Адсорбция и/или уменьшение количества органических материалов в водной среде с применением коллоидного осажденного карбоната кальция

Адсорбция и/или уменьшение количества органических материалов в водной среде с применением коллоидного осажденного карбоната кальция

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение предлагает применение коллоидного осажденного карбоната кальция (cPCC) для адсорбции и/или уменьшения количества, по меньшей мере, одного органического материала в водной среде.

В промышленном производстве бумаги волокна, получаемые из разнообразных источников и имеющих различные качества, изготавливают в процессе обработки и очистки, например, осуществляя в сочетаниях измельчение, термическую и химическую обработка, чтобы превращать древесину в волокна. В течение этого процесса варки целлюлозы органические материалы, содержащиеся в составе древесины, высвобождаются в циркулирующую технологическую воду в форме растворенных и коллоидных веществ (DCS), которые также называются термином «смола». Однако растворенные и коллоидные вещества могут циркулировать во внутренних водных контурах в форме мелких капель, которые могут образовывать отложения на поверхности оборудования для изготовления бумаги, и, таким образом, могут приводить к необходимости трудоемкой очистки оборудования и дорогостоящего простоя машин. Кроме того, такие отложения иногда проявляются как заметные пятна на конечном бумажном изделии, имея цвет от желтого до черного, или они могут вызывать разрыв бумажного полотна, включая снижение производительности и ухудшение качества бумаги.

Капли растворенных и коллоидных веществ, как правило, образуются, когда данные растворенные и коллоидные вещества диффундируют из клеток древесины или выдавливаются из разрушенных клеток. Вследствие высокой температуры варки целлюлозы, составляющей приблизительно от 80 до 180°C, и высокой ионной силы водной среды образуется фаза, имеющая пластинчатую жидкокристаллическую структуру, которая затем превращается, и образуется липофильная коллоидная система, включающая отдельные капли. Как правило, компоненты, составляющие гидрофобную часть древесной смолы, такие как триглицериды, сложные эфиры стериловых спиртов, воски, а также имеющие гидрофобные скелеты смолы и жирные кислоты, стеролы и жирные спирты предпочтительно собираются в центре капель. Гидрофильные незаряженные группы, образующие, например, спирты, такие как стеролы и жирные спирты, а также гидрофильные головные группы смол, которые содержат жирные кислоты и соответствующие мыла, располагаются на поверхности капель и, в конечном счете, определяют электростатическую стабилизацию данной системы. Вышеупомянутые соединения находятся в равновесии с водной средой и могут растворяться в результате изменения pH, температуры или ионной силы. Кроме того, гидрофильные растворимые в воде полимеры, такие как гемицеллюлозы или лигносульфонаты, могут адсорбироваться на поверхности капель и способствовать их коллоидной стабилизации посредством стерических электростатических взаимодействий. По сравнению с содержимым капель, эти гидрофильные растворимые в воде полимеры присутствуют в избытке и находятся в равновесии между поверхностью капель и водной средой. Вышеупомянутые капли, как правило, имеют размеры, составляющие от 10 до 2000 нм. Такое образование капель может также представлять собой проблему в процессах, в которых присутствуют регенерированные или вторичные волокна, где органические материалы, такие как связующие вещества, краски, термоплавкие клеи, латексы и воски, агломерируются и образуют отложения на оборудовании для изготовления бумаги.

Дифференциация и разделение растворенных веществ и капель, включающих коллоидные вещества, могут осуществляться посредством мембранной фильтрации, в которой применяются фильтры с размером отверстий, составляющим от 0,1 до 0,2 мкм. Например, следует понимать, что все вещества, которые задерживаются фильтром, рассматриваются как коллоидные вещества, а все вещества, которые проходят через фильтр, представляют собой растворенные вещества. В качестве альтернативы, дифференциация может осуществляться посредством измерения мутности, в котором вещества, которые вызывают мутность, рассматриваются как часть коллоидных веществ и включают, главным образом, гидрофобную древесную смолу, на которой адсорбируются гемицеллюлозы. Растворенные вещества, как правило, количественно определяются путем вычитания количества коллоидного материала из суммарного количества органического материала.

В технике было сделано несколько попыток регулирования отложений растворенных и коллоидных веществ в процессах изготовления бумаги. В данном отношении одна стратегия включает введение в процесс изготовления бумаги адсорбирующих материалов в форме разнообразных минералов, такие как тальк, бентонит или диатомовый кремнезем, которые адсорбируют вышеупомянутые вещества в форме мелких капель.

Например, японская патентная заявка № JP 2004292998A предлагает тальк, который используется в качестве адсорбирующего смолы материала. Международная патентная заявка № WO 03/085199A2 предлагает ограничивающую отложения систему, которую составляют неорганический или органический коагулянт и микрозернистый материал, такой как бентонитовая глина, сшитый полимер, коллоидный диоксид кремния, полисиликат для содержащей целлюлозу белой смолы/клейких вещества. Патентная заявка США № US 2003/0096143A1 описывает способ обработки частиц талька, который улучшает смачиваемость талька и/или сродство талька к целлюлозным волокнам. Японский патент № JP 6065892 описывает адсорбирующий смолы материал, который составляет модифицированный магнием смектитный глинистый минерал, изготавливаемый посредством модификации магнием поверхностного слоя смектитного глинистого минерала.

Французские патенты № FR 2900410 и № FR 2900411 описывают обработку минералов и/или талька амфотерными полимерами для использования в ограничении отложений смолы. Канадский патент № CA 2205277 описывает способ, сокращающий до минимума отложения частиц смолы, краски и клейких веществ в процессе изготовления бумаги посредством удерживания таких частиц на волокнах, включающий стадии добавления талька в количестве, эффективном для ограничения смолы, краски и клейких веществ, в суспензию волокон, которая находится в контакте с бумагоделательной машиной и связанными с ней устройствами, и добавления в эту суспензию бентонита в количестве, эффективном для ограничения смолы, краски и клейких веществ. Международная патентная заявка № WO 2009/034056Al предлагает применение диоксида углерода для удаления клейких веществ из целлюлозной суспензии, содержащей регенерированные волокна, а также для уменьшения содержания карбоната кальция в отходах от флотации. Международная патентная заявка № WO 2006/029404A1 описывает удаление и/или ограничение содержания связующих веществ или клейких материалов из исходной макулатуры или необработанных целлюлозных волокон посредством осуществления в комбинированной обработки ферментами с адсорбентами и/или абсорбентами, где адсорбенты включают активированный бентонит, микрочастицы, тальк, глину и модифицированный диоксид кремния. Работа P. L. Whiting «Контроль загрязнения на высокоскоростной бумагоделательной машине», Конференция технологов и производителей бумаги», материалы Технической ассоциации целлюлозно-бумажной промышленности (TAPPI), 1997 г., с. 661-668, описывает уменьшение отложения клейких веществ на бумагоделательных машинах посредством добавления недиспергированных частиц PCC, имеющих скаленоэдрическую форму. Статья J. Klungness и др., «Устранение отложений клейких микрочастиц и коллоидных частиц с помощью осажденного карбоната кальция», Paper Technology (Технология производства бумаги), октябрь 2004 г., с. 29-33, описывает применение ромбоэдрического PCC для устранения или сокращения до минимума содержания клейких микрочастиц в технологической воды в процессе регенерации целлюлозы. Международная патентная заявка № WO 2008/113839 предлагает способ устранения смолы из водной среды посредством добавления в данную среду прореагировавшего на поверхности природного карбоната кальция или водной суспензии, включающей прореагировавший на поверхности карбонат кальция и имеющей значение pH, составляющее более чем 6,0 при измерении при 20°C. Международная патентная заявка № WO 2008/113838 предлагает удаление разрушающих эндокринную систему соединений из водной среды посредством добавления в данную среду прореагировавшего на поверхности природного карбоната кальция или водной суспензии, включающей прореагировавший на поверхности карбонат кальция и имеющей значение pH, составляющее более чем 6,0 при измерении при 20°C. Международная патентная заявка № WO 2013/007717 предлагает применение гидрофобизированного тонкодисперсного карбоната кальция и/или гидрофобизированного осажденного карбоната кальция для уменьшения количества смолы в водной среде.

Эта стратегия имеет преимущество, заключающееся в том, что растворенные и коллоидные вещества удаляются из конечного продукта и не могут, таким образом, концентрироваться далее в водном контуре бумагоделательной машины. В частности, тальк представляет собой весьма эффективное общепринятое вещество для устранения отложений смолы. Однако механизм действия талька в устранении растворенных и коллоидных веществ точно не установлен. Предполагается, что тальк уменьшает клейкость таких веществ таким образом, что они в меньшей степени проявляют тенденцию к образованию капель или отложений на оборудовании для производства бумаги или к созданию пятен на конечном бумажном изделии. Кроме того, функция талька заключается в том, чтобы уменьшать клейкость материалов, которые уже образовали отложения, таким образом, что замедляется дальнейшее накопление клейких материалов на этих поверхностях. Следовательно, важно, чтобы тальк добавлялся в достаточном количестве таким образом, чтобы уменьшалась общая клейкость поверхностей в системе. Один проблема, связанная с тальком, однако, заключается в том, что если тальк используется в недостаточном количестве, он, как правило, просто внедряется в отложения и агломераты клейких материалов. Кроме того, как известно, тальк частично теряет свое сродство к коллоидным веществам в процессе изготовления бумаги в нейтральной и щелочной среде.

Согласно следующей стратегии, предусматриваются коллоидная стабилизация или фиксация и удерживание растворенных и коллоидных веществ посредством применения диспергирующих веществ или поверхностно-активных веществ. Применение этой стратегии приводит к концентрированию капель смолы в водном контуре бумагоделательной машины. Например, европейский патент № EP 0740014 описывает ограничивающее отложения смолы вещество, которое может включать кандитовую глину (серпентиновой группы), частицы которого покрывает гомополимер или сополимер, включающий меламиноформальдегид. Патент США № US 5626720A описывает способ контроля смолы в водной системе, используемой в производстве целлюлозы или бумаги, который включает добавление в данную систему или в оборудование, производящее целлюлозу или бумагу, растворимого в воде полимера, исходными веществами которого являются (a) эпигалогидрин, диэпоксид или предшественник эпигалогидрина или диэпоксида, (b) алкиламин, содержащий две функциональные группы, способные реагировать с эпигалогидрином, и (c) амин, содержащий более чем две функциональные группы, способные реагировать с эпигалогидрином, и не содержащий карбонильных групп. Японский патент № JP 11043895A описывает способ подавления отложений смолы посредством применения катионного соединения, которое изготавливается в результате реакции алкилендиамина с эпигалогидрином. Международная патентная заявка № WO 98/05819A1 предлагает жидкую композицию для ограничения отложений смолы в производстве целлюлозы и бумаги, включающую водная раствор, содержащий (1) катионный гуаровый полимер и (2) сополимер изобутилена и малеинового ангидрида. Европейский патент № EP 0586755 A1 описывает способ ограничения отложений смолы в процессе варки целлюлозы или изготовления бумаги, в котором в композицию, включающую волокна для изготовления бумаги, вводится вплоть до 1,0 мас.%, по отношению к массе сухих волокон в композиции, катионного полиэлектролита, в качестве которого присутствует собой поли(диаллилди(гидро или низший алкил)аммониевая соль), и у которого среднечисленная молекулярная масса составляет более чем 500000. Патентная заявка США № US 2011/0094695A1 описывает способ регулирования отложений органических загрязняющих веществ в системах для изготовления целлюлозы и бумаги, в котором используются растворимые в воде простоэфирные аминопластические сополимеры. Европейский патент № EP 1950342A1 описывает водные эмульсии, содержащие диалкиламиды и неионные поверхностно-активные вещества. Патентная заявка США № US 2004/0231816A1 описывает способ ограничения отложений смолы и клейких веществ, включающий стадию добавления гидрофобно модифицированной гидроксиэтилцеллюлозы (HMHEC) и катионных полимеров в суспензию целлюлозных волокон (древесную массу) или в систему обработки бумаги или изготовления бумаги; в результате этого повышается степень ингибирования отложения органических веществ и удерживания смолы на бумажных волокнах по сравнению с ингибированием индивидуальных ингредиентов. Патент США № US 6153049 описывает этиленаминные соединения и их смеси, которые используются в эффективных количествах для уменьшения или ингибирования отложений белой смолы на оборудовании для изготовления бумаги в течение переработки для регенерации бумаги, содержащей покрытия. Патент США № US 6051160A предлагает жидкую композицию для ограничения отложений смолы в производстве целлюлозы и бумаги, включающую водный раствор, содержащий (1) модифицированный катионный гуар и (2) сополимер стирола и малеинового ангидрида. Японская патентная заявка № JP 2002212897A описывает ингибитор отложения смолы в производстве бумаги, в котором содержится полидиаллилдиметиламмониевая соль, имеющая молекулярную массу от 20000 до 200000, и неорганическое соединение алюминия в качестве активных ингредиентов.

Однако данная стратегия часто вызывает проблемы, потому что в результате изменений температуры, pH или концентрации электролита могут происходить агломерация и последующее отложение капель органического материала на поверхности машин и оборудования и/или появление пятен на конечном бумажном изделии.

Таким образом, существует постоянная потребность в альтернативных материалах, которые обеспечивают улучшенные эксплуатационные характеристики по сравнению с существующими адсорбирующими материалами и эффективно осуществляют адсорбцию и/или уменьшают количество органических материалов в водной среде, которая производится в процессах изготовления бумаги или варки целлюлозы.

Эта и другие задачи решаются посредством предмета настоящего изобретения. Согласно настоящему изобретению, предлагается применение коллоидного осажденного карбоната кальция (cPCC) для адсорбции и/или уменьшения количества, по меньшей мере, одного органического материала в водной среде, в котором cPCC имеет удельную площадь поверхности, составляющую, по меньшей мере, 5,0 м²/г при измерении с применением азота и метода Брунауэра-Эммета-Теллера (BET).

Авторы настоящего изобретения неожиданно обнаружили, что в результате вышеупомянутого применения согласно настоящему изобретению получается водная среда, содержащая меньшее количество органических материалов, чем количество органических материалов, содержащееся в соответствующей водной среде, которая получается в таком же процессе, но без вступления в контакт с коллоидным осажденным карбонатом кальция (cPCC). Более конкретно, авторы настоящего изобретения обнаружили, что, по меньшей мере, один органический материал в водной среде, который образуется в процессе изготовления бумаги или варки целлюлозы, может предпочтительно адсорбироваться и/или устраняться посредством введения в контакт водной среды с определенным коллоидным осажденным карбонатом кальция (cPCC).

Следует понимать, что для целей настоящего изобретения перечисленные ниже термины имеют следующие значения:

«Коллоидный осажденный карбонат кальция» (cPCC) означает осажденный карбонат кальция, который получается в форме агрегатов, содержащих индивидуальные частицы PCC. Термин «осажденный карбонат кальция» (PCC), который используется согласно настоящему изобретению, означает синтезированный материал, как правило, получаемый в результате осаждения после реакции углекислого газа и известкового молока в водной среде в подходящих условиях, который хорошо известен в технике; см., например, статью H. Yamada и др., «Процесс образования коллоидного карбоната кальция в реакционной системе Ca(OH)₂-H₂O-CO₂», Gypsum & Lime (Гипс и известь), 1985 г., № 194, с. 3-12.

Термин «органические материалы», который используется согласно настоящему изобретению, означает клейкие материалы, содержащие растворенные и коллоидные вещества (DCS), которые образуют нерастворимые отложения в процессах варки целлюлозы и изготовления бумаги. Эти клейкие материалы, как правило, содержатся в составе древесины, из которой изготавливается бумага. Вышеупомянутые растворенные и коллоидные вещества (DCS) составляют четыре класса липофильных компонентов, включая (i) жиры и жирные кислоты, (ii) сложные эфиры стериловых спиртов и стеролы, (iii) терпеноиды и (iv) воски, которые составляют жирные спирты и сложные эфиры и предпочтительно образуют мелкие капли. Химический состав капель зависит от источника волокон, то есть от вида дерева, а также от роста в течение сезона отбора образцов. Липофильные компоненты мелких капель могут стабилизироваться, когда присутствуют лигносульфонаты, а также полисахариды. Если в процессе изготовления бумаги применяется макулатура, данный термин может также использоваться как более общий термин, включающий все клейкие материалы, которые растворяются в органических растворителях, но не растворяются в воде, включая, например, латекс, клей, красящие или связующие материалы, которые содержатся в макулатуре. Однако для целей настоящего изобретения термин «органический материал» включает не только встречающиеся в природе растворенные и/или коллоидные вещества (DCS), которые присутствуют в бумажной массе, но также любое синтетическое или природное растворенное и/или коллоидное вещество, которое присутствует в регенерированных волокнах, и которое рассматривается в качестве загрязняющего вещества в процессах изготовления бумаги.

Термин «водная среда», который используется согласно настоящему изобретению, означает жидкую фазу, которая включает и предпочтительнее представляет собой воду, содержащую, по меньшей мере, один органический материал и необязательные нерастворимые твердые материалы, такие как волокна. Однако вышеупомянутый термин не исключает, что жидкая фаза может содержать смешивающийся с водой органический растворитель, выбранный из группы, включающей спирты, такие как метанол, этанол, изопропанол, содержащие карбонильные группы растворители, такие как кетоны, например, ацетон, или альдегиды, сложные эфиры, такие как изопропилацетат, карбоновые кислоты, такие как муравьиная кислота, сульфоксиды, такие как диметилсульфоксид, и их смеси. Если жидкая фаза включает смешивающийся с водой органический растворитель, водная среда включает этот смешивающийся с водой органический растворитель в количестве, составляющем вплоть до 40,0 мас.% предпочтительно от 1,0 до 30,0 мас.% и наиболее предпочтительно от 1,0 до 25,0 мас.% по отношению к суммарной массе жидкофазной водной среды. Например, жидкая фаза водной среды может состоять из воды.

В том случае, где термин «включающий» используется в описании и формуле настоящего изобретения, он не исключает другие неупомянутые элементы, имеющие большое или небольшое функциональное значение. Для целей настоящего изобретения термин «состоящий из» рассматривается в качестве предпочтительного варианта термина «включающий». Если далее в настоящем документе группа определяется как включающая, по меньшей мере, некоторое число вариантов осуществления, это также следует понимать как определение группы, которая предпочтительно состоит только из этих вариантов осуществления.

В том случае, где используются термины «содержащий» или «имеющий», эти термины означают эквиваленты термина «включающий», который определяется выше.

В том случае, где используется неопределенный или определенный артикль, например, «a», «an» или «the», по отношению к существительному в единственном числе, это также относится и к множественному числу данного существительного, если четко не определяется какое-либо другое условие.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, cPCC имеет удельную площадь поверхности, составляющую от 5,0 м²/г до 200,0 м²/г, предпочтительно от 10,0 м²/г до 100,0 м²/г и наиболее предпочтительно от 15,0 м²/г до 50,0 м²/г при измерении с применением азота и метода BET.

Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения, cPCC включает агрегаты, имеющие значение d₅₀ массового медианного диаметра частиц, составляющее от 0,1 до 50,0 мкм, предпочтительно от 0,2 до 25,0 мкм, предпочтительнее от 0,3 до 10,0 мкм и наиболее предпочтительно от 0,4 до 5,0 мкм при измерении методом седиментации.

Согласно следующему варианту осуществления настоящего изобретения, агрегаты cPCC состоят из одиночных кристаллов, имеющих значение d₅₀ массового медианного диаметра частиц, составляющее от 0,01 до 5,0 мкм, предпочтительно от 0,02 до 2,5 мкм, предпочтительнее от 0,03 до 1,0 мкм и наиболее предпочтительно от 0,04 до 0,5 мкм при измерении методом седиментации.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, cPCC присутствует в порошкообразной форме или в форме водной суспензии, включающие cPCC и имеющей значение pH, составляющее не менее чем 6,0 при измерении в условиях температуры 20°C (±1°C).

Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения, cPCC (a) обрабатывается на поверхности, по меньшей мере, одной алифатической карбоновой кислотой, имеющей суммарное количество атомов углерода, составляющее от 4 до 24, предпочтительно стеариновой кислотой, и/или (b) стабилизируется одним или несколькими диспергирующими веществами, предпочтительно одним или несколькими катионными и/или анионными диспергирующими веществами.

Согласно следующему варианту осуществления настоящего изобретения, cPCC используется в сочетании, по меньшей мере, с одним дополнительным адсорбирующим материалом, выбранным из группы, включающей тальк, каолин, прокаленный каолин, природный карбонат кальция, в качестве которого выбираются мрамор, мел, кальцит, известняк и доломит, неколлоидный PCC, гипс, содержащие силикаты минералы, содержащие гидроксиды минералы, сульфоалюминаты кальция, пластмассовые частицы, органические пигменты, прореагировавший на поверхности карбонат кальция, гидрофобизированный тонкодисперсный карбонат кальция (GCC), гидрофобизированный PCC и их смеси, предпочтительно тальк, прореагировавший на поверхности карбонат кальция, гидрофобизированный GCC, гидрофобизированный PCC и их смеси.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, количество, по меньшей мере, одного дополнительного адсорбирующего материала составляет не более чем 25,0 мас.%, предпочтительно не более чем 10,0 мас.%, предпочтительнее не более чем 5,0 мас.% и наиболее предпочтительно не более чем 2,0 мас.% по отношению к суммарной сухой массе cPCC и, по меньшей мере, одного дополнительного адсорбирующего материала.

Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения, водная среда, включающая, по меньшей мере, один органический материал, производится в процессе изготовления бумаги или варки целлюлозы, предпочтительно в качестве водной среды выбираются беленая и небеленая целлюлоза, такие как механическая целлюлоза, измельченная целлюлоза, термомеханическая целлюлоза (TMP), хемотермомеханическая целлюлоза (CTMP), небеленая сульфатная целлюлоза, сульфатная целлюлоза, регенерированная целлюлоза и их смеси.

Согласно следующему варианту осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, один органический материал в водной среде представляет собой, по меньшей мере, одно растворенное и/или коллоидное вещество, которое производится в процессе изготовления бумаги или варки целлюлозы или переработки макулатуры.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, одно растворенное и/или коллоидное вещество (a) производится/производятся из древесины и/или древесных смол, предпочтительно выбранных из группы, включающей полисахариды, такие как гемицеллюлозы, лигнин, крахмал и пектины, смоляные кислоты, жиры, жирные кислоты, жирные спирты, терпены, терпеноиды, полиизопрены, стеролы, сложные эфиры стериловых спиртов, воски и их смеси, и/или (b) производится/производятся из бумажных покрытий, связующих покрытий, печатных красок, удаляющих краски химических реагентов, термоплавких клеев и/или связующих веществ.

Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения, cPCC добавляется в водную среду в количестве, составляющем от 0,05 до 90,0 мас.%, предпочтительно от 0,1 до 50,0 мас.%, предпочтительнее от 0,25 до 25,0 мас.%, еще предпочтительнее от 0,5 до 10,0 мас.% и наиболее предпочтительно от 0,5 до 5,0 мас.% по отношению к суммарной массе волокон, высушенных в печи при 100°C, в водной среде.

Согласно следующему варианту осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, один органический материал в водной среде представляет собой, по меньшей мере, одно разрушающее эндокринную систему соединение (EDC), причем, по меньшей мере, одно EDC предпочтительно выбирается из группы, включающей эндогенные гормоны, такие как 17[бета]-эстрадиол (E2), эстрон (E1), эстриол (E3), тестостерон или дигидротестостерон; фитогормоны и микогормоны, такие как [бета]-ситостерол, генистеин, дайдзеин или зералеон; лекарственные средства, такие как 17[альфа]- этинилэстрадиол (EE2), местранол (ME), диэтилстилбестрол (DES), и промышленные химические продукты, такие как 4-нонилфенол (NP), 4-трет-октилфенол (OP), бисфенол A (BPA), трибутилолово (TBT), метилртуть, фталаты, полициклические ароматические углеводороды (PAK) или полихлорированные бифенилы (PCB).

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, после добавления cPCC (a) мутность водной среды уменьшается по сравнению с мутностью водной среды без применения cPCC, и/или (b) химическая потребность в кислороде (COD) водной среды уменьшается по сравнению с COD водной среды без применения cPCC, и/или (c) определенный поточным детектором тока (SCD) электрохимический заряд, водной среды увеличивается по сравнению с электрохимическим зарядом водной среды без применения cPCC.

Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения, водная среда, после добавления cPCC в количестве, составляющем, по меньшей мере, 10 г/л водной среды, имеет (a) мутность, составляющую, по меньшей мере, на 20%, предпочтительно, по меньшей мере, на 40,0%, предпочтительнее, по меньшей мере, на 50,0%, еще предпочтительнее, по меньшей мере, на 75,0% и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, на 90,0% менее чем первоначальная мутность, т. е. выраженная в нефелометрических единицах мутности (NTU) мутность водной среды перед добавлением cPCC, и/или (b) химическую потребность в кислороде (COD), составляющую, по меньшей мере, на 1,0%, предпочтительно, по меньшей мере, на 5,0%, предпочтительнее, по меньшей мере, на 10,0%, еще предпочтительнее, по меньшей мере, на 15,0%, еще предпочтительнее, по меньшей мере, 20,0% и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, на 50,0% менее чем первоначальная COD, т. е. COD (мг/л) водной среды перед добавлением cPCC, и/или (c) электрохимический заряд (SCD), составляющий, по меньшей мере, на 5%, предпочтительно, по меньшей мере, 15,0%, предпочтительнее, по меньшей мере, на 20,0%, еще предпочтительнее, по меньшей мере, на 25,0% и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, на 50,0% более чем первоначальный электрохимический заряд, т. е. электрохимический заряд (мкэкв/г) водной среды перед добавлением cPCC.

Далее приводится подробное описание настоящего изобретения и, в частности, вышеупомянутого коллоидного осажденного карбоната кальция, который используется для адсорбции и/или уменьшения количества органических материалов в водной среде.

В частности, было обнаружено, что применение cPCC, имеющего большую площадь поверхности, в качестве адсорбирующего материала делает возможным адсорбцию и/или уменьшение количества, по меньшей мере, одного органического материала в водной среде. По сравнению с описанными выше адсорбирующими материалами, применение cPCC имеет многочисленные преимущества. Он является дешевым, имеет более высокую адсорбционную способность, чем другие адсорбирующие материалы, такие как GCC, PCC и/или тальк, и водная среда, получаемая после вступления в контакт с cPCC, содержит меньшее количество, по меньшей мере, одного органического материала.

Таким образом, одно требование настоящего изобретения заключается в том, что используется cPCC, имеющий удельную площадь поверхности, составляющую, по меньшей мере, 5,0 м²/г при измерении с применением азота и метода BET.

Удельная площадь поверхности cPCC составляет предпочтительно, по меньшей мере, 10,0 м²/г и предпочтительнее, по меньшей мере, 15,0 м²/г при измерении с применением азота и метода BET. Удельная площадь поверхности cPCC составляет, как правило, вплоть до 200,0 м²/г, предпочтительно вплоть до 100,0 м²/г и наиболее предпочтительно вплоть до 50,0 м²/г при измерении с применением азота и метода BET.

Соответственно, cPCC предпочтительно имеет удельную площадь поверхности, составляющую от 5,0 м²/г до 200,0 м²/г, предпочтительнее от 10,0 м²/г до 100,0 м²/г и наиболее предпочтительно от 15,0 м²/г до 50,0 м²/г при измерении с применением азота и метода BET. Например, cPCC имеет удельную площадь поверхности, составляющую от 15,0 м²/г до 40,0 м²/г, предпочтительнее от 15,0 м²/г до 30,0 м²/г и наиболее предпочтительно от 20,0 м²/г до 30,0 м²/г при измерении с применением азота и метода BET.

Как уже отмечалось выше, cPCC означает PCC, получаемый в форме агрегатов, содержащих индивидуальные частицы PCC. Таким образом, следует понимать, что, если не определяется другое условие, измеренная методом BET удельная площадь поверхности cPCC означает измеренную методом BET удельную площадь поверхности агрегатов.

Кроме того, оказываются предпочтительными агрегаты cPCC, которые имеют большое значение d₅₀ массового медианного диаметра частиц.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, агрегаты cPCC имеют значение d₅₀ массового медианного диаметра частиц, составляющее от 0,1 до 50,0 мкм, предпочтительно от 0,2 до 25,0 мкм, предпочтительнее от 0,3 до 10,0 мкм и наиболее предпочтительно от 0,4 до 5,0 мкм при измерении методом седиментации. Например, агрегаты cPCC имеют значение d₅₀ массового медианного диаметра частиц, составляющее от 0,5 до 5,0 мкм, предпочтительно от 0,5 до 4,0 мкм и наиболее предпочтительно от 0,5 до 3,0 мкм при измерении методом седиментации.

Агрегаты cPCC состоят из большего или меньшего числа одиночных кристаллов. Предпочтительно, агрегаты cPCC состоят из одиночных кристаллов, имеющих значение d₅₀ массового медианного диаметра частиц, составляющее от 0,01 до 5,0 мкм, предпочтительно от 0,02 до 2,5 мкм, предпочтительнее от 0,03 до 1,0 мкм и наиболее предпочтительно от 0,04 до 0,5 мкм при измерении методом седиментации.

Используемое в настоящем документе и имеющее общее определение в технике значение d₅₀ определяется на основании измерений, осуществляемых с применением прибора Sedigraph™ 5100 от компании Micromeritics Instrument Corporation (данный прибор работает с программным обеспечением версии 1.04), причем он определяется как такой размер (медианный размер), что частицы, составляющие 50% объема или массы, имеют размер, который составляет не менее чем данное значение. Этот метод и прибор являются известными для специалиста в данной области техники и широко используются для определения размера зерен наполнителей и пигментов. Данное измерение осуществляется в водном растворе 0,1 мас.% Na₄P₂O₇. Образцы диспергируются с применением высокоскоростного смесителя и ультразвука.

Следует понимать, что количество карбоната кальция в cPCC составляет, по меньшей мере, 80,0 мас.%, например, по меньшей мере, 95,0 мас.%, предпочтительно от 97,0 до 100,0 мас.% и наиболее предпочтительно от 98,5 до 99,95 мас.% по отношению к суммарной сухой массе cPCC.

В качестве дополнения или в качестве альтернативы, cPCC имеет электрофоретическую подвижность в растворе 0,1 М NaCl, которая составляет не менее чем +0,11×10^-8 м²/(B⋅c), предпочтительно не менее чем +0,3×10^-8 м²/(B⋅c), предпочтительнее не менее чем +0,5×10^-8 м²/(B⋅c) и наиболее предпочтительно от +0,5 до +1,5×10^-8 м²/(B⋅c). Данное измерение осуществляется методом электрофоретического светорассеяния. Следует понимать, что электрофоретическая подвижность, которая описывается в этом параграфе, распространяется только на недиспергированный cPCC. Кроме того, следует понимать, что электрофоретическая подвижность, которая описывается в этом параграфе, также не распространяется на поверхностно обработанный cPCC, который описывается ниже.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, cPCC используется в порошкообразной форме.

Термин «порошкообразный cPCC» при использовании в настоящем документе, означает, что твердый cPCC составляет, по меньшей мере, 90,0 мас.%, предпочтительно, по меньшей мере, 95,0 мас.% и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 98,0 мас.%, например, от 98,0 до 99,8 мас.% по отношению к суммарной массе порошка, причем частицы порошка имеют удельную площадь поверхности, составляющую, по меньшей мере, 5,0 м²/г при измерении с применением азота и метода BET.

В качестве альтернативы, cPCC используется в форме водной суспензии, включающей cPCC.

Термин «водная суспензия» или «суспензия», который используется согласно настоящему изобретению, означает суспензию, включающую нерастворимые твердые материалы и воду, а также необязательные дополнительные добавки. Суспензии или взвеси обычно содержат в больших количествах твердые материалы и являются более вязкими и, как правило, имеют более высокую плотность, чем жидкость, из которой они образуются.

Если cPCC используется в форме водной суспензии, то cPCC, который используется согласно настоящему изобретению, изготавливается как водная суспензия, имеющая значение pH, измеренное при 20°C (±1°C) и составляющее не менее чем 6,0, предпочтительно не менее чем 6,5, предпочтительнее не менее чем 7,0 и наиболее предпочтительно не менее чем 7,5.

Водная суспензия предпочтительно включает cPCC в количестве, составляющем от 0,1 до 90,0 мас.% по отношению к суммарной массе водной суспензии.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, водная суспензия включает cPCC в количестве, составляющем от 0,1 до 80,0 мас.% и предпочтительно от 3,0 до 60,0 мас.% по отношению к суммарной массе водной суспензии. Например, водная суспензия предпочтительно имеет содержание cPCC, составляющее от 5,0 до 40,0 мас.% по отношению к суммарной массе водной суспензии.

Согласно настоящему изобретению, cPCC может обрабатываться на поверхности, по меньшей мере, одной алифатической карбоновой кислотой, имеющей суммарное количество атомов углерода, составляющее от 4 до 24.

В качестве алифатической карбоновой кислоты, которая используется согласно настоящему изобретению, могут выбираться одна или несколько имеющих неразветвленную цепь, разветвленную цепь, насыщенных, ненасыщенных и/или алициклических карбоновых кислот, имеющих суммарное количество атомов углерода, составляющее от 4 до 24. Предпочтительная алифатическая карбоновая кислота представляет собой монокарбоновая кислота, т. е. алифатическая карбоновая кислота отличается тем, что в ней присутствует единственная карбоксильная группа. Вышеупомянутая карбоксильная группа находится в конце углеродного скелета.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, cPCC подвергается поверхностной обработке, по меньшей мере, одной алифатической карбоновой кислотой, в качестве которой выбираются насыщенные неразветвленные карбоновые кислоты. Другими словами, поверхность cPCC предпочтите