Имеющие высокое содержание твердых частиц и низкую вязкость водные суспенции содержащих карбонат кальция материалов с улучшенной реологической устойчивостью при повышенной температуре

Имеющие высокое содержание твердых частиц и низкую вязкость водные суспенции содержащих карбонат кальция материалов с улучшенной реологической устойчивостью при повышенной температуре

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение предлагает водные суспензии содержащего карбонат кальция материала и, более конкретно, водные суспензии с улучшенной реологической устойчивостью при повышенной температуре, включающие содержащий карбонат кальция материал и по меньшей мере один гребнеобразный полимер.

Свежеизмельченный недиспергированный карбонат кальция имеет слабый положительный заряд на поверхности и значение pH приблизительно от 8 до 9. Однако для изготовления водных суспензий содержащих карбонат кальция материалов специалисту в данной области техники часто требуется выбирать и вводить добавки, чтобы регулировать одну или несколько характеристик этих суспензий. Например, имеющие высокое содержание твердых частиц и низкую вязкость суспензии можно обрабатывать только в том случае, если добавляется соответствующее диспергирующее вещество. При осуществлении выбора добавки специалисту в данной области техники следует иметь в виду, что эта добавка должна быть экономичной и не должна приводить к нежелательным взаимодействиям или эффектам в течение последующих процессов транспортировки, обработки и применения суспензий.

Добавление диспергирующего вещества, такого как полиакрилат натрия или полифосфат натрия, помимо прочего, влияет на поверхностный заряд частиц карбоната кальция в суспензии тем, что на частицах образуются отрицательные заряды. Этот эффект можно использовать для отделения твердых частиц от суспензии, как описывает патентная заявка США US 5171409 A1. Кроме того, этот эффект также описывают, например, европейские патентные заявки EP 0542643 A1 и EP 0380430 A1.

Однако такие содержащие диспергированный карбонат кальция суспензии могут вызывать проблемы в течение своего последующего применения, такого как изготовление бумаги или нанесение покрытия на бумагу. В производстве бумаги специалист сталкивается с проблемой удержания наполнителя в бумажном полотне в процессе изготовления бумаги. Высокий анионный заряд на поверхности частиц пигмента, диспергированных с использованием полиакрилата натрия, может создавать проблемы прикрепления этих частиц на анионных древесных или целлюлозных волокнах. Таким образом, оказывается необходимой нейтрализация частиц посредством введения катионных добавок, не превращая, однако, при этом целлюлозные волокна в хлопья, которые могут приводить к ухудшению качества производимой бумаги, например к неоднородности и помутнению производимой бумаги.

Эта проблема усиливается, когда увеличивается содержание твердых частиц в содержащей карбонат кальция суспензии, и становится особенно выраженной в содержащих карбонат кальция суспензиях, имеющих высокое содержание твердых частиц, т.е. в суспензиях, в которых содержание твердых частиц составляет более чем 45 масс.% по отношению к суммарной массе суспензии. Чем выше содержание твердых частиц в суспензии, тем выше потребность в диспергирующем веществе для достижения суспензией уровня вязкости, которая является подходящей для последующего использования и переработки, что, в свою очередь, приводит к высокому анионному заряду на поверхности частиц. При нанесении покрытия на бумагу, как известно специалисту в данной области техники, имеющие высокое содержание твердых частиц содержащие карбонат кальция суспензии с высоким ионным зарядом создают риск образования хлопьев (флокуляции) в присутствии полимерного связующего вещества, что также известно как вытеснительная флокуляция. В результате флокуляции цветное покрытие теряет силу связывания и блеск.

Для устранения и преодоления таких проблем высокого заряда на поверхности частиц в технике известна одна возможность, которую описывают международные патентные заявки WO 2004/041882 A1 и WO 2004/041883 A1, представляющие слабоионные водные суспензии тонкодисперсного минерального вещества, такого как карбонат кальция, с использованием гребнеобразных полимеров. Кроме того, международная патентная заявка WO 2010/018432 A1 описывает способ изготовления имеющего низкий заряд осажденного карбоната кальция с использованием акрилатных или малеинатных гребнеобразных полимеров.

При использовании таких гребнеобразных полимеров для стабилизации вязкости имеющих высокое содержание твердых частиц содержащих карбонат кальция суспензий специалист все же сталкивается с проблемой недостаточной реологической устойчивости этих суспензий при повышенной температуре. Поскольку для промышленности в настоящее время требуется промышленное производство содержащего карбонат кальция материала посредством измельчения и диспергирования, суспензия становится очень горячей за счет превращающейся в тепло энергии сдвига измельчающих и диспергирующих устройств. Температура может подниматься значительно выше 65°C, составляя от 70°C до 105°C. Кроме того, оказывается возможным нагревать суспензии до или в течение хранения, например, для стерилизации суспензий, или что суспензии достигают высоких температур в течение последующей обработки. В зависимости от обстоятельств температура суспензий может достигать 65°C или более высокого уровня. При таких температурах вязкость может значительно увеличиваться. Однако, если добавки, используемые для регулирования вязкости в процессе изготовления, разлагаются при этой температуре, машины блокируются и возникает высокий риск повреждения производственных установок, таких как измельчающие установки. В этом случае продукт должен непрерывно охлаждаться, чтобы предотвращать блокирование и повреждение оборудования, или должна уменьшаться производительность. Для этого требуются очень большие расходы энергии и средств. Кроме того, если добавки, используемые для стабилизации водных суспензий, разлагаются при высоких температурах, частицы могут превращаться в хлопья и возникает так называемая вытеснительная флокуляция.

Таким образом, существует потребность в улучшенных добавках, которые регулируют, снижают или предотвращают увеличение вязкости суспензий, включающих содержащий карбонат кальция материал, при повышенных температурах, например при температурах, превышающих 65°C. Кроме того, было бы желательным предложение добавок, которые стабилизируют имеющие высокое содержание твердых частиц водных суспензий содержащего карбонат кальция материала при повышенных температурах.

Кроме того, было бы желательным предложение добавки, которая не влияет неприемлемым образом на другие физические свойства суспензии, такие как удельная электропроводность и поверхностный заряд поверхности частиц. Было бы также желательным предложение водной суспензии содержащего карбонат кальция материала, которая является текучей и, таким образом, может иметь очень высокое содержание твердых частиц карбоната кальция даже при повышенных температурах.

Неожиданно было обнаружено, что перечисленные выше и другие задачи решаются посредством использования по меньшей мере одного гребнеобразного полимера в водной суспензии, включающей содержащий карбонат кальция материал, где удельная вязкость по меньшей мере одного гребнеобразного полимера, измеренная при 20°C и концентрации полимера 45 г/л, отличается от удельной вязкости вышеупомянутого полимера, измеренной при 70°C и такой же концентрации полимера, на разность Δη_sp удельных вязкостей, причем абсолютное значение Δη_sp составляет от 0,15 до 0,5, по меньшей мере у одного гребнеобразного полимера измеренная в воде температура помутнения не находится в интервале от 20°C до 95°C, и по меньшей мере один гребнеобразный полимер имеет удельный заряд от -10 Кл/г до -600 Кл/г при pH 8.

Авторы настоящего изобретения неожиданно обнаружили, что использование по меньшей мере одного гребнеобразного полимера, имеющего в сочетании три вышеупомянутые характеристики (разность Δη_sp удельных вязкостей, отсутствие помутнения в заданном интервале температур и удельный заряд в заданном интервале), является особенно предпочтительным для изготовления водных содержащих карбонат кальция суспензий с улучшенной реологической устойчивостью при повышенной температуре. Гребнеобразные полимеры, имеющие вышеупомянутые характеристики, могут уменьшать термочувствительность такой суспензии и, таким образом, могут предотвращать нежелательное увеличение вязкости суспензии в процессе ее изготовления и применения при повышенных температурах, например при температурах, превышающих 65°C.

Согласно одному аспекту настоящего изобретения предлагается водная суспензия с улучшенной реологической устойчивостью при повышенной температуре, включающая:

содержащий карбонат кальция материал, и

по меньшей мере один гребнеобразный полимер,

где удельная вязкость по меньшей мере одного гребнеобразного полимера, измеренная при 20°C и концентрации полимера 45 г/л, отличается от удельной вязкости вышеупомянутого полимера, измеренной при 70°C, на разность Δη_sp удельных вязкостей, причем абсолютное значение Δη_sp составляет от 0,15 до 0,5,

по меньшей мере у одного гребнеобразного полимера измеренная в воде температура помутнения не находится в интервале от 20°C до 95°C, и

по меньшей мере один гребнеобразный полимер имеет удельный заряд от -10 Кл/г до -600 Кл/г при pH 8, и

где измеренная при 20°C и 90°C вязкость водной суспензии составляет от 25 до 1000 мПа⋅с.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения предлагается способ получения водной суспензии с улучшенной реологической устойчивостью при повышенной температуре, включающий следующие стадии:

a) получение содержащего карбонат кальция материала,

b) получение воды,

c) получение по меньшей мере одного гребнеобразного полимера,

где удельная вязкость по меньшей мере одного гребнеобразного полимера, измеренная при 20°C и концентрации полимера 45 г/л, отличается от удельной вязкости вышеупомянутого полимера, измеренной при 70°C, на разность Δη_sp удельных вязкостей, причем абсолютное значение Δη_sp составляет от 0,15 до 0,5,

по меньшей мере у одного гребнеобразного полимера измеренная в воде температура помутнения не находится в интервале от 20°C до 95°C, и

по меньшей мере один гребнеобразный полимер имеет удельный заряд от -10 Кл/г до -600 Кл/г при pH 8,

d) смешивание содержащего карбонат кальция материала, полученного на стадии (a), с водой, полученной на стадии (b),

e) смешивание по меньшей мере одного гребнеобразного полимера, полученного на стадии (c), с содержащим карбонат кальция материалом до и/или в течение, и/или после стадии (d),

где по меньшей мере один гребнеобразный полимер добавляется в таком количестве, что измеренная при 20°C и 90°C вязкость водной суспензии составляет от 25 до 1000 мПа⋅с.

Согласно следующему аспекту настоящего изобретения предлагается способ изготовления композитных частиц, включающий стадии (a)-(e) изобретенного способа получения водной суспензии с улучшенной реологической устойчивостью при повышенной температуре и дополнительную стадию (f) высушивания полученной суспензии. Композитные частицы, изготовленные данным способом, проявляют пониженную термочувствительность при повторном диспергировании в воде.

Согласно следующему аспекту настоящего изобретения предлагаются композитные частицы, получаемые изобретенным способом их изготовления.

Согласно следующему аспекту настоящего изобретения предлагается применение изобретенной водной суспензии для изготовления бумаги, пластмасс, краски, покрытий, бетона и/или в сельском хозяйстве, где водная суспензия предпочтительно используется на влажной стороне процесса производства бумаги, сигаретной бумаги, картона и/или покрытий, или в качестве основы для ротационной глубокой печати и/или офсетной печати, и/или краскоструйной печати, и/или непрерывной печати краской, и/или для флексографии, и/или электрофотографии, и/или декоративных поверхностей, или водная суспензия используется для уменьшения воздействия солнечного света и ультрафиолетового излучения на листья растений.

Согласно следующему аспекту настоящего изобретения предлагается использование изобретенных композитных частиц для изготовления бумаги, пластмасс, краски, покрытий, бетона и/или в сельском хозяйстве, где предпочтительно композитные частицы используются на влажной стороне процесса производства бумаги, сигаретной бумаги, картона и/или покрытий, или в качестве основы для ротационной глубокой печати и/или офсетной печати, и/или краскоструйной печати, и/или непрерывной печати краской, и/или для флексографии, и/или электрофотографии, и/или декоративных поверхностей, или композитные частицы используются для уменьшения воздействия солнечного света и ультрафиолетового излучения на листья растений.

Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения определяются в соответствующих зависимых пунктах формулы изобретения.

Согласно одному варианту осуществления количество карбоната кальция в содержащем карбонат кальция материале составляет по меньшей мере 80 масс.%, предпочтительно по меньшей мере 95 масс.%, более предпочтительно от 97 до 100 масс.% и наиболее предпочтительно от 98,5 до 99,95 масс.% по отношению к суммарной массе содержащего карбонат кальция материала.

Согласно еще одному варианту осуществления содержащий карбонат кальция материал имеет медианномассовый размер частиц d₅₀ от 0,1 до 100 мкм, предпочтительно от 0,25 до 50 мкм, более предпочтительно от 0,3 до 5 мкм и наиболее предпочтительно от 0,4 до 3,0 мкм.

Согласно еще одному варианту осуществления содержащий карбонат кальция материал представляет собой тонкодисперсный карбонат кальция (GCC), осажденный карбонат кальция (PCC) или их смесь.

Согласно еще одному варианту осуществления водная суспензия имеет содержание твердых частиц от 45 до 82 масс.%, предпочтительно от 60 до 78 масс.% и более предпочтительно от 70 до 78 масс.% по отношению к суммарной массе водной суспензии. Согласно еще одному варианту осуществления водная суспензия имеет значение pH от 7 до 12, предпочтительно от 7,5 до 11 и более предпочтительно от 8,5 до 10.

Согласно еще одному варианту осуществления по меньшей мере один гребнеобразный полимер имеет удельный заряд от -10 Кл/г до -500 Кл/г при pH 8, предпочтительно от -10 Кл/г до -300 Кл/г при pH 8 и более предпочтительно от -10 Кл/г до -100 Кл/г при pH 8. Согласно еще одному варианту осуществления по меньшей мере один гребнеобразный полимер имеет характеристическую вязкость от 5 до 100 мл/г, предпочтительно от 7 до 80 мл/г и наиболее предпочтительно от 8 до 20 мл/г. Согласно еще одному варианту осуществления, по меньшей мере у одного гребнеобразного полимера температура помутнения не находится в интервале от 25°C до 90°C и предпочтительно температура помутнения не находится в интервале от 30°C до 85°C.

Согласно еще одному варианту осуществления по меньшей мере один гребнеобразный полимер присутствует в количестве от 0,01 до 10 масс.%, предпочтительно от 0,05 до 5 масс.%, более предпочтительно от 0,1 до 3,0 масс.%, еще более предпочтительно от 0,2 до 2,0 масс.% и наиболее предпочтительно от 0,25 до 1,5 масс.% или от 0,5 до 1,25 масс.% по отношению к суммарной массе твердых частиц в суспензии. Согласно еще одному варианту осуществления по меньшей мере один гребнеобразный полимер присутствует в таком количестве, что получаемая водная суспензия имеет измеренную при 20°C и 90°C вязкость от 25 до 800 мПа⋅с, предпочтительно от 30 до 500 мПа⋅с и наиболее предпочтительно от 35 до 300 мПа⋅с.

Согласно еще одному варианту осуществления водная суспензия не содержит добавки, у которой удельный заряд составляет более чем -500 Кл/г при pH 8. Согласно еще одному варианту осуществления вязкость водной суспензии при 40°C является такой же или более высокой, чем вязкость при 90°C. Согласно еще одному варианту осуществления водная суспензия имеет улучшенную реологическую устойчивость при повышенной температуре по меньшей мере в течение 30 минут, предпочтительно по меньшей мере в течение одного часа, более предпочтительно по меньшей мере в течение 12 часов, еще более предпочтительно по меньшей мере в течение 24 часов и наиболее предпочтительно по меньшей мере в течение одной недели.

Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения способ также включает дополнительную стадию нагревания смеси, полученной на стадии (d) и/или (e), при температуре от 50°C до 120°C, предпочтительно от 60°C до 110°C и наиболее предпочтительно от 70°C до 105°C в течение и/или после стадии (d) и/или (e). Согласно еще одному варианту осуществления смесь, полученная на стадии (d) и/или (e), концентрируется и/или измельчается в процессе нагревания. Согласно еще одному варианту осуществления диспергирующее вещество не добавляется в водную суспензию на стадии (d).

Для цели настоящего изобретения термин «содержащий карбонат кальция материал» означает материал, который содержит по меньшей мере 80 масс.% карбоната кальция по отношению к суммарной массе содержащего карбонат кальция материала.

«Карбонат кальция» в значении настоящего изобретения представляет собой тонкодисперсный карбонат кальция (GCC), а также осажденный карбонат кальция (PCC).

«Тонкодисперсный карбонат кальция» (GCC) в значении настоящего изобретения представляет собой карбонат кальция, получаемый из природных источников, таких как известняк, мрамор, кальцит или мел, и подвергаемый влажной и/или сухой обработке, такой как измельчение, просеивание и/или фракционирование, где используется, например, циклон или сортировочный грохот.

«Осажденный карбонат кальция» (PCC) в значении настоящего изобретения представляет собой синтезированный материал, как правило, получаемый в результате осаждения, когда взаимодействуют диоксид углерода и гидроксид кальция (гашеная известь) в водной среде, или в результате осаждения, когда в воде присутствуют источники ионов кальция и карбоната. Кроме того, осажденный карбонат кальция может также представлять собой продукт реакции содержащих ионы кальция и карбоната солей, например хлорида кальция и карбоната натрия, в водной среде. Осажденный карбонат кальция может представлять собой фатерит, кальцит или арагонит.

«Суспензия» или «взвесь» в значении настоящего изобретения содержит нерастворимые твердые частицы, воду и необязательно дополнительные добавки, причем, как правило, в ней содержатся твердые частицы в больших количествах, и, таким образом, она является более вязкой и может иметь более высокую плотность, чем жидкость, из которой она изготовлена.

Во всем тексте настоящего документа «размер частиц» содержащего карбонат кальция материала описывается распределением данных частиц по размерам. Значение d_x представляет собой диаметр, по отношению к которому x масс.% частиц имеет диаметры менее чем d_x. Это означает, что значение d₂₀ представляет собой такой размер частиц, что 20 масс.% всех частиц имеют меньший размер, и значение d₇₅ представляет собой такой размер частиц, что 75 масс.% всех частиц имеют меньший размер. Таким образом, значение d₅₀ представляет собой средний размер частиц по массе, т.е. 50 масс.% всех частиц имеют размер более или менее чем данный размер частиц. Для цели настоящего изобретения размер частиц определяется как средний размер частиц по массе d₅₀, если не определено другое условие. Для определения значения d₅₀ как медианномассового размера частиц, у которых это значение d₅₀ составляет от 0,4 и 2 мкм, можно использовать устройство Sedigraph 5120 от компании Micromeritics (США).

«Удельная площадь поверхности» (SSA) содержащего карбонат кальция продукта в значении настоящего изобретения определяется как соотношение площади поверхности минеральной частицы и массы этой минеральной частицы. При упоминании в настоящем документе удельная площадь поверхности измеряется с использованием изотермы адсорбции по теории Брунауэра-Эммета-Теллера (BET) согласно стандарту ISO 9277:1995 и выражается в м²/г.

«Электропроводность» согласно настоящему изобретению означает удельную электропроводность водной суспензии содержащего карбонат кальция материала, которая измеряется с использованием способа измерения, определенного ниже в разделе «Примеры» настоящего документа. Удельная электропроводность выражается в мкСм/см и может измеряться при 25°C.

Для цели настоящего изобретения термин «гребнеобразный полимер» означает имеющий форму гребня полимер, который представляет собой подкласс разветвленных полимеров. Гребнеобразные полимеры представляют собой полимеры, в которых имеющие форму гребня макромолекулы образуют основную цепь, также называемую термином «скелет», с множеством трифункциональных точек разветвления, причем от каждой из них отходит линейная боковая цепь, и, таким образом, плоская проекция напоминает по форме гребень (см. «Золотую книгу» Международного союза теоретической и прикладной химии (IUPAC), «Краткое руководство по химической технологии», второе издание).

Термин «удельный заряд» означает величину электрического заряда на единицу массы полимера, которая измеряется в Кл/г при pH на уровне 8. В случае анионнозаряженного полимера удельный заряд можно определять путем титрования катионным полимером до тех пор, пока удельный заряд не станет нулевым при pH на уровне 8.

Согласно настоящему изобретению термин «улучшенная реологическая устойчивость при повышенной температуре» означает, что реологическая устойчивость водной суспензии и предпочтительно вязкость такой суспензии не изменяется в значительной степени, когда на суспензию воздействует повышенная температура. Предпочтительно вязкость водной суспензии составляет от 25 до 1000 мПа⋅с при повышенной температуре. «Повышенная температура» в значении настоящего изобретения означает температуру, которая превышает комнатную температуру, т.е. составляет более чем 20±2°C. Например, термин «повышенная температура» означает температуру, превышающую 60°C, и более предпочтительно температуру от 65 до 105°C. Например, измеренная при 20°C и 90°C вязкость водной суспензии составляет от 25 до 1000 мПа⋅с.

Термин «удельная вязкость» в значении настоящего изобретения определяется как относительная вязкость минус 1. Относительная вязкость при упоминании в настоящем документе представляет собой отношение вязкости раствора и вязкости растворителя. Вязкость растворителя определяется как вязкость чистого растворителя, а вязкость раствора определяется как вязкость раствора гребнеобразного полимера в чистом растворителе.

Термин «разность удельных вязкостей» в значении настоящего изобретения определяется как разность удельных вязкостей водного раствора полимера, где концентрация полимера составляет 45 г на 1 л воды, которые измеряются при 70°C и 20°C соответственно.

Для цели настоящего изобретения термин «вязкость» означает динамическую вязкость, которая также известна как сдвиговая вязкость. Динамическая вязкость определяется как тангенциальное усилие на единицу площади, которое требуется для перемещения одной горизонтальной плиты по отношению к другой при единичной скорости, когда сохраняется единичное расстояние в текучей среде. Согласно этому определению, когда текучая среда, имеющая вязкость 1 Па⋅с, помещается между двумя плитами, одна плита сдвигается вбок при напряжении сдвига 1 Па, и это приводит к перемещению, равному толщине слоя между плитами, то перемещение занимает одну секунду («Справочник по реологии», автор Thomas G. Mezger, издательство Vincentz, 2002 г., с. 21). Динамическую вязкость можно измерять, используя измерительную систему на основе коаксиальных цилиндров, например, производимый компанией Paar Physica реометр MCR 300, оборудованный термостатируемой ячейкой TEZ 150 P-C и измерительной системой CC 27 на основе коаксиальных цилиндров, которые вращаются при постоянной скорости 100 об/мин.

Вязкость по Брукфильду (Brookfield) определяется как вязкость, измеряемая вискозиметром Брукфильда при температуре 20°C±2°C и скорости вращения 100 об/мин и выражающаяся в мПа⋅с.

Согласно настоящему изобретению «абсолютное значение» или «модуль» действительного числа представляет собой численное значение данного числа безотносительно его знака.

«Характеристическая вязкость» согласно настоящему изобретению вычисляется посредством экстраполяции до нуля концентрации c разбавленного раствора и определяется следующим образом:

,

где [η] представляет собой предел приведенной вязкости для c=0 и G=0, G представляет собой градиент скорости, и η_sp представляет собой удельную вязкость. Термин «характеристическая вязкость» в литературе также известен как индекс вязкости Штаудингера (Staudinger).

«Температура помутнения» (CP) текучей среды согласно настоящему изобретению представляет собой температуру, при которой растворенные в воде твердые частицы больше не могут полностью растворяться при атмосферном давлении, т.е. при 101325 Па, но осадок в качестве второй фазы придает текучей среде мутный внешний вид.

В том случае, где термин «включающий» используется в описании и формуле настоящего изобретения, он не исключает другие элементы. Для целей настоящего изобретения термин «состоящий из» рассматривается как предпочтительный вариант осуществления термина «включающий». Если в настоящем документе определяется, что группа включает по меньшей мере определенное число вариантов осуществления, это также следует понимать как описание группы, которая предпочтительно состоит только из этих вариантов осуществления.

В том случае, где существительное используется в единственном числе, это распространяется и на множественное число данного существительного, если не определено другое условие.

Такие термины, как «получаемый» или «определяемый и «полученный» или «определенный», используются взаимозаменяемым образом. Это означает, например, что, если иное условие четко не продиктовано контекстом, термин «полученный» не предназначается для описания того, что, например, вариант осуществления должен быть получен, посредством, например, последовательности стадий, перечисленных после термина «полученный», хотя такое ограниченное понимание всегда предусматривается в качестве предпочтительного варианта осуществления терминами «полученный» или «определенный».

Водная суспензия с улучшенной реологической устойчивостью при повышенной температуре согласно настоящему изобретению включает содержащий карбонат кальция материал и по меньшей мере один гребнеобразный полимер, причем измеренная при 20°C и 90°C вязкость водной суспензии составляет от 25 до 1000 мПа⋅с. Удельная вязкость по меньшей мере одного гребнеобразного полимера согласно настоящему изобретению, измеренная при 20°C и концентрации полимера 45 г/л, отличается от удельной вязкости вышеупомянутого полимера, измеренной при 70°C, на разность Δη_sp удельных вязкостей, причем абсолютное значение Δη_sp составляет от 0,15 до 0,5. Кроме того, по меньшей мере у одного гребнеобразного полимера согласно настоящему изобретению температура помутнения не находится в интервале от 20°C до 95°C при измерении в воде, и он имеет удельный заряд от -10 Кл/г до -600 Кл/г при pH 8.

В следующем описании будут представлены более подробно предпочтительные варианты осуществления водной суспензии с улучшенной реологической устойчивостью при повышенной температуре. Кроме того, в следующем описании будут представлены более подробно предпочтительные варианты осуществления способа изготовления водной суспензии согласно настоящему изобретению.

Содержащий карбонат кальция материал

Водная суспензия согласно настоящему изобретению включает содержащий карбонат кальция материал.

Согласно одному варианту осуществления содержащий карбонат кальция материал представляет собой тонкодисперсный карбонат кальция (GCC), осажденный карбонат кальция (PCC) или их смесь.

Тонкодисперсный (или природный) карбонат кальция (GCC) следует понимать как встречающиеся в природе формы карбоната кальция, добываемые из осадочных пород, таких как известняк или мел, или из метаморфических мраморных пород. Как известно, карбонат кальция существует в кристаллических полиморфных модификациях трех типов, включая кальцит, арагонит и фатерит. Кальцит, представляющий собой наиболее распространенную кристаллическую полиморфную модификацию, рассматривается как наиболее устойчивая кристаллическая форма карбоната кальция. Менее распространенным является арагонит, который имеет состоящую из отдельных или собранных в кластеры игл орторомбическую кристаллическую структуру. Фатерит представляет собой наименее распространенную полиморфную модификацию карбоната кальция, и, как правило, он является неустойчивым. Тонкодисперсный карбонат кальция почти исключительно существует в вышеупомянутой полиморфной модификации кальцита, которая имеет тригонально-ромбоэдрическую структуру и представляет собой наиболее устойчивую полиморфную модификацию карбоната кальция. Термин «источник карбоната кальция» в значении настоящей заявки означает встречающийся в природе минеральный материал, из которого производится карбонат кальция. Источник карбоната кальция может содержать дополнительные встречающиеся в природе компоненты, такие как карбонат магния, алюмосиликат и т.д.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения в качестве источника тонкодисперсного карбоната кальция (GCC) выбираются мрамор, мел, кальцит, доломит, известняк или их смеси. Предпочтительно в качестве источника тонкодисперсного карбоната кальция выбирается мрамор.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения GCC производится посредством сухого измельчения. Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения GCC производится посредством влажного измельчения и последующего высушивания.

Как правило, стадию измельчения можно осуществлять, используя любое традиционное измельчающее устройство, например, в таких условиях, что измельчение преимущественно происходит в результате соударений с вторичными предметами, т.е. в одном или нескольких из следующих устройств: шаровая мельница, стержневая мельница, вибрационная мельница, валковая дробилка, центробежная ударная мельница, вертикальная бисерная мельница, фрикционная мельница, штифтовая мельница, молотковая мельница, распылитель, измельчитель, дезинтегратор, ножевидный режущий инструмент или другие такие устройства, которые известны специалисту в данной области техники. В том случае, где содержащий карбонат кальция минеральный порошок представляет собой влажный измельченный содержащий карбонат кальция минеральный материал, стадию измельчения можно осуществлять в таких условиях, в которых происходит самоизмельчение, и/или в горизонтальной шаровой мельнице, и/или в таких других условиях, которые известны специалисту в данной области техники. Обработанный во влажном состоянии тонкодисперсный содержащий карбонат кальция минеральный материал, получаемый таким способом, можно промывать и обезвоживать, осуществляя перед высушиванием хорошо известные процессы, такие как, например, флокуляция, фильтрация или принудительное испарение. Последующую стадию высушивания можно осуществлять как одну стадию, такую как распылительное высушивание, или как по меньшей мере две стадии. Кроме того, является обычным, что такой минеральный материал проходит стадию обогащения (такую как стадия флотации, отбеливание или магнитное разделение) для удаления примесей.

Согласно одному варианту осуществления содержащий карбонат кальция материал представляет собой тонкодисперсный карбонат кальция из одного источника. Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения содержащий карбонат кальция материал представляет собой смесь тонкодисперсного карбоната, полученного из двух или более различных источников тонкодисперсного карбоната кальция. Например, тонкодисперсный карбонат кальция по меньшей мере из одного источника может содержать один GCC, полученный из доломита, и один GCC, полученный из мрамора.

Согласно еще одному варианту осуществления содержащий карбонат кальция материал представляет собой тонкодисперсный карбонат кальция из единственного источника. Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения, содержащий карбонат кальция материал представляет собой смесь тонкодисперсного карбоната кальция, полученного из двух или более различных источников тонкодисперсного карбоната кальция.

«Осажденный карбонат кальция» (PCC) в значении настоящего изобретения представляет собой синтезированный материал, как правило, получаемый посредством осаждения в результате реакции диоксида углерода и извести в водной среде, или посредством осаждения из воды, содержащей источники ионов кальция и карбоната, или посредством осаждения из раствора, содержащего ионы кальция и карбоната, например, в форме CaCl₂ и Na₂CO₃. Следующие возможные способы изготовления PCC представляют собой известково-содовый процесс или процесс Сольве (Solvay), в котором PCC представляет собой побочный продукт производства аммиака. Осажденный карбонат кальция существует в трех основных кристаллических формах, включая кальцит, арагонит и фатерит, а также существуют многочисленные различные полиморфные модификации (кристаллические состояния) для каждой из этих кристаллических форм. Кальцит представляет собой тригональную структуру с типичными кристаллическими состояниями, такими как скаленоэдрическая (S-PCC), ромбоэдрическая (R-PCC), гексагональная призматическая, пинакоидальная, коллоидная (C-PCC), кубическая и призматическая (P-PCC). Арагонит представляет собой орторомбическую структуру с типичными кристаллическими состояниями сдвоенных гексагональных призматических кристаллов, а также множество разнообразных кристаллов, таких как тонкие удлиненные призмы, изогнутые клинки, острые пирамиды, долотообразные кристаллы, разветвленные древовидные кристаллы, а также кораллообразные и червеобразные кристаллы. Фатерит представляет собой гексагональную кристаллическую структуру. Получаемую суспензию PCC можно механически обезвоживать и высушивать.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения содержащий карбонат кальция материал представляет собой один осажденный карбонат кальция. Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения содержащий карбонат кальция материал представляет собой смесь осажденного карбоната кальция, выбранного из двух или более различных кристаллических форм и различных полиморфных модификаций осажденного карбоната кальция. Например, по меньшей мере один осажденный карбонат кальция может содержать один PCC, выбранный из S-PCC, и один PCC, выбранный из R-PCC.

Согласно еще одному варианту осуществления содержащий карбонат кальция материал представляет собой единственный осажденный карбонат кальция. Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения содержащий карбонат кальция материал представляет собой смесь осажденного карбоната кальция, выбранного из двух или более различных кристаллических форм и различных полиморфных модификаций осажденного карбоната кальция.

Согласно еще одному варианту осуществления содержащий карбонат кальция материал представляет собой смесь тонкодисперсного карбоната кальция и осажденного карбоната кальция.

Помимо карбоната кальция, содержащий карбонат кальция материал может содержать и другие соединения кальция, содержащие магний, а также аналоги или производные, разнообразные силикаты, такие как глина, например каолиновая глина, и/или тальк, и/или слюда, и/или аналоги или производные, и смеси этих наполнителей, такие как, например, смеси талька и карбоната кальция или смеси карбоната кальция и каолина, или могут дополнительно содержаться оксиды металлов, такой как диоксид титана и/или оксид алюминия, гидроксиды металлов, такие как тригидроксид алюминия, соли металлов, такие как сульфаты или карбонаты, такие как карбонат магния и/или гипс, сатинит (смесь гидроксида алюминия, гидроксида кальция и сульфата кальция) и их смеси.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения количество карбоната кальция в содержащем карбонат кальция материале составляе