生產(chǎn)包含羧甲基纖維素基分散劑的高固體顏料懸浮液的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及礦物顏料材料的水性懸浮液。特別地，本發(fā)明設及含有基于可再生來 源的添加劑的礦物顏料懸浮液及用于制備運類懸浮液的方法。本發(fā)明還設及含有基于可再 生來源的添加劑的高固體礦物顏料懸浮液及用于制備運類懸浮液的方法。
【背景技術】
[0002] 礦物材料為油漆、塑料、化妝品、紙或紙涂布色料中的主要成分。諸如碳酸巧的礦 物材料可例如在紙及油漆品質及農(nóng)業(yè)性能或牙膏方面提供改善，尤其是相對于它們的物理 性能如光學和/或磨料性能提供改善。
[0003] 出于適用性、累送、運輸、儲存及干燥成本的原因，生產(chǎn)呈高固體懸浮液（亦即其中 相對于懸浮液總重量來說水占少數(shù)的懸浮液)形式的礦物材料是尤其有用的。運類高固體 懸浮液通常需要添加分散劑或助磨劑W便維持懸浮液穩(wěn)定，易于累送且允許通過研磨運類 懸浮液來細分礦物顆粒。
[0004] 對于運類高固體礦物顏料材料懸浮液的生產(chǎn)及穩(wěn)定化來說有效的常用分散劑或 助磨劑主要為石油化學基聚合物，例如聚簇酸的鹽，例如聚丙締酸鋼。然而，從環(huán)境的角度 來看，運類石油來源的產(chǎn)物的使用并不是所希望的。特別地，為了遵循京都議定書化yoto protocol)并且為了減少最終制品燃燒期間大氣的化石C〇2污染，作為目標的是從石油化學 基聚合物轉換為具有較低二氧化碳足跡的聚合物，例如轉換為來源于天然或可再生資源的 聚合物。
[0005] FR 2 939 055描述了基于丙締酸的均聚物或共聚物的分散劑和/或助磨劑，其中 該丙締酸獲自丙Ξ醇。FR 2 932 804描述了基于丙締醒的聚合物和丙締醒/丙締酸共聚物， 其中該丙締醒獲自丙Ξ醇。然而，自丙Ξ醇生產(chǎn)丙締醒和丙締酸的方法非常復雜和昂貴。此 夕h在制備運類生物基不飽和單體的過程中會產(chǎn)生有害中間體和副產(chǎn)物。還熟知諸如丙締 酸系不飽和單體的單體的儲存，尤其是丙締醒儲存W及聚合過程需要重要的安全防范，因 為所述單體是高度反應性的，且不受控聚合反應可導致人及設備的嚴重事件。
[0006] 出于完整性的考慮，申請人愿意提及申請?zhí)枮?2 167 664.7的未公布歐洲專利申 請，其設及包含改性多糖的水性懸浮液。
[0007] 因此需要可來源于可再生低毒性資源并且其起始材料及生產(chǎn)過程具有較小安全 問題的分散劑和助磨劑。

【發(fā)明內容】

[000引因此，本發(fā)明的目標為提供至少部分來源于可再生天然聚合物資源的分散劑和助 磨劑。此外，希望的是提供可在無任何安全防范的情況下儲存且不需要復雜制備方法的離 析物W及最終聚合分散劑和助磨劑。還希望提供可在不產(chǎn)生有害副產(chǎn)物或中間產(chǎn)物的情況 下產(chǎn)生的分散劑和助磨劑。還希望提供能夠W高固體濃度形式產(chǎn)生W避免能量密集濃縮步 驟(如熱濃縮)的分散劑和助磨劑。
[0009] 本發(fā)明的目標還在于提供礦物顏料材料的高固體水性懸浮液，其為液體，但僅含 低量的石油化學基分散劑或研磨劑或完全不含石油化學基分散劑或研磨劑。
[0010] 本發(fā)明的目標還在于提供一種用于制備水性懸浮液的方法，其中分散劑或助磨劑 直接W高度濃縮溶液形式產(chǎn)生W便避免能量消耗濃縮步驟，例如熱濃縮。
[0011] 本發(fā)明的另一目標在于減少或去除化石基分散劑或研磨劑W最好遵循京都議定 書，京都議定書旨在減少最終制品燃燒期間大氣的化石C〇2污染。京都議定書是與聯(lián)合國氣 候變化框架公約相關的國際協(xié)議。京都議定書的主要特征為其對37個工業(yè)化國家及歐洲共 同體設定減少溫室氣體(GHG)排放的綁定目標。運意味著在2008年至2012年的五年時間段 內排放量平均為1990水平的百分之五。京都議定書在1997年12月11日在日本京都正式通過 并且在2005年2月16日生效。
[0012] 上述目標W及其它目標通過如本文獨立權利要求中所定義的主題得W解決。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種用于制備水性懸浮液的方法，包括W下步驟
[0014] a)提供礦物顏料材料，
[0015] b)提供經(jīng)解聚簇甲基纖維素，其簇化度在0.2至2.2范圍內，分子量在5000g/mol至 40000g/mol范圍內且多分散性指數(shù)在2至10范圍內，
[0016] 其中通過使高分子量簇甲基纖維素在包括W下步驟的方法中解聚來制備該經(jīng)解 聚簇甲基纖維素：
[0017] i)提供分子量大于40000g/mol且簇化度在0.2至2.0范圍內的高分子量簇甲基纖 維素，
[0018] i i)提供選自過氧化氨和/或其堿金屬鹽的過氧化物，
[0019] iii)提供催化劑，
[0020] iv)在50°C至85°C的反應溫度下，按任何順序混合至少一部分步驟i)的高分子量 簇甲基纖維素和/或至少一部分步驟ii)的過氧化物和/或至少一部分步驟iii)的催化劑W 及水，并且
[0021] V)在一個或多個步驟中向在步驟iv)中所獲得的混合物中添加該高分子量簇甲基 纖維素的剩余部分和/或該過氧化物的剩余部分和/或該催化劑的剩余部分直至步驟V)的 混合物含有基于步驟V)的混合物總重量計為10%重量至60%重量經(jīng)解聚簇甲基纖維素，且 直至同時步驟V)的混合物的布氏粘度(Brookfield viscosity)在20°C下介于30mPa · S與 lOOOOmPa · S之間，
[0022] 其中在步驟V)期間，在該反應溫度下所測量的該混合物的布氏粘度維持在 200mPa · S與 1500mPa · S之間，
[0023] W及
[0024] C)混合步驟b)的經(jīng)解聚簇甲基纖維素、步驟a)的礦物顏料材料W及水W形成水性 懸浮液，
[0025] 其中W基于該懸浮液的總重量計10%重量至80%重量的量添加該礦物顏料材料， 并且
[00%] 其中W基于該懸浮液中的該礦物顏料材料的總重量計0.05%重量至5.0%重量的 量添加該經(jīng)解聚簇甲基纖維素，且使得該水性懸浮液的布氏粘度在20°C下介于40mPa · S與 2000mPa · S之間。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供可通過根據(jù)本發(fā)明的方法獲得的水性顏料顆粒懸浮 液。
[0028] 根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供根據(jù)本發(fā)明的水性懸浮液在紙、塑料、油漆、食品、飼 料、藥物、飲用水和/或農(nóng)業(yè)應用中的用途。
[0029] 根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供可通過干燥根據(jù)本發(fā)明的水性懸浮液并且任選地表 面處理經(jīng)干燥的顆粒而獲得的顏料顆粒。
[0030] 根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供根據(jù)本發(fā)明的顏料顆粒在塑料、油漆和/或密封劑應 用中的用途。
[0031] 本發(fā)明方法的有利實施方案在相應從屬權利要求中定義。
[0032] 根據(jù)一種實施方案，礦物顏料材料為含碳酸巧材料，優(yōu)選選自碳酸巧、含碳酸巧礦 物、混合碳酸鹽基填料，或其混合物。根據(jù)另一實施方案，礦物顏料材料為高嶺±、滑石、石 膏、石灰、氧化儀、二氧化鐵、鍛光白、Ξ氧化侶、Ξ氨氧化侶、二氧化娃、云母，或其混合物。 根據(jù)又一實施方案，礦物顏料材料呈重量中值顆粒尺寸dso為0. Ιμπι至100μπκΟ. 25WI1至50μπι 或0.3皿至如m，優(yōu)選地0.4μηι至3.0皿的顆粒形式。
[0033] 根據(jù)一種實施方案，經(jīng)解聚簇甲基纖維素的簇化度在0.5至1.8,且優(yōu)選0.6至1.4 范圍內。根據(jù)另一實施方案，W基于懸浮液的礦物顏料材料的總重量計0.05 %重量至3.0 % 重量，優(yōu)選0.1 %重量至2.0 %重量，且更優(yōu)選0.2 %重量至1.0 %重量的量添加經(jīng)解聚簇甲 基纖維素。根據(jù)又一實施方案，經(jīng)解聚簇甲基纖維素的多分散性指數(shù)為2至5,優(yōu)選2.5至 4.5,且更優(yōu)選3至4。根據(jù)又一實施方案，經(jīng)解聚簇甲基纖維素的分子量在8000g/mol至 35000g/mol，且最優(yōu)選lOOOOg/mol至20000g/mol范圍內。
[0034] 根據(jù)一種實施方案，調節(jié)步驟C)中所獲得的懸浮液的固體含量W使得其為基于該 懸浮液的總重量計45 %重量至80 %重量，優(yōu)選50 %重量至78 %重量，且更優(yōu)選60 %重量至 75%重量。根據(jù)另一實施方案，催化劑選自由硫酸鐵、次憐酸鋼、鐵獻青、鶴酸鋼或其混合物 構成的組。根據(jù)又一實施方案，W基于步驟i)的高分子量CMC的總量計0.1%重量至50%重 量，優(yōu)選0.2%重量至40 %重量，且更優(yōu)選1 %重量至30 %重量的量提供步驟ii )的過氧化 物。
[0035] 根據(jù)一種實施方案，在步驟iv)之后且步驟V)之前，將步驟iv)中所獲得的混合物 的粘度調節(jié)為在反應溫度下所測量的介于200mPa · S與1500mPa · S之間的布氏粘度，優(yōu)選 地通過在一個或多個步驟中向步驟iv)中所獲得的混合物中添加該高分子量簇甲基纖維素 的該剩余部分的另一部分和/或該過氧化物的該剩余部分的另一部分和/或該催化劑的該 剩余部分的另一部分來進行。根據(jù)另一實施方案，在步驟V)中，在一個或多個步驟中向在步 驟iv)中所獲得的混合物中添加高分子量簇甲基纖維素的剩余部分和/或過氧化物的剩余 部分和/或催化劑的剩余部分，直至步驟V)的混合物含有基于步驟V)的混合物的總重量計 25 %重量至45 %重量，優(yōu)選30 %重量至40 %重量的經(jīng)解聚簇甲基纖維素，和/或直至步驟V) 的混合物的布氏粘度在20°C下介于50mPa · S與5000mPa · S之間，優(yōu)選在20°C下介于 1000m化· S與3000m化· S之間，且最優(yōu)選在20°C下介于1500m化· S與2500m化· S之間。
[0036] 應理解，出于本發(fā)明的目的，W下術語具有W下含義。
[0037] 在本發(fā)明文件的通篇中，"簇化度(degree of carboxylation)"指定為關于初始 多糖的每未改性單體單元的徑基總量。"簇化度"為1意味著初始多糖的未改性單體單元中 的Ξ個徑基之一是簇化的。
[0038] 術語"經(jīng)解聚簇甲基纖維素 （depolymerized carboxymethylcellulose)"(經(jīng)解聚 CMC)是指通過分子量Mw大于40000g/mol(通過凝膠滲透(Gel Permeation;GPC)測量）的簇 甲基纖維素解聚或分解而獲得的簇甲基纖維素(CMC)。
[0039] 在本發(fā)明的含義中，"經(jīng)研磨碳酸巧（ground calcium carbonate;GCC)"為自天然 來源(諸如石灰石、大理石、方解石或白聖）獲得的碳酸巧，且其通過濕式和/或干式處理如 研磨、篩選和/或分級(例如借助于旋風器或分級器)來加工。
[0040] 在本發(fā)明的含義中，"沉淀碳酸巧（precipitated calcium carbonate;PCC)"為合 成材料，其通過二氧化碳與石灰在水性環(huán)境中反應之后沉淀，或水中的巧與碳酸根離子源 沉淀而獲得。PCC可為球靈石、方解石或靈石。
[0041 ] 在本發(fā)明的含義中，"經(jīng)改性碳酸巧