Способ изготовления водных суспензий минеральных материалов или высушенных минеральных материалов, получаемые продукты, а также их применение

Способ изготовления водных суспензий минеральных материалов или высушенных минеральных материалов, получаемые продукты, а также их применение

Реферат

Настоящее изобретение касается технического сектора суспензий минеральных материалов или высушенных минеральных материалов и их применения в области бумаги, краски или пластиков, и, в частности, их применения в бумажной промышленности, например, в изготовлении или покрытии бумажных листов.

В способе изготовления листа бумаги, картона или аналогичного продукта специалист в данной области техники имеет увеличивающуюся тенденцию заменять часть дорогостоящих целлюлозных волокон более дешевым минеральным веществом, чтобы снизить стоимость бумаги при улучшении ее свойств, таких как непрозрачность и/или белизна.

Этот минеральный материал, с которым специалист в данной области техники хорошо знаком, содержит, например, природный карбонат кальция, такой как мрамор, кальцит, известняк и/или мел, и/или синтетический карбонат кальция, такой как скаленоэдрическая и/или арагонитная, и/или кальцитная кристаллическая форма, и разнообразные аналогичные наполнители, содержащие карбонаты кальция, такие как доломит или наполнители на основе смешанных карбонатов различных металлов, таких, в частности, как кальций, связанный с магнием и аналоги, различные вещества, такие как тальк или аналоги, и смеси этих наполнителей, такие как, например, смеси тальк-карбонат кальция или карбонат кальция-каолин, или смеси природного карбоната кальция с гидроксидом алюминия, слюдой или с синтетическими или природными волокнами, или со-структуры минералов, такие как со-структуры тальк-карбонат кальция или тальк-диоксид титана.

В течение длительного времени обычно использовали в способе мокрого измельчения в качестве помогающего измельчению агента водорастворимые полимеры на основе частично или полностью нейтрализованной полиакриловой кислоты или ее производных (ЕР 0046573, ЕР 0100947, ЕР 0100948, ЕР 0129329, ЕР 0261039, ЕР 0516656, ЕР 0542643, ЕР 0542644, ЕР 0717051), чтобы обеспечить водные суспензии минералов, которые удовлетворяют вышеуказанным критериям очистки и вязкости, но эти помогающие измельчению агенты используют в слишком большом количестве, чтобы позволить конечному продукту иметь достаточную способность рассеяния видимого света, требуемую конечным пользователем при использовании бумаги.

Эти документы указывают, что существует необходимость в снижении полидисперсности полимеров, используемых в качестве диспергирующих и/или помогающих измельчению агентов, которая имеет недостатком высокую стоимость и трудность получения соответствующих полимеров.

Соответственно, существует необходимость в водорастворимых органических полимерах безотносительно их полидисперсности.

Другой недостаток известного способа мокрого измельчения, выполняемого с обычными полимерами, состоит том факте, что они не позволяют получать требуемую стабильность рН водных суспензий минералов во времени.

Специалист знает другой тип решения, описанный в WO 02/49766, ЕР 0850685, WO 2008/010055, WO 2007/072168, получения водных суспензий очищенного минерального материала с высокой концентрацией сухого вещества, в то же время имеющих низкую вязкость по Брукфильду, которая остается стабильной во времени. Этот известный тип решения описывает применение особых диспергаторов как сополимеры акриловой кислоты с малеиновой кислотой или как особая величина нейтрализации, или как применение неорганического соединения фтора, используемого для ввода в водную суспензию минеральных частиц, происходящую из стадии механической и/или термической концентрации после стадии мокрого измельчения при низком содержании твердого вещества без использования диспергирующего агента и способствующего измельчению агента.

Кроме того, специалист в данной области техники знает патент США 3006779, который описывает совершенно другое решение, основанное на неорганическом диспергаторе, состоящем из гомогенной смеси натрийфосфатного стекла, оксида цинка и соли или гидроксида калия или лития.

Наконец, диссертация, озаглавленная "Influence of polyelectrolyte adsorption on rheology of concentrated calcite dispersion" (Robert Petzenhauser-1993), которая описывает влияние разных полиакрилатов в отношение суспензии кальцита, доказывает, что существуют трудности с точки зрения стабильности вязкости полученных суспензий со всеми изученными полиакрилатами, включая полиакрилаты лития.

Соответственно, ни одно из известных решений не обеспечивает специалистов решением проблемы достижения водных суспензий очищенного минерального материала, позволяющим применение водорастворимых органических полимеров безотносительно их полидисперсности, с высокой концентрацией сухого вещества, имеющих одновременно низкую вязкость по Брукфильду, которая остается стабильной со временем, пониженное содержание диспергатора и/или способствующего измельчению агента и/или термически и/или механически увеличенное содержание твердого вещества, а также стабильность рН во времени.

Обращаясь к вышеуказанной проблеме достижения водных суспензий минерального материала с требуемыми свойствами при минимизации требования диспергатора и/или способствующего измельчению агента без снижения свойств конечных продуктов, подобных оптическим свойствам бумаги, настоящий заявитель неожиданно обнаружил, что литий-нейтрализованные водорастворимые органические полимеры действуют как усилители измельчающей и/или диспергирующей способности, позволяя достигать водных суспензий или "взвесей" упомянутого очищенного минерального материала с высокой концентрацией сухого вещества, имеющих одновременно низкую вязкость по Брукфильду, которая остается стабильной со временем, пониженное количество диспергатора или способствующего измельчению агента, а также стабильность рН со временем.

Заявитель также неожиданно обнаружил, что нейтрализация водорастворимого органического кислотного полимера ионами лития делает возможным использование, в качестве усилителя измельчающей и/или диспергирующей способности, водорастворимых органических полимеров с большей полидисперсностью, чем обычно применяемые.

В некоторых трудных условиях измельчения или диспергирования литий-нейтрализованные водорастворимые органические полимеры, действующие в качестве усилителя измельчающей и/или диспергирующей способности, позволяют достигать водных суспензий или "взвесей" упомянутого очищенного минерального материала, тогда как обычные полиакрилаты не позволяют получать каких-либо текучих и/или стабильных суспензий из-за слишком высокой вязкости по Брукфильду.

Таким образом, один аспект настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить способ изготовления водной суспензии минеральных частиц при пониженном содержании диспергатора и/или термически и/или механически увеличенного содержания твердого вещества, имеющей низкую вязкость по Брукфильду, стабильную со временем, имеющую высокое содержание сухого твердого вещества, пониженное количество диспергатора или способствующего измельчению агента, который может иметь более высокую полидисперсность по сравнению с обычным диспергатором, а также стабильность рН со временем.

Под низкой вязкость по Брукфильду, остающейся стабильной со временем, понимается, что начальная вязкость по Брукфильду водной суспензии минерального материала после 1 часа от получения составляет ниже 4000 мПа·с, предпочтительно ниже 2000 мПа·с, более предпочтительно, ниже 500 мПа·с, измеренная после 1 минуты перемешивания при использовании RVT модели вискозиметра Брукфильда при комнатной температуре и скорости вращения 100 об/мин с соответствующим шпинделем, и что вязкость по Брукфильду водной суспензии минерального материала после 8 дней неперимешиваемого хранения составляет ниже 4000 мПа·с, предпочтительно ниже 2000 мПа·с, более предпочтительно, ниже 500 мПа·с, измеренная после 1 минуты перемешивания при использовании RVT модели вискозиметра Брукфильда при комнатной температуре и скорости вращения 100 об/мин с соответствующим шпинделем.

Под сниженным содержанием диспергатора подразумевается, что количество диспергатора или способствующего измельчению агента, используемое для достижения минерального материала в форме водной суспензии при определенной вязкости по Брукфильду, ниже, чем количество, используемое при применении обычного диспергатора или способствующего измельчению агента для достижения суспензии минерального материала при таком же значении вязкости по Брукфильду и при такой же величине содержания твердого вещества.

Аналогично, "более высокая полидисперсность" означает, что согласно данному изобретению диспергаторы или измельчающие агенты, используемые для достижения минерального материала в форме водной суспензии при определенной вязкости по Брукфильду, могут иметь более высокую полидисперсность, чем обычно применяемые диспергаторы или способствующие измельчению агенты для достижения минерального материала при такой же величине вязкости по Брукфильду и при такой же величине содержания твердого вещества. Другими словами, диспергаторы или способствующие измельчению агенты настоящего изобретения могут обеспечивать меньшую вязкость, чем обычные диспергаторы даже при более высокой полидисперсности.

Обычные диспергаторы содержат хорошо известные полиакрилаты, описанные в различных известных документах или патентах, цитированных как предыдущий уровень техники далее ниже в настоящей заявке.

Выражение "рН стабильный во времени" означает, что минеральная суспензия будет сохранять то же значение рН в низком диапазоне, очень предпочтительно от 9,5 до 10,5 во время, по меньшей мере, 8 дней хранения.

"Высокое содержание сухих твердых веществ" согласно настоящему изобретению означает водную суспензию или взвесь минерального материала, имеющую содержание твердого вещества предпочтительно от 10 масс.% до 82 масс.%, более предпочтительно, от 50 масс.% до 81 масс.% и наиболее предпочтительно, от 65 масс.% до 80 масс.%, например, от 70 масс.% до 78 масс.% в расчете на полную массу суспензии или взвеси.

Вышеуказанная цель достигается с помощью способа изготовления водной суспензии минеральных материалов, содержащего стадии:

a) обеспечения, по меньшей мере, одного минерального материала в форме водной суспензии или в сухой форме,

b) обеспечения, по меньшей мере, одного частично или полностью литий-нейтрализованного водорастворимого органического полимера,

с) объединения, по меньшей мере, одного частично или полностью литий-нейтрализованного водорастворимого органического полимера из стадии b) с, по меньшей мере, одним минеральным материалом из стадии а).

В этом способе литий-нейтрализованные водорастворимые полимеры действуют как усилители способности измельчения и/или диспергирования, причем они действуют как усилители способности диспергирования в случаях, когда не выполняют стадии измельчения, указанного выше, тогда как они также действуют как усилители способности измельчения, когда эта стадия выполняется.

Полученный минеральный материал может быть в сухой форме или в форме суспензии. Они могут быть осушены или повторно суспендированы после осушки, как может быть принято в любом из последующих предпочтительных вариантов осуществления.

По меньшей мере, один минеральный материал для использования в настоящем изобретении предпочтительно выбирают из группы, содержащей природный карбонат кальция (GCC), такой как мрамор, мел, известняк или кальцит, или осажденный карбонат кальция (РСС), как арагонит, ватерит и/или кальцит; и минералы, содержащие карбонат кальция, такие как доломит или наполнители на основе смешанных карбонатов, такие как кальций, связанный с магнием, такие как тальк, или с глиной, и их смеси, такие как смеси тальк-карбонат кальция или карбонат кальция-каолин, или смеси природного карбоната кальция с гидроксидом алюминия, слюдой или с синтетическими или натуральными волокнами, или со-структуры минералов, такие как со-структуры тальк-карбонат кальция или тальк-диоксид титана.

Предпочтительно, по меньшей мере, один минеральный материал представляет собой природный карбонат кальция (GCC) или осажденный карбонат кальция (РСС), или смесь GCC и РСС, или смесь GCC и РСС и глины, или смесь GCC и РСС и талька, и наиболее предпочтительно, представляет собой GCC, выбранный среди мрамора, мела, кальцита или известняка, или РСС, выбранный среди арагонитного РСС или кальцитного РСС, как ромбоэдрический РСС или скаленоэдрический РСС.

Указанный выше способ может быть улучшен с помощью ряда необязательных стадий:

Особенно предпочтительный вариант осуществления включает в себя стадию измельчения (стадия d), где стадия с) может выполняться до, во время или после стадии d).

Кроме того, по меньшей мере, один частично или полностью литий-нейтрализованный водорастворимый органический полимер может быть добавлен до и/или во время и/или после стадии а), если, по меньшей мере, один минеральный материал представляет собой РСС.

Таким образом, по меньшей мере, один частично или полностью литий-нейтрализованный водорастворимый органический полимер также может быть добавлен до, во время или после осаждения синтетического карбоната кальция. Например, частично или полностью литий-нейтрализованный водорастворимый органический полимер может быть добавлен до стадии карбонизации.

Если GCC используется на стадии d), может быть предпочтительно подвергать мокрый измельченный природный карбонат кальция стадии мокрого обогащения до стадии d), позволяющему удалять примеси, такие как силикатные примеси, например, путем пенной флотации.

Таким образом, например, с помощью способов измельчения и/или диспергирования при пониженном содержании диспергатора и/или увеличенном содержании твердого вещества, способов изготовления водной суспензии частиц минерального материала, использующих упомянутый, частично или полностью литий-нейтрализованный водорастворимый органический полимер, выбранный в качестве усилителей способности измельчения и/или диспергирования, данный способ изготовления может быть оптимизирован.

Кроме того, может быть выгодным, чтобы объединенный и возможно измельченный материал, полученный на стадии d), отсеивали и/или концентрировали (стадия е).

"Отсеивание" в контексте настоящего изобретения выполняется с помощью хорошо известных устройств для "отсеивания", таких как сита, песчаные центрифуги и т.д. Под "отсеиванием" следует понимать обогащение путем удаления грубых частиц, имеющих размер частиц больше чем 45 мкм. В случае, когда суспензию отсеивают, так что, по меньшей мере, часть твердого материала в исходной суспензии удаляется путем отсеивания, эта стадия отсеивания представляет собой разбавление.

"Концентрирование" выполняется, например, путем термического концентрирования или механического концентрирования, например, с помощью центрифуги, фильтр-пресса, трубчатого пресса или их комбинации.

Если объединенный и возможно измельченный материал отсеивают и/или концентрируют на стадии е), может быть предпочтительно диспергировать данный материал в водной среде после отсеивания и/или концентрирования (стадия f).

Объединенный и возможно измельченный материал, полученный из любого из стадий d) или е), или f), может быть высушиваться, если минеральный материал стадии а) обеспечивается в форме водной суспензии (стадия g).

С другой стороны, если минеральный материал стадии а) обеспечивается в сухой форме, или когда стадии е), f) и g) не выполняются, объединенный и возможно измельченный материал, полученный на стадии d), может диспергироваться в водной среде (стадия h).

В предпочтительном варианте осуществления водная суспензия, полученная из стадии h), может измельчаться (стадия i), предпочтительно в присутствии частично или полностью литий-нейтрализованного водорастворимого органического полимера.

В общем, в отношении добавления, по меньшей мере, одного частично или полностью литий-нейтрализованного водорастворимого органического полимера есть несколько предпочтительных вариантов осуществления.

Например, по меньшей мере, один частично или полностью литий-нейтрализованный водорастворимый органический полимер предпочтительно добавляют до и/или во время, и/или после стадии измельчения d), если стадии е) и f) не выполняются.

По меньшей мере, один частично или полностью литий-нейтрализованный водорастворимый органический полимер может однако также добавляться после стадии измельчения d) и до и/или во время, и/или после стадии е) отсеивания и/или концентрации, если стадию е) выполняют в одиночку.

Кроме того, можно добавлять, по меньшей мере, один частично или полностью литий-нейтрализованный водорастворимый органический полимер до и/или во время, и/или после стадии диспергирования f).

Если минеральный материал обеспечивается в сухой форме на стадии а) со следующими последовательно стадиями d) и h), предпочтительно, когда добавление частично или полностью литий-нейтрализованного водорастворимого органического полимера выполняют в одно добавление до, во время или после стадии h) или делают за множество добавлений, каждое из них до, во время или после стадии h).

Если выполняют стадию f) диспергирования и если все или часть количества частично или полностью литий-нейтрализованного водорастворимого органического полимера добавляют до стадии f), частично или полностью литий-нейтрализованный водорастворимый органический полимер предпочтительно добавляют до и/или во время и/или после стадии d).

Однако если нет стадий е), f) или g), все количество частично или полностью литий-нейтрализованного водорастворимого органического полимера можно использовать до стадии d), или часть литий-нейтрализованного водорастворимого органического полимера можно использовать до стадии d), тогда как оставшееся количество добавляют во время стадии d).

Если стадия f) диспергирования следует за стадией е), стадия f) может выполняться в присутствии литий-нейтрализованного водорастворимого органического полимера, который может быть другим или таким же, как полимер, использованный на стадии d).

Особенно предпочтительно, когда стадию d) способа настоящего изобретения выполняют при рН выше 7, предпочтительно выше 7,5, более предпочтительно, между 8,5 и 10,5 и наиболее предпочтительно, между 9,5 и 10,5.

В связи с этим, специалист легко определит, что величина рН будет иметь подходящие значения в получении свойств, которых он желает достичь, зная, что рН зависит от добавления основания, предпочтительно основания с одно- или двухвалентным катионом, наиболее предпочтительно, натрия или кальция, например, от добавления щелочного препарата биоцида или освобождения гидроксида, такого как Са(ОН)₂, во время измельчения материала, например, во время со-измельчения осажденного карбоната кальция и природного карбоната кальция.

По всей настоящей заявке величина рН измеряется при комнатной температуре (21°С±1) с точностью ±0,3.

По меньшей мере, один частично или полностью литий-нейтрализованный водорастворимый органический полимер предпочтительно выбирают из группы, содержащей гомополимеры акриловой или метакриловой кислоты и/или сополимеры акриловой и/или метакриловой кислоты, и/или сополимер акриловой и/или метакриловой кислоты с одним или несколькими акриловыми соединениями, такими как акриламид, и/или виниловыми или аллиловыми мономерами, полностью или частично нейтрализованными основанием, содержащим ион лития, и/или его солью, или комбинацией основания, содержащего ион лития, и/или его соли с одним или несколькими нейтрализующими агентами, имеющими одновалентную нейтрализующую функцию или многовалентную нейтрализующую функцию, такими как, для одновалентной функции, агенты, выбранные из группы, состоящей из щелочных катионов, в частности, натрия, калия, аммония или первичных, вторичных или третичных алифатических и/или циклических аминов, таких как стеариламин, этаноламины (моно-, ди-, триэтаноламин), моно- и диэтиламин, циклогексиламин, метилциклогексиламин, аминометилпропанол, морфолин, или, для многовалентной функции, агенты, выбранные из группы, состоящей из двухвалентных катионов щелочноземельных металлов, в частности магния и кальция, или цинка или стронция, и трехвалентных катионов, как, в частности, алюминий, или определенных катионов более высокой валентности, и их смесей.

В контексте настоящего изобретения вопрос, является ли полимер водорастворимым или нет, определяется путем смешивания этого полимера в количестве, соответствующем самой высокой концентрации, используемой в предлагаемом способе, в водной среде при 25°С до того, как визуально констатируется помутнение или его отсутствие, и затем фильтрования на 0,2 мкм мембранном фильтре. Если менее чем 0,1% нерастворимого материала относительно всего добавленного полимера остается на фильтре, данный полимер является водорастворимым.

Следует заметить, что частично или полностью литий-нейтрализованный водорастворимый органический полимер также может использоваться в комбинации с диспергатором предшествующего уровня техники, описанным выше.

«Частично нейтрализованный литием» в этом контексте означает, что только часть кислотных групп полимера нейтрализована ионами лития, тогда как остальные противоионы диссоциированных кислотных групп представляют собой Н₃О⁺ или нейтрализованы другими ионами, такими как, среди прочего, ионы щелочных или щелочноземельных металлов, как Na, К, или как Mg, Ca, Sr или Al, и/или гидроксидом аммония или аминами и/или алканоламинами, такими как, например, триэтаноламин, триизопропаноламин, 2-амино-2-метил-1-пропанол или их смеси.

Основание, содержащее ион лития, предпочтительно выбирают среди основных компонентов, подобных гидроксиду лития, или его оксиду и/или его солям, в сухой форме или в растворе, и нейтрализация будет выполняться с мономером, содержащим Н₃О⁺, до полимеризации и/или с полимером, содержащим Н₃О⁺, во время и/или после полимеризации мономера.

Мольная доля не нейтрализованных кислотных групп предпочтительно находится в диапазоне от 0% до 75%, более предпочтительно, от 0% до 50%, а мольная доля нейтрализованных не литием кислотных групп находится в диапазоне от 0% до 75%, более предпочтительно, от 0% до 50%, наиболее предпочтительно, от 0% до 10%.

Если нейтрализованные не литием кислотные группы нейтрализованы ионами магния, предпочтительно, когда доля нейтрализации активных кислотных центров, включая терминальные группы, магнием составляет от 0% до <40%, предпочтительно от 0% до 30%, более предпочтительно, от 10 до 20%. Она также может быть, однако, от >60 до 75%, например, 70%, и, в некоторых случаях предпочтительно, когда нейтрализованные магнием кислотные группы отсутствуют.

Степень нейтрализации с использованием двухвалентного катиона Mg очень сильно зависит от Mw полимера. Особенно интересно иметь высокую степень Mg нейтрализации для полимера с низким Mw и низкую степень Mg нейтрализации для полимера с высоким Mw.

По меньшей мере, один частично или полностью литий-нейтрализованный водорастворимый органический полимер, который может добавляться до, во время и/или после стадии d), предпочтительно присутствует в количестве от 0,001 масс.% до 5 масс.%, предпочтительно от 0,01 масс.% до 2 масс.% и наиболее предпочтительно, от 0,05 масс.% до 1 масс.% в расчете на весь сухой минерал.

Также используется комбинация другого обычного полимера, такого как обычный полиакрилат, с литий-нейтрализованным водорастворимым органическим полимером, или комбинация разных литий-нейтрализованных водорастворимых органических полимеров.

Гомополимер акриловой или метакриловой кислоты, а также сополимер акриловой кислоты или метакриловой кислоты в комбинации с одним или несколькими другими акриловыми, виниловыми или аллиловыми мономерами готовят согласно хорошо известным способам радикальной полимеризации или способам сополимеризации в растворе, в прямой или обратной эмульсии, в суспензии или осаждении в соответствующих растворителях, в присутствии известных каталитических систем и агентов переноса, или с помощью способов контролируемой радикальной полимеризации, таких как способ, известный как обратимая передача цепи по механизму присоединения-фрагментации (RAFT), способ, известный как радикальная полимеризация с переносом атома (ATRP), способ, известный как полимеризация с промежуточным нитроксидом (NMR) или способ, известный как свободнорадикальная полимеризация с промежуточным кобалоксимом.

Его также можно приготовить с помощью другого варианта, где гомополимер или сополимер, полученный по реакции сополимеризации, можно до или после полной или частичной реакции нейтрализации обрабатывать и разделять на несколько фаз согласно статистическим или динамическим способам, известным специалисту в данной области техники, с помощью одного или нескольких полярных растворителей, принадлежащих группе, состоящей из воды, метанола, этанола, пропанола, изопропанола, бутанолов, ацетона, тетрагидрофурана или их смесей.

Следует заметить, что природу мономеров и молекулярную массу полимеров, используемых в комбинации с основанием, содержащим ион лития, легко будет выбрать специалисту соответственно свойствам, которые он желает достичь.

Такие частично или полностью литий-нейтрализованные водорастворимые органические полимеры добавляют, чтобы получить водную суспензию материала с низкой вязкостью по Брукфильду, стабильной во времени, что означает начальную вязкость по Брукфильду после 1 часа от получения менее чем 4000 мПа·с, более предпочтительно, менее чем 2000 мПа·с, наиболее предпочтительно, менее чем 500 мПа·с, в диапазоне от 50 до 500 мПа·с, измеренную после 1 минуты перемешивания при использовании RVT модели вискозиметра Брукфильда при комнатной температуре (21°С±1) и скорости вращения 100 об/мин с соответствующим шпинделем, и вязкость по Брукфильду водной суспензии минерального материала после 8 дней хранения без перемешивания ниже 4000 мПа·с, предпочтительно ниже 2000 мПа·с, более предпочтительно, ниже 500 мПа·с при 100 об/мин, измеренную после 1 минуты перемешивания при использовании RVT модели вискозиметра Брукфильда при комнатной температуре (21°С±1) и скорости вращения 100 об/мин с соответствующим шпинделем.

В этой связи следует заметить, что в противоположность обычно используемым полимерам такая вязкость может быть достигнута с частично или полностью литий-нейтрализованными водорастворимыми органическими полимерами, даже если они имеют высокую полидисперсность, такую как больше чем 2, предпочтительно от 2,5 до 4, более предпочтительно, от 2,7 до 3,5, еще более предпочтительно, от 2,8 до 3,3, например, 3, и даже до 6,25 и выше.

В предпочтительном варианте осуществления минеральный материал содержит GCC и РСС, где РСС присутствует в количестве от 10 до 90 масс.%, предпочтительно от 20 до 80 масс.%, и наиболее предпочтительно, от 30 до 70 масс.% в расчете на полную массу РСС и GCC.

Стадию d) измельчения способа согласно настоящему изобретению предпочтительно выполняют при температуре выше 20°С, более предпочтительно, от 50°С до 120°С, особенно выше 60°С, например, от 80°С до 105°С.

Кроме того, предпочтительно, когда концентрация твердых веществ материала в форме водной суспензии, измельчаемой на стадии d) измельчения, составляет от 10 до 82% (на сухую массу минерального материала), предпочтительно от 40 до 81%, наиболее предпочтительно, от 60 до 80% и особенно предпочтительно, от 65% до 72%.

Упомянутая водная суспензия может происходить от дисперсии минерального материала в форме мокрого брикета.

Особенно предпочтительно, стадию d) выполняют при содержании твердых веществ от 10 масс.% до 35 масс.% в расчете на полную массу суспензии в отсутствии каких-либо диспергаторов или вспомогательных агентов измельчения, и выполняют при содержании твердых веществ от 60 масс.% до 82 масс.% в расчете на полную массу суспензии в присутствии диспергаторов и/или вспомогательных агентов измельчения.

Конечное содержание твердых веществ в суспензии, содержащей минеральный материал, составляет от 45 масс.% до 82 масс.%.

Предпочтительно, минеральные материалы имеют высокое конечное содержание твердых веществ, которое составляет от 60 масс.% до 75 масс.%, более предпочтительно, от 68 масс.% до 73 масс.%, если стадию d) измельчения выполняют без какого-либо диспергатора или вспомогательного агента измельчения, и составляет от 65 масс.% до 82 масс.%, предпочтительно от 72 масс.% до 78 масс.%, если стадию d) измельчения выполняют в присутствии диспергаторов или вспомогательных агентов измельчения.

Другой целью настоящего изобретения является обеспечение минерального материала, полученного с помощью способа согласно данному изобретению.

Этот минеральный материал предпочтительно находится в форме водной суспензии, имеющей содержание твердых веществ от 80 до 82% на сухую массу минерального материала, например, 80,5% на сухую массу минерального материала.

Особенно предпочтительно, когда этот материал содержит, по меньшей мере, один частично или полностью литий-нейтрализованный водорастворимый органический полимер в количестве от 0,001 масс.% до 5 масс.%, предпочтительно от 0,01 масс.% до 2 масс.% и наиболее предпочтительно, от 0,05 масс.% до 1 масс.%, например, 0,5 масс.% относительно всего сухого минерала.

Кроме того, возможно измельченный минеральный материал может содержать фракцию частиц, более тонких чем 2 мкм, больше чем 50 масс.%, предпочтительно больше чем 80 масс.%, более предпочтительно, больше чем 85 масс.%, еще более предпочтительно, больше чем 98 масс.% в расчете на полную массу возможно измельченного минерального материала, используя Sedigraph™ 5100.

В этой связи особенно предпочтительно, если минеральный материал содержит фракцию частиц, более тонких чем 2 мкм, от 57 до 63 масс.% в расчете на полную массу материала, используя Sedigraph™ 5100.

Он может также содержать фракцию частиц, более тонких чем 1 мкм, больше чем 20 масс.%, предпочтительно 75 масс.%, более предпочтительно, больше чем 85 масс.%, больше чем 95 масс.% в расчете на полную массу объединенного и возможно измельченного материала, используя Sedigraph™ 5100.

В предпочтительном варианте осуществления конечный минеральный материал имеет d₅₀ приблизительно от 0,2 до 2 мкм, предпочтительно от 0,2 до 0,8 мкм и более предпочтительно, от 0,25 до 0,45 мкм. Величину d₅₀ определяют, используя Sedigraph 5100™.

Предпочтительно, объединенный и возможно измельченный минеральный материал имеет содержание от 0,02 до 0,2 мг/м² литий-нейтрализованного водорастворимого органического полимера, например, от 0,036 до 0,038 мг/м² для GCC, 0,063 мг/м² для ромбоэдрического РСС и 0,12 мг/м² для скаленоэдрического РСС на единицу удельной площади поверхности, измеренной с помощью способа БЭТ согласно стандарту ISO 4652.

В особенно предпочтительном варианте осуществления водная суспензия объединенного и возможно измельченного минерального материала, полученная с помощью способа согласно данному изобретению, имеет вязкость по Брукфильду, которая стабильна во времени, где начальная вязкость по Брукфильду после 1 часа от получения составляет ниже 4000 мПа·с, предпочтительно ниже 2000 мПа·с, более предпочтительно, ниже 500 мПа·с, например, от 50 до 500 мПа·с, измеренная после 1 минуты перемешивания при использовании RVT модели вискозиметра Брукфильда при комнатной температуре и скорости вращения 100 об/мин с соответствующим шпинделем, и вязкость по Брукфильду после 8 дней хранения без перемешивания составляет ниже 4000 мПа·с, предпочтительно ниже 2000 мПа·с, более предпочтительно, ниже 1000 мПа·с, особенно 500 мПа·с, например, от 50 до 500 мПа·с, измеренная после 1 минуты перемешивания при использовании RVT модели вискозиметра Брукфильда при комнатной температуре и скорости вращения 100 об/мин с соответствующим шпинделем.

Ввиду вышесказанного, водная суспензия минерального материала, особенно определенная выше, является дополнительной целью данного изобретения. Особенно предпочтительной является водная суспензия минерального материала, которая

- имеет содержание твердых веществ от 80 до 82% на сухую массу минерального материала, например, 80,5% на сухую массу минерального материала;

- имеет вязкость по Брукфильду от 50 до 500 мПа·с, измеренную при 100 об/мин; и

- содержит предпочтительно от 0,25 до 0,5 масс.%, более предпочтительно, от 0,3 до 0,4 масс.%, относительно сухой массы минерала, по меньшей мере, одного водорастворимого органического полимера, предпочтительно имеющего средневзвешенную молекулярную массу от 3000 до 12000 г/моль, и в котором, по меньшей мере, 90% карбоксильных групп нейтрализованы ионами лития.

Предпочтительный минеральный материал в таких суспензиях содержит карбонат кальция, выбранный из мрамора, мела, известняка или их смесей.

В общем, объединенный и возможно измельченный минеральный материал в сухой форме после стадии g) предпочтительно содержит минерал, содержащий карбонат кальция и выбранный из группы, содержащей природный карбонат кальция (GCC), такой как мрамор, мел, известняк или кальцит, или осажденный карбонат кальция (РСС), такой как арагонит, ватерит и/или кальцит, и минералы, содержащие карбонат кальция, такие как доломит, или наполнители на основе смешанных карбонатов, такие как, в частности, кальций, связанный с магнием и аналоги или производные, различные вещества, такие как глина или тальк, или аналоги, или производные, и смеси этих наполнителей, такие как, например, смеси тальк-карбонат кальция или карбонат кальция-каолин, или смеси природного карбоната кальция с гидроксидом алюминия, слюдой или с синтетическими или природными волокнами, или со-структуры минералов, такие как со-структуры тальк-карбонат кальция или тальк-диоксид титана.

Предпочтительно, данный минерал представляет собой GCC или осажденный карбонат кальция (РСС), или смесь GCC и РСС, или смесь GCC и РСС и глины, или смесь GCC и РСС и талька.

Наиболее предпочтительно, он представляет собой GCC, выбранный из мрамора, мела, кальцита или известняка, или РСС, выбранный из арагонитного РСС или кальцитного РСС, такого как ромбоэдрический РСС или скаленоэдрический РСС.

Наконец, другой целью настоящего изобретения является применение водных суспензий минерального материала и/или высушенного минерального материала согласно данному изобретению в любой области, позволяющей применять минеральный материал и, в особенности, в области бумаги, краски и пластиков и любой другой области, использующей упомянутые суспензии и/или порошки, в особенности, применяемые в качестве суспензий в бумажных приложениях, таких как изготовление бумаги и/или покрытие бумаги, и/или поверхностная обработка бумаги, или в качестве наполнителя во время изготовления бумаги, картона или аналогичных листов. Высушенные порошки предпочтительно применяют в пластиках и/или красках, а также повторно суспендируют в воде, снова образуя суспензию. Применение в качестве наполнителя может быть прямым в качестве композиции наполнителя во время изготовления бумаги, картона или аналогичных листов, или непрямым, как повторное использование композита из бумажных отходов, если повторное использование композитов из бумажных отходов используют в процессе изготовления бумаги, картона или аналогичных листов.

Особенно предпочтительно применение в бумаге, покрывающих бумагу красителях, красках и пластиках.

Бумаги, краски, покрывающие бумагу красители и пластики согласно данному изобретению отличаются тем, что они содержат упомянутые объединенные или возможно измельченные минеральные материалы или их суспензии согласно данному изобретению.

Особенно предпочтительный вариант осуществления в этой связи представляет собой покрывающий краситель, содержащий минеральные материалы согласно данному изобретению или их водную суспензию, имеющую содержание твердых веществ от 75 до 78% на сухую массу минерального материала, например, 77% на сухую массу минерального материала, и предпочтительно имеющую вязкость по Брукфильду при 100 об/мин <2000 мПа·с и более предпочтительно, <1000 мПа·с, например, 500 мПа·с.

Эти покрывающие красители могут дополнительно содержать синтетическое связующее, имеющее частицы с диаметром от 0,08 до 0,12 мкм.

Объем и выгоду данного изобретения буде