Карбонат кальция с подвергнутой химической обработке поверхностью для использования в качестве ингибитора комкования

Карбонат кальция с подвергнутой химической обработке поверхностью для использования в качестве ингибитора комкования

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к применению карбоната кальция с подвергнутой химической обработке поверхностью в качестве ингибитора комкования, к способу предотвращения комкования, к композиции, содержащей ингибитор комкования, где композиция выбрана из группы, состоящей из пищевой композиции, кормовой композиции, нутрицевтического состава и косметической композиции, а также к способу получения подобной композиции.

Композиции в форме частиц, такие как соль, сахар, порошкообразная смесь для пудинга или суп в пакетике, часто слеживаются, и этот феномен известен также как комкование. Комкование может происходить практически при любой температуре и практически при любой относительной влажности, но в большинстве случаев более высокая температура или более высокая относительная влажность вызывают более заметную проблему комкования. Часто указанное происходит в том случае, если условия хранения не контролируются, например, в порошковых композициях, таких как соль, сахар или специи в частных домашних хозяйствах. Обычно указанные композиции или изделия продаются в бумажных пакетах или картонных коробках, которые проницаемы для воздуха и влаги, и хранятся в кухонном шкафу, а потому находятся в шкафу в условиях окружающей среды без защиты или контроля.

При комковании происходит затвердевание подобных композиций в форме частиц, и в течение определенного периода времени в композиции в форме частиц образуются агрегаты или комки. Подобные агрегаты могут вызвать множество проблем и привести к экономическим потерям. Например, затвердевшие порошки не пригодны в дальнейшем для приготовления смесей или не могут быть надлежащим образом дозироваться с использованием автоматизированных установок. В таком случае указанные продукты необходимо подвергнуть обработке в молотковой мельнице, или переплавить, или просто выбросить, что может привести к огромным дополнительным затратам и к потерям средств. Потребители часто считают потерей качества, если композиции в форме частиц, такие как соль или сахар, теряют через некоторое время способность свободно пересыпаться и образуют комки в упаковке.

Сейчас большинство производителей используют ингибиторы комкования, чтобы регулировать, снижать или предотвращать комкование веществ в форме частиц, таких как порошки или гранулы.

Примерами типичных ингибиторов комкования являются пшеничная мука, нативный крахмал, карбонат кальция, фосфаты, диоксид кремния или силикат кальция. Например, в патенте США №5149552 раскрыты кальциевые соли лимонной кислоты, которые могут быть использованы в качестве ингибиторов комкования в подслащенных фруктозой порошковых безалкогольных напитках. В EP 1249271 в качестве ингибиторов комкования в порошкообразных композициях используют оксиды щелочных металлов или гидроксиды щелочноземельных металлов, такие как MgO, CaO, Mg(OH)₂, Ca(OH)₂, Mg(OH)₂⋅Ca(OH)₂, и их смеси. В патенте США №3227960 раскрыты гиперфосфаты щелочноземельных металлов, которые могут быть использованы в качестве ингибиторов комкования в солях в форме частиц, такие как моногидрат монокальцийфосфата (MCP). В US 2004/0109927 раскрыты ингибиторы комкования на основе карбонатов, содержащие вещество сердцевины на основе карбоната и инкапсулирующее средство, которое обладает гидрофобными свойствами. В зависимости от области применения указанные ингибиторы комкования могут иногда использоваться в больших количествах для регулирования, снижения или предотвращения комкования в требуемых композициях.

Однако во многих областях применения и, в особенности в пищевой промышленности добавки, подобные ингибиторам комкования, должны быть помечены в списке ингредиентов с указанием количества, содержащегося в соответствующей композиции или продукте. Поэтому желательно использовать ингибиторы комкования в небольших количествах.

Ингибиторы комкования, которые могут использоваться в меньших количествах, обладая хорошей эффективностью против комкования, представляют собой осажденные частицы диоксида кремния. В Европейском патенте №0494942 раскрыт боргидрид натрия, содержащий ингибитор комкования на основе диоксида кремния. Подобные частицы диоксида кремния (например, частицы высокодисперсного или осажденного диоксида кремния) можно добавлять в количестве от 0,05 до 2% масс. в пересчете на массу боргидрида натрия. Известно, что осажденный оксид кремния состоит из первичных частиц (которые также называют мельчайшими частицами), которые агрегируются с вторичными частицами (которые также называют агрегатами). Указанные первичные частицы, из которых состоит осажденный диоксид кремния, как правило, представляют собой наночастицы с размером меньше 100 нм (Handbook of Fillers for Plastic, edited by Harry S. Katz and John V. Milewski, Van Nostrand Reinhold, ISBN 0-442-26024-5, p. 170, chapter 2.2.2. Particle Size). Например, ингибитор комкования на основе диоксида кремния в ЕР 0494942 имеет первичные частицы с размером от 1 до 20 нм.

Тем не менее, наночастицы являются весьма спорной, эмоциональной темой для обсуждения в области разработки пищевых, кормовых, нутрицевтических и косметических композиций. В зависимости от выбранного вещества, может оказаться невыясненным, наносят ли полученные из него наночастицы вред здоровью человека, а поэтому продукты, помеченные подобным образом, могут быть отвергнуты потребителями. Кроме того, в настоящее время Европейское агентство по безопасности пищевых продуктов (EFSA) интенсивно обсуждает вопрос о том, должны ли пищевые ингредиенты, содержащие определенные наночастицы, быть специальным образом помечены на конечной упаковке.

Принимая во внимание вышесказанное, существует постоянная потребность в агентах, которые могут регулировать, снижать или предотвращать комкование и устраняют недостатки предшествующего уровня техники.

Таким образом, целью настоящего изобретения является разработка средств, которые могут быть использованы для регулирования, снижения или предотвращения комкования композиций в форме частиц. Еще одной целью настоящего изобретения является разработка агентов, препятствующих комкованию, которые высоко эффективны против комкования при низкой концентрации.

Целью настоящего изобретения является также разработка ингибиторов комкования, которые не представляют собой наночастицы или не состоят из наночастиц. Целью настоящего изобретения является также разработка ингибиторов комкования, которые нетоксичны и, следовательно, могут быть использованы в композициях, которые предназначены для использования в пищевых композициях, кормовых композициях, нутрицевтических составах или косметических композициях. Другой целью настоящего изобретения является разработка ингибиторов комкования, которые могут быть приготовлены легко и недорого.

Вышеуказанные и другие цели достигаются объектом настоящего изобретения, определенным в данном описании в независимых пунктах формулы изобретения.

Согласно одному аспекту настоящего изобретения, предлагается использование карбоната кальция с подвергнутой химической обработке поверхностью в качестве ингибитора комкования, при этом карбонат кальция с подвергнутой химической обработке поверхностью представляет собой продукт взаимодействия природного измельченного или осажденного карбоната кальция с диоксидом углерода и, по меньшей мере, одной кислотой в водной среде, где диоксид углерода образуется in situ при обработке кислотой и/или поступает из внешнего источника.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, предлагается способ регулирования, снижения или предотвращения комкования композиции в форме частиц, при этом указанный способ включает стадию добавления карбоната кальция с подвергнутой химической обработке поверхностью в композицию в форме частиц, где карбонат кальция с подвергнутой химической обработке поверхностью представляет собой продукт взаимодействия природного измельченного или осажденного карбоната кальция с диоксидом углерода и, по меньшей мере, одной кислотой в водной среде, где диоксид углерода образуется in situ при обработке кислотой и/или поступает из внешнего источника.

В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения, предлагается композиция, содержащая ингибитор комкования, где ингибитор комкования включает карбонат кальция с подвергнутой химической обработке поверхностью, где карбонат кальция с подвергнутой химической обработке поверхностью представляет собой продукт взаимодействия природного измельченного или осажденного карбоната кальция с диоксидом углерода и, по меньшей мере, одной кислотой в водной среде, где диоксид углерода образуется in situ при обработке кислотой и/или поступает из внешнего источника, где композиция выбрана из группы, состоящей из пищевой композиции, кормовой композиции, нутрицевтического состава и косметической композиции.

В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения, предлагается способ получения композиций, при этом указанный способ включает стадию смешивания карбоната кальция, поверхность которого подвергнута химической обработке, с композицией, выбранной из группы, состоящей из пищевой композиции, кормовой композиции, нутрицевтического состава и косметической композиции, где карбонат кальция с подвергнутой химической обработке поверхностью представляет собой продукт взаимодействия природного измельченного или осажденного карбоната кальция с диоксидом углерода и, по меньшей мере, одной кислотой в водной среде, где диоксид углерода образуется in situ при обработке кислотой и/или поступает из внешнего источника.

Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения определены в соответствующих дополнительных пунктах формулы изобретения.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, природный измельченный карбонат кальция выбран из минералов содержащих карбонат кальция, предпочтительно, выбран из группы, состоящей из мрамора, мела, доломита, известняка и их смесей. Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения, осажденный карбонат кальция выбран из группы, состоящей из осажденных карбонатов кальция, имеющих минералогические кристаллические формы арагонита, ватерита или кальцита, и их смесей.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, карбонат кальция с подвергнутой химической обработке поверхностью имеет удельную площадь поверхности от 1 м²/г до 200 м²/г, предпочтительно, от 20 м²/г до 180 м²/г, более предпочтительно, от 30 м²/г до 160 м²/г, еще более предпочтительно, от 40 м²/г до 150 м²/г и, наиболее предпочтительно, от 50 м²/г до 140 м²/г, которую измеряют с использованием азота и метода BET, в соответствии с ISO 9277. Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения, частицы карбоната кальция с подвергнутой химической обработке поверхностью имеют среднеобъемный диаметр зерна d₅₀ от 0,1 до 50 мкм, предпочтительно, от 0,5 до 25 мкм, более предпочтительно, от 0,8 до 20 мкм, еще более предпочтительно, от 1 до 10 мкм и, наиболее предпочтительно, от 4 до 8 мкм. В соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения, карбонат кальция с подвергнутой химической обработке поверхностью имеет удельный объем пор, внедренных внутрь частиц, в пределах от 0,150 до 1,300 см³/г, предпочтительно, от 0,300 до 1,250 см³/г и, наиболее предпочтительно, от 0,400 до 1,210 см³/г, который рассчитывают из измерений пористости путем внедрения ртути.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, одна кислота выбрана из группы, состоящей из хлористоводородной кислоты, серной кислоты, сернистой кислоты, фосфорной кислоты, лимонной кислоты, щавелевой кислоты, уксусной кислоты, муравьиной кислоты и их смесей, предпочтительно, по меньшей мере, одна кислота выбрана из группы, включающей хлористоводородную кислоту, серную кислоту, сернистую кислоту, фосфорную кислоту, щавелевую кислоту и их смеси и, более предпочтительно, по меньшей мере, одна кислота, представляет собой фосфорную кислоту или смесь фосфорной кислоты и лимонной кислоты.

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, ингибитор комкования используют в композиции, выбранной из группы, состоящей из пищевой композиции, кормовой композиции, нутрицевтического состава и косметической композиции, и, предпочтительно, указанную композицию выбирают из пищевой композиции или кормовой композиции. Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, пищевая композиция представляет собой пищевую соль, соль для консервирования, заменитель соли, порошковое молоко, порошок обезжиренного молока, порошковые сливки, яичный порошок, порошок жира из молочной сыворотки, сухой белок, порошок для автоматов для продажи напитков, тертый сыр, сахар, порошкообразный пищевой ароматизатор, специи, приправы, пакетированную смесь для супа, смесь для выпечки, порошкообразную смесь для пудинга, порошкообразную смесь для мусса или порошкообразную смесь для соуса. В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения, кормовая композиция представляет собой корм для домашних животных, заменитель молока для животных или минеральную соль для животных. Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения, карбонат кальция с подвергнутой химической обработке поверхностью содержится в композиции в количестве в диапазоне от 0,1 до 10% масс., предпочтительно, в количестве в диапазоне от 0,2 до 5% масс., более предпочтительно, в количестве в диапазоне от 0,3 до 3% масс. и, наиболее предпочтительно, в количестве в диапазоне от 0,5 до 2,5% масс. в пересчете на общую массу композиции.

Следует понимать, что применительно к настоящему изобретению следующие термины имеют следующее значение.

Применительно к настоящему изобретению «кислота» определяется как кислота Бренстеда-Лоури, т.е. она поставляет ионы H3O⁺. Термин «кислая соль» определяется как поставщик ионов H3O⁺, в частности, представляет собой водородсодержащую соль, которая частично нейтрализована электроположительным элементом. «Соль» определяется как электрически нейтральное ионное соединение, образованное из анионов и катионов. "Частично кристаллическая соль" определяется как соль, которая при рентгеновском анализе дает практически дискретную дифракционную картину.

В соответствии с настоящим изобретением, рК_а обозначает константу диссоциации кислоты, связанную с данным способным к ионизации атомом водородом в данной кислоте, и указывает на естественную степень диссоциации данного атома водорода в данной кислоте в равновесном состоянии в воде при данной температуре. Подобные значения рК_а можно найти в справочных пособиях, таких как Harris, D. C. ʺQuantitative Chemical Analysis: 3rd Editionʺ, 1991, W.H. Freeman & Co. (USA), ISBN 0-7167-2170-8.

«Природный измельченный карбонат кальция» (GCC) в контексте настоящего изобретения представляет собой карбонат кальция, полученный из природных источников, таких как известняк, мрамор, доломит или мел, который подвергается влажной и/или сухой обработке, такой как измельчение, классификация рассевом и/или фракционирование, например, с помощью циклона или сортировочной машины.

«Осажденный карбонат кальция» (PCC) в контексте настоящего изобретения представляет собой синтезированное вещество, полученное путем осаждения после реакции диоксида углерода и извести в водной, полусухой или влажной среде или путем осаждения источника ионов кальция и ионов карбоната в воде. PCC может находиться в кристаллической форме ватерита, кальцита или арагонита.

Применительно к настоящему изобретению «карбонат кальция с подвергнутой химической обработке поверхностью» представляет собой вещество, содержащее карбонат кальция и нерастворимую, по меньшей мере, частично кристаллическую некарбонатную соль кальция, предпочтительно, примыкающую к поверхности, по меньшей мере, части карбоната кальция. Ионы кальция, образующие указанную, по меньшей мере, частично кристаллическую некарбонатную соль кальция, в значительной степени поступают из исходного вещества карбоната кальция, который также служит для образования сердцевины карбоната кальция с подвергнутой химической обработке поверхностью. Подобные соли могут включать анионы ОН^- и/или кристаллическую воду.

В настоящем изобретении «нерастворимые в воде» вещества определяются как вещества, которые при смешивании с деионизованной водой и фильтровании на фильтре с размером пор 0,2 мкм при 20°С, с целью извлечения жидкого фильтрата, дают меньше или равно 0,1 г извлеченного твердого вещества после выпаривания при 95-100°С из 100 г указанного жидкого фильтрата. «Водорастворимые» вещества определяются как вещества, приводящие к извлечению более чем 0,1 г твердого вещества после испарения при 95-100°С из 100 г указанного жидкого фильтрата.

В данном документе «размер частиц» карбоната кальция и других веществ описывается распределением их частиц по размерам. Величина d_x представляет собой диаметр, относительно которого x% по массе частиц имеет диаметр меньше d_x. Это означает, что величина d₂₀ представляет собой такой размер частиц, для которого 20% масс. всех частиц имеют меньший размер, а величина d₇₅ представляет собой размер частиц, для которого 75% масс. всех частиц имеют меньший размер. Таким образом, величина d₅₀ представляет собой средневзвешенный размер частиц, т.е. 50% масс. всех зерен имеют размер больше или меньше, чем указанный размер частиц. Применительно к настоящему изобретению размер частиц определяют как средневзвешенный размер частиц d₅₀, если не указано иное. Для определения средневзвешенного размера частиц d₅₀ можно использовать прибор Sedigraph. Применительно к настоящему изобретению «размер частиц» карбоната кальция с подвергнутой химической обработке поверхностью описывается как объемные распределения частиц по размерам. Для определения объемного распределения частиц по размерам, например, среднеобъемного диаметра зерна (d₅₀) или объемного распределения частиц максимального размера (d₉₈) карбоната кальция с подвергнутой химической обработке поверхностью может быть использован прибор Malvern Mastersizer 2000. Массовое распределение частиц по размерам может соответствовать объемному распределению частиц по размерам, если плотность всех частиц одинакова.

"Наночастица" в контексте настоящего изобретения относится к мелким частицам, по меньшей мере, один диаметр которых меньше, чем 200 нм.

«Удельная площадь поверхности (SSA)» карбоната кальция в контексте настоящего изобретения определяется как площадь поверхности карбоната кальция, деленная на его массу. В данном описании удельная площадь поверхности измеряется адсорбцией газообразного азота с использованием изотермы BET (ISO 9277: 2010) и указана в м²/г.

Термин «ингибитор комкования» в контексте настоящего изобретения относится к агенту или добавке, которые могут быть добавлены к композициям в форме частиц, таким как дусты, порошки или гранулы, и регулируют, снижают или предотвращают агломерацию или комкование указанных композиций. Точнее, образование агрегатов или комков в композиции в форме частиц регулируется, снижается или предотвращается путем добавления ингибитора комкования к композициям в форме частиц.

Применительно к настоящему изобретению «пористость» или «объем пор» относится к удельному объему пор, внедренных внутрь частиц. Пористость или объем пор измеряют с использованием ртутного порозиметра Micromeritics Autopore IV 9500, имеющего максимальное приложенное давление 414 МПа (60000 фунтов на кв. дюйм), что эквивалентно диаметру критического сечения Лапласа 0,004 мкм.

«Суспензия» или «взвесь» в контексте настоящего изобретения представляет собой нерастворимые твердые вещества и воду и необязательно дополнительные добавки и обычно содержит большие количества твердых веществ и, таким образом, является более вязкой и может иметь более высокую плотность, чем жидкость, из которой она приготовлена.

Если термин «содержащий» используется в настоящем описании и формуле изобретения, он не исключает других элементов. Применительно к настоящему изобретению термин «состоящий из» рассматривается как предпочтительный вариант термина «составленный из». Если в дальнейшем группа определена как содержащая, по меньшей мере, определенное число вариантов, то следует также понимать, что она раскрывает группу, которая предпочтительно состоит только из указанных вариантов.

Если в определении используется существительное в единственном числе, то оно включает также множественное число указанного существительного, если иное конкретно не указано.

Термины «получаемый» или «выделяемый» и «полученные» или выделенные» используются взаимозаменяемо. Это, например, означает, что если из контекста явно не следует иное, термин «полученный» не означает, что, например, вариант должен быть получен, например, путем осуществления последовательности шагов, следующих после термина «получен», хотя подобное ограниченное понимание всегда включается терминами «полученный» или «выделенный» в качестве предпочтительного варианта осуществления.

В соответствии с настоящим изобретением, было обнаружено, что карбонат кальция, который подвергнут определенной обработке, может использоваться в качестве ингибитора комкования. Таким образом, в соответствии с настоящим изобретением, предлагается использование карбоната кальция с подвергнутой химической обработке поверхностью в качестве ингибитора комкования, где карбонат кальция с подвергнутой химической обработке поверхностью представляет собой продукт взаимодействия природного измельченного или осажденного карбоната кальция с диоксидом углерода и, по меньшей мере, одной кислотой в водной среде, где диоксид углерода образуется in situ при обработке кислотой и/или поступает из внешнего источника.

Ниже подробно описываются детали и предпочтительные варианты использования заявляемого в настоящем изобретении карбоната кальция с подвергнутой химической обработке поверхностью в качестве ингибитора комкования. Следует понимать, что указанные технические детали и варианты осуществления также применимы к способу по настоящему изобретению, с целью регулирования, снижения или предотвращения комкования композиции в форме частиц, к композициям по изобретению, содержащим указанный ингибитор комкования, а также к способу по настоящему изобретению для получения указанных композиций.

Карбонат кальция с повергнутой химической обработке поверхностью

Карбонат кальция с повергнутой химической обработке поверхностью, используемый в соответствии с настоящим изобретением, представляет собой продукт взаимодействия природного измельченного или осажденного карбоната кальция с диоксидом углерода и, по меньшей мере, одной кислотой в водной среде, где диоксид углерода образуется in situ при обработке кислотой и/или поступает из внешнего источника.

Выражение «кислотная обработка» в контексте настоящего изобретения относится к взаимодействию природного измельченного или осажденного карбоната кальция и, по меньшей мере, одной кислоты в водной среде. В соответствии с этой реакцией, диоксид углерода может быть образован in situ в водной среде.

Под природным измельченным карбонатом кальция (GCC) понимают встречающуюся в природе форму карбоната кальция, добытую из осадочных пород, таких как известняк или мел, или из метаморфических мраморных пород. Известно, что карбонат кальция существует главным образом в виде трех типов кристаллических полиморфов: кальцита, арагонита и ватерита. Кальцит, наиболее распространенная кристаллическая полиморфная форма, считается наиболее стабильной кристаллической формой карбоната кальция. Менее распространен арагонит, который имеет дискретную или кластеризованную игольчатую орторомбическую кристаллическую структуру. Ватерит является наименее распространенной полиморфной формой карбоната кальция и обычно не устойчив. Природный карбонат кальция практически полностью состоит кальцитового полиморфа, который, как было указано, является тригонально-ромбоэдрическим и представляет собой наиболее стабильную полиморфную модификацию карбоната кальция. Термин «источник» карбоната кальция в контексте настоящего изобретения относится к природному минеральному веществу, из которого получают карбонат кальция. Источник карбоната кальция может содержать другие природные компоненты, такие как карбонат магния, алюмосиликат и т.д.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, природный измельченный карбонат кальция выбран из минералов, содержащих карбонат кальция, выбранных из группы, которая состоит из мрамора, мела, доломита, известняка и их смесей.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, GCC получают путем сухого измельчения. В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения, GCC получают путем мокрого измельчения и необязательно с последующей сушки.

В общем случае стадию измельчения можно осуществить с помощью любого обычного измельчающего устройства, например, в таких условиях, когда измельчение в основном является результатом соударений с вторичным телом, т.е. в одном или в нескольких из следующих устройств: шаровая мельница, стержневая барабанная мельница, вибромельница, валковая дробилка, турбинная дробилка, вертикальная шаровая мельница, фрикционная коллоидная мельница, штифтовая мельница, молотковая мельница, пульверизатор, терочная машина, декластеризатор, ножевидный режущий инструмент или другое подобное известное оборудование, известное специалисту. В том случае, когда содержащее карбонат кальция минеральное вещество представляет собой влажное минеральное вещество, содержащее измельченный карбонат кальция, стадию измельчения можно выполнять в условиях, при которых происходит самоистирание, и/или путем измельчения в горизонтальной шаровой мельнице, и/или с помощью других подобных процессов, известных специалисту. Следует отметить, что те же способы измельчения могут быть использованы для сухого измельчения минерального вещества, содержащего карбонат кальция. Подвергнутое влажной обработке минеральное вещество, содержащее карбонатом кальция, которое получают подобным образом, может быть промыто и обезвожено известными способами, в частности, путем флокуляции, фильтрования или принудительного испарения перед сушкой. Последующий этап сушки может быть проведен в одну стадию, например, путем распылительной сушки или, по меньшей мере, в две стадии. Обычно подобное минеральный вещество подвергается стадии обогащения (такой как стадия флотации, обесцвечивания или магнитного разделения), с целью удаления примесей.

«Осажденный карбонат кальция» (PCC) в контексте настоящего изобретения представляет собой синтезированное вещество, обычно получаемое путем осаждения после взаимодействия диоксида углерода и извести в водной среде, или путем осаждения источника ионов кальция и карбоната в воде, или путем осаждения ионов кальция и карбоната, например, из CaCl₂ и Na₂CO₃, из раствора. Другими возможными способами получения РСС являются известково-содовый процесс, или процесс компании Solvay, в котором РСС является побочным продуктом производства аммиака. Осажденный карбонат кальция существует в трех первичных кристаллических формах: кальцит, арагонит и ватерит, и для каждой из этих кристаллических форм существует много различных полиморфов (характерная форма кристаллизации). Кальцит имеет тригональную структуру с такими типичными характерными формами кристаллизации, как скаленоэдрическая (S-PCC), ромбоэдрическая (R-PCC), гексагональная призматическая, пинакоидная, коллоидная (C-PCC), кубическая и призматическая (P-PCC). Арагонит имеет орторомбическую структуру с характерными формами кристаллизации в виде сдвоенных гексагональных призматических кристаллов, а также разнообразный ассортимент тонких вытянутых призматических, изогнутых лопатообразных, крутых пирамидальных, остроконечных кристаллов, а также древовидно-разветвленных и кораллоподобных или червеобразных форм. Ватерит принадлежит к гексагональной кристаллической системе. Полученную суспензию PCC можно механически обезводить и высушить.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, осажденный карбонат кальция выбран из группы, состоящей из осажденных карбонатов кальция, имеющих минералогические кристаллические формы арагонита, ватерита или кальцита, и их смесей. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения природный измельченный или осажденный карбонат кальция измельчают перед обработкой, по меньшей мере, одной кислотой и диоксидом углерода. Стадия измельчения может быть проведена с использованием любого обычного измельчающего устройства, такого как размалывающая машина, известного специалисту в данной области техники.

В предпочтительном способе природный измельченный или осажденный карбонат кальция, как в мелкодисперсном состоянии, полученном, например, путем измельчения, так и не в мелкодисперсном состоянии суспендируют в воде. Предпочтительно, содержание природного измельченного или осажденного карбоната кальция в суспензии находится в пределах от 1% масс до 80% масс., более предпочтительно, от 3% масс до 60% масс. и, еще более предпочтительно, от 5% масс. до 40% масс. пересчете на массу суспензии.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, природный измельченный или осажденный карбонат кальция имеет средневзвешенный размер частиц d₅₀ от 0,1 до 50 мкм, предпочтительно, от 0,5 до 25 мкм, более предпочтительно, от 0,8 до 20 мкм, еще более предпочтительно, от 1,0 до 10 мкм и, наиболее предпочтительно, от 1,2 до 8 мкм.

На следующей стадии к водной суспензии, содержащей природный измельченный или осажденный карбонат кальция, добавляют, по меньшей мере, одну кислоту. По меньшей мере, одна кислота может быть любой сильной кислотой, кислотой средней силы или слабой кислотой или их смесями, образуя ионы Н₃О⁺ в условиях приготовления. Согласно настоящему изобретению, по меньшей мере, одна кислота также может быть кислой солью, генерирующей ионы H₃O⁺ в условиях приготовления.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, одна кислота представляет собой сильную кислоту, имеющую pK_a 0 или меньше при 20°С. Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, одна кислота представляет собой кислоту средней силы, имеющую значение рКа от 0 до 2,5 при 20°С. Если величина pK_a при 20°С равна 0 или меньше, кислота, предпочтительно, выбрана из серной кислоты, хлористоводородной кислоты или их смесей. Если величина pK_a при 20°С равна от 0 до 2,5, то кислоту, преимущественно, выбирают из H₂SO₃, H₃PO₄, щавелевой кислоты или их смесей. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, одной кислотой является H₃PO₄. По меньшей мере, одна кислота может также быть кислой солью, например, представлять собой HSO₄^- или H₂PO₄^-, которые, по меньшей мере, частично нейтрализованы соответствующим катионом, таким как Li⁺, Na⁺ или K⁺, или HPO₄^2-, который, по меньшей мере, частично нейтрализован соответствующим катионом, таким как Li⁺, Na⁺, K⁺, Mg²⁺ или Ca ²⁺. По меньшей мере, одна кислота также может быть смесью одной или нескольких кислот и одной или нескольких кислых солей.

Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, одна кислота представляет собой слабую кислоту, имеющую значение рК_а, превышающее 2,5 и меньшее или равное 7 при измерении при температуре 20°С, что связано с ионизацией первого доступного атома водорода, и образующую соответствующий анион при потере указанного первого доступного атома водорода, которая способна образовывать водорастворимые соли кальция. Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, слабая кислота имеет значение рК_а от 2,6 до 5 при температуре 20°С и, более предпочтительно, слабая кислота выбрана из группы, состоящей из уксусной кислоты, муравьиной кислоты, пропановой кислоты и их смесей.

Если используют слабую кислоту, то после добавления указанной кислоты к водной суспензии, содержащей природный измельченный или осажденный карбонат кальция, дополнительно добавляют, по меньшей мере, одну водорастворимую соль, которая в случае водородсодержащей соли имеет значение рК_а больше, чем 7, измеренное при температуре 20°С, что связано с ионизацией первого доступного атома водорода, а ее анион способен образовывать нерастворимые в воде кальциевые соли. Катион указанной водорастворимой соли, предпочтительно, выбран из группы, состоящей из атомов калия, натрия, лития и их смесей. В более предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения указанный катион представляет собой ион натрий. Следует отметить, что в зависимости от заряда аниона может присутствовать более одного из указанных катионов с тем, чтобы обеспечить образование электрически нейтрального ионного соединения. Анион указанной водорастворимой соли, предпочтительно, выбран из группы, состоящей из фосфата, дигидрофосфата, моногидрофосфата, оксалата, силиката, их смесей и их гидратов. В более предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения указанный анион выбран из группы, состоящей из фосфата, дигидрофосфата, моногидрофосфата, их смесей и их гидратов. В наиболее предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения указанный анион выбран из группы, состоящей из дигидрофосфата, моногидрофосфата, их смесей и их гидратов. Добавление водорастворимой соли можно проводить порциями или в одну стадию. В случае добавки порциями указанное добавление предпочтительно проводят в течение 15 минут. Более предпочтительным является добавлять указанную соль в одну стадию.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, одна кислота выбрана из группы, состоящей из хлористоводородной кислоты, серной кислоты, сернистой кислоты, фосфорной кислоты, лимонной кислоты, щавелевой кислоты, уксусной кислоты, муравьиной кислоты и их смесей. Предпочтительно, по меньшей мере, одна кислота выбрана из группы, состоящей из хлористоводородной кислоты, серной кислоты, сернистой кислоты, фосфорной кислоты, щавелевой кислоты, H₂PO₄^-, по меньшей мере, частично нейтрализованной соответствующим катионом, таким как Li⁺, Na⁺ или K⁺, HPO₄^2-, по меньшей мере, частично нейтрализованной соответствующим катионом, таким как Li⁺, Na⁺, K⁺, Mg²⁺ или Ca²⁺, и их смесей, более предпочтительно, по меньшей мере, одна кислота выбрана из группы, включающей хлористоводородную кислоту, серную кислоту, сернистую кислоту, фосфорную кислоту, щавелевую кислоту или их смеси, и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, одна кислота представляет собой фосфорную кислоту.

Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, одна кислота представляет собой смесь одной или нескольких кислот. Например, по меньшей мере, одна кислота представляет собой смесь фосфорной кислоты и лимонной кислоты. Одну или несколько кислот можно добавлять одновременно или последовательно.

По меньшей мере, одну кислоту можно добавить к суспензии в виде концентрированного раствора или разбавленного раствора. Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, молярное отношение, по меньшей мере, одной кислоты к природному измельченному или осажденному карбонату кальция составляет от 0,01 до 0,6, предпочтительно, от 0,05 до 0,55 и, более предпочтительно, от 0,1 до 0,5. В качестве альтернативы, можно также добавлять, по меньшей мере, одну кислоту в воду до того как в ней суспендируют природный измельченный или осажденный карбонат каль