relates to a cationic pigment dispersion which is particularly suitable for preparing paper coating compositions and which contains (a) a pigment compound which is composed of natural calcium carbonate and / or calcium carbonate precipitates, kaolin, calcined kaolin, titanium dioxide, zinc oxide, satin white, aluminum hydrosilicate or mixtures thereof, (b) a cationized polymer which surrounds the pigment particles in the form of a protective colloid which has been obtained from hydrophilic polyacrylates or polymethacrylates, degraded starches or degraded modified starches, methylcelluloses, hydroxymethylcelluloses, carboxymethylcelluloses, degraded alginates, proteins and / or polyvinyl alcohol and which brings the Zeta potential of the dispersion containing the coated pigment particles to the isoelectric point or in the cationic range and optionally (c) a cationic polymer or a quaternary ammonium compound as a dispersing agent for the cationized and colloid coated pigment
  • US 2006/0137574 A1 relates to a pigment composition, comprising at least one calcium carbonate selected from rhombohedral calcium carbonate and natural calcium carbonate, at least one anionic dispersing agent present in an amount sufficient to widely disperse the at least one calcium carbonate and at least one cationic polymer.
  • WO 06/109171 A1 relates to CCP pigments, for use in paper coating formulations for making high quality matte coated papers, particularly for ink jet applications.
  • US 2005/0221026 A1 relates to a thermal ink jet recording paper incorporating dehydrated and ground Crushed Calcium Carbonate (PCC). The precipitated calcium carbonate is dehydrated and milled in the presence of an amphoteric or anionic dispersing agent to produce a PCC composition with a high solids content.
  • FR 2 934 992 relates to the use, for the manufacture of a precipitated mineral material, of at least one particular copolymer. This copolymer would reduce the carbonation time and thus increase the yield of the manufacturing process.
  • WO 2007/067146 A1 discloses a method for preparing PCC using starch or carboxymethylcellulose in the carbonation of calcium hydroxide.
  • An object of the present invention is to provide a solution for the production of CCP suspensions having, for example, a high solids content, without resorting to an additional step of thermal or mechanical concentration.
  • Another object of the present invention is to provide a solution for the production of CCP suspensions with a high dry matter content having easily manageable viscosities, that is to say a solution for increasing the solids content of the solids. CCP suspensions, while preventing the increase of the viscosity of the suspensions. It is also desirable that said solution does not adversely affect the kinetics of the carbonation step and / or does not alter the crystallographic structure of the PCC.
  • the present invention relates to the use of at least one cationic polymer in a process for producing an aqueous suspension of precipitated calcium carbonate, said process comprising the steps of:
  • preparing a milk of lime by mixing water, a material containing calcium oxide and said at least one cationic polymer, the calcium oxide-containing material and the water are mixed in a ratio of weight from 1: 1 to 1: 6 and ii) carbonate the lime milk obtained in step i) to form an aqueous suspension of precipitated calcium carbonate.
  • the invention relates to a process for producing precipitated calcium carbonate, comprising the use of a cationic polymer, optionally in combination with at least one extinguishing additive, said process comprising the steps of:
  • preparing a milk of lime by mixing water, a material containing calcium oxide and said at least one cationic polymer, the calcium oxide-containing material and the water are mixed in a ratio of weight from 1: 1 to 1: 6 and ii) carbonate the lime milk obtained in step i) to form an aqueous suspension of precipitated calcium carbonate.
  • the product comprising the precipitated calcium carbonate obtained by using a cationic polymer according to the present invention may be a paper, a paper product, an ink, a paint, a coating, a plastic, a polymer composition, an adhesive, a product construction, a food product, an agricultural product, a cosmetic product or a pharmaceutical product.
  • the present invention further relates to the use of a combination of at least one cationic polymer and at least one extinguishing additive in a process for producing an aqueous suspension of precipitated calcium carbonate.
  • a "material containing calcium oxide” may be a mineral or synthetic material having a calcium oxide content of at least 50% by weight, preferably 75% by weight more preferably 90% by weight and most preferably 95% by weight based on the total weight of the material containing calcium oxide.
  • a “Mineral material” is a solid substance having a defined inorganic chemical composition and a characteristic crystalline and / or amorphous structure.
  • Natural Calcium Carbonate is a calcium carbonate obtained from natural sources, such as limestone, marble or chalk, and subjected to a wet treatment and / or dry such as grinding, sieving and / or fractionation, for example using a cyclone or a sorter.
  • the "particle size" of precipitated calcium carbonate or other particulate materials is described by its particle size distribution.
  • the value d x represents the diameter for which x% by weight of the particles have a diameter less than d x .
  • the dio value is the particle size at which 20% by weight of all the particles have a diameter smaller than the value d
  • the value ⁇ 3 ⁇ 48 is the particle size at which 98% by weight of all the particles have a smaller diameter. to the value d.
  • the value ⁇ 3 ⁇ 48 is also called “top cut”.
  • the dso value is therefore the median particle size by weight, that is to say that 50% by weight of all the particles have a diameter smaller than or greater than this particle size.
  • the particle size is indicated as the median particle size by weight dso unless otherwise indicated.
  • a Sedigraph 5100 or 5120 device from Micromeritics, USA, can be used.
  • Precipitated Calcium Carbonate is a synthetic material, generally obtained by precipitation following the reaction of carbon dioxide and calcium hydroxide (hydrated lime) in an aqueous medium or by precipitation of a source of calcium and a carbonate source in the water.
  • the precipitated calcium carbonate may also be the product for introducing calcium and carbonate salts, calcium chloride and sodium carbonate, for example, into an aqueous medium.
  • the PCC can be in the form of vaterite, calcite or aragonite. The PCCs are described, for example, in the documents EP 2 447 213 A1, EP 2 524 898 A1, EP 2 371 766 A1.
  • the "dry matter content" of a liquid composition is a measure of the amount of material remaining after evaporation of all solvents or water.
  • the "cationic polymer” used in the process for producing an aqueous suspension of precipitated calcium carbonate within the meaning of the present invention, is defined as being a polymer or copolymer having at least monomer units having a net positive charge and to produce a PCC slurry having a Zeta potential greater than 0 mV, for example a Zeta potential of between 0 mV and 50 mV.
  • the cationic polymer used in the present invention consists of monomeric units having a quaternary amine, for example at least 50 mol% of monomeric units having a quaternary amine.
  • the term "specific viscosity” ⁇ is defined as the difference in relative viscosity as measured at a given temperature minus 1.
  • a “specific surface according to the BET method” within the meaning of the present invention, is defined as being the surface of the particles of precipitated calcium carbonate divided by the mass of the PCC particles.
  • the specific surface area is measured by N 2 adsorption using BET isotherms (ISO 9277: 1995) and is reported in m 2 / g.
  • stable in an aqueous suspension having a pH of 12 and a temperature of 95 ° C means that the polymer retains its physical properties and chemical structure when added to an aqueous suspension having a pH of 12 and a temperature of 95 ° C.
  • the polymer retains its dispersion qualities and is not depolymerized or degraded under said conditions.
  • viscosity or “Brookfield viscosity” refers to Brookfield viscosity. Brookfield viscosity is measured using a Brookfield viscometer (RVT type) at 25 ° C. ⁇ 1 ° C. at 100 rpm using a suitable motive and is indicated in mPa.s.
  • the "water-soluble” materials are defined as materials which, when mixed with deionized water and filtered on a filter having a pore size of 0.2 ⁇ , at 20 ° C to recover the liquid filtrate, lead to a mass less than or equal to 0.1 g of solid material recovered after evaporation between 95 ° C and 100 ° C of 100 g of said liquid filtrate.
  • “Water-soluble” materials are defined as materials leading to a mass greater than 0.1 g of solid material recovered after evaporation between 95 ° C and 100 ° C of 100 g of said liquid filtrate.
  • a "suspension”, within the meaning of the present invention, comprises insoluble solids and water, and possibly other additives, and it generally contains large amounts of solids and is therefore more viscous and may have a higher density than that of the liquid of which it is formed.
  • drying refers to a process in which at least a portion of the water is removed from a material to be dried, so that a constant weight of the "dry” material obtained at 120 ° C is reached.
  • a “dry” material may be further defined by its total moisture content which, unless otherwise indicated, is less than or equal to 1.0% by weight, preferably less than or equal to 0.5% by weight. weight, more preferably less than or equal to 0.2% by weight and most preferably between 0.03% by weight and 0.07% by weight relative to the total weight of the dry material.
  • total moisture content of a material refers to the percentage of moisture (i.e., water) that can be desorbed from a sample by heating to 220 ° C.
  • the present invention relates to the use of a cationic polymer in a process for producing Precipitated Calcium Carbonate (PCC).
  • PCC Precipitated Calcium Carbonate
  • the process for producing an aqueous PCC slurry comprises the steps of (i) preparing a lime milk by mixing water, the calcium oxide containing material, the at least one cationic polymer and optionally the at least one extinguishing additive and (ii) carbonating the lime milk obtained in step (i) to form an aqueous suspension of precipitated calcium carbonate.
  • the at least one cationic polymer is at least comprised of monomeric units having a net positive charge, for example monomeric units having a quaternary amine, and can produce a suspension of PCC having a Zeta potential greater than 0 mV, for example a Zeta potential between 0 mV and 50 mV.
  • the cationic polymer used in the present invention consists of monomeric units having a quaternary amine, for example at least 50 mol% of monomeric units having a quaternary amine.
  • the at least one extinguishing additive may be chosen from the group consisting of organic acids, organic acid salts, sugar alcohols, monosaccharides, disaccharides, polysaccharides, gluconates, phosphonates, lignosulfonates and their mixtures.
  • the calcium oxide-containing material and the water may be mixed in a weight ratio of from 1: 2.5 to 1: 6, for example 1: 2, 5 to 1: 4.
  • PCC in particular CCP-5, is advantageous for wet applications.
  • the cationic polymer provides cationic charges to suspensions of
  • CCP which, in combination with the anionic cellulose fibers of the paper pulp, improves the retention of mineral fillers.
  • step i) of the process for producing an aqueous suspension of precipitated calcium carbonate a material containing calcium oxide is provided.
  • Said material containing calcium oxide can be obtained by calcining a material containing calcium carbonate. Calcination is a heat treatment process applied to the calcium carbonate containing material to cause thermal decomposition leading to the formation of calcium oxide and gaseous carbon dioxide.
  • the calcium carbonate-containing materials that can be used in such a calcination process are those selected from the group consisting of precipitated calcium carbonates, natural calcium carbonate-containing minerals such as marble, limestone and chalk, and minerals containing a mixture alkaline earth carbonates including calcium carbonate such as dolomite or calcium carbonate rich fractions from other sources. It is also possible to subject a residual material containing calcium carbonate to a calcination process to obtain a material containing calcium oxide.
  • calcination step can be performed under conditions and using equipment well known to those skilled in the art. In general, calcination may be carried out in furnaces or reactors (sometimes referred to as furnaces) of various designs, including shaft furnaces, rotary kilns, multi-furnace furnaces and fluidized bed reactors.
  • the end of the calcination reaction can be determined, for example, by monitoring the change in density, the residual carbonate content, for example by X-ray diffraction, or the extinction reactivity by common methods.
  • the material containing calcium oxide is obtained by calcining a material containing calcium carbonate, preferably selected from the group consisting of precipitated calcium carbonate, natural minerals containing calcium carbonate such as marble, limestone and chalk; minerals containing a mixture of alkaline earth carbonates including calcium carbonate such as dolomite or mixtures thereof.
  • the calcium oxide-containing material has a minimum calcium oxide content of at least 75% by weight, preferably at least 90% by weight, and most preferably all of 95% by weight relative to the total weight of the material containing calcium oxide.
  • the material containing calcium oxide consists of calcium oxide.
  • the material containing calcium oxide may consist of a single type of material containing calcium oxide.
  • the calcium oxide-containing material may consist of a mixture of at least two types of calcium oxide-containing materials.
  • the material containing calcium oxide may be used in the process of the invention in its original form, that is to say in the form of raw material, for example, larger or smaller pieces.
  • the calcium oxide-containing material can be milled before use.
  • the material containing calcium carbonate is in the form of particles having a median particle size by weight dso ranging from 0.1 ⁇ to 1,000 ⁇ and preferably from 1 ⁇ to 500 ⁇ .
  • the present invention relates to the use of at least one cationic polymer in a process for the preparation of PCC, more precisely in the step of preparing a milk of lime which must be carbonated thereafter.
  • the cationic polymer is defined in the context of the present invention as having at least monomer units having a net positive charge, for example monomeric units having a quaternary amine.
  • said polymer allows the production of a PCC suspension having a Zeta potential greater than 0 mV, for example a Zeta potential of between 0 mV and 50 mV.
  • the cationic polymer used in the present invention consists of at least monomeric units having a quaternary amine, for example at least 50 mol% of monomeric units having a quaternary amine.
  • the cationic polymer may be a polymeric amine, such as a quaternary amine polymer or an amine polymer that can be converted to quaternary amines or combinations thereof.
  • the cationic polymer may also contain at least two different cationic monomers or may contain a cationic monomer and other nonionic or anionic monomers.
  • Suitable monomers of the cationic polymer include one or more monomers selected from water-soluble polyolefins containing quaternary ammonium groups which may be in the polymer chain, for example, epichlorohydrin / dimethylamine (EPI / DMA) copolymers, alkyl or dialkyldiallylammonium halides, such as dimethyldiallylammonium chloride (DMDAC), diethyldiallylammonium chloride (DEDAC), dimethyldiallylammonium bromide (DMDAB), diethyldiallylammonium bromide (DEDAB), methylacryloyl-oxyethyltrimethylammonium chloride (METAC) ), acryloyl-oxyethyltrimethylammonium chloride (AETAC), methacryloyloxyethyltrimethylammonium methosulfate (METAMS), acryloyloxyethyltrimethylammonium methosulphate (AETA
  • Model polymers also include polymerization products of any of the cationic monomers previously mentioned with nonionic monomers such as acrylamide, methacrylamide or N, N-dimethylacrylamide.
  • Model cationic polymers include poly (diallyldimethylammonium) chloride (pDADMAC), poly (2- (trimethylamino) ethyl methacrylate) (pMADQUAT), quaternary dimethylaminoethyl acrylate copolymers, quaternary dimethylaminoethyl methacrylate copolymers and the like. epichlorohydrin / dimethylamine copolymers (EPIIDMA).
  • cationic polymers include condensates of formaldehyde and melamine, urea or cyanoguanidine.
  • the cationic polymers useful in the present invention also include the copolymers of the aforementioned cationic monomers with nonionic monomers, such as acrylamide, methacrylamide, vinyl acetate, vinyl alcohol, N-methylolacrylamide or diacetone acrylamide. and / or anionic monomers, such as acrylic acid, methacrylic acid, AMPS or maleic acid.
  • Such copolymers are here of the "cationic" type, in view of the fact that a part or their monomer units have a net positive charge, for example at least 40 mol% or at least 50 mol%. According to one embodiment, the overall net charge of these polymers is positive.
  • the at least one cationic polymer is a poly (diallyldimethylammonium) chloride (pDADMAC) or a poly (2- (trimethylamino) ethyl methacrylate) (pMADQUAT).
  • pDADMAC diallyldimethylammonium chloride
  • pMADQUAT poly (2- (trimethylamino) ethyl methacrylate
  • the at least one cationic polymer contains monomers having at least one quaternary ammonium group selected from the group consisting of methylacryloyl-oxyethyltrimethylammonium chloride (METAC), acryloyl-oxyethyltrimethylammonium chloride (AETAC). ), methacrylamido-propyltrimethylammonium chloride (MAPTAC), acrylamido-propyltrimethylammonium chloride (APTAC) and 2-methacryloxyethyltrimethylammonium chloride (MADQUAT).
  • METAC methylacryloyl-oxyethyltrimethylammonium chloride
  • AETAC acryloyl-oxyethyltrimethylammonium chloride
  • MADQUAT 2-methacryloxyethyltrimethylammonium chloride
  • the at least one cationic polymer contains monomers of acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, acrylate alkyl, alkyl methacrylate and acrylamide or substituted or unsubstituted alkyl methacrylamide.
  • the at least one cationic polymer consists exclusively of monomers having at least one quaternary ammonium group selected from the group consisting of methylacryloyl-oxyethyltrimethylammonium chloride (METAC), acryloyl-oxyethyltrimethylammonium chloride (AETAC), methacrylamido-propyltrimethylammonium chloride (MAPTAC), acrylamido-propyltrimethylammonium chloride (APTAC) and 2-methacryloxyethyltrimethylammonium chloride (MADQUAT).
  • METAC methylacryloyl-oxyethyltrimethylammonium chloride
  • AETAC acryloyl-oxyethyltrimethylammonium chloride
  • MATDQUAT 2-methacryloxyethyltrimethylammonium chloride
  • the at least one cationic polymer may have a weight average molecular weight (M w ) of from about 1000 g / mol to about 5,000,000 g / mol, as determined by chromatography of Steric Exclusion (CES).
  • the at least one cationic polymer may have a molecular weight of at least about 1000 g / mol, such as a molecular weight of at least about 2000 g / mol, of at least about 5,000 g / mol, of at least about 10,000 g / mol, of at least about 25,000 g / mol, of at least about 50,000 g / mol, of at least about 100,000 g.
  • the specific viscosity of the at least one cationic polymer may also reflect its weight average molecular weight. According to one aspect of the present invention, the specific viscosity of the at least one cationic polymer varies between 1 and 20, for example between 1.5 and 10.
  • the cationic polymer gives the aqueous suspensions of PCC produced a Zeta potential greater than 0 mV.
  • the aqueous suspensions of PCC obtained using the cationic polymer are characterized in that they have a Zeta potential greater than 0 mV, for example between 0 mV and +50 mV, for example between 0 mV and +40 mV.
  • the at least one cationic polymer gives the aqueous suspensions of PCC produced a Miitek load greater than 0 ⁇ eq / g.
  • the aqueous suspensions of CCP obtained using the cationic polymer are characterized in that they have a Miitek load greater than 0 ⁇ eq / g, for example between 0 ⁇ eq / g and +8 ⁇ eq / g. .
  • the at least one polymer defined above is added during step i) of the process for producing PCC, that is to say that the polymer is added before or during step d 'extinction.
  • the milk of lime known to those skilled in the art, obtained by extinguishing a material containing calcium oxide with water generally has a pH of between 11 and 12.5 at a temperature of 25 ° C. , depending on the concentration of the material containing calcium oxide in the milk of lime. Since the quenching reaction is exothermic, the temperature of the lime milk generally reaches a temperature between 80 ° C and 99 ° C.
  • the at least one polymer of the use according to the invention is selected so that it is stable in an aqueous suspension having a pH of 12 and a temperature of 95 ° C.
  • stable in an aqueous suspension having a pH of 12 and a temperature of 95 ° C means that the polymer retains its physical properties and chemical structure when added to an aqueous suspension having a pH of 12 and a temperature of 95 ° C.
  • the polymer retains its dispersion qualities and is not depolymerized or degraded under said conditions.
  • the absence of depolymerization or degradation of the polymer can be determined by measuring the amount of free monomers in the milk of lime and / or the aqueous suspension of PCC obtained.
  • the amount of free monomers in the milk of lime is less than 0.1% by weight, preferably less than 0.05% by weight, more preferably less than 0.01% by weight. weight and most preferably less than 0.005% by weight relative to the total amount of the at least one polymer provided in step i).
  • the at least one cationic polymer used in step i) of the process consists of a single type of polymer.
  • the at least one polymer of step i) may consist of a mixture of at least two types of polymers.
  • the at least one cationic polymer is added in an amount ranging from 0.01% by weight to 0.5% by weight, preferably from 0.02% by weight to 0.4% by weight. % by weight and more preferably from 0.05% by weight to 0.35% by weight relative to the total weight of the material containing calcium oxide.
  • the at least one cationic polymer can be provided in the form of a solution or dry material.
  • the at least one cationic polymer of step i) is provided in the form of an aqueous solution having a polymer concentration ranging from 1% by weight to 70% by weight and preferably 2% by weight. by weight to 60% by weight relative to the total weight of the aqueous solution.
  • the cationic polymers of the present invention are obtained by known methods of solution radical polymerization, in direct or inverse emulsion, in suspension or by precipitation in appropriate solvents, in the presence of known catalyst systems and transfer agents, or by controlled radical polymerization processes, preferably by nitroxide-controlled polymerization (NMP) or by cobaloxy-controlled polymerization, radical atom transfer polymerization (ATRP) or by controlled radical polymerization with sulfur derivatives, said sulfur derivatives being selected from carbamates, dithioesters or trithiocarbonates (RAFT) or xanthates.
  • NMP nitroxide-controlled polymerization
  • ATRP radical atom transfer polymerization
  • sulfur derivatives being selected from carbamates, dithioesters or trithiocarbonates (RAFT) or xanthates.
  • step i) of the process for producing PCC at least one extinguishing additive may be used in addition to the cationic polymer.
  • the preparation of lime milk according to step i) further comprises mixing at least one extinguishing additive.
  • the at least one extinguishing additive may be chosen from the group consisting of organic acids, organic acid salts, sugar alcohols, monosaccharides, disaccharides, polysaccharides, gluconates, phosphonates, lignosulfonates and their mixtures.
  • the at least one extinguishing additive is chosen from the group consisting of sodium citrate, potassium citrate, calcium citrate, magnesium citrate, monosaccharides and disaccharides. polysaccharides, sucrose, sugar alcohols, meritol, citric acid, sorbitol, sodium salt of diethylenetriamine pentaacetic acid, gluconates, phosphonates, sodium tartrate, sodium lignosulfonate, calcium lignosulfonate and mixtures thereof.
  • the at least one extinguishing additive is sodium citrate and / or sucrose.
  • the at least one extinguishing additive of step i) consists of a single type of extinguishing additive.
  • the at minus an extinguishing additive of step i) may consist of a mixture of at least two types of extinguishing additives.
  • the at least one extinguishing additive may be added in an amount of from 0.01% by weight to 2% by weight based on the total amount of calcium oxide-containing material, preferably in an amount ranging from From 0.05% by weight to 1% by weight, more preferably from 0.06% by weight to 0.8% by weight and most preferably from 0.07% by weight to 0.5% by weight.
  • an extinguishing additive may be useful for controlling the size of the PCC particles and their crystalline morphology without affecting the viscosity of the aqueous suspension.
  • a lime milk is prepared by mixing water, the material containing calcium oxide, the at least one cationic polymer, and optionally the at least one additive extinction.
  • step i) the calcium oxide-containing material and water are mixed in a weight ratio of from 1: 1 to 1: 6.
  • the calcium oxide-containing material and water are mixed in step i) in a weight ratio of from 1: 2.5 to 1: 4.
  • the calcium oxide-containing material and water are mixed in step i) in a weight ratio of 1: 2.5 to 1: 6.
  • the water temperature, which is used in the mixing step i), i.e. the temperature of the water which is used for the extinction of the calcium oxide-containing material is adjusted to be in the range of 0 ° C to 100 ° C, for example 1 ° C to 70 ° C or 2 ° C to 50 ° C or 30 ° C to 50 ° C or 35 ° C to 45 ° C. It will be apparent to those skilled in the art that the initial temperature of the water is not necessarily the same as the temperature of the mixture prepared in step i) because of the highly exothermic nature of the quenching reaction and or mixture of substances having different temperatures.
  • step i) of the method comprises the steps of: al) mixing the at least one cationic polymer with water, optionally the at least one extinguishing additive and
  • step a1) is carried out at a temperature of between 0 ° C. and 99 ° C., for example between 1 ° C. and 70 ° C. or between 2 ° C. and 50 ° C. or between 30 ° C. and 50 ° C or between 35 ° C and 45 ° C.
  • step i) of the method comprises the steps of:
  • step b2) add water to the mixture of step b1).
  • step i) of the process the material containing calcium oxide, the at least one polymer, optionally the at least one extinguishing additive, and the water are mixed simultaneously.
  • the at least one extinguishing additive is added before or after step i) of the process.
  • the at least one polymer may be added in step i) in one or more portions.
  • the at least one cationic polymer is mixed with water, the material containing calcium oxide and the at least one extinguishing additive by adding the at least one a cationic polymer in one or two, three, four, five or more portions.
  • Step i) of the process can be carried out at room temperature, that is to say at a temperature of 20 ° C ⁇ 2 ° C, or at an initial temperature of between 30 ° C and 50 ° C or between ° C and 45 ° C.
  • the reaction being exothermic, the temperature generally reaches a temperature between 85 ° C and 99 ° C during step i), preferably a temperature between 90 ° C and 95 ° C.
  • step i) of the process is carried out by mixing or stirring, for example with mechanical stirring. Equipment suitable for mixing or stirring the process is known to those skilled in the art.
  • the progress of the quenching reaction can be observed by measuring the temperature and / or the conductivity of the reaction mixture. It can also be monitored by turbidity control. Alternatively or in addition, the progression of the quenching reaction can be inspected visually.
  • the inventors have surprisingly found that the addition of a cationic polymer as defined above and optionally a quenching additive as defined above, before or during the quenching step of a CCP production process. , may allow the preparation not only of a lime milk having a low dry matter content but also of a lime milk having a high dry matter content.
  • the calcium oxide-containing material and the water are mixed in a weight ratio of from 1: 1 to 1: 6, for example from 1: 2.5 to 1: 6 or from 1: : 2.5 to 1: 4.
  • the calcium oxide-containing material and the water are mixed in a weight ratio of from 1: 3 to 1: 5.
  • the lime milk of step i) has a dry matter content of at least 15% by weight, preferably ranging from 15% by weight to 45% by weight, more preferably from 20% by weight to 40% by weight and most preferably from 25% by weight to 37% by weight relative to the total weight of the milk of lime.
  • the lime milk of step i) has a Brookfield viscosity ranging from 1 mPa.s to 1000 mPa.s at 25 ° C., more preferably from 5 mPa.s to 800 mPa.s. mPa.s at 25 ° C and most preferably from 10 mPa.s to 500 mPa.s at 25 ° C.
  • the Brookfield viscosity is measured at 100 rpm.
  • additional water may be introduced during the quenching reaction to control and / or maintain and / or reach the dry matter content or Brookfield viscosity of the milk of the invention. desired lime.
  • Step i) of the process can be carried out as a batch, semi-continuous or continuous process.
  • Step ii) of the process can be carried out as a batch, semi-continuous or continuous process.
  • step ii) of the CCP production process the lime milk obtained in step i) is carbonated to form an aqueous suspension of precipitated calcium carbonate.
  • Carbonation is carried out by means and under conditions well known to those skilled in the art.
  • the introduction of carbon dioxide into the milk of lime increases rapidly the concentration of carbonate ions (CO3 2 ) and calcium carbonate is formed.
  • the carbonation reaction can be easily controlled taking into account the reactions involved in the carbonation process.
  • the carbon dioxide dissolves, according to its partial pressure, to form carbonate ions via the formation of carbonic acid (H2CO3) and unstable hydrogen carbonate ions (HCO3) in alkaline solution.
  • H2CO3 carbonic acid
  • HCO3 unstable hydrogen carbonate ions
  • the carbonation is carried out by incorporating pure carbon dioxide gas or technical gases containing at least 10% by volume of carbon dioxide in the milk of lime.
  • the progression of the carbonation reaction can be easily observed by measuring conductivity, turbidity and / or pH.
  • the pH of the milk of lime before the addition of carbon dioxide will be greater than 10, generally between 11 and 12.5 and will decrease continuously until a pH of about 7 is reached. then be stopped.
  • the progression of carbonation can be monitored by measuring the pH and / or the conductivity of the reaction mixture.
  • the temperature of the lime milk obtained in step i), which is used in step ii), is adjusted to be in the range of 20 ° C at 60 ° C and preferably from 30 ° C to 50 ° C. It will be apparent to those skilled in the art that the initial temperature of the milk of lime is not necessarily the same as the temperature of the mixture prepared in step ii) because of the exothermic nature of the carbonation reaction and / or mixture of substances having different temperatures.
  • step ii) is carried out at a temperature of between 5 ° C. and 95 ° C., preferably from 30 ° C. to 70 ° C. and more preferably from 40 ° C. to 60 ° C.
  • Step ii) of the process can be carried out as a batch, semi-continuous or continuous process.
  • the method of producing CCP involving steps i) and ii) of the process is carried out as a batch, semi-continuous or continuous process.
  • the process for producing PCC does not comprise a concentration step of the aqueous suspension of precipitated calcium carbonate obtained in steps i) to ii) of the process.
  • the inventors have surprisingly found that the addition of a cationic polymer as defined above, optionally combined with the addition of a quenching additive before or during the quenching step of a process for producing PCC can enable the preparation of a PCC slurry having a high solids content. It is also believed that omitting a concentration step improves the quality of the PCC particles produced, since particle surface damage, which may occur during the concentration step, is avoided. It is also believed that said PCC slurry can be further concentrated to a solids content of 52% by weight with acceptable viscosities, for example Brookfield viscosities less than or equal to 1000 mPa.s at 25 ° C and at 100 rpm. In general, this is not possible with CCP suspensions obtained by conventional CCP production processes including a concentration step because the viscosity of said suspension would reach such a value that it could not be pumped.
  • acceptable viscosities for example Brookfield viscosities less than or equal to 1000 mPa.s at 25 °
  • the precipitated calcium carbonate obtained has a median particle size by weight dso ranging from 0.1 ⁇ to 100 ⁇ , preferably from 0.25 ⁇ to 50 ⁇ , more preferably from 0 , 3 ⁇ to 5.0 ⁇ and most preferably 0.4 ⁇ to 3.0 ⁇ .
  • the precipitated calcium carbonate may have a crystalline aragonite, calcite or vaterite structure or mixtures of these structures. Another advantage of the present invention is that the crystalline structure and morphology of precipitated calcium carbonate can be controlled, for example by adding seed crystals or other structural modifying chemicals. According to a preferred embodiment, the precipitated calcium carbonate obtained by the process of the invention has a scalenohedral crystalline structure in clusters.
  • the BET specific surface area of the precipitated calcium carbonate obtained by the process according to the present invention may range from 1 m 2 / g to 100 m 2 / g, preferably from 2 m 2 / g to 70 m 2 / g, more preferably from 3 m 2 / g to 50 m 2 / g, in particular from 4 m 2 / g to 30 m 2 / g, measured using nitrogen and the BET method according to ISO 9277.
  • the surface Specific BET of the precipitated calcium carbonate obtained by the process of the present invention can be controlled using additives, for example surfactants, which involve shearing during the precipitation step or subsequently mechanical shear rates. high, leading not only to a small particle size, but also to a high BET specific surface area.
  • the suspension of precipitated calcium carbonate obtained has a solids content of at least 10% by weight, preferably ranging from 20% by weight to 50% by weight, more preferably from 25% by weight to 45% by weight and most preferably from 30% by weight to 40% by weight relative to the total weight of the suspension.
  • the CCP slurry of step ii) has a Brookfield viscosity less than or equal to 1000 mPa.s at 25 ° C, more preferably less than or equal to 800 mPa.s at 25 ° C. ° C and most preferably less than or equal to 600 mPa.s at 25 ° C. Brookfield viscosity can be measured at 100 rpm.
  • Another aspect of the present invention relates to the use of a combination of at least one water-soluble polymer and an extinguishing additive in a process for producing an aqueous suspension of precipitated calcium carbonate, wherein: at least one cationic polymer is constituted by at least monomer units having a net positive charge, for example monomeric units having a quaternary amine and making it possible to produce a suspension of PCC having a potential
  • the extinguishing additive is selected from the group consisting of organic acids, organic acid salts, sugar alcohols, monosaccharides, disaccharides, polysaccharides, gluconates, phosphonates, lignosulfonates and mixtures thereof.
  • the method of the present invention may include additional steps.
  • Lime milk can be sieved to remove oversized particles.
  • a suitable sieve may comprise, for example, a sieve having a size of 700 ⁇ to 100 ⁇ , for example about 100 ⁇ or about 300 ⁇ .
  • the lime milk is sieved after step i) and before step ii), preferably using a sieve having a size ranging from 100 ⁇ to 300 ⁇ .
  • the process for producing precipitated calcium carbonate may further comprise a step iii) of separating the precipitated calcium carbonate from the aqueous suspension obtained in step ii).
  • the term "separation" means that the CCP is removed or isolated from the aqueous suspension obtained in step ii) of the process.
  • Any conventional separation means known to those skilled in the art can be used, for example a mechanical and / or thermal means.
  • mechanical separation processes are filtration, for example by means of a drum filter or a filter press, nanofiltration or centrifugation.
  • An example of a thermal separation process is a concentration process by applying heat, for example in an evaporator.
  • the CCP obtained can be converted, for example, deagglomerated or subjected to a dry grinding step. It can also be milled wet in the form of suspension. If the PCC is subjected to dehydration, dispersion and / or milling steps, these steps can be accomplished by methods known in the art. Wet milling can be carried out in the absence or in the presence of a grinding aid agent. Dispersants may also be included to prepare dispersions where appropriate.
  • the process for producing precipitated calcium carbonate may further comprise a step iv) of drying the separated precipitated calcium carbonate obtained in step iii).
  • the drying step iv) may be carried out using any suitable drying equipment and may, for example, include thermal drying and / or drying under reduced pressure using equipment such as an evaporator , a flash dryer, an oven, a spray dryer and / or drying in a vacuum chamber.
  • suitable drying equipment such as an evaporator , a flash dryer, an oven, a spray dryer and / or drying in a vacuum chamber.
  • the drying step iv) results in a dry precipitated calcium carbonate having a low total moisture content which is less than or equal to 1.0% by weight based on the total weight of the dry precipitated calcium carbonate.
  • the precipitated calcium carbonate obtained by the process of the invention may be post-treated, for example during and / or after a drying step, by an additional component.
  • the precipitated calcium carbonate is treated with a fatty acid, for example stearic acid, a silane or phosphoric esters of fatty acid.
  • the invention also relates to the use of at least one cationic polymer in a process for producing an aqueous suspension of precipitated calcium carbonate obtained according to the invention.
  • the Brookfield viscosity was measured after one hour of production and after one minute of stirring at 25 ° C. ⁇ 1 ° C. at 100 rpm using an RVT type Brookfield viscometer equipped with a suitable disk rotor, for example a mobile 2 to 5.
  • the pH of a slurry or solution was measured at 25 ° C using a Mettler Toledo Seven Easy pH meter and a Mettler Toledo InLab® Expert Pro pH electrode.
  • a three-point calibration (according to the segmentation method) of the instrument was performed initially using commercially available buffer solutions (from Sigma-Aldrich Corp., USA) having a pH of 4.7. and 10 to 20 ° C.
  • the reported pH values are the terminal values detected by the instrument (the measurement is complete when the measured signal differs by less than 0.1 mV from the average over the last 6 seconds).
  • the particle size distribution of the prepared PCC particles was measured using a Sedigraph 5100 from Micromeritics, USA.
  • the method and the instrument are known to those skilled in the art and are commonly used to determine the grain size of mineral fillers and pigments.
  • the measurement was carried out in an aqueous solution comprising 0.1% by weight Na 2 P 2 O 7.
  • the samples were dispersed using a high speed stirrer and ultrasound. For the measurement of the dispersed samples, no other dispersing agent was added. Dry matter content of an aqueous suspension
  • dry matter content of the suspension (also called “dry weight”) was determined using a MJ33 Moisture Analyzer from Mettler-Toledo, Switzerland, with the following settings: drying temperature 160 ° C, stop automatic if the mass does not vary by more than 1 mg over a period of 30 s, standard drying from 5 g to 20 g of suspension.
  • the specific surface area was measured using the BET method according to ISO 9277 using nitrogen, followed by conditioning the sample by heating at 250 ° C for a period of 30 minutes. Before proceeding with these measurements, the sample is filtered through a Buchner funnel, rinsed with deionized water and dried overnight at a temperature of between 90 ° C and 100 ° C in an oven. Then, the dry filter cake is thoroughly ground in a mortar and the resulting powder is placed in a moisture analysis scale at 130 ° C until a constant weight is obtained.
  • Tf (min) is the time required to complete the carbonation of the lime milk, as determined by monitoring the conductivity
  • M (g) is the weight of the lime milk introduced into the carbonation reactor and - TMSLdc (%) is the dry matter content by weight of the milk of lime. Specific viscosity of the polymer
  • specific viscosity in the sense of the present invention is defined as the difference in relative viscosity as measured at a given temperature minus 1.
  • the relative viscosity as used herein, is the quotient between the viscosity of the solution. ⁇ and the viscosity of the solvent I] 0 .
  • the viscosity of the solvent ⁇ 0 is defined as the viscosity of the pure solvent at a given temperature (for example 20 ° C or 25 ° C) and the viscosity of the solution ⁇ is defined as the viscosity of the polymer dissolved in the solvent pure at a given temperature and at a given polymer concentration (eg 50 g / L).
  • the relative viscosity it is sufficient to measure the elution times t (of the polymer solution) and to (of the solvent) at a given temperature (for example 20 ° C or 25 ° C), if the conditions limits are constant. Therefore, the relative viscosity can be defined by:
  • the specific viscosity of the polymer was obtained from an aqueous polymer solution having a polymer concentration of 50 g / L in NaCl solution (120 g / L), the pH of the polymer solution being possibly be adjusted to a value ranging from 6 to 7 using ammonia.
  • the elution times t and to were measured at 25 ° C. ⁇ 0.2 ° C., using a USA KIMAX viscometric tube (reference: size 100, No. 46460 B2).
  • an aqueous solution of NaCl was prepared using reverse osmosis filtered water, the NaCl solution having a concentration of 120 g / L.
  • 2.5 g of dry polymer was combined with 50 g of reverse osmosis filtered water and 6 g of NaCl to obtain a homogeneous solution.
  • the load measurement was carried out using a Mutek PCD 03 device equipped with a Mutek PCD titrator.
  • the sign of the measured value displayed on the screen indicates whether the sample load is positive (cationic) or negative (anionic).
  • An oppositely charged polyelectrolyte having a known charge density is added to the sample as a titrant (either 0.001 N sodium polyoxyethylene sulphate or 0.001 N pDADMAC).
  • the titrant loads neutralize the existing charges in the sample.
  • the titration is interrupted as soon as the zero point of charge (0 mV) is reached.
  • the consumption of the titrant in mL is used as a basis for subsequent calculations.
  • the specific charge quantity q [eq / g of suspension] is calculated according to the following formula:
  • V volume of titrant consumed [L]
  • This suspension is introduced into the measuring cell of the Malvern Zetasizer Nano-ZS which directly displays the Zeta potential value of the CCP suspension in mV.
  • a milk of lime was prepared by mixing with mechanical stirring water and cationic polymers P1 to P5 (if available) and / or an extinguishing additive (for example dry sodium citrate, NaCl) (if available) , at an initial temperature between 50 ° C and 51 ° C (the amounts of extinguishing additives and polymers are shown in Table 2 below). Then calcium oxide (raw lime from Golling, Austria) was added. The mixture obtained was stirred for 25 min and sieved through a sieve of 200 ⁇ .
  • an extinguishing additive for example dry sodium citrate, NaCl
  • the resulting lime milk was transferred to a stainless steel reactor, in which the lime milk was cooled to 50 ° C. Then, the lime milk was carbonated by introducing an air / CC mixture (26% by volume of C0 2 ), flow rate of 23 L / min. During the carbonation step, the reaction mixture was stirred at a speed of 1400 rpm. The kinetics of the reaction were monitored by in-line pH and conductivity measurements. Examples of polymeric additives:
  • the samples of the invention 3 to 7 and 9 confirm that the viscosity of the milk of lime and of the suspension of CCP obtained is totally in adequacy with the intended use of the PCC thus obtained, that is to say CCP suspensions having a Brookfield viscosity less than or equal to 1500 mPa.s at 25 ° C, more preferably less than or equal to 1000 mPa.s at 25 ° C for samples 3 to 6 and 9 and preferably between all less than or equal to 600 mPa.s at 25 ° C for samples 3 to 5 and 9.

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Abstract

La présente invention porte sur l'utilisation d'au moins un polymère cationique dans un procédé de fabrication d'une suspension aqueuse de carbonate de calcium précipité, dans lequel un lait de chaux est préparé en mélangeant de l'eau, un matériau contenant de l'oxyde de calcium, ledit au moins un polymère cationique, éventuellement au moins un additif d'extinction, ledit lait de chaux étant ensuite carbonaté pour former une suspension aqueuse de carbonate de calcium précipité.

Description

PRODUCTION DE CARBONATE DE CALCIUM PRÉCIPITÉ
La présente invention concerne l'utilisation d'un polymère cationique dans un procédé de production de carbonate de calcium précipité, ledit polymère cationique étant éventuellement utilisé en combinaison avec au moins un additif d'extinction. Ainsi, l'invention concerne un procédé de production de carbonate de calcium précipité, comprenant l'utilisation d'un polymère cationique, éventuellement en combinaison avec au moins un additif d'extinction. Contexte de 1 ' invention
Le carbonate de calcium est l'un des additifs les plus utilisés dans les industries du papier, de la peinture et des plastiques. Tandis que le Carbonate de Calcium Naturel (CCN) est généralement utilisé comme charge minérale dans de nombreuses applications, le Carbonate de Calcium Précipité (CCP) de synthèse peut être fabriqué sur mesure en termes de morphologie et de granulométrie, ce qui permet à ces matériaux de remplir d'autres fonctions.
Le Carbonate de Calcium Précipité Scalénoédrique (CCP-S) est, en particulier, utilisé comme charge minérale en combinaison avec des fibres de cellulose dans des applications en milieu humide.
Les procédés de production de CCP, bien connus, comprenant les étapes consistant en l'extinction de la chaux vive avec de l'eau et la précipitation ultérieure du carbonate de calcium en faisant passer du dioxyde de carbone à travers la suspension d'hydroxyde de calcium résultante, produisent uniquement des suspensions de CCP ayant une faible teneur en matière sèche. Par conséquent, ces procédés comprennent généralement une étape ultérieure de concentration afin d'obtenir une suspension de CCP plus concentrée, ce qui représente un intérêt pour le transport de la suspension de CCP. De telles étapes supplémentaires de concentration sont néanmoins gourmandes en énergie et coûteuses et exigent un équipement tel qu'une centrifugeuse, qui coûte cher et nécessite un entretien important. Par ailleurs, les procédés de déshydratation mécanique utilisant des centrifugeuses peuvent détruire la structure du CCP formé, par exemple dans le cas de CCP scalénoédrique en clusters.
Les procédés de préparation de CCP, en présence de différents additifs, sont décrits dans la littérature. Le document US 2011/158890 Al décrit un procédé de fabrication de CCP impliquant l'utilisation d'un polymère peigne, qui réduit la durée de carbonatation du CCP.
Le document WO 2005/000742 Al porte sur un procédé de préparation de CCP lamellaire comprenant les étapes consistant à fournir une suspension d'hydroxyde de calcium, carbonatant ladite suspension, et à ajouter un polyacrylate à la suspension avant la fin de la carbonatation pour précipiter le carbonate de calcium lamellaire.
Le document EP 0 281 134 concerne une dispersion de pigments cationiques qui est appropriée en particulier pour préparer des compositions de revêtement de papier et qui contient (a) un composé de pigment qui est composé de carbonate de calcium naturel et/ou de carbonate de calcium précipité, de kaolin, de kaolin calciné, de dioxyde de titane, d'oxyde de zinc, de blanc satin, d'hydrosilicate d'aluminium ou de leurs mélanges, (b) un polymère cationisé qui entoure les particules pigmentaires sous forme d'un colloïde protecteur et qui a été obtenu à partir de polyacrylates hydrophiles ou de polyméthacrylates, d'amidons dégradés ou d'amidons modifiés dégradés, de méthylcelluloses, d'hydroxyméthylcelluloses, de carboxyméthylcelluloses, d'alginates dégradés, de protéines et/ou d'alcool polyvinylique et qui amène le potentiel Zêta de la dispersion contenant les particules pigmentaires enrobées au point isoélectrique ou dans la gamme cationique et éventuellement (c) un polymère cationique ou un composé d'ammonium quaternaire comme agent de dispersion des particules pigmentaires cationisées et enrobées de colloïde.
Le document US 2006/0137574 Al concerne une composition de pigment, comprenant au moins un carbonate de calcium choisi parmi le carbonate de calcium rhomboédrique et le carbonate de calcium naturel, au moins un agent dispersant anionique présent en une quantité suffisante pour disperser largement le au moins un carbonate de calcium et au moins un polymère cationique.
Le document WO 06/109171 Al concerne des pigments de CCP, destinés à être utilisés dans des formulations de revêtement de papier pour fabriquer des papiers enduits mats de grande qualité, en particulier pour des applications jet d'encre. Le procédé de préparation de ces pigments de CCP, en utilisant un débit réduit d'un gaz contenant du dioxyde de carbone dans l'étape de carbonatation du CCP, produit des agglomérats stables et poreux de CCP présentant des propriétés et une structure uniques, cette étape étant suivie par une étape de concentration pour augmenter la teneur en matière sèche, ladite concentration étant effectuée sans utiliser d'agent d'aide à la dispersion ou avec un agent d'aide à la dispersion cationique. Le document US 2005/0221026 Al concerne un papier d'enregistrement pour imprimante à jet d'encre thermique, incorporant du Carbonate de Calcium Précipité (CCP) déshydraté et broyé. Le carbonate de calcium précipité est déshydraté et broyé en présence d'un agent dispersant amphotère ou anionique pour produire une composition de CCP à forte teneur en matière sèche.
La demande de brevet non publiée EP 14166751.9 déposée au nom des présents demandeurs concerne l'utilisation d'une combinaison d'au moins un polymère hydrosoluble et d'au moins un additif d'extinction dans un procédé de production d'une suspension aqueuse de carbonate de calcium précipité.
Le document FR 2 934 992 concerne l'utilisation, pour la fabrication d'une matière minérale précipitée, d'au moins un copolymère particulier. Ce copolymère permettrait de réduire le temps de carbonatation et d'ainsi augmenter le rendement du procédé de fabrication.
Le document WO 2007/067146 Al divulgue une méthode de préparation de CCP utilisant de l'amidon ou de la carboxymethylcellulose lors de la carbonatation d'hydroxyde de calcium.
Le document WO 2010/093092 Al décrit une méthode de piégeage de C02 par précipitation de carbonate de calcium en présence d'un polymère aminé. Synthèse
Un objet de la présente invention est de fournir une solution pour la production de suspensions de CCP ayant, par exemple, une forte teneur en matière sèche, sans avoir recours à une étape supplémentaire de concentration thermique ou mécanique.
Un autre objet de la présente invention est de fournir une solution pour la production de suspensions de CCP à forte teneur en matière sèche ayant des viscosités facilement gérables, c'est-à-dire une solution permettant d'augmenter la teneur en matière sèche des suspensions de CCP, tout en empêchant l'augmentation de la viscosité des suspensions. Il est également souhaitable que ladite solution n'affecte pas négativement la cinétique de l'étape de carbonatation et/ou n'altère pas la structure cristallographique du CCP.
Un autre objet de la présente invention est de fournir une solution pour la préparation de suspensions de CCP ayant des charges de surface cationiques, même aux pH alcalins. Un autre objet de la présente invention est de fournir une solution pour la préparation de suspensions de CCP à utiliser directement comme charge minérale dans un procédé de fabrication de papier. La présente invention concerne l'utilisation d'au moins un polymère cationique dans un procédé de production d'une suspension aqueuse de carbonate de calcium précipité, ledit procédé comprenant les étapes consistant à :
i) préparer un lait de chaux en mélangeant de l'eau, un matériau contenant de l'oxyde de calcium et ledit au moins un polymère cationique, le matériau contenant de l'oxyde de calcium et l'eau sont mélangés en un rapport en poids allant de 1: 1 à 1:6 et ii) carbonater le lait de chaux obtenu à l'étape i) pour former une suspension aqueuse de carbonate de calcium précipité.
Ainsi, l'invention concerne un procédé de production de carbonate de calcium précipité, comprenant l'utilisation d'un polymère cationique, éventuellement en combinaison avec au moins un additif d'extinction, ledit procédé comprenant les étapes consistant à :
i) préparer un lait de chaux en mélangeant de l'eau, un matériau contenant de l'oxyde de calcium et ledit au moins un polymère cationique, le matériau contenant de l'oxyde de calcium et l'eau sont mélangés en un rapport en poids allant de 1: 1 à 1:6 et ii) carbonater le lait de chaux obtenu à l'étape i) pour former une suspension aqueuse de carbonate de calcium précipité.
Le produit comprenant le carbonate de calcium précipité obtenu en utilisant un polymère cationique selon la présente invention peut être un papier, un produit de papier, une encre, une peinture, un revêtement, un plastique, une composition de polymère, un adhésif, un produit de construction, un produit alimentaire, un produit agricole, un produit cosmétique ou un produit pharmaceutique.
La présente invention concerne, en outre, l'utilisation d'une combinaison d'au moins un polymère cationique et d'au moins un additif d'extinction dans un procédé de production d'une suspension aqueuse de carbonate de calcium précipité.
Description détaillée
Aux fins de la présente invention, les termes cités ci-après doivent être compris comme ayant les significations suivantes :
Un « matériau contenant de l'oxyde de calcium », au sens de la présente invention, peut être un matériau minéral ou de synthèse ayant une teneur en oxyde de calcium d'au moins 50 % en poids, de préférence de 75 % en poids, plus préférentiellement de 90 % en poids et de manière préférée entre toutes de 95 % en poids par rapport au poids total du matériau contenant de l'oxyde de calcium. Aux fins de la présente invention, un « matériau minéral » est une substance solide ayant une composition chimique inorganique définie et une structure caractéristique cristalline et/ou amorphe.
Le « Carbonate de Calcium Naturel » (CCN), au sens de la présente invention, est un carbonate de calcium obtenu à partir de sources naturelles, telles que le calcaire, le marbre ou la craie, et soumis à un traitement par voie humide et/ou sèche tel qu'un broyage, un tamisage et/ou un fractionnement, par exemple à l'aide d'un cyclone ou d'un trieur.
Dans l'ensemble du présent document, la « granulométrie » du carbonate de calcium précipité ou des autres matériaux particulaires est décrite par sa distribution granulométrique. La valeur dx représente le diamètre pour lequel x % en poids des particules ont un diamètre inférieur à dx. Cela signifie que la valeur dio est la granulométrie à laquelle 20 % en poids de toutes les particules ont un diamètre inférieur à la valeur d, et la valeur <¾8 est la granulométrie à laquelle 98 % en poids de toutes les particules ont un diamètre inférieur à la valeur d. La valeur <¾8 est également appelée « coupe supérieure ». La valeur dso est donc la granulométrie médiane en poids, c'est-à-dire que 50 % en poids de toutes les particules ont un diamètre inférieur ou supérieur à cette granulométrie. Aux fins de la présente invention, la granulométrie est indiquée comme étant la granulométrie médiane en poids dso sauf indication contraire. Pour déterminer la granulométrie médiane en poids dso ou la granulométrie de la coupe supérieure <¾8, un appareil Sedigraph 5100 ou 5120 de la société Micromeritics, USA, peut être utilisé.
Le « Carbonate de Calcium Précipité » (CCP), au sens de la présente invention, est un matériau de synthèse, obtenu généralement par précipitation suite à la réaction de dioxyde de carbone et d'hydroxyde de calcium (chaux hydratée) en milieu aqueux ou par précipitation d'une source de calcium et d'une source de carbonate dans l'eau. D'autre part, le carbonate de calcium précipité peut également être le produit permettant d'introduire des sels de calcium et de carbonate, du chlorure de calcium et du carbonate de sodium, par exemple, dans un milieu aqueux. Le CCP peut être sous forme vatérite, calcite ou aragonite. Les CCP sont décrits, par exemple, dans les documents EP 2 447 213 Al, EP 2 524 898 Al, EP 2 371 766 Al .
Aux fins de la présente invention, la « teneur en matière sèche » d'une composition liquide est une mesure de la quantité restante de matériau après évaporation de tous les solvants ou de l'eau. Le « polymère cationique » utilisé dans le procédé de production d'une suspension aqueuse de carbonate de calcium précipité, au sens de la présente invention, est défini comme étant un polymère ou un copolymère ayant au moins des unités monomères ayant une charge positive nette et permettant de produire une suspension de CCP ayant un potentiel Zêta supérieur à 0 mV, par exemple un potentiel Zêta compris entre 0 mV et 50 mV. Selon un mode de réalisation, le polymère cationique utilisé dans la présente invention est constitué d'unités monomères ayant une aminé quaternaire, par exemple au moins 50 % en moles d'unités monomères ayant une aminé quaternaire.
En ce qui concerne le « polymère cationique » utilisé dans le procédé de la présente invention, le terme « viscosité spécifique » η est défini comme étant la différence de viscosité relative telle que mesurée à une température donnée moins 1.
Une « surface spécifique selon la méthode BET » (SS), au sens de la présente invention, est définie comme étant la surface des particules de carbonate de calcium précipité divisée par la masse des particules de CCP. Telle qu'utilisée ici, la surface spécifique est mesurée par adsorption de N2 à l'aide des isothermes BET (ISO 9277: 1995) et est indiquée en m2/g.
Au sens de la présente invention, « stable dans une suspension aqueuse ayant un pH de 12 et une température de 95 °C » signifie que le polymère conserve ses propriétés physiques et sa structure chimique lorsqu'il est ajouté à une suspension aqueuse ayant un pH de 12 et une température de 95°C. Par exemple, le polymère conserve ses qualités de dispersion et n'est pas dépolymérisé ou dégradé dans lesdites conditions.
Aux fins de la présente invention, le terme « viscosité » ou « viscosité Brookfield » fait référence à la viscosité Brookfield. La viscosité Brookfield est mesurée à l'aide d'un viscosimètre Brookfield (type RVT) à 25°C ± 1°C à 100 tr/min en utilisant un mobile approprié et est indiquée en mPa.s.
Aux fins de la présente invention, les matériaux « hydrosolubles » sont définis comme étant des matériaux qui, lorsqu'ils sont mélangés avec de l'eau désionisée et filtrés sur un filtre ayant une dimension des pores de 0,2 μιη, à 20°C pour récupérer le filtrat liquide, conduisent à une masse inférieure ou égale à 0,1 g de matériau solide récupéré après évaporation entre 95°C et 100°C de 100 g dudit filtrat liquide. Les matériaux « hydrosolubles » sont définis comme étant des matériaux conduisant à une masse supérieure à 0,1 g de matériau solide récupéré après évaporation entre 95°C et 100°C de 100 g dudit filtrat liquide. Une « suspension », au sens de la présente invention, comprend des solides insolubles et de l'eau, et éventuellement d'autres additifs, et elle contient généralement des quantités importantes de solides et est donc plus visqueuse et peut avoir une densité supérieure à celle du liquide dont elle est formée.
Sauf indication contraire, le terme « séchage » fait référence à un procédé selon lequel au moins une partie de l'eau est éliminée d'un matériau devant être séché, de sorte qu'un poids constant du matériau « sec » obtenu à 120°C soit atteint. De plus, un matériau « sec » peut être, en outre, défini par sa teneur totale en humidité qui, sauf indication contraire, est inférieure ou égale à 1,0 % en poids, de préférence inférieure ou égale à 0,5 % en poids, plus préférentiellement inférieure ou égale à 0,2 % en poids et de manière préférée entre toutes comprise entre 0,03 % en poids et 0,07 % en poids par rapport au poids total du matériau sec.
La « teneur totale en humidité » d'un matériau fait référence au pourcentage d'humidité (c'est-à-dire d'eau) qui peut être désorbé d'un échantillon par chauffage à 220°C.
Le terme « comprenant », tel qu'utilisé dans la présente description et les présentes revendications, n'exclut pas d'autres éléments. Aux fins de la présente invention, le terme « constitué par » est considéré comme étant un mode de réalisation préféré du terme « comprenant ». Si un groupe est défini ci-après comme comprenant au moins un certain nombre de modes de réalisation, il convient également de comprendre qu'il décrit un groupe, qui n'est constitué de préférence que de ces modes de réalisation.
Lorsqu'un article indéfini ou défini est utilisé en référence à un nom singulier, par exemple « un », « une » ou « le », « la », le pluriel de ce nom est inclus, sauf indication spécifique.
Les termes « pouvant être obtenu » ou « pouvant être défini » et « obtenu » ou « défini » sont utilisés de façon interchangeable. Par exemple, cela signifie que, sauf si le contexte dicte le contraire, le terme « obtenu » n'indique pas, par exemple, qu'un mode de réalisation doit être obtenu par, par exemple, la séquence d'étapes suivant le terme « obtenu » même si une telle compréhension limitée est toujours incluse par les termes « obtenu » ou « défini » comme un mode de réalisation préféré.
La présente invention concerne l'utilisation d'un polymère cationique dans un procédé de production de Carbonate de Calcium Précipité (CCP).
Le procédé de production d'une suspension aqueuse de CCP comprend les étapes consistant à (i) préparer un lait de chaux en mélangeant de l'eau, le matériau contenant de l'oxyde de calcium, le au moins un polymère cationique et éventuellement le au moins un additif d'extinction et (ii) carbonater le lait de chaux obtenu à l'étape (i) pour former une suspension aqueuse de carbonate de calcium précipité.
Le au moins un polymère cationique est au moins constitué d'unités monomères ayant une charge positive nette, par exemple d'unités monomères ayant une aminé quaternaire, et permet de produire une suspension de CCP ayant un potentiel Zêta supérieur à 0 mV, par exemple un potentiel Zêta compris entre 0 mV et 50 mV. Selon un mode de réalisation, le polymère cationique utilisé dans la présente invention est constitué d'unités monomères ayant une aminé quaternaire, par exemple au moins de 50 % en moles d'unités monomères ayant une aminé quaternaire.
Le au moins un additif d'extinction peut être choisi dans le groupe constitué par les acides organiques, les sels d'acide organique, les alcools de sucre, les monosaccharides, les disaccharides, les polysaccharides, les gluconates, les phosphonates, les lignosulfonates et leurs mélanges.
Dans l'étape (i) du procédé, le matériau contenant de l'oxyde de calcium et l'eau peuvent être mélangés en un rapport en poids allant de 1:2,5 à 1:6, par exemple de 1:2,5 à 1:4.
L'utilisation selon l'invention d'un polymère cationique dans le procédé de production de
CCP, en particulier de CCP-S, est avantageuse pour les applications en milieu humide.
En effet, le polymère cationique apporte des charges cationiques aux suspensions de
CCP, qui, en combinaison avec les fibres de cellulose anioniques de la pulpe de papier, améliorent la rétention des charges minérales.
Les détails et les modes de réalisation préférés de l'utilisation selon l'invention sont plus amplement développés ci-après.
Matériau contenant de l'oxyde de calcium
Dans l'étape i) du procédé de production d'une suspension aqueuse de carbonate de calcium précipité, un matériau contenant de l'oxyde de calcium est fourni.
Ledit matériau contenant de l'oxyde de calcium peut être obtenu en calcinant un matériau contenant du carbonate de calcium. La calcination est un procédé de traitement thermique appliqué au matériau contenant du carbonate de calcium afin de provoquer une décomposition thermique conduisant à la formation d'oxyde de calcium et de dioxyde de carbone gazeux. Les matériaux contenant du carbonate de calcium qui peuvent être utilisés dans un tel procédé de calcination sont ceux choisis dans le groupe comprenant les carbonates de calcium précipités, les minéraux naturels contenant du carbonate de calcium tels que le marbre, le calcaire et la craie, et les minéraux contenant un mélange de carbonates alcalino-terreux comprenant du carbonate de calcium tels que la dolomite ou des fractions riches en carbonate de calcium provenant d'autres sources. Il est également possible de soumettre un matériau résiduel contenant du carbonate de calcium à un procédé de calcination afin d'obtenir un matériau contenant de l'oxyde de calcium. Le carbonate de calcium se décompose à environ 1 000°C en oxyde de calcium (appelé communément chaux vive). L'étape de calcination peut être effectuée dans des conditions et en utilisant des équipements bien connus de l'homme du métier. En règle générale, la calcination peut être effectuée dans des fours ou des réacteurs (parfois appelés fourneaux) de conceptions diverses, notamment les fours à cuve, les fours rotatifs, les fours à foyers multiples et les réacteurs à lit fluidisé.
La fin de la réaction de calcination peut être déterminée, par exemple, en surveillant le changement de densité, la teneur résiduelle en carbonate, par exemple par diffraction des rayons X, ou la réactivité de l'extinction par des méthodes courantes.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le matériau contenant de l'oxyde de calcium est obtenu en calcinant un matériau contenant du carbonate de calcium, de préférence choisi dans le groupe constitué par le carbonate de calcium précipité, les minéraux naturels contenant du carbonate de calcium tels que le marbre, le calcaire et la craie, les minéraux contenant un mélange de carbonates alcalino-terreux comprenant du carbonate de calcium tels que la dolomite ou leurs mélanges.
Pour des raisons d'efficacité, il est préféré que le matériau contenant de l'oxyde de calcium ait une teneur minimale en oxyde de calcium d'au moins 75 % en poids, de préférence au moins 90 % en poids et de manière préférée entre toutes de 95 % en poids par rapport au poids total du matériau contenant de l'oxyde de calcium. Selon un mode de réalisation, le matériau contenant de l'oxyde de calcium consiste en de l'oxyde de calcium.
Le matériau contenant de l'oxyde de calcium peut être constitué d'un seul type de matériau contenant de l'oxyde de calcium. Alternativement, le matériau contenant de l'oxyde de calcium peut être constitué d'un mélange d'au moins deux types de matériaux contenant de l'oxyde de calcium.
Le matériau contenant de l'oxyde de calcium peut être utilisé dans le procédé de l'invention sous sa forme originale, c'est-à-dire sous forme de matériau brut, par exemple, de morceaux plus ou moins gros. Alternativement, le matériau contenant de l'oxyde de calcium peut être broyé avant utilisation. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le matériau contenant du carbonate de calcium est sous forme de particules ayant une granulométrie médiane en poids dso allant de 0,1 μιη à 1 000 μιη et de préférence de 1 μιη à 500 μιη.
Polymère cationique
La présente invention concerne l'utilisation d'au moins un polymère cationique dans un procédé de préparation de CCP, plus précisément dans l'étape de préparation d'un lait de chaux qui doit être carbonaté par la suite. Le polymère cationique est défini dans le cadre de la présente invention comme ayant au moins des unités monomères ayant une charge positive nette, par exemple des unités monomères ayant une aminé quaternaire. De plus, ledit polymère permet la production d'une suspension de CCP ayant un potentiel Zêta supérieur à 0 mV, par exemple un potentiel Zêta compris entre 0 mV et 50 mV.
Selon un mode de réalisation, le polymère cationique utilisé dans la présente invention est constitué au moins d'unités monomères ayant une aminé quaternaire, par exemple au moins de 50 % en moles d'unités monomères ayant une aminé quaternaire.
Selon un aspect de la présente invention, le polymère cationique peut être une aminé polymérique, telle qu'un polymère d'amines quaternaires ou un polymère d'amines qui peut être converti en aminés quaternaires ou leurs combinaisons.
Le polymère cationique peut également contenir au moins deux monomères cationiques différents ou contenir un monomère cationique et d'autres monomères non ioniques ou anioniques.
Les monomères appropriés du polymère cationique comprennent un ou plusieurs monomère(s) choisi(s) parmi les polyoléfines hydrosolubles contenant des groupes ammonium quaternaire qui peuvent être dans la chaîne polymère, par exemple, des copolymères épichlorhydrine/diméthylamine (EPI/DMA), des halogénures d'alkyle ou de dialkyldiallylammonium, tels que le chlorure de diméthyldiallylammonium (DMDAC), le chlorure de diéthyldiallylammonium (DEDAC), le bromure de diméthyldiallylammonium (DMDAB), le bromure de diéthyldiallylammonium (DEDAB), le chlorure de méthylacryloyl-oxyéthyltriméthylammonium (METAC), le chlorure d'acryloyl-oxyéthyltriméthylammonium (AETAC), le méthosulfate de méthacryloyl-oxyéthyltriméthylammonium (METAMS), le méthosulfate d'acryloyl-oxyéthyltriméthylammonium (AETAMS), le chlorure de méthacrylamido-propyltriméthylammonium (MAPTAC) ou le chlorure d'acrylamido-propyltriméthylammonium ( APTAC) .
D'autres monomères supplémentaires modèles comprennent l'acrylate de diméthylaminoéthyle, le méthacrylate de diméthylaminoéthyle et le diméthylaminopropylméthacrylamide. Des polymères modèles comprennent également des produits de polymérisation de l'un quelconque des monomères cationiques précédemment cités avec des monomères non ioniques tels que l'acrylamide, le méthacrylamide ou le N,N-diméthylacrylamide.
Des polymères cationiques modèles comprennent le chlorure de poly(diallyldiméthylammonium) (pDADMAC), le méthacrylate de poly(2-(triméthylamino)éthyle) (pMADQUAT), les copolymères d'acrylate de diméthylaminoéthyle quaternaire, les copolymères de méthacrylate de diméthylaminoéthyle quaternaire et les copolymères épichlorhydrine/diméthylamine (EPIIDMA).
D'autres polymères cationiques comprennent les condensais de formaldéhyde et de mélamine, d'urée ou de cyanoguanidine. Les polymères cationiques utiles dans la présente invention comprennent également les copolymères des monomères cationiques susmentionnés avec des monomères non ioniques, tels que l'acrylamide, le méthacrylamide, l'acétate de vinyle, l'alcool vinylique, le N-méthylolacrylamide ou la diacétone acrylamide, et/ou des monomères anioniques, tels que l'acide acrylique, l'acide méthacrylique, l'AMPS ou l'acide maléique.
De tels copolymères sont ici de type « cationique » compte tenu du fait qu'une partie ou leurs unités monomères présentent une charge positive nette, par exemple au moins 40 % en moles ou au moins 50 % en moles. Selon un mode de réalisation, la charge nette globale de ces polymères est positive.
Selon un aspect de la présente invention, le au moins un polymère cationique est un chlorure de poly(diallyldiméthylammonium) (pDADMAC) ou un méthacrylate de poly(2-(triméthylamino)éthyle) (pMADQUAT).
Selon un autre aspect de la présente invention, le au moins un polymère cationique contient des monomères ayant au moins un groupe ammonium quaternaire choisi dans le groupe constitué par le chlorure de méthylacryloyl-oxyéthyltriméthylammonium (METAC), le chlorure d'acryloyl-oxyéthyltriméthylammonium (AETAC), le chlorure de méthacrylamido-propyltriméthylammonium (MAPTAC), le chlorure d'acrylamido-propyltriméthylammonium (APTAC) et le chlorure de 2-méthacryl-oxyéthyltriméthylammonium (MADQUAT) .
Selon un autre aspect de l'invention, le au moins un polymère cationique contient des monomères d'acide acrylique, d'acide méthacrylique, d'acide maléique, d'acrylate d'alkyle, de méthacrylate d'alkyle et d'acrylamide ou de méthacrylamide d'alkyle substitué ou non.
Selon un autre aspect de la présente invention, le au moins un polymère cationique est constitué exclusivement de monomères ayant au moins un groupe ammonium quaternaire choisi dans le groupe constitué par le chlorure de méthylacryloyl-oxyéthyltriméthylammonium (METAC), le chlorure d'acryloyl-oxyéthyltriméthylammonium (AETAC), le chlorure de méthacrylamido-propyltriméthylammonium (MAPTAC), le chlorure d'acrylamido-propyltriméthylammonium (APTAC) et le chlorure de 2-méthacryl-oxyéthyltriméthylammonium (MADQUAT).
Selon un aspect de la présente invention, le au moins un polymère cationique peut avoir un poids moléculaire moyen en poids (Mw) compris entre environ 1 000 g/mol et environ 5 000 000 g/mol, tel que déterminé par Chromatographie d'Exclusion Stérique (CES). Selon un autre aspect de la présente invention, le au moins un polymère cationique peut avoir un poids moléculaire d'au moins environ 1 000 g/mol, tel qu'un poids moléculaire d'au moins environ 2 000 g/mol, d'au moins environ 5 000 g/mol, d'au moins environ 10 000 g/mol, d'au moins environ 25 000 g/mol, d'au moins environ 50 000 g/mol, d'au moins environ 100 000 g/mol, d'au moins environ 250 000 g/mol, d'au moins environ 500 000 g/mol ou d'au moins environ 1 000 000 g/mol. Des mélanges physiques de polymères cationiques contenant différentes espèces cationiques ou des mélanges de polymères cationiques possédant différents poids moléculaires moyens et différentes distributions sont également considérés.
La viscosité spécifique du au moins un polymère cationique peut également refléter son poids moléculaire moyen en poids. Selon un aspect de la présente invention, la viscosité spécifique du au moins un polymère cationique varie entre 1 et 20, par exemple entre 1,5 et 10.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le polymère cationique confère aux suspensions aqueuses de CCP produites un potentiel Zêta supérieur à 0 mV.
Selon un autre mode de réalisation, les suspensions aqueuses de CCP obtenues en utilisant le polymère cationique sont caractérisées en ce qu'elles ont un potentiel Zêta supérieur à 0 mV, par exemple compris entre 0 mV et +50 mV, par exemple entre 0 mV et +40 mV.
Selon un mode de réalisation, le au moins un polymère cationique confère aux suspensions aqueuses de CCP produites une charge Miitek supérieure à 0 μeq/g. Selon un autre mode de réalisation, les suspensions aqueuses de CCP obtenues en utilisant le polymère cationique sont caractérisées en ce qu'elles présentent une charge Miitek supérieure à 0 μeq/g, par exemple comprise entre 0 μeq/g et +8 μeq/g.
Selon la présente invention, le au moins un polymère défini ci-dessus est ajouté au cours de l'étape i) du procédé de production de CCP, c'est-à-dire que le polymère est ajouté avant ou pendant l'étape d'extinction. Le lait de chaux, connu de l'homme du métier, obtenu par extinction d'un matériau contenant de l'oxyde de calcium avec de l'eau a généralement un pH compris entre 11 et 12,5 à une température de 25°C, selon la concentration du matériau contenant de l'oxyde de calcium dans le lait de chaux. Étant donné que la réaction d'extinction est exothermique, la température du lait de chaux atteint généralement une température comprise entre 80°C et 99°C. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le au moins un polymère de l'utilisation selon l'invention est choisi de sorte qu'il soit stable dans une suspension aqueuse ayant un pH de 12 et une température de 95 °C. Au sens de la présente invention, « stable dans une suspension aqueuse ayant un pH de 12 et une température de 95 °C » signifie que le polymère conserve ses propriétés physiques et sa structure chimique lorsqu'il est ajouté à une suspension aqueuse ayant un pH de 12 et une température de 95°C. Par exemple, le polymère conserve ses qualités de dispersion et n'est pas dépolymérisé ou dégradé dans lesdites conditions. L'absence de dépolymérisation ou de dégradation du polymère peut être déterminée en mesurant la quantité de monomères libres dans le lait de chaux et/ou la suspension aqueuse de CCP obtenue. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la quantité de monomères libres dans le lait de chaux est inférieure à 0,1 % en poids, de préférence inférieure à 0,05 % en poids, plus préférentiellement inférieure à 0,01 % en poids et de manière préférée entre toutes inférieure à 0,005 % en poids par rapport à la quantité totale du au moins un polymère fourni dans l'étape i).
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le au moins un polymère cationique utilisé dans l'étape i) du procédé est constitué d'un seul type de polymère. Alternativement, le au moins un polymère de l'étape i) peut être constitué d'un mélange d'au moins deux types de polymères.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le au moins un polymère cationique est ajouté en une quantité allant de 0,01 % en poids à 0,5 % en poids, de préférence de 0,02 % en poids à 0,4 % en poids et plus préférentiellement de 0,05 % en poids à 0,35 % en poids par rapport au poids total du matériau contenant de l'oxyde de calcium. Le au moins un polymère cationique peut être fourni sous la forme d'une solution ou d'un matériau sec. Selon un mode de réalisation, le au moins un polymère cationique de l'étape i) est fourni sous la forme d'une solution aqueuse ayant une concentration en polymère allant de 1 % en poids à 70 % en poids et de préférence de 2 % en poids à 60 % en poids par rapport au poids total de la solution aqueuse.
Les polymères cationiques de la présente invention sont obtenus par des procédés connus de polymérisation radicalaire en solution, en émulsion directe ou inverse, en suspension ou par précipitation dans des solvants appropriés, en présence de systèmes catalytiques et d'agents de transfert connus ou encore par des procédés de polymérisation radicalaire contrôlée, préférentiellement par la polymérisation contrôlée par des nitroxydes (NMP) ou par la polymérisation contrôlée par des cobaloxymes, par la polymérisation par transfert d'atome radicalaire (ATRP) ou par la polymérisation radicalaire contrôlée par des dérivés soufrés, lesdits dérivés soufrés étant choisis parmi des carbamates, des dithioesters ou des trithiocarbonates (RAFT) ou des xanthates.
Additif d 'extinction
Dans l'étape i) du procédé de production de CCP, au moins un additif d'extinction peut être utilisé en plus du polymère cationique.
Dans ce cas, selon un mode de réalisation, la préparation du lait de chaux selon l'étape i) consiste, en outre, à mélanger au moins un additif d'extinction.
Le au moins un additif d'extinction peut être choisi dans le groupe constitué par les acides organiques, les sels d'acide organique, les alcools de sucre, les monosaccharides, les disaccharides, les polysaccharides, les gluconates, les phosphonates, les lignosulfonates et leurs mélanges.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le au moins un additif d'extinction est choisi dans le groupe constitué par le citrate de sodium, le citrate de potassium, le citrate de calcium, le citrate de magnésium, les monosaccharides, les disaccharides, les polysaccharides, le sucrose, les alcools de sucre, le méritol, l'acide citrique, le sorbitol, le sel de sodium de l'acide diéthylènetriamine pentaacétique, les gluconates, les phosphonates, le tartrate de sodium, le lignosulfonate de sodium, le lignosulfonate de calcium et leurs mélanges. Selon un mode de réalisation préféré, le au moins un additif d'extinction est du citrate de sodium et/ou du saccharose.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le au moins un additif d'extinction de l'étape i) est constitué d'un seul type d'additif d'extinction. Alternativement, le au moins un additif d'extinction de l'étape i) peut être constitué d'un mélange d'au moins deux types d'additifs d'extinction.
Le au moins un additif d'extinction peut être ajouté en une quantité allant de 0,01 % en poids à 2 % en poids par rapport à la quantité totale de matériau contenant de l'oxyde de calcium, de préférence en une quantité allant de 0,05 % en poids à 1 % en poids, plus préférentiellement de 0,06 % en poids à 0,8 % en poids et de manière préférée entre toutes de 0,07 % en poids à 0,5 % en poids.
L'ajout d'un additif d'extinction peut être utile pour contrôler la taille des particules de CCP et leur morphologie cristalline sans affecter la viscosité de la suspension aqueuse.
Étape i) du procédé
Dans l'étape i) du procédé de production de CCP, un lait de chaux est préparé en mélangeant de l'eau, le matériau contenant de l'oxyde de calcium, le au moins un polymère cationique, et éventuellement le au moins un additif d'extinction.
Selon l'invention, dans l'étape i), le matériau contenant de l'oxyde de calcium et l'eau sont mélangés en un rapport en poids allant de 1: 1 à 1:6. De manière préférée, le matériau contenant de l'oxyde de calcium et l'eau sont mélangés dans l'étape i) en un rapport en poids allant de 1:2,5 à 1:4.
Selon un mode de réalisation, le matériau contenant de l'oxyde de calcium et l'eau sont mélangés dans l'étape i) en un rapport en poids allant de 1:2,5 à 1:6
La réaction du matériau contenant de l'oxyde de calcium avec de l'eau conduit à la formation d'une suspension laiteuse d'hydroxyde de calcium, mieux connue sous le nom de lait de chaux. Ladite réaction est fortement exothermique et est également appelée dans l'art « extinction de chaux ».
Selon un mode de réalisation de la présente invention, la température de l'eau, qui est utilisée dans l'étape de mélange i), c'est-à-dire la température de l'eau qui est utilisée pour l'extinction du matériau contenant de l'oxyde de calcium, est ajustée afin d'être comprise dans la gamme allant de 0°C à 100°C, par exemple de 1°C à 70°C ou de 2°C à 50°C ou de 30°C à 50°C ou de 35°C à 45°C. Il apparaîtra évident à l'homme du métier que la température initiale de l'eau n'est pas nécessairement la même que la température du mélange préparé dans l'étape i) du fait du caractère fortement exothermique de la réaction d'extinction et/ou du mélange de substances ayant différentes températures.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'étape i) du procédé comprend les étapes consistant à : al) mélanger le au moins un polymère cationique avec de l'eau, éventuellement le au moins un additif d'extinction et
a2) ajouter le matériau contenant de l'oxyde de calcium au mélange de l'étape al). Selon un mode de réalisation, l'étape al) est réalisée à une température comprise entre 0°C et 99°C, par exemple entre 1°C et 70°C ou entre 2°C et 50°C ou entre 30°C et 50°C ou entre 35°C et 45°C.
Selon un autre mode de réalisation de la présente invention, l'étape i) du procédé comprend les étapes consistant à :
bl) mélanger le matériau contenant de l'oxyde de calcium, le au moins un polymère cationique, et éventuellement le au moins un additif d'extinction et
b2) ajouter de l'eau au mélange de l'étape bl).
Selon encore un autre mode de réalisation de la présente invention, dans l'étape i) du procédé, le matériau contenant de l'oxyde de calcium, le au moins un polymère, éventuellement le au moins un additif d'extinction, et de l'eau sont mélangés simultanément.
Selon encore un autre mode de réalisation de la présente invention, le au moins un additif d'extinction est ajouté avant ou après l'étape i) du procédé.
Le au moins un polymère peut être ajouté dans l'étape i) en une portion ou en plusieurs portions. Selon un mode de réalisation, dans l'étape i), le au moins un polymère cationique est mélangé avec de l'eau, le matériau contenant de l'oxyde de calcium et le au moins un additif d'extinction en ajoutant le au moins un polymère cationique en une portion ou en deux, trois, quatre, cinq portions ou plus.
L'étape i) du procédé peut être réalisée à température ambiante, c'est-à-dire à une température de 20°C ± 2°C, ou à une température initiale comprise entre 30°C et 50°C ou entre 35°C et 45°C. La réaction étant exothermique, la température atteint généralement une température comprise entre 85°C et 99°C au cours de l'étape i), de préférence une température comprise entre 90°C et 95°C. Selon un mode de réalisation préféré, l'étape i) du procédé est réalisée en mélangeant ou en agitant, par exemple sous agitation mécanique. L'équipement approprié pour le mélange ou l'agitation du procédé est connu de l'homme du métier.
La progression de la réaction d'extinction peut être observée en mesurant la température et/ou la conductivité du mélange réactionnel. Elle peut également être surveillée par le contrôle de la turbidité. Alternativement ou en complément, la progression de la réaction d'extinction peut être inspectée visuellement. Les inventeurs ont constaté avec surprise que l'ajout d'un polymère cationique tel que défini précédemment et éventuellement d'un additif d'extinction tel que défini précédemment, avant ou pendant l'étape d'extinction d'un procédé de production de CCP, peut permettre la préparation non seulement d'un lait de chaux ayant une faible teneur en matière sèche mais aussi d'un lait de chaux ayant une forte teneur en matière sèche. En effet, il est intéressant de noter que, selon un aspect de l'invention, en carbonatant ledit lait de chaux fortement concentré, il est possible d'obtenir une suspension aqueuse de CCP qui a également une forte teneur en matière sèche. En conséquence, le procédé de la présente invention ne nécessite pas d'étape de concentration supplémentaire afin d'obtenir une suspension de CCP ayant une forte teneur en matière sèche.
Selon la présente invention, le matériau contenant de l'oxyde de calcium et l'eau sont mélangés en un rapport en poids allant de 1: 1 à 1:6, par exemple de 1:2,5 à 1:6 ou de 1:2,5 à 1:4. Selon un mode de réalisation préféré, dans l'étape i), le matériau contenant de l'oxyde de calcium et l'eau sont mélangés en un rapport en poids allant de 1:3 à 1:5.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le lait de chaux de l'étape i) a une teneur en matière sèche d'au moins 15 % en poids, de préférence allant de 15 % en poids à 45 % en poids, plus préférentiellement de 20 % en poids à 40 % en poids et de manière préférée entre toutes de 25 % en poids à 37 % en poids par rapport au poids total du lait de chaux.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le lait de chaux de l'étape i) a une viscosité Brookfield allant de 1 mPa.s à 1 000 mPa.s à 25°C, plus préférentiellement de 5 mPa.s à 800 mPa.s à 25°C et de manière préférée entre toutes de 10 mPa.s à 500 mPa.s à 25 °C. Selon un mode de réalisation, la viscosité Brookfield est mesurée à 100 tr/min. Dans le cadre de la présente invention, de l'eau supplémentaire peut être introduite au cours de la réaction d'extinction afin de contrôler et/ou de maintenir et/ou d'atteindre la teneur en matière sèche ou la viscosité Brookfield du lait de chaux désirée.
L'étape i) du procédé peut être réalisée sous la forme d'un procédé discontinu, semi-continu ou continu. Étape ii) du procédé
Dans l'étape ii) du procédé de production de CCP, le lait de chaux obtenu à l'étape i) est carbonaté pour former une suspension aqueuse de carbonate de calcium précipité.
La carbonatation est réalisée par des moyens et dans des conditions bien connus de l'homme du métier. L'introduction de dioxyde de carbone dans le lait de chaux augmente rapidement la concentration en ions carbonates (CO32 ) et le carbonate de calcium est formé. En particulier, la réaction de carbonatation peut être aisément contrôlée en tenant compte des réactions impliquées dans le procédé de carbonatation. Le dioxyde de carbone se dissout, selon sa pression partielle, pour former des ions carbonates via la formation d'acide carbonique (H2CO3) et d'ions hydrogénocarbonates (HCO3 ) instables en solution alcaline. Lors de la dissolution continue du dioxyde de carbone, les ions hydroxydes sont consommés et la concentration en ions carbonates augmente jusqu'à ce que la concentration en carbonate de calcium dissout soit supérieure au produit de solubilité et que le carbonate de calcium solide précipite.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, dans l'étape ii), la carbonatation est réalisée en incorporant du dioxyde de carbone gazeux pur ou des gaz techniques contenant au moins 10 % en volume de dioxyde de carbone dans le lait de chaux.
La progression de la réaction de carbonatation peut être aisément observée en mesurant la conductivité, la turbidité et/ou le pH. À cet égard, le pH du lait de chaux avant l'ajout de dioxyde de carbone sera supérieur à 10, généralement compris entre 11 et 12,5 et diminuera continuellement jusqu'à obtention d'un pH d'environ 7. La réaction peut alors être stoppée.
La conductivité diminue lentement au cours de la réaction de carbonatation puis diminue rapidement pour atteindre de faibles valeurs lorsque la précipitation est terminée. La progression de la carbonatation peut être surveillée en mesurant le pH et/ou la conductivité du mélange réactionnel.
Selon un mode de réalisation du procédé de production de CCP, la température du lait de chaux obtenu à l'étape i), qui est utilisé dans l'étape ii), est ajustée afin d'être comprise dans la gamme allant de 20°C à 60°C et de préférence de 30°C à 50°C. Il apparaîtra évident à l'homme du métier que la température initiale du lait de chaux, n'est pas nécessairement la même que la température du mélange préparé dans l'étape ii) du fait du caractère exothermique de la réaction de carbonatation et/ou du mélange de substances ayant différentes températures.
Selon un mode de réalisation du procédé de production de CCP, l'étape ii) est réalisée à une température comprise entre 5°C et 95°C, de préférence de 30°C à 70°C et plus préférentiellement de 40°C à 60°C.
L'étape ii) du procédé peut être réalisée sous la forme d'un procédé discontinu, semi-continu ou continu. Selon un mode de réalisation, le procédé de production de CCP impliquant les étapes i) et ii) du procédé est réalisé sous la forme d'un procédé discontinu, semi-continu ou continu.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le procédé de production de CCP ne comprend pas d'étape de concentration de la suspension aqueuse de carbonate de calcium précipité obtenue aux étapes i) à ii) du procédé.
Comme cela a été mentionné précédemment, les inventeurs ont constaté avec surprise que l'ajout d'un polymère cationique tel que défini précédemment éventuellement combiné à l'ajout d'un additif d'extinction avant ou pendant l'étape d'extinction d'un procédé de production de CCP peut permettre la préparation d'une suspension de CCP ayant une forte teneur en matière sèche. On pense également que l'omission d'une étape de concentration améliore la qualité des particules de CCP produites, étant donné que les dommages de surface des particules, qui peuvent se produire au cours de l'étape de concentration, sont évités. Il est également estimé que ladite suspension de CCP peut être davantage concentrée jusqu'à une teneur en matière solide de 52 % en poids avec des viscosités acceptables, par exemple des viscosités Brookfield inférieures ou égales à 1 000 mPa.s à 25°C et à 100 tr/min. En général, cela n'est pas possible avec des suspensions de CCP obtenues par les procédés conventionnels de production de CCP comprenant une étape de concentration car la viscosité de ladite suspension atteindrait une valeur telle qu'elle ne pourrait pas être pompée.
Selon un mode de réalisation du procédé de production de CCP, le carbonate de calcium précipité obtenu a une granulométrie médiane en poids dso allant de 0, 1 μιη à 100 μιη, de préférence de 0,25 μιη à 50 μιη, plus préférentiellement de 0,3 μιη à 5,0 μιη et de manière préférée entre toutes de 0,4 μιη à 3,0 μιη.
Le carbonate de calcium précipité peut avoir une structure cristalline aragonite, calcite ou vatérite ou des mélanges de ces structures. Un autre avantage de la présente invention est que la structure cristalline et la morphologie du carbonate de calcium précipité peuvent être contrôlées, par exemple en ajoutant des cristaux de germination ou d'autres produits chimiques modificateurs de structure. Selon un mode de réalisation préféré, le carbonate de calcium précipité obtenu par le procédé de l'invention a une structure cristalline scalénoédrique en clusters.
La surface spécifique BET du carbonate de calcium précipité obtenu par le procédé selon la présente invention peut aller de 1 m2/g à 100 m2/g, de préférence de 2 m2/g à 70 m2/g, plus préférentiellement de 3 m2/g à 50 m2/g, en particulier de 4 m2/g à 30 m2/g, mesurée en utilisant de l'azote et la méthode BET conformément à la norme ISO 9277. La surface spécifique BET du carbonate de calcium précipité obtenu par le procédé de la présente invention peut être contrôlée en utilisant des additifs, par exemple des agents tensioactifs, qui impliquent un cisaillement au cours de l'étape de précipitation ou par la suite des taux de cisaillement mécanique élevés conduisant non seulement à une faible granulométrie, mais aussi à une surface spécifique BET élevée.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, la suspension de carbonate de calcium précipité obtenue a une teneur en matière sèche d'au moins 10 % en poids, de préférence allant de 20 % en poids à 50 % en poids, plus préférentiellement de 25 % en poids à 45 % en poids et de manière préférée entre toutes de 30 % en poids à 40 % en poids par rapport au poids total de la suspension.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, la suspension de CCP de l'étape ii) a une viscosité Brookfield inférieure ou égale à 1 000 mPa.s à 25°C, plus préférentiellement inférieure ou égale à 800 mPa.s à 25°C et de manière préférée entre toutes inférieure ou égale à 600 mPa.s à 25°C. La viscosité Brookfield peut être mesurée à 100 tr/min.
Un autre aspect de la présente invention concerne l'utilisation d'une combinaison d'au moins un polymère hydrosoluble et d'un additif d'extinction dans un procédé de production d'une suspension aqueuse de carbonate de calcium précipité, dans laquelle : le au moins un polymère cationique est constitué au moins d'unités monomères ayant une charge positive nette, par exemple d'unités monomères ayant une aminé quaternaire et permettant de produire une suspension de CCP ayant un potentiel
Zêta supérieur à 0 mV et
l'additif d'extinction est choisi dans le groupe constitué par les acides organiques, les sels d'acide organique, les alcools de sucre, les monosaccharides, les disaccharides, les polysaccharides, les gluconates, les phosphonates, les lignosulfonates et leurs mélanges.
Étapes supplémentaires du procédé
Le procédé de la présente invention peut comprendre des étapes supplémentaires.
Le lait de chaux peut être tamisé afin d'éliminer les particules surdimensionnées. Un tamis approprié peut comprendre, par exemple, un tamis ayant un calibre de 700 μιη à 100 μιη, par exemple environ 100 μιη ou environ 300 μιη. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le lait de chaux est tamisé après l'étape i) et avant l'étape ii), de préférence à l'aide d'un tamis ayant un calibre allant de 100 μιη à 300 μιη. Le procédé de production de carbonate de calcium précipité peut comprendre, en outre, une étape iii) de séparation du carbonate de calcium précipité de la suspension aqueuse obtenue à l'étape ii).
Aux fins de la présente invention, l'expression « séparation » signifie que le CCP est éliminé ou isolé de la suspension aqueuse obtenue à l'étape ii) du procédé. Tous moyens de séparation conventionnels connus de l'homme du métier peuvent être utilisés, par exemple un moyen mécanique et/ou thermique. Des exemples de procédés de séparation mécanique sont la filtration, par exemple au moyen d'un filtre à tambour ou d'un filtre presse, la nanofiltration ou la centrifugation. Un exemple de procédé de séparation thermique est un procédé de concentration par application de chaleur, par exemple dans un évaporateur.
Le CCP obtenu peut être transformé, par exemple, désaggloméré ou soumis à une étape de broyage à sec. Il peut également être broyé par voie humide sous forme de suspension. Si le CCP est soumis à des étapes de déshydratation, de dispersion et/ou de broyage, ces étapes peuvent être accomplies par des méthodes connues dans l'art. Le broyage par voie humide peut être effectué en l'absence ou en présence d'un agent d'aide au broyage. Des dispersants peuvent également être inclus pour préparer des dispersions, le cas échéant. Le procédé de production de carbonate de calcium précipité peut comprendre, en outre, une étape iv) de séchage du carbonate de calcium précipité séparé obtenu à l'étape iii). En général, l'étape de séchage iv) peut être réalisée en utilisant n'importe quel équipement de séchage approprié et peut, par exemple, comprendre un séchage thermique et/ou un séchage sous pression réduite en utilisant un équipement tel qu'un évaporateur, un séchoir éclair, un four, un séchoir par pulvérisation et/ou un séchage dans une chambre à vide.
L'étape de séchage iv) conduit à un carbonate de calcium précipité sec ayant une faible teneur totale en humidité qui est inférieure ou égale à 1,0 % en poids par rapport au poids total du carbonate de calcium précipité sec.
Le carbonate de calcium précipité obtenu par le procédé de l'invention peut être post-traité, par exemple pendant et/ou après une étape de séchage, par un composant supplémentaire. Selon un mode de réalisation, le carbonate de calcium précipité est traité par un acide gras, par exemple l'acide stéarique, un silane ou des esters phosphoriques d'acide gras. Enfin, l'invention concerne également l'utilisation d'au moins un polymère cationique dans un procédé de production d'une suspension aqueuse de carbonate de calcium précipité obtenue selon l'invention.
EXEMPLES
1. Méthodes de mesure
Les méthodes de mesure mises en œuvre dans les exemples sont décrites ci-après.
Viscosité Brookfield
La viscosité Brookfield a été mesurée après une heure de production et après une minute d'agitation à 25°C ± 1°C à 100 tr/min en utilisant un viscosimètre Brookfield de type RVT équipé d'un mobile à disque approprié, par exemple un mobile 2 à 5.
Mesure de pH
Le pH d'une suspension ou d'une solution a été mesurée à 25°C en utilisant un pH-mètre Mettler Toledo Seven Easy et une électrode de pH Mettler Toledo InLab® Expert Pro. Un étalonnage à trois points (selon la méthode de segmentation) de l'instrument a été effectué dans un premier temps en utilisant des solutions tampon disponibles dans le commerce (auprès de Sigma-Aldrich Corp., USA) ayant un pH de 4, 7 et 10 à 20°C. Les pH communiqués sont les valeurs terminales détectées par l'instrument (la mesure est terminée lorsque le signal mesuré diffère de moins de 0,1 mV de la moyenne sur les 6 dernières secondes).
Distribution granulométrique
La distribution granulométrique des particules de CCP préparées a été mesurée en utilisant un appareil Sedigraph 5100 de la société Micromeritics, USA. La méthode et l'instrument sont connus de l'homme du métier et sont couramment utilisés pour déterminer la taille de grain des charges minérales et des pigments. La mesure a été effectuée dans une solution aqueuse comprenant 0,1 % en poids de Na4P207. Les échantillons ont été dispersés en utilisant un agitateur à grande vitesse et des ultrasons. Pour la mesure des échantillons dispersés, aucun autre agent de dispersion n'a été ajouté. Teneur en matière sèche d'une suspension aqueuse
La teneur en matière sèche de la suspension (également appelée « poids sec ») a été déterminée en utilisant un Analyseur d'Humidité MJ33 de la société Mettler-Toledo, Suisse, avec les réglages suivants : température de séchage de 160°C, arrêt automatique si la masse ne varie pas de plus de 1 mg sur une période de 30 s, séchage standard de 5 g à 20 g de suspension.
Surface Spécifique (SS)
La surface spécifique a été mesurée à l'aide de la méthode BET conformément à la norme ISO 9277 en utilisant de l'azote, suivie d'un conditionnement de l'échantillon par chauffage à 250°C pendant une période de 30 minutes. Avant de procéder à ces mesures, l'échantillon est filtré sur un entonnoir Buchner, rincé avec de l'eau désionisée et séché durant une nuit entière à une température comprise entre 90°C et 100°C dans un four. Ensuite, le gâteau de filtration sec est broyé minutieusement dans un mortier et la poudre résultante est placée dans une balance d'analyse d'humidité à 130°C jusqu'à obtention d'un poids constant.
Durée spécifique de carbonatation
Le contrôle de la conductivité, qui décroit lentement au cours de la réaction de carbonatation puis diminue rapidement pour atteindre une valeur minimale, indiquant de ce fait que la réaction est terminée, a été utilisé pour déterminer la durée nécessaire pour permettre la précipitation complète. La durée spécifique de carbonatation (min/kg de Ca(OH)2) a été déterminée par la formule suivante :
Durée spécifique de carbonatation
M . TMSIAC
dans laquelle :
Tf (min) est le temps nécessaire pour achever la carbonatation du lait de chaux, tel que déterminé en surveillant la conductivité,
M (g) est le poids du lait de chaux introduit dans le réacteur de carbonatation et - TMSLdc (%) est la teneur en matière sèche en poids du lait de chaux. Viscosité spécifique du polymère
Le terme « viscosité spécifique » au sens de la présente invention est défini comme étant la différence de viscosité relative telle que mesurée à une température donnée moins 1. La viscosité relative, telle qu'utilisée ici, est le quotient entre la viscosité de la solution η et la viscosité du solvant î]0 .
Figure imgf000025_0001
où la viscosité du solvant η0 est définie comme étant la viscosité du solvant pur à une température donnée (par exemple 20°C ou 25°C) et la viscosité de la solution η est définie comme étant la viscosité du polymère dissout dans le solvant pur à une température donnée et à une concentration en polymère donnée (par exemple 50 g/L). Cependant, pour déterminer la viscosité relative, il suffit de mesurer les temps d'élution t (de la solution de polymère) et to (du solvant) à une température donnée (par exemple 20°C ou 25°C), si les conditions limites sont constantes. Par conséquent, la viscosité relative peut être définie par :
Figure imgf000025_0002
et, ainsi, la viscosité spécifique peut être définie par :
Ό
Plus précisément, la viscosité spécifique du polymère a été obtenue à partir d'une solution aqueuse de polymère ayant une concentration en polymère de 50 g/L dans une solution de NaCl (120 g/L), le pH de la solution de polymère pouvant éventuellement être ajusté à une valeur allant de 6 à 7 en utilisant de l'ammoniaque. Les temps d'élution t et to ont été mesurés à 25°C + 0,2°C, en utilisant un tube viscosimétrique USA KIMAX (référence : taille 100 n°46460 B2).
to : Afin de déterminer to, une solution aqueuse de NaCl a été préparée en utilisant de l'eau filtrée par osmose inverse, la solution de NaCl ayant une concentration de 120 g/L. t : Afin de déterminer t, 2,5 g de polymère sec ont été combinés à 50 g d'eau filtrée par osmose inverse et 6 g de NaCl pour obtenir une solution homogène.
Les temps d'élution t et to ont été mesurés à 25°C + 0,2°C et ηψ a été calculée à l'aide des formules susmentionnées. Mesure de la charge - Mutek
La mesure de la charge a été effectuée en utilisant un appareil Mutek PCD 03 équipé d'un titreur Mutek PCD.
0,5 g à 1 g de CCP sec est pesé dans la cellule de mesure en plastique et dilué avec 20 mL d'eau désionisée. Mettre le piston de déplacement en position « marche ». Tandis que le piston oscille dans la cellule, attendre que le courant d'écoulement entre les deux électrodes se stabilise.
Le signe de la valeur mesurée affiché à l'écran indique si la charge de l'échantillon est positive (cationique) ou négative (anionique). Un polyélectrolyte de charge opposée ayant une densité de charge connue est ajouté à l'échantillon en tant qu'agent de titrage (soit du polyoxyéthylènesulfate de sodium à 0,001 N soit du pDADMAC à 0,001 N). Les charges de l'agent de titrage neutralisent les charges existantes de l'échantillon. Le titrage est interrompu dès que le point de charge nulle (0 mV) est atteint.
La consommation de l'agent de titrage en mL sert de base aux calculs ultérieurs. La quantité de charge spécifique q [eq/g de suspension] est calculée selon la formule suivante :
q = (V * c) / m
V : volume d'agent de titrage consommé [L]
c : concentration de l'agent de titrage [eq/L] ou [^eq/L]
m : masse de la suspension pesée [g]
q : quantité de charge spécifique [eq/g de suspension] ou |^eq/g de suspension]
Potentiel Zêta
Pour mesurer le potentiel Zêta, quelques gouttes de suspension de CCP sont dispersées dans une quantité suffisante de sérum obtenu par filtration mécanique de ladite suspension afin d'obtenir une suspension colloïdale légèrement trouble.
Cette suspension est introduite dans la cellule de mesure de l'appareil Zetasizer Nano-ZS de Malvern qui affiche directement la valeur du potentiel Zêta de la suspension de CCP en mV.
2. Exemple
Un lait de chaux a été préparé en mélangeant sous agitation mécanique de l'eau et des polymères cationiques PI à P5 (si disponibles) et/ou un additif d'extinction (par exemple du citrate de sodium sec, NaCi) (si disponible), à une température initiale comprise entre 50°C et 51°C (les quantités d'additifs d'extinction et de polymères sont indiquées dans le Tableau 2 ci-dessous). Ensuite, de l'oxyde de calcium (chaux vive brute de Golling, Autriche) a été ajouté. Le mélange obtenu a été agité pendant 25 min puis tamisé à travers un tamis de 200 μιη.
Le lait de chaux obtenu a été transféré dans un réacteur en acier inoxydable, dans lequel le lait de chaux a été refroidi à 50°C. Puis, le lait de chaux a été carbonaté en introduisant un mélange air/CC (26 % en volume de C02), débit de 23 L/min. Au cours de l'étape de carbonatation, le mélange réactionnel a été agité à une vitesse de 1 400 tr/min. La cinétique de la réaction a été surveillée par des mesures de pH et de conductivité en ligne. Additifs polymères cités en exemple :
PI = MADQUAT (selon l'invention)
Viscosité spécifique : 2,66
P2 = 70 % Madquat/30 % Maptac (selon l'invention)
Viscosité spécifique : 2,19
P3 = 70 % Madquat/30 % Maptac (selon l'invention)
Viscosité spécifique : 1,68
P4 = 50 % Madquat/50 % acide acrylique (selon l'invention)
Viscosité spécifique : 2,87
P5 = pDADMAC (selon l'invention)
Viscosité spécifique : 9,98
P6 = polyacrylate de sodium (hors invention) - Mw = 4 270 g/mol, PDI = 2,3 (Mw et PDI déterminés selon la demande de brevet non publiée EP 14166751.9)
Figure imgf000027_0001
Tableau 1 Caractéristiques des laits de chaux préparés (INV : selon l'INVention
HINV : Hors INVention) Les caractéristiques des laits de chaux et des suspensions aqueuses de CCP préparés sont décrites dans le Tableau 2 ci-dessous.
Figure imgf000028_0001
Tableau 2 Caractéristiques des suspensions de CCP (INV : selon l'INVention - HINV :
Hors INVention)
Les résultats consignés dans le Tableau 2 montrent que l'utilisation d'un additif d'extinction seul conduit à un lait de chaux ayant une viscosité Brookfield élevée (échantillon 1) et qu'il n'est pas possible d'augmenter la teneur en matière sèche du lait de chaux ( en poids) tout en empêchant l'augmentation de la viscosité de la suspension (comparaison de l'échantillon 1 et de l'échantillon 2).
En revanche, les échantillons de l'invention 3 à 7 et 9 confirment que la viscosité du lait de chaux et de la suspension de CCP obtenus est totalement en adéquation avec l'utilisation prévue du CCP ainsi obtenu, c'est-à-dire des suspensions de CCP ayant une viscosité Brookfield inférieure ou égale à 1 500 mPa.s à 25°C, plus préférentiellement inférieure ou égale à 1 000 mPa.s à 25 °C pour les échantillons 3 à 6 et 9 et de manière préférée entre toutes inférieure ou égale à 600 mPa.s à 25 °C pour les échantillons 3 à 5 et 9.
De plus, la cinétique de carbonatation et la structure cristallographique du CCP préparé (résultats non fournis) sont similaires à celles obtenues avec un procédé impliquant l'utilisation d'un polymère anionique (polymère P6 hors invention, à titre de comparaison uniquement).

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de production d'une suspension aqueuse de carbonate de calcium précipité, comprenant l'utilisation d'au moins un polymère cationique et les étapes consistant à : i) préparer un lait de chaux en mélangeant de l'eau, un matériau contenant de l'oxyde de calcium et ledit au moins un polymère cationique, le matériau contenant de l'oxyde de calcium et l'eau sont mélangés en un rapport en poids allant de 1: 1 à 1:6 et ii) carbonater le lait de chaux obtenu à l'étape i) pour former une suspension aqueuse de carbonate de calcium précipité.
2. Procédé selon la revendication 1, pour lequel le au moins un polymère cationique est constitué d'unités monomères ayant une charge positive nette, par exemple d'unités monomères ayant une aminé quaternaire.
3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, pour lequel dans l'étape i), le matériau contenant de l'oxyde de calcium et l'eau sont mélangés en un rapport en poids allant de 1:2,5 à 1:6 ou de 1:2,5 à 1:4.
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, pour lequel la préparation du lait de chaux selon l'étape i) consiste, en outre, à mélanger au moins un additif d'extinction.
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, pour lequel le au moins un additif d'extinction est choisi dans le groupe constitué par le citrate de sodium, le citrate de potassium, le citrate de calcium, le citrate de magnésium, les monosaccharides, les disaccharides, les polysaccharides, le sucrose, les alcools de sucre, le méritol, l'acide citrique, le sorbitol, le sel de sodium de l'acide diéthylènetriamine pentaacétique, les gluconates, les phosphonates, le tartrate de sodium, le lignosulfonate de sodium, le lignosulfonate de calcium et leurs mélanges.
6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, pour lequel le lait de chaux de l'étape i) a une viscosité Brookfield allant de 1 mPa.s à 1 000 mPa.s à 25°C, à 100 tr/min.
7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, pour lequel la suspension de CCP de l'étape ii) a une viscosité Brookfield inférieure ou égale à 1 000 mPa.s à 25°C, à 100 tr/min.
8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, pour lequel la suspension de carbonate de calcium précipité obtenue a une teneur en matière sèche d'au moins 10 % en poids par rapport au poids total de la suspension.
9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, pour lequel le au moins un additif d'extinction est ajouté en une quantité allant de 0,01 % en poids à 2 % en poids par rapport à la quantité totale de matériau contenant de l'oxyde de calcium.
10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, pour lequel la température de l'eau, qui est utilisée dans l'étape de mélange i), est ajustée afin d'être comprise dans la gamme allant de 0°C à 100°C, bornes exclues.
11. Procédé selon l'une des revendications précédentes, pour lequel la température du lait de chaux obtenu à l'étape i) qui est utilisé dans l'étape ii), est ajustée afin d'être comprise dans la gamme allant de 20°C à 60°C.
12. Utilisation d'au moins un polymère cationique dans un procédé de production d'une suspension aqueuse de carbonate de calcium précipité qui est défini selon l'une des revendications précédentes.
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