Водная суспензия с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента в среде с кислым значением pн - RU2601330C2

Описание

Настоящее изобретение относится к водным суспензиям с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента в среде с кислым значением рН, к способу получения подобной водной суспензии с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента, к использованию водной суспензии с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента при изготовлении бумаги, мелового покрытия бумаги, для применения в производстве пластических материалов, в сельском хозяйстве и/или в производстве красок, а также в качестве наполнителя для бумаги и к композиции меловального пигмента, включающей суспензию с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента.

На практике, водные препараты и, в частности, суспензии нерастворимых в воде твердых веществ, таких как вещества, включающие карбонат кальция, широко используются в целлюлозно-бумажной промышленности, лакокрасочной промышленности и при изготовлении резины и пластических масс в качестве покрытий, наполнителей, сухих разбавителей и пигментов для производства бумаги, а также лаков и красок. Например, суспензии, которые называют также суспензиями для покрытия бумаги, на основе карбоната кальция, талька или каолина, в больших количествах используют в целлюлозно-бумажной промышленности в качестве наполнителя и/или в качестве компонента в производстве мелованной бумаги. Типичные водные препараты нерастворимых в воде твердых веществ характеризуются тем, что они содержат воду, нерастворимое в воде диспергированное твердое соединение и, необязательно, дополнительные добавки в виде суспензии или взвеси.

В этой связи, одна из проблем заключается в том, что регулирование соответствующих механических свойств подобных водных суспензий при определенных условиях все еще остается серьезной задачей. Поскольку транспортирование суспензий карбоната кальция должно быть экономически оправданным, количество воды в суспензии или объем суспензии должны быть как можно меньшими. Тем не менее, особенно при низких температурах, которые, как правило, наблюдаются в зимнее время, механические свойства подобных водных суспензий с высоким содержанием твердых веществ существенно ухудшаются вследствие замерзания суспензии, что затрудняет транспортировку суспензии и проведение последующих операций с ней.

Кроме того, водные суспензии с высоким содержанием твердых веществ, включающие содержащее карбонат кальция вещество, как правило, не устойчивы в кислых условиях, в присутствии, например, кислотных добавок, которые обычно могут быть частью подобной водной суспензии, что приводит с течением времени к ухудшению механических свойств.

В связи с этим было предложено несколько подходов к улучшению механических свойств водных суспензий, включающих содержащее карбонат кальция вещество. Например, в WO 96/32448 описан способ обработки дисперсии карбоната кальция (известной в промышленности как "суспензия для покрытия бумаги") с низкой концентрацией карбоната (от 1 до 30% твердого вещества) с помощью polyDIMDAC (гомополимер диметилдиаллил аммония), который представляет собой катионный структурообразователь с низкой молекулярной массой, равной от 10000 до 500000, с целью получения бумажной массы. В указанном патенте используют как PCC, так и измельченный природный карбонат кальция, который обозначают как "G(N)CC", или измельченный природный карбонат кальция, или их смеси. Указанный способ, в основном, основывается на флокуляции, агрегировании мелких частиц в более крупные и на способности взаимодействия с волокнами, которая, в основном, достигается за счет исключительно грубого гранулометрического состава частиц. Вследствие этого, когда вес бумаги уменьшается, на ее физические свойства оказывается неблагоприятное воздействие.

В WO 96/32449 в широком смысле приводятся такие же сведения. Цель заключается в селективном агрегировании мелких и ультрамелких частиц с помощью структурообразователя, имеющего заряд, отличный от общего заряда наполнителя.

В патенте США № 4367207 описывается способ обработки СаСO₃ в присутствии анионного органополифосфонатного электролита, но цель заключается лишь в получении суспензии тонкодисперсного карбоната.

В ЕР 0406662 описан способ получения синтетического карбоната, в котором готовят премикс из СаСO₃ в форме арагонита с известью; к полученной суспензии добавляют "производное фосфорной кислоты", такое как фосфорная кислота или ее соли или различные фосфаты, и, наконец, вводят СO₂, чтобы осуществить обычное насыщение диоксидом углерода. Объектом указанного патента является, в частности, получение PCC с большим размером частиц и с определенной кристаллической формой (игольчатой), промышленное производство которого ранее было невозможно.

Фосфорную кислоту используют в ЕР 0406662 для получения конкретной формы арагонита с помощью неустановленного "кальциевого производного фосфорной кислоты", которое обеспечивает новые центры нуклеации для требуемой кристаллической формы. Полученные карбонатные продукты пригодны для использования в производстве бумаги, позволяют вводить в бумагу большие количества неорганического вещества и изготавливать негорючую бумагу для интерьерной печати. Не указываются такие свойства, как непрозрачность бумаги, лоск или масса бумаги. Кроме того, единственный пример использования касается соединения карбонат/искусственная смола.

Известны также способы придания определенных свойств карбонатсодержащим веществам.

Авторы настоящего изобретения отмечают, среди прочих, получение таких свойств, как стойкость к кислотам, которая полезна в том случае, когда карбонат используют в качестве наполнителя в кислых способах получения бумаги, которые являются одними из традиционных методов изготовления бумаги. Так, патент США № 5043017 описывает стабилизацию карбоната кальция и, в частности, PCC под действием комплексующего кальций агента, такого как гексаметафосфат кальция, и соответствующего основания, которое может быть солью щелочного металла слабой кислоты (фосфорной, лимонной, борной, уксусной кислоты и т.д.).

Патент США № 4219590 описывает способ улучшения сухого карбоната кальция путем его обработки "абсолютно сухим угольным ангидридом".

В данном случае улучшение поверхностной обработки осуществляется за счет жирной кислоты, или кислотной смолы, или подобных веществ. В указанном способе обработку карбоната осуществляют путем испарения паров фосфорной, хлористоводородной, азотной, каприновой или акриловой кислоты или хлоридов или фторидов алюминия, или фумаровой кислоты и т.д. Цель заключается в том, чтобы расщепить частицы карбоната на более мелкие частицы.

Известен также патент США № 5230734, в котором используют CO₂ для получения смешанного карбоната кальция и магния. В WO 97/08247 описана композиция на основе карбоната, также используемая для производства бумаги, которую получают по способу с использованием слабой кислоты. Карбонат обрабатывают смесью слабой кислоты и слабого основания, которыми являются фосфорная кислота и производное соединение органической кислоты, соответственно. В WO 97/14847 также описывается устойчивый к воздействию кислот карбонат, используемый для получения бумаги, который обрабатывают смесью двух слабых кислот, с целью "деактивировать" поверхность карбоната.

WO 98/20079 также описывает способ придания карбонату и, в частности, PCC, устойчивости к воздействию кислот путем добавления силиката кальция и слабой кислоты или квасцов. В патенте США № 5164006 используют обработку с помощью CO₂ для обеспечения устойчивости в кислой среде. Однако в таком случае необходимо добавление таких веществ как хлорид цинка, что не соответствует экологическим нормам.

Как указано выше, водные суспензии обычно содержат воду, нерастворимое и диспергированное в воде твердое соединение, а в некоторых препаратах необязательные дополнительные добавки. В связи с этим следует также отметить, что подобные водные суспензии, содержащие диспергированный карбонат кальция в комбинации с хлоридом кальция, могут вызвать серьезные проблемы в процессе, например, приготовления подобных суспензий, предназначенных для получения меловального пигмента, его хранения и последующего использования. Если подобная водная суспензия, содержащая карбонат кальция, вступает в контакт с хлоридом кальция или другими солями одновалентных, двухвалентных или трехвалентных катионов, то в водной суспензии наблюдается образование агломерированных и флоккулированных частиц, что может привести к нежелательным эффектам, таким как значительное ухудшение механических свойств и/или частичное растворение чувствительного к кислоте вещества в композиции.

Указанная проблема усугубляется с увеличением содержания карбоната кальция и/или хлорида кальция в водной композиции, и особенно ярко проявляется в содержащих карбонат кальция водных композициях с высоким содержанием твердых веществ, т.е. в композициях, содержание твердых веществ в которых больше чем 50% масс. от общей массы композиции.

Таким образом, сохраняется потребность в альтернативных водных суспензиях с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента, которые обеспечивают лучшие функциональные характеристики, чем известные водные суспензии с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента, и эффективно сохраняют свои механические свойства при низкой температуре и/или в кислой среде.

Таким образом, объектом настоящего изобретения являются водные суспензии с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента. Еще одним объектом настоящего изобретения является водная суспензия с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента, в которой образование агломерированных и флоккулированных частиц в суспензии можно уменьшить или предотвратить в среде с кислым значением рН и, таким образом, придать подобной суспензии достаточные механические свойства. Другим объектом настоящего изобретения является водная суспензия с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента, которая устойчива в среде с кислым значением рН, т.е. сохраняет достаточные механические свойства в течение по меньшей мере 24 часов. Еще одним объектом является водная суспензия с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента, обладающая достаточными механическими свойствами при температурах приблизительно -5°С и даже ниже, т.е. указанная суспензия не замерзает при данных условиях. Еще одним объектом является водная суспензия с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента, которая не оказывает влияния на другие физические свойства суспензии, такие как оптические свойства. Еще одним объектом является водная суспензия с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента, сохраняющая кислое значение рН в присутствии частиц карбоната кальция в течение по меньшей мере 24 часов, предпочтительно, в течение по меньшей мере 1 недели и, наиболее предпочтительно, в течение по меньшей мере 1 месяца при температуре хранения между -5°С и +23°С.

Вышеуказанные и другие объекты настоящего изобретения реализуются с помощью водной суспензии с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента в среде с кислым рН, которая включает:

a) по меньшей мере одно содержащее карбонат кальция вещество, которое представляет собой содержащую карбонат кальция частицу, и

b) по меньшей мере одну соль по меньшей мере одной сильной кислоты, где по меньшей мере одна сильная кислота, которая образует по меньшей мере одну соль по меньшей мере одной сильной кислоты, выбрана из группы, состоящей из кислот, которые имеют значение pK_a меньше или равно нулю при +23°C,

где суспензия с высоким содержанием твердых веществ имеет

i) содержание твердых веществ по меньшей мере 50% масс. от общей массы водной суспензии с высоким содержанием твердых веществ,

ii) вязкость по Брукфильду при 100 об./мин ≤1000 мПа·с при температуре -5°С,

iii) величину рН <6 при +23°С и

iv) электрическую проводимость в диапазоне от 10 и 100 мСм/см при -5°C и при +23°С.

Авторы настоящего изобретения неожиданно обнаружили, что вышеуказанная водная суспензия с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента по настоящему изобретению приводит к суспензии, в которой образование агломерированных и флоккулированных частиц в суспензии уменьшается или предотвращается в среде с кислым значением рН и, таким образом, поддерживаются достаточные механические свойства указанной суспензии и, кроме того, обеспечивается устойчивость в кислой среде в течение по меньшей мере 24 часов. Кроме того, авторы настоящего изобретения обнаружили, что водная суспензия с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента имеет кислое значение рН в присутствии частиц карбоната кальция в течение по меньшей мере 24 часов при температуре хранения между -5°С и +23°С. Кроме того, авторы настоящего изобретения обнаружили, что водная суспензия с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента не замерзает при температуре приблизительно -5°С и даже ниже и не оказывает влияния на другие свойства суспензии, такие как оптический свойства. В частности, указанные свойства достигаются за счет использования комбинации по меньшей мере одного содержащего карбонат кальция вещества и по меньшей мере одной соли по меньшей мере одной сильной кислоты в водной суспензии с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента, при этом содержание твердых веществ в указанной суспензии составляет по меньшей мере 50% масс. от общей массы водной суспензии с высоким содержанием твердых веществ. Таким образом, водная суспензия с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента по настоящему изобретению позволяет получить водную суспензию с высоким содержанием твердых веществ, которая устойчива в кислой среде.

Следует понимать, что в настоящем изобретении следующие термины имеют следующие значения:

В настоящем изобретении термин "суспензия" или "взвесь" включает нерастворимые твердые вещества и воду и, необязательно, дополнительные добавки, и обычно содержит большое количество твердых частиц и, таким образом, имеет более высокую вязкость и, как правило, имеет более высокую плотность, чем жидкость, из которой она образована.

Термин "среда с кислым рН" в контексте настоящего изобретения относится к водным суспензиям с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента, которые имеют рН <6 при +23°C.

Термин "содержащее карбонат кальция вещество" в контексте настоящего изобретения относится к веществу, которое включает "частицы, содержащие карбонат кальция", по меньшей мере один "гребенчатый полимер" и, необязательно, по меньшей мере одну соль по меньшей мере одной сильной кислоты. Таким образом, "содержащее карбонат кальция вещество" соответствует полностью сухому весу твердого вещества в водной суспензии с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента.

Термин "частицы, содержащие карбонат кальция" относится к веществу, которое включает по меньшей мере 50% масс. карбоната кальция от общей сухой массы частиц, содержащих карбонат кальция.

В контексте настоящего изобретения термин "гребенчатый полимер" относится к имеющему гребенчатую форму полимеру, который образуется из основной цепи, также обозначаемой как скелет, к которой присоединены группы карбоновых кислот и/или другие кислотные группы в форме свободных кислот или их солей, т.е. в виде карбоксилат-иона, а также к полимеру, имеющему боковые цепи, содержащие полиалкиленоксид, который необязательно блокирован концевой углеводородной цепью. Боковые цепи полиалкиленоксида могут быть присоединены к основной цепи посредством сложноэфирных связей, амидных связей или простых эфирных связей. В дополнение к группам карбоновых кислот и боковым цепям полиалкиленоксида, к основной цепи могут быть присоединены другие функциональные или нефункциональные группы, в частности, положительно заряженные функциональные группы, такие как амин, амид и/или четвертичные аммониевые группы.

Термин "кислота" в настоящем изобретении определен в соответствии с определением Бренстеда-Лоури. Другими словами, кислота определена как вещество, которое может действовать как донор ионов водорода. Это означает, например, что термин "HSO₄^­" также является примером кислоты.

В настоящем изобретении термин "вязкость" относится к вязкости по Брукфильду. В соответствии с настоящим изобретением, вязкость по Брукфильду измеряют с использованием модели RVT вискозиметра Brookfield™ при температуре +23°С и -5°С, скорости вращения 100 об./мин (оборотов в минуту) и соответствующего дискового шпинделя от № 1 до № 5. Приведенные значения вязкости представляют собой значения, найденные с помощью указанного прибора по прошествии 1 мин проведения измерений. Перед измерением вязкости по Брукфильду суспензию перемешивают в течение 5 минут в диапазоне мощности 0,25-2,5 кВт с помощью лабораторного смесителя компании Pendraulik, снабженного подходящей зубчато-дисковой мешалкой, который механически регулируется в диапазоне мощности 0,25-2,5 кВт вплоть до величины 8400 об./мин.

"Электрическая проводимость", в соответствии с настоящим изобретением, означает электропроводность водной суспензии содержащего карбонат кальция вещества, которую измеряют в соответствии со способом измерения, указанным ниже в данном описании в разделе примеров. Электрическая проводимость указана в мСм/см и может быть измерена при -5°С и при +23°С.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, предлагается способ получения водной суспензии с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента, который включает стадии

a) приготовления водной суспензии, включающей по меньшей мере одно содержащее карбонат кальция вещество, где содержащее карбонат кальция вещество имеет плотность заряда между +2 и -2 Кл/г при рН 9,

b) подготовки

i) по меньшей мере одной сильной кислоты, выбранной из группы, которая включает кислоты, имеющие значение рК_а меньше или равно нулю при +23°С, и/или

ii) по меньшей мере одной соли по меньшей мере одной сильной кислоты, где по меньшей мере одна сильная кислота, образующая по меньшей мере одну соль по меньшей мере одной сильной кислоты, выбрана из группы, состоящей из кислот, которые имеют значение рК_а меньше или равно нулю при +23°C,

c) добавления по меньшей мере одной сильной кислоты и/или по меньшей мере одной соли по меньшей мере одной сильной кислоты со стадии b) к водной суспензии, включающей по меньшей мере одно содержащее карбонат кальция вещество со стадии a),

d) необязательного измельчения водной суспензии, включающей по меньшей мере одно содержащее карбонат кальция вещество со стадии a), до, и/или во время, и/или после стадии c),

где водная суспензия с высоким содержанием твердых веществ после стадии c) и/или стадии d) имеет

i) содержание твердых веществ по меньшей мере 50% масс. от общей массы водной суспензии с высоким содержанием твердых веществ,

ii) вязкость по Брукфильду при 100 об./мин ≤1000 мПа·с при температуре -5°С,

iii) рН <6 при +23°С и

iv) электрическую проводимость между 10 и 100 мСм/см при -5°C и при +23°С.

Указанный способ, предпочтительно, дополнительно включает стадию е) подготовки по меньшей мере одной кислоты средней силы, выбранной из группы, которая включает кислоты, имеющие значение pK_a между 0 и 2,5 при +23°С, при этом, преимущественно, по меньшей мере одну кислоту средней силы выбирают из H₂SO₃, HSO₄^­, H₃PO₄, щавелевой кислоты и их смесей, и/или по меньшей мере одной слабой кислоты, выбранной из группы, которая включает кислоты, имеющие значение рК_а между >2,5 и 6 при +23°С, при этом, преимущественно, по меньшей мере одну слабую кислоту выбирают из лимонной кислоты и/или винной кислоты. Указанный способ, предпочтительно, дополнительно включает также стадию f) контактирования водной суспензии, включающей по меньшей мере одно содержащее карбонат кальция вещество со стадии а) с по меньшей мере одной кислотой средней силы и/или с по меньшей мере одной слабой кислотой со стадии е) во время и/или после проведения стадии с), и/или во время и/или после проведения необязательной стадии d). Кроме того, преимущественно, стадию с), и/или стадию d), и/или стадию f) проводят при температуре между -5°С и +99°С, предпочтительно, между +20°С и +85°С, более предпочтительно, между +20°С и +50°С и, наиболее предпочтительно, между +50°С и +85°С. Указанный способ, предпочтительно, дополнительно включает также стадию g) концентрирования полученной водной суспензии с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента. Указанный способ, предпочтительно, дополнительно включает также сушку полученной водной суспензии с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается содержащее карбонат кальция вещество, которое может быть получено путем сушки суспензии с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента. В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предлагается использование суспензии с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента и/или использование содержащего карбонат кальция вещества при изготовлении бумаги, мелового покрытия бумаги, для применения в производстве пластических материалов, в сельском хозяйстве и/или в производстве красок. В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предлагается использование суспензии с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента и/или использование содержащего карбонат кальция вещества в качестве наполнителя для бумаги. Предпочтительно, суспензию с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента и/или содержащее карбонат кальция вещество используют в качестве основы для цифровой печати, предпочтительно, струйной печати, флексографии, ротационной глубокой печати и/или офсетной печати, наиболее предпочтительно, для струйной печати черной краской.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается состав меловального пигмента, включающий суспензию с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента и/или содержащее карбонат кальция вещество, а также натуральное и/или синтетическое связующее, при этом связующее, предпочтительно, включает стирол-бутадиен, стирол-акрилат, поливинилацетат, поливиниловый спирт, крахмал или их смеси и, наиболее предпочтительно, связующее содержит поливиниловый спирт или состоит из поливинилового спирта.

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

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения частицы, содержащие карбонат кальция, по меньшей мере одного содержащего карбонат кальция вещества, выбирают из природного карбоната кальция, осажденного карбоната кальция или их смесей.

В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения частицы, содержащие карбонат кальция, по меньшей мере одного содержащего карбонат кальция вещества, имеют средневзвешенный размер частиц d₅₀ от 0,1 до 50 мкм, предпочтительно, от 0,25 до 50 мкм, более предпочтительно, от 0,3 до 5 мкм и, наиболее предпочтительно, от 0,4 до 3 мкм.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения частицы, содержащие карбонат кальция, по меньшей мере одного содержащего карбонат кальция вещества, имеют удельную площадь поверхности от 0,1 м²/г до 200 м²/г, предпочтительно, от 0,1 м²/г до 50 м²/г и, более предпочтительно, от 0,1 м²/г до 20 м²/г, которую измеряют с использованием азота и метода БЭТ.

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения водная суспензия с высоким содержанием твердых веществ, включает по меньшей мере одно содержащее карбонат кальция вещество в количестве по меньшей мере 50% масс., предпочтительно от 50 до 82% масс., более предпочтительно, от 55 до 82% масс., еще более предпочтительно, от 60 до 78% масс. и, наиболее предпочтительно, от 65 до 78% масс. от общей массы водной суспензии с высоким содержанием твердых веществ.

В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения по меньшей мере одно содержащее карбонат кальция вещество включает по меньшей мере один гребенчатый полимер, предпочтительно, поверхность частиц, содержащих карбонат кальция, по меньшей мере одного содержащего карбонат кальция вещества покрыта по меньшей мере одним гребенчатым полимером.

Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения по меньшей мере одно содержащее карбонат кальция вещество включает по меньшей мере один гребенчатый полимер, имеющий собственную вязкость в диапазоне от 5 до 99 мл/г, предпочтительно, в диапазоне от 10 до 80 мл/г и, наиболее предпочтительно, в диапазоне от 10 до 50 мл/г.

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения по меньшей мере одна соль по меньшей мере одной сильной кислоты включает двухвалентный и/или трехвалентный катион, при этом, предпочтительно, двухвалентный катион выбран из группы, состоящей из кальция, магния, стронция и их смесей, и/или трехвалентным катионом, предпочтительно, является алюминий.

В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения по меньшей мере одна сильная кислота, образующая по меньшей мере одну соль по меньшей мере одной сильной кислоты, выбрана из группы, которая включает хлористоводородную кислоту, азотную кислоту и их смеси.

Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения водная суспензия с высоким содержанием твердых веществ включает по меньшей мере один гребенчатый полимер в количестве от 0,01 до 5% масс. от общей сухой массы содержащего карбонат кальция вещества в суспензии, предпочтительно, от 0,05 до 4% масс., более предпочтительно, от 0,1 до 3% масс., еще более предпочтительно, от 0,2 до 2% масс. и, наиболее предпочтительно, от 0,25 до 1,5% масс. или от 0,5 до 1,25% масс.

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения в водной суспензии с высоким содержанием твердых веществ количество твердых веществ составляет от 50 до 82% масс., предпочтительно, от 55 до 82% масс., более предпочтительно, от 60 до 78% масс. и, наиболее предпочтительно, от 65 до 78% масс. от общей массы водной суспензии с высоким содержанием твердых веществ.

В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения водная суспензия с высоким содержанием твердых веществ имеет вязкость по Брукфильду при 100 об./мин от 25 до 1000 мПа·с при -5°С, предпочтительно, от 25 до 700 мПа·с при -5°С, более предпочтительно, от 25 до 500 мПа·с при -5°С и, наиболее предпочтительно, от 50 до 300 мПа·с при -5°С.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения водная суспензия с высоким содержанием твердых веществ имеет рН между 4 и <6 при +23°С, предпочтительно, рН между 4,5 и <6 при +23°C и, преимущественно, рН между 5 и <6 при +23°С.

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения водная суспензия с высоким содержанием твердых веществ имеет электрическую проводимость между 20 мСм/см и 100 мСм/см, которую измеряют при -5°С и +23°С и, предпочтительно, между 30 мСм/см и 100 мСм/см, которую измеряют при -5°С и +23°С.

В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения водная суспензия с высоким содержанием твердых веществ дополнительно включает по меньшей мере один продукт или продукты реакции по меньшей мере одного содержащего карбонат кальция вещества с по меньшей мере одной кислотой средней силы и/или по меньшей мере один продукт реакции или продукты реакции по меньшей мере одного содержащего карбонат кальция вещества с по меньшей мере одной слабой кислотой. Предпочтительно, по меньшей мере одна кислота средней силы, образующая по меньшей мере один продукт или продукты реакции по меньшей мере одного содержащего карбонат кальция вещества, выбрана из группы, которая включает кислоты, имеющие значение рК_а между 0 и 2,5 при +23°С, предпочтительно, по меньшей мере одна кислота средней силы выбрана из H₂SO₃, HSO₄^­, H₃PO₄, щавелевой кислоты и их смесей. Следует отметить, что HSO₄^­ может быть добавлена в виде соли щелочного или щелочноземельного металла и, предпочтительно, в форме соли Na, Li, K, Mg и Ca. Кроме того, предпочтительно, по меньшей мере одна слабая кислота, образующая по меньшей мере один продукт или продукты реакции по меньшей мере одного содержащего карбонат кальция вещества, выбрана из группы, которая включает кислоты, имеющие значение рК_а между >2,5 и 6 при +23°С, предпочтительно, по меньшей мере одна слабая кислота выбрана из лимонной кислоты, винной кислоты и их смесей.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения суммарное молярное количество, выраженное образованными ионами Н₃О⁺ по меньшей мере одной кислоты средней силы, образующей по меньшей мере один продукт или продукты реакции по меньшей мере одного содержащего карбонат кальция вещества, и/или по меньшей мере одной слабой кислоты, образующей по меньшей мере один продукт или продукты реакции по меньшей мере одного содержащего карбонат кальция вещества, и по меньшей мере одной сильной кислоты, образующей по меньшей мере одну соль по меньшей мере одной сильной кислоты, по отношению к количеству молей СаСO₃ в общей сложности составляет между 0,01 и 1,9.

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения водная суспензия с высоким содержанием твердых веществ дополнительно содержит гидроксид алюминия и/или гидроксид магния.

В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения водная суспензия с высоким содержанием твердых веществ имеет плотность положительного заряда при рН 5, предпочтительно, по меньшей мере +0,1 Кл/г при рН 5, более предпочтительно, по меньшей мере +0,5 Кл/г при рН 5, еще более предпочтительно, по меньшей мере +1 Кл/г при рН 5 и, наиболее предпочтительно, по меньшей мере +1,5 Кл/г при рН 5.

Далее приводится дополнительная информации по данному изобретению, и в частности, информация, касающаяся вышеуказанных компонентов суспензии с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента.

В тех случаях, когда термин "содержащий" используется в настоящем описании и формуле изобретения, он не исключает другие не указанные элементы большей или меньшей функциональной важности. В настоящем изобретении термин "состоящий из" следует рассматривать как предпочтительный вариант термина "включающий". Если далее группа определена, как включающая по меньшей мере некоторое количество вариантов осуществления, то следует также понимать, что раскрывается группа, которая, предпочтительно, состоит только из указанных вариантов осуществления.

Всякий раз, когда используются термины "включающий" или "имеющий", следует понимать, что указанные термины эквивалентны термину "содержащий", определение которого приведено выше.

В тех случаях, когда дается ссылка на существительное в единственном числе, она включает в себя и множественное число указанного существительного, если что-либо еще специально не оговорено.

Одно из конкретных требований настоящего изобретения заключается в том, что водная суспензия с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента в среде с кислым рН включает по меньшей мере одно содержащее карбонат кальция вещество. В частности, по меньшей мере одно содержащее карбонат кальция вещество включает частицы, содержащие карбонат кальция.

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения частицы, содержащие карбонат кальция, которые являются частью по меньшей мере одного содержащего карбонат кальция вещества, выбраны из природного карбоната кальция, осажденного карбоната кальция или их смесей.

"Измельченный карбонат кальция" (GCC) в контексте настоящего изобретения представляет собой карбонат кальция, полученный из натуральных источников, таких как известняк, мрамор, кальцит, доломит или мел, и подвергнутый переработке путем влажной и/или сухой обработки, такой как измельчение, просеивание через сито и/или фракционирование, например, с помощью циклона или классификатора.

Измельченный карбонат кальция (GCC) может представлять собой, например, один или несколько типов карбоната кальция, выбранных из мрамора, известняка, мела и/или доломита. В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения GCC получают путем сухого помола. В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения GCC получают путем мокрого помола и последующей сушки.

В общем случае стадия измельчения может быть проведена с помощью любого обычного измельчающего устройства, например, в таких условиях, что измельчение, преимущественно, происходит в результате соударения со вторым телом, т.е. с помощью одного или нескольких из следующих устройств: шаровой мельницы, стержневой мельницы, вибромельницы, валковой дробилки, турбинной ударной мельницы, вертикальной шаровой мельницы, фрикционной мельницы, штифтовой мельницы, молотковой мельницы, пульверизатора, дробилки, измельчителя, ножевидного режущего инструмента или другого подобного оборудования, известного из данной области техники. В том случае, когда частицы, содержащие карбонат кальция, включают частицы, содержащие карбонат кальция мокрого помола, то стадию измельчения можно проводить в таких условиях, что происходит самоизмельчение и/или измельчение в горизонтальной шаровой мельнице, и/или другие подобные процессы, известные специалисту. Полученные подобной влажной обработкой частицы, содержащие карбонат кальция, могут быть промыты и обезвожены хорошо известными способами, например, с помощью флокуляции, фильтрации или принудительного упаривания перед сушкой. Последующая сушка может быть проведена в одну стадию, например, путем распылительной сушки, или по меньшей мере в два этапа. Кроме того, обычно подобные частицы, содержащие карбонат кальция, проходят стадию обогащения (например, путем флотации, осветления или магнитного разделения), с целью удаления примесей.

"Осажденный карбонат кальция" (РСС) в контексте настоящего изобретения представляет собой синтезированное вещество, которое обычно получают осаждением после реакции диоксида углерода и извести в водной среде или осаждением источника кальция и карбонат-ионов в воде.

Осажденный карбонат кальция (PCC) может представлять собой, например, одну или несколько минералогических морфологических форм арагонита, валерита и/или кальцита. Морфология арагонита обычно имеет иглообразную форму, в то время как морфология валерита относится к гексагональной сингонии. Морфология кальцита может образовывать скаленоэдральные, призматические, сферические и ромбоэдрические формы. PCC может быть получен различными способами, например, осаждением с помощью диоксида углерода, по процессу натриевой извести, или по методу компании Solvay, в котором PCC является побочным продуктом производства аммиака. Из полученной суспензии РСС можно механически удалить воду и затем высушить.

Частицы, содержащие карбонат кальция, предпочтительно, представляют собой измельченный карбонат кальция (GCC). Например, содержащие карбонат кальция частицы представляют собой один измельченный карбонат кальция (GCC). В качестве альтернативы, частицы, содержащие карбонат кальция, представляют собой смесь двух или нескольких измельченных карбонатов кальция (GCC), выбранных из различных источников измельченного карбоната кальция. Например, частицы, содержащие карбонат кальция, включают один измельченный карбонат кальция (GCC), выбранный из доломита, и один измельченный карбонат кальция (GCC), выбранный из мрамора.

В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения частицы, содержащие карбонат кальция, представляют собой смесь тонкодисперсного карбоната кальция и осажденного карбоната кальция.

Помимо карбоната кальция, частицы, содержащие карбонат кальция, могут включать другие оксиды металлов, такие как диоксид титана и/или триоксид алюминия, гидроксиды металлов, таких как тригидроксид алюминия и/или гидроксид магния, соли металлов, такие как сульфаты, силикаты, такие как тальк, и/или каолиновая глина, и/или слюда, карбонаты, такие как карбонат магния и/или гипс, белый пигмент и их смеси.

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения количество карбоната кальция в частицах, содержащих карбонат кальция, составляющих по меньшей мере часть одного содержащего карбонат кальция вещества, составляет по меньшей мере 50% масс., например, по меньшей мере 60% масс., предпочтительно от 50 до 100% масс., более предпочтительно, от 60 до 99% масс. и, наиболее предпочтительно, от 70 до 98% масс. в пересчете на сухую массу частиц, содержащих карбонат кальция.

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения количество частиц, содержащих карбонат кальция, в по меньшей мере одном содержащем карбонат кальция веществе, составляет по меньшей мере 50% масс., предпочтительно, по меньшей мере 75% масс., более предпочтительно, по меньшей мере 80% масс. и, наиболее предпочтительно, по меньшей мере 88% масс. или по меньшей мере 99,9% масс. в пересчете на сухую массу содержащего карбонат кальция вещества. Например, количество частиц, содержащих карбонат кальция, по меньшей мере в одном содержащем карбонат кальция веществе составляет от 85% масс. до 99,9% масс. в пересчете на сухую массу содержащего карбонат кальция вещества.

Дополнительно или в качестве альтернативы, водная суспензия с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента включает по меньшей мере одно содержащее карбонат кальция вещество в количестве по меньшей мере 50% масс., предпочтительно, от 50 до 82% масс., более предпочтительно, от 55 до 82% масс., еще более предпочтительно, от 60 до 78% масс. и, наиболее предпочтительно, от 65 до 78% масс. от общей массы водной суспензии с высоким содержанием твердых веществ.

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения частицы, содержащие карбонат кальция, по меньшей мере одного содержащего карбонат кальция вещества имеют средневзвешенный размер частиц d₅₀ от 0,1 до 50 мкм, предпочтительно, от 0,25 до 50 мкм, более предпочтительно, от 0,3 до 5 мкм и, наиболее предпочтительно, от 0,4 до 3 мкм, как определяют с помощью прибора Sedigraph 5120.

Например, частицы, содержащие карбонат кальция, по меньшей мере одного содержащего карбонат кальция вещества имеют средневзвешенный размер частиц d₅₀ от 0,4 до 0,3 мкм, или от 0,4 до 2,0 мкм, как определяют с помощью прибора Sedigraph 5120.

В данном описании "размер частиц" содержащих карбонат кальция частиц описывается с помощью распределения по размерам частиц. Значение d_x представляет собой диаметр, по отношению к которому x% масс. частиц имеют диаметр меньше, чем d_x. Это означает, что значение d₂₀ представляет собой размер частиц, для которого 20% масс. всех частиц имеют меньший размер, а значение d₇₅ представляет собой размер частиц, для которого 75% масс. всех частиц имеют меньший размер. Таким образом, величина d₅₀ обозначает средневзвешенный размер частиц, т.е. 50% масс. всех зерен крупнее или мельче данного размера частиц. В настоящем изобретении размер частиц определяется как средневзвешенный размер частиц, d₅₀, если не указано иное. Для определения значения средневзвешенного размера частиц, d₅₀, для частиц, имеющих значение d₅₀ между 0,4 и 2 мкм, может быть использован прибор Sedigraph 5120 компании Micromeritics, США. Для определения распределения по размерам и средневзвешенного диаметра d₅₀ с помощью прибора Sedigraph образцы предварительно разводят до правильной концентрации с помощью деионизованной воды, но не используют дополнительные добавки, такие как обычно добавляемые диспергаторы, например, полифосфат или полиакрилат.

Дополнительно или в качестве альтернативы, доля частиц, содержащих карбонат кальция, по меньшей мере одного содержащего карбонат кальция вещества, имеющего размер частиц, меньший, чем 2 мкм, составляет больше, чем 60% масс., предпочтительно, больше чем 70% масс., более предпочтительно, больше чем 80% масс., еще более предпочтительно, больше чем 85% масс. и, наиболее предпочтительно, примерно 90% масс. от общей массы по меньшей мере одних частиц, содержащих карбонат кальция, как измеряют с помощью прибора Sedigraph 5120.

Например, доля частиц, содержащих карбонат кальция, имеющих размер частиц меньший, чем 0,2 мкм, составляет больше чем 5% масс., предпочтительно, больше чем 7,5% масс., более предпочтительно, больше чем 10% масс., еще более предпочтительно, больше чем 12,5% масс. и, наиболее предпочтительно, приблизительно 16% масс. от общей массы по меньшей мере одних частиц, содержащих карбонат кальция, как измеряют с помощью прибора Sedigraph 5120.

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения частицы, содержащие карбонат кальция, по меньшей мере одного содержащего карбонат кальция вещества имеют удельную площадь поверхности от 0,1 м²/г до 200 м²/г, предпочтительно, от 0,1 м²/г до 50 м²/г и, более предпочтительно, от 0,1 м²/г до 20 м²/г, которую измеряют с использованием азота и метода БЭТ.

Например, частицы, содержащие карбонат кальция, представляют собой мрамор, имеющий удельную площадь поверхности от 0,1 м²/г до 200 м²/г, предпочтительно, от 0,1 м²/г до 50 м²/г и, более предпочтительно, от 0,1 м²/г до 20 м²/г, измеренную с использованием азота и метода БЭТ, и средневзвешенный размер частиц d₅₀ от 0,1 до 50 мкм, от 0,25 до 50 мкм или от 0,3 до 5 мкм, предпочтительно, от 0,4 до 3 мкм, как измеряют с помощью прибора Sedigraph 5120.

Еще одним требованием настоящего изобретения является то, что содержащее карбонат кальция вещество, используемое для приготовления водной суспензии с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента, имеет плотность заряда между +2 и -2 Кл/г при рН 9.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения по меньшей мере одно содержащее карбонат кальция вещество, которое используют для приготовления водной суспензии с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента, имеет плотность заряда между -0,01 и -2 Кл/г при рН 9, предпочтительно, между -0,1 и -1 Кл/г при рН 9, более предпочтительно, между -0,2 и -0,8 Кл/г при рН 9 и, наиболее предпочтительно, между -0,3 и -0,7 Кл/г при рН 9.

Предпочтительно, по меньшей мере одно содержащее карбонат кальция вещество включает по меньшей мере один гребенчатый полимер, т.е. по меньшей мере одно содержащее карбонат кальция вещество включает по меньшей мере гребенчатый полимер одного типа.

По меньшей мере один гребенчатый полимер, предпочтительно, представляет собой полимер гребенчатой формы, который образован основной цепью, называемой также скелетом, и по меньшей мере одной присоединенной к ней боковой цепью.

Не желая связывать себя какой-либо теорией, авторы настоящего изобретения полагают, что по меньшей мере один гребенчатый полимер адсорбируется на слабо положительно заряженные частицы содержащего карбонат кальция вещества, вследствие того, что его основная цепь, которую также называют скелетом полимера, заряжена отрицательно. Кроме того, боковые цепи по меньшей мере одного адсорбированного гребенчатого полимера вызывают стерическое и/или осмотическое отталкивание между частицами, которое может привести к стерической и/или осмотической стабилизации по меньшей мере части частиц в водной суспензии с высоким содержанием твердых веществ.

Таким образом, поверхность частиц, содержащих карбонат кальция, составляющих часть по меньшей мере одного содержащего карбонат кальция вещества, предпочтительно, по меньшей мере частично покрыта по меньшей мере одним гребенчатым полимером.

Выражение "по меньшей мере один" гребенчатый полимер или гребенчатый полимер "по меньшей мере одного типа" означает, что один или несколько типов гребенчатых полимеров могут быть частью по меньшей мере одного содержащего карбонат кальция вещества в водной суспензии с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента.

В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения по меньшей мере одно содержащее карбонат кальция вещество, составляющее часть водной суспензии с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента, содержит только один тип гребенчатого полимера. В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения по меньшей мере одно содержащее карбонат кальция вещество, составляющее часть водной суспензии с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента, содержит смесь по меньшей мере двух типов гребенчатых полимеров.

Таким образом, следует понимать, что водная суспензия с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента включает только один тип гребенчатого полимера. В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения водная суспензия с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента включает смесь по меньшей мере двух типов гребенчатых полимеров.

По меньшей мере один гребенчатый полимер по настоящему изобретению, предпочтительно, представляет собой по меньшей мере один анионно заряженный гребенчатый полимер, т.е. по меньшей мере один гребенчатый полимер по настоящему изобретению представляет собой по меньшей мере один тип анионно заряженного гребенчатого полимера.

Следует понимать, что термин "анионно заряженный", используемый в настоящем изобретении, означает, что гребенчатый полимер имеет полный или суммарный заряд, который является отрицательным, т.е. сумма всех положительных и отрицательных зарядов отрицательна. Другими словами, полимер должен обладать избытком анионно заряженных функциональных групп или остатков. Это означает, что по меньшей мере один анионно заряженный гребенчатый полимер, который является частью по меньшей мере одного содержащего карбонат кальция вещества по настоящему изобретению, может содержать как положительно, так и отрицательно заряженные функциональные группы или остатки, т.е. катионные и анионные функциональные группы или остатки, при условии, что полный или суммарный заряд отрицателен, т.е. гребенчатый полимер является анионным. Например, по меньшей мере один анионно заряженный гребенчатый полимер, который является частью по меньшей мере одного содержащего карбонат кальция вещества, может содержать лишь анионно заряженные функциональные группы или остатки или же может содержать анионно и катионно заряженные функциональные группы или остатки таким образом, что полный или суммарный заряд по меньшей мере одного гребенчатого полимера является отрицательным.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения по меньшей мере один гребенчатый полимер представляет собой по меньшей мере один анионно заряженный гребенчатый полимер, имеющий удельный заряд от -10 до -250 Кл/г при рН 9, предпочтительно, от -10 Кл/г до -200 Кл/г при рН 9 и, наиболее предпочтительно, от -10 Кл/г до -150 Кл/г при рН 9.

Например, по меньшей мере один гребенчатый полимер, представляет собой по меньшей мере один анионно заряженный гребенчатый полимер, имеющий удельный заряд от -20 Кл/г до -100 Кл/г при рН 9, предпочтительно, от -30 Кл/г до -100 Кл/г при рН 9 и, наиболее предпочтительно от -30 Кл/г до -70 Кл/г при рН 9.

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения по меньшей мере одно содержащее карбонат кальция вещество включает по меньшей мере один гребенчатый полимер, имеющий приведенную вязкость в диапазоне от 5 до 99 мл/г, предпочтительно, в диапазоне от 10 до 80 мл/г и, наиболее предпочтительно, в диапазоне от 10 до 50 мл/г.

Дополнительно или в качестве альтернативы, по меньшей мере один гребенчатый полимер, предпочтительно, имеет удельный заряд от -10 до -250 Кл/г при рН 9 и приведенную вязкость в диапазоне от 5 до 99 мл/г. Кроме того, предпочтительно, по меньшей мере один гребенчатый полимер имеет удельный заряд от -10 Кл/г до -200 Кл/г при рН 9 и собственную вязкость в диапазоне от 10 до 80 мл/г. Еще более предпочтительно, по меньшей мере один анионно заряженный гребенчатый полимер имеет удельный заряд от -10 Кл/г до -150 Кл/г при рН 9 и собственную вязкость в диапазоне от 10 до 50 мл/г.

Например, предпочтительно, по меньшей мере один гребенчатый полимер имеет удельный заряд от -20 Кл/г до -100 Кл/г при рН 9 и собственную вязкость в диапазоне от 10 до 50 мл г или удельный заряд от -30 Кл/г до -100 Кл/г при рН 9 и собственную вязкость в диапазоне от 10 до 50 мл/г. В одном варианте осуществления настоящего изобретения по меньшей мере один гребенчатый полимер имеет удельный заряд от -30 Кл/г до -70 Кл/г при рН 9 и собственную вязкость в диапазоне от 10 до 50 мл г.

Гребенчатые полимеры, которые могут быть пригодны для использования в настоящем изобретении, описаны, например, в следующих документах: US 2009/0199741 A1, US 6387176 B1, EP 1136508 Α1, ΕΡ 1138697 Α1, ΕΡ 1189955 A1, США 6946510 B1, US 7514488 B1 и ЕР 0736553 A1. Указанные документы раскрывают способы получения гребенчатых полимеров, а также их использование в связующих на основе неорганических веществ, таких как цемент. Подходящие гребенчатые полимеры также описаны в буклете по продукции "SIKA ViscoCrete®, selbstverdickender Beton SCC", который доступен на веб-сайте www.sika.ch.

Примерами гребенчатых полимеров, которые могут быть использованы по меньшей мере для одного содержащего карбонат кальция вещества, которое является частью водной суспензии по настоящему изобретению с высоким содержанием твердых веществ, являются полимеры серии MELFLUX® или MelPers®, например, MelPers® 2450 от компании BASF (Тростберг, Германия), диспергатор ETHACRYL® M от компании CoAtex, LLC (Честер, Южная Каролина) или диспергатор MIGHTY EG® от компании Kao Specialties Americas, LLC, (Хай-Пойнт, Северная Каролина).

В общем случае, средняя молекулярная масса M_w по меньшей мере одного гребенчатого полимера может изменяться в широких пределах и обычно находится в диапазоне между 10000 и 100000 г/моль, предпочтительно, между 20000 и 75000 г/моль и, наиболее предпочтительно, между 25000 и 50000 г/моль.

В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения водная суспензия с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента включает по меньшей мере один гребенчатый полимер в количестве от 0,01 до 5% масс. в пересчете на общую сухую массу содержащего карбонат кальция вещества в суспензии, предпочтительно, от 0,05 до 4% масс., более предпочтительно, от 0,1 до 3% масс., еще более предпочтительно, от 0,2 до 2% масс., и наиболее предпочтительно от 0,25 до 1,5% масс. или от 0,5 до 1,25% масс. Например, водная суспензия с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента включает по меньшей мере один гребенчатый полимер в количестве от 0,6 до 1,1% масс. или от 0,7 до 1% масс. в пересчете на общую сухую массу содержащего карбонат кальция вещества в суспензии.

Дополнительно или в качестве альтернативы, по меньшей мере одно содержащее карбонат кальция вещество включает по меньшей мере один гребенчатый полимер в количестве от 0,01 до 5% масс. в пересчете на общую сухую массу содержащего карбонат кальция вещества в суспензии, предпочтительно, от 0,05 до 4% масс., более предпочтительно, от 0,1 до 3% масс., еще более предпочтительно, от 0,2 до 2% масс. и, наиболее предпочтительно, от 0,25 до 1,5% масс. или от 0,5 до 1,25% масс. Например, по меньшей мере одно содержащее карбонат кальция вещество включает по меньшей мере один гребенчатый полимер в количестве от 0,6 до 1,1% масс. или от 0,7 до 1% масс. в пересчете на общую сухую массу содержащего карбонат кальция вещества в суспензии.

Еще одно требование к водной суспензии по настоящему изобретению с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента заключается в том, что указанная суспензия содержит по меньшей мере одну соль по меньшей мере одной сильной кислоты.

В частности, следует отметить, что по меньшей мере одна сильная кислота, образующая по меньшей мере одну соль по меньшей мере одной сильной кислоты, выбрана из группы, которая состоит из кислот, имеющих значение рК_а при 23°С, меньшее или равное 0.

Выражение "по меньшей мере одна" соль по меньшей мере одной сильной кислоты означает, что одна или несколько солей по меньшей мере одной сильной кислоты могут присутствовать в водной суспензии с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента.

В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения лишь одна соль по меньшей мере одной сильной кислоты присутствует в водной суспензии с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента, включающей по меньшей мере одно содержащее карбонат кальция вещество. В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения смесь по меньшей мере двух солей, по меньшей мере одной сильной кислоты присутствует в водной суспензии с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента, включающей по меньшей мере одно содержащее карбонат кальция вещество.

Кроме того, выражение по меньшей мере одна соль, "по меньшей мере одной" сильной кислоты означает, что соли одной или нескольких сильных кислот могут присутствовать в водной суспензии с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента.

В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения по меньшей мере одна соль лишь одной сильной кислоты присутствует в водной суспензии с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента, которая включает по меньшей мере одно содержащее карбонат кальция вещество. В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения по меньшей мере одна соль смеси по меньшей мере двух сильных кислот присутствует в водной суспензии с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента, которая включает содержащее карбонат кальция вещество.

Что касается катионной части по меньшей мере одной соли по меньшей мере одной сильной кислоты, то следует отметить, что любой двухвалентный и/или трехвалентный катион пригоден в качестве катионной части по меньшей мере одной соли по меньшей мере одной сильной кислоты. В частности, любой двухвалентный и/или трехвалентный катион пригоден в качестве катионной части по меньшей мере одной соли по меньшей мере одной сильной кислоты, который образует водорастворимую соль с по меньшей мере одной сильной кислотой, образующей по меньшей мере одну соль по меньшей мере одной сильной кислоты.

Термин "двухвалентный катион" в контексте настоящего изобретения относится к катиону, имеющему валентность, равную двум, например, к катиону металла, имеющему две валентности.

Термин "трехвалентный катион" в контексте настоящего изобретения относится к катиону, имеющему валентность, равную трем, например, к катиону металла, имеющему три валентности.

Например, по меньшей мере одна соль по меньшей мере одной сильной кислоты, включает двухвалентный катион, выбранный из группы, которая состоит из кальция, магния, стронция и их смесей. Дополнительно или в качестве альтернативы, по меньшей мере одна соль по меньшей мере одной сильной кислоты включает алюминий в качестве трехвалентного катиона.

Предпочтительно, катионную часть по меньшей мере одной соли по меньшей мере одной сильной кислоты получают по меньшей мере из одного содержащего карбонат кальция вещества. Таким образом, следует понимать, что по меньшей мере одна соль по меньшей мере одной сильной кислоты включает по меньшей мере кальций в качестве катионной части по меньшей мере одной соли по меньшей мере одной сильной кислоты.

В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения по меньшей мере одна соль по меньшей мере одной сильной кислоты включает лишь кальций в качестве катионной части по меньшей мере одной соли по меньшей мере одной сильной кислоты. В другом предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения по меньшей мере одна соль по меньшей мере одной сильной кислоты включает кальций и магний и/или алюминий в качестве катионной части по меньшей мере одной соли по меньшей мере одной сильной кислоты.

Кроме того, нет никаких конкретных ограничений, касающихся по меньшей мере одной сильной кислоты, образующей по меньшей мере одну соль по меньшей мере одной сильной кислоты, при условии, что по меньшей мере одна сильная кислота выбрана из группы, включающей кислоты, имеющие значение pK_a меньше или равно нулю при +23°С.

Предпочтительно, подходит любая сильная кислота, образующая по меньшей мере одну соль по меньшей мере одной сильной кислоты, которая дает водорастворимую соль по меньшей мере одной сильной кислоты, образующей по меньшей мере одну соль по меньшей мере одной сильной кислоты с по меньшей мере одним содержащим карбонат кальция веществом, т.е. по меньшей мере большую часть, предпочтительно, по меньшей мере 75% масс., более предпочтительно, по меньшей мере 90% масс. и, наиболее предпочтительно, по меньшей мере 96% масс. от общего количества по меньшей мере одной соли по меньшей мере одной сильной кислоты растворяют в водной фазе водной суспензии с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента.

Термин "растворенный" или "водорастворимый" в контексте настоящего изобретения относится к системам, в которых в растворителе не наблюдается никаких дискретных твердых частиц по меньшей мере одной соли по меньшей мере одной сильной кислоты.

В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения по меньшей мере одна сильная кислота, образующая по меньшей мере одну соль по меньшей мере одной сильной кислоты выбрана из группы, которая состоит из хлористоводородной кислоты, азотной кислоты и их смесей.

Например, по меньшей мере одной сильной кислотой, образующей по меньшей мере одну соль по меньшей мере одной сильной кислоты, является хлористоводородная кислота.

Количество по меньшей мере одной соли по меньшей мере одной сильной кислоты в водной суспензии с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента может изменяться в широком диапазоне. Тем не менее, водная суспензия с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента включает по меньшей мере одну соль по меньшей мере одной сильной кислоты в количестве от 1 до 20% масс., предпочтительно, от 2 до 15% масс., более предпочтительно, от 3 до 12,5% масс. и, наиболее предпочтительно, от 4 до 10% масс., от общей массы водной суспензии с высоким содержанием твердых веществ.

Водная суспензия с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента необязательно включает также дополнительные добавки.

Например, водная суспензия с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента дополнительно включает по меньшей мере один продукт или продукты реакции по меньшей мере одного содержащего карбонат кальция вещества с по меньшей мере одной кислотой средней силы.

Выражение "по меньшей мере один" продукт или продукты реакции означает, что один или несколько продуктов реакции могут присутствовать в водной суспензии с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента.

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения лишь один продукт реакции по меньшей мере одного содержащего карбонат кальция вещества с по меньшей мере одной кислотой средней силы присутствует в водной суспензии с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента. В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения смесь по меньшей мере двух продуктов реакции по меньшей мере одного содержащего карбонат кальция вещества с по меньшей мере одной кислотой средней силы присутствует в водной суспензии с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента.

В частности, предпочтительно, по меньшей мере одна кислота средней силы, образующая по меньшей мере один продукт или продукты реакции с по меньшей мере одним содержащим карбонат кальция веществом, выбрана из кислот, имеющих значение рК_а между 0 и 2,5 при +23°С.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения по меньшей мере одна кислота средней силы, образующая по меньшей мере один продукт или продукты реакции с по меньшей мере одним содержащим карбонат кальция веществом, выбрана из кислот средней силы, образующих соли двухвалентных и/или трехвалентных катионов. Предпочтительно, по меньшей мере одна кислота средней силы образующая по меньшей мере один продукт или продукты реакции с по меньшей мере одним содержащим карбонат кальция веществом, выбрана из кислот средней силы, образующих соли двухвалентных и/или трехвалентных катионов, которые практически нерастворимы в воде, т.е. имеют растворимость менее 0,01% от массы кислот, имеющих значение рК_а между 0 и 2,5 при +23°С.

Например, по меньшей мере одна кислота средней силы, образующая по меньшей мере один продукт или продукты реакции с по меньшей мере одним содержащим карбонат кальция веществом, выбрана из числа кислот средней силы, образующих соли с двухвалентными и/или трехвалентными катионами, такие как соли кальция, и/или магния, и/или алюминия.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения по меньшей мере одна кислота средней силы, образующая по меньшей мере один продукт или продукты реакции с по меньшей мере одним содержащим карбонат кальция веществом, выбрана из H₂SO₃, HSO₄^­, H₃PO₄, щавелевой кислоты и их смесей. Например, по меньшей мере одна кислота средней силы, образующая по меньшей мере один продукт или продукты реакции с по меньшей мере одним содержащим карбонат кальция веществом, выбрана из HSO₄^­ и/или H₃PO₄.

Например, водная суспензия с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента дополнительно включает по меньшей мере один продукт или продукты реакции по меньшей мере одного содержащего карбонат кальция вещества с по меньшей мере одной слабой кислотой.

Выражение "по меньшей мере один" продукт или продукты реакции означает, что один или несколько продуктов реакции или продукты могут присутствовать в водной суспензии с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента.

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения лишь один продукт реакции по меньшей мере одного содержащего карбонат кальция вещества с по меньшей мере одной слабой кислотой присутствует в водной суспензии с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента. В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения смесь по меньшей мере двух продуктов реакции по меньшей мере одного содержащего карбонат кальция вещества с по меньшей мере одной слабой кислотой присутствует в водной суспензии с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента.

В частности, предпочтительно, по меньшей мере одна слабая кислота, образующая по меньшей мере один продукт или продукты реакции с по меньшей мере одним содержащим карбонат кальция веществом, выбрана из числа кислот, имеющих значение рК_а между >2,5 и 6 при +23°С.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения по меньшей мере одна слабая кислота, образующая по меньшей мере один продукт или продукты реакции с по меньшей мере одним содержащим карбонат кальция веществом, выбрана из слабых кислот, образующих соли одновалентных, и/или двухвалентных, и/или трехвалентных катионов. Предпочтительно, по меньшей мере одна слабая кислота, образующая по меньшей мере один продукт или продукты реакции с по меньшей мере одним содержащим карбонат кальция веществом, выбрана из слабых кислот, образующих соли двухвалентных и/или трехвалентных катионов, которые растворимы в воде, т.е. обладают растворимостью выше 0,01% от массы кислот, имеющих значение рК_а между 0 и 2,5 при +23°С.

Например, по меньшей мере одна слабая кислота, образующая по меньшей мере один продукт или продукты реакции с по меньшей мере одним содержащим карбонат кальция веществом, выбрана из числа слабых кислот, образующих соли с двухвалентными и/или трехвалентными катионами, такие как соли кальция, и/или магния, и/или соли алюминия.

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения по меньшей мере одна слабая кислота, образующая по меньшей мере один продукт или продукты реакции с по меньшей мере одним содержащим карбонат кальция веществом, выбрана из лимонной кислоты, винной кислоты и их смесей. Например, по меньшей мере одна слабая кислота, образующая по меньшей мере один продукт или продукты реакции с по меньшей мере одним содержащим карбонат кальция веществом, выбрана из лимонной кислоты или винной кислоты.

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения суммарное молярное количество, выраженное образованными ионами Н₃О⁺ по меньшей мере одной кислоты средней силы, образующей по меньшей мере один продукт или продукты реакции по меньшей мере одного содержащего карбонат кальция вещества, и/или по меньшей мере одной слабой кислоты, образующей по меньшей мере один продукт или продукты реакции по меньшей мере одного содержащего карбонат кальция вещества, и по меньшей мере одной сильной кислоты, образующей по меньшей мере одну соль по меньшей мере одной сильной кислоты, по отношению к количеству молей СаСO₃, в общей сложности составляет от 0,01 до 1,9.

Например, суммарное молярное количество, выраженное образованными ионами Н₃О⁺ по меньшей мере одной кислоты средней силы, образующей по меньшей мере один продукт или продукты реакции по меньшей мере одного содержащего карбонат кальция вещества, и/или по меньшей мере одной слабой кислоты, образующей по меньшей мере один продукт или продукты реакции по меньшей мере одного содержащего карбонат кальция вещества, и по меньшей мере одной сильной кислоты, образующей по меньшей мере одну соль по меньшей мере одной сильной кислоты, по отношению к количеству молей СаСO₃, в общей сложности составляет от 0,05 до 1 и, наиболее предпочтительно, составляет от 0,5 до 1.

Что касается количества по меньшей мере одного продукта или продуктов реакции по меньшей мере одного содержащего карбонат кальция вещества с по меньшей мере одной кислотой средней силы и/или с по меньшей мере одной слабой кислотой в водной суспензии с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента, то следует отметить, что указанное количество может меняться в широком диапазоне. Тем не менее, водная суспензия с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента, включает по меньшей мере один продукт или продукты реакции по меньшей мере одного содержащего карбонат кальция вещества с по меньшей мере одной кислотой средней силы и/или с по меньшей мере одной слабой кислотой в количестве от 1 до 20% масс., предпочтительно, от 2 до 15% масс., более предпочтительно, от 3 до 12,5% масс. и, наиболее предпочтительно, от 4 до 10% масс. от общей массы водной суспензии с высоким содержанием твердых веществ.

Дополнительно или в качестве альтернативы, водная суспензия с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента может включать гидроксид алюминия и/или гидроксид магния.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения водная суспензия с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента включает гидроксид алюминия и/или гидроксид магния в количестве от 0,1 до 20% масс., предпочтительно, от 0,1 до 15 % масс., более предпочтительно, от 1 до 12,5% масс. и, наиболее предпочтительно, от 1 до 10% масс. от общей массы водной суспензии с высоким содержанием твердых веществ.

Водная суспензия с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента в среде с кислым рН по настоящему изобретению включает по меньшей мере одно содержащее карбонат кальция вещество, как определено выше, и по меньшей мере одну соль по меньшей мере одной сильной кислоты, как определено выше. Содержание твердых веществ в водной суспензии с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента составляет по меньшей мере 50% масс. от общей массы водной суспензии с высоким содержанием твердых веществ.

В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения водная суспензия с высоким содержанием твердых веществ включает от 50 до 82% масс., предпочтительно, от 55 до 82% масс., более предпочтительно, от 60 до 78% масс. и, наиболее предпочтительно, от 65 до 78% масс. твердых веществ от общей массы водной суспензии с высоким содержанием твердых веществ.

Водная суспензия с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента по настоящему изобретению не замерзает при температуре -5°C или даже ниже, и, таким образом, обладает удобной вязкостью по Брукфильду при подобной низкой температуре, по сравнению с суспензиями, известными из предшествующего уровня техники. Таким образом, следует понимать, что вязкость по Брукфильду водной суспензии с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента при 100 об./мин составляет ≤1000 мПа·с при температуре -5°С.

В соответствии с настоящим изобретением, вязкость по Брукфильду измеряют после 5 минут перемешивания с использованием модели RVT вискозиметра Brookfield™ при температуре приблизительно -5°С и приблизительно +23°С, и скорости вращения 100 об./мин (оборотов в минуту) с соответствующим дисковым шпинделем от № 1 до № 5. Представленные значения вязкости являются величинами, которые прибор определил по прошествии 1 минуты измерений.

В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения водная суспензия с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента имеет вязкость по Брукфильду при 100 об./мин от 25 до 1000 мПа·с при температуре -5°С, предпочтительно, от 25 до 700 мПа·с при -5°С, более предпочтительно, от 25 до 500 мПа·с при -5°С и, наиболее предпочтительно, от 50 до 300 мПа·с при -5°С.

В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения вязкость по Брукфильду водной суспензии с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента, измеренная при -5°С и при 100 об./мин, равна вязкости по Брукфильду водной суспензии с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента, измеренной при +23°С и при 100 об./мин.

В данном изобретении вязкость по Брукфильду считается равной, если вязкость по Брукфильду при -5°С и +23°С, которую измеряют в одно и то же время при 100 об./мин, отличается не более чем на 100 мПа·с, предпочтительно, не более чем на 75 мПа·с и, наиболее предпочтительно, не более чем на 50 мПа·с.

Например, вязкость по Брукфильду при 100 об./мин водной суспензии с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента равна ≤1000 мПа·с при -5°С и при +23°С, предпочтительно, составляет от 25 до 1000 мПа·с при -5°С и при +23°С, более предпочтительно, от 25 до 700 мПа·с при -5°С и при +23°С, еще более предпочтительно, от 25 до 500 мПа·с при -5°С и при +23°С и, наиболее предпочтительно, от 50 до 300 мПа·с при -5°С и при +23°С.

Дополнительное требование настоящего изобретения заключается в том, что водная суспензия с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента имеет рН <6 при +23°C. Предпочтительно, водная суспензия с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента имеет рН <6 при +23°С, которую измеряют через 24 часа после приготовления водной суспензии с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента.

В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения водная суспензия с высоким содержанием твердых веществ имеет рН между 4 и <6 при +23°C, предпочтительно, рН между 4,5 и <6 при +23°C и, предпочтительно, рН между 5 и <6 при +23°С. Предпочтительно, водная суспензия с высоким содержанием твердых веществ имеет рН между 4 и <6 при и +23°С, предпочтительно, рН между 4,5 и <6 при +23°C и, наиболее предпочтительно, рН между 5 и <6 при +23°C, которую измеряют через 24 часа после приготовления водной суспензии с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента.

Особенностью водной суспензии с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента является то, что она имеет низкую электрическую проводимость при -5°С и при +23°С. Предпочтительно, водная суспензия с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента имеет электрическую проводимость между 10 и 100 мСм/см при -5°C и при температуре +23°С.

В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения электрическая проводимость водной суспензии с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента находится между 20 мСм/см и 100 мСм/см, которую измеряют при -5°С и при +23°С, и, предпочтительно, между 30 мСм/см и 100 мСм/см, которую измеряют при -5°С и при +23°С.

В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения электрическая проводимость водной суспензии с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента при -5°С равна электрической проводимости водной суспензии с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента при +23°C.

В данном изобретении электрическая проводимость считается равной, если электрическая проводимость при -5°С и при +23°С, измеренная в одно и то же время, отличается не больше чем на 30 мСм/см, предпочтительно, не большее чем на 20 мСм/см и, наиболее предпочтительно, не больше чем на 15 мСм/см.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения водная суспензия с высоким содержанием твердых веществ имеет положительную плотность заряда в среде с кислым рН, предпочтительно, при рН 5. Например, водная суспензия с высоким содержанием твердых веществ имеет плотность положительного заряда, равную по меньшей мере +0,1 Кл/г при рН 5, предпочтительно, по меньшей мере +0,5 Кл/г при рН 5, более предпочтительно, по меньшей мере +1 Кл/г при рН 5 и, наиболее предпочтительно, по меньшей мере +1,5 Кл/г при рН 5.

Следует понимать, что водная суспензия с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента может быть высушена с тем, чтобы получить содержащее карбонат кальция вещество. Сушку водной суспензии с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента можно осуществить любыми обычными методами, известными специалистам из данной области техники, например, термически, в частности, в распылительной сушилке, или микроволновой печи, или в сушильном шкафу, или механически, в частности, фильтрованием или путем снижения содержания воды.

Если водную суспензию с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента высушивают, то содержание воды в полученном содержащем карбонат кальция веществе, предпочтительно, составляет ниже 5% масс., более предпочтительно, ниже 4% масс., еще более предпочтительно, ниже 3% масс. и, наиболее предпочтительно, ниже 2% масс. в пересчете на общую сухую массу содержащего карбонат кальция вещества. Например, содержание воды в полученном содержащем карбонат кальция веществе составляет ниже 1% масс. или ниже 0,5% масс. в пересчете на общую сухую массу содержащего карбонат кальция вещества.

С учетом преимущественных свойств водной суспензии с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента, в частности, исключительных механических свойств, выраженных вязкостью по Брукфильду при 100 об./мин, равной ≤1000 мПа·с при температуре -5°С и устойчивостью в среде с кислым рН, водная суспензия с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента по настоящему изобретению пригодна для использования в разнообразных приложениях.

В учетом очень хороших результатов, касающихся механических и оптических свойств водной суспензии с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента, как определено выше, еще одним аспектом настоящего изобретения является применение указанной водной суспензии с высоким содержанием твердых веществ и/или содержащего карбонат кальция вещества, полученного путем сушки указанной водной суспензии с высоким содержанием твердых веществ, при изготовлении бумаги, при нанесении мелового покрытия бумаги, для применения в производстве пластических материалов, в сельском хозяйстве и/или в производстве красок. В одном варианте осуществления настоящего изобретения указанную водную суспензию с высоким содержанием твердых веществ и/или содержащее карбонат кальция вещество, которое получают путем сушки указанной водной суспензии с высоким содержанием твердых веществ, используют в качестве основы для цифровой печати, предпочтительно, струйной печати, или флексографии, ротационной глубокой печати и/или офсетной печати, наиболее предпочтительно, для струйной печати черной краской.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, водная суспензия с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента и/или содержащее карбонат кальция вещество, полученное путем сушки указанной водной суспензии с высоким содержанием твердых веществ, могут быть использованы в качестве наполнителя для бумаги.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, предлагается состав для мелового покрытия бумаги, содержащий водную суспензию с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента и/или содержащее карбонат кальция вещество, полученное путем сушки указанной водной суспензии с высоким содержанием твердых веществ.

Состав для мелового покрытия бумаги, предпочтительно, включает суспензию с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента, как определено выше, и/или содержащее карбонат кальция вещество, полученное путем сушки указанной водной суспензии с высоким содержанием твердых веществ, как определено выше, и натуральное и/или синтетическое связующее.

В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения натуральное и/или синтетическое связующее включает стирол-бутадиен, стирол-акрилат, поливинилацетат, поливиниловый спирт, крахмал или их смеси. Предпочтительно, натуральное и/или синтетическое связующее включает поливиниловый спирт или состоит из поливинилового спирта.

Если натуральное и/или синтетическое связующее представляет собой смесь по меньшей мере двух натуральных и/или синтетических связующих, одним связующим, предпочтительно, является поливиниловый спирт или поливинилацетат, а другим связующим является крахмал и/или карбоксиметилцеллюлоза.

Что касается количества натурального и/или синтетического связующего в составе для мелового покрытия бумаги, включающем водную суспензию с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента и/или содержащее карбонат кальция вещество, которое получают путем сушки указанной водной суспензии с высоким содержанием твердых веществ, то следует отметить, что указанное количество может меняться в широком диапазоне, при условии, что достигается достаточная связывающая способность. Тем не менее, предпочтительно, состав для мелового покрытия бумаги содержит натуральное и/или синтетическое связующее в количестве от 2,5 до 20% масс., предпочтительно, от 5 до 17% масс. от общего количества сухой массы состава для мелового покрытия бумаги.

В частности, следует отметить, что вышеуказанные преимущественные свойства водной суспензии с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента не достигаются, если по меньшей мере одно содержащее карбонат кальция вещество, как определено выше, контактирует с хлоридом кальция. Соответственно, водная суспензия с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента, предпочтительно, может быть получена по способу получения водной суспензии с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента, приведенному ниже.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, предлагается способ получения водной композиции, содержащей карбонат кальция, который включает стадии

a) приготовления водной суспензии, включающей по меньшей мере одно содержащее карбонат кальция вещество, где содержащее карбонат кальция вещество имеет плотность заряда между +2 и -2 Кл/г при рН 9,

b) подготовки

i) по меньшей мере одной сильной кислоты, выбранной из группы, которая включает кислоты, имеющие значение рК_а меньше или равно нулю при +23°С, и/или

ii) по меньшей мере одной соли по меньшей мере одной сильной кислоты, где по меньшей мере одна сильная кислота образующая по меньшей мере одну соль по меньшей мере одной сильной кислоты, выбрана из группы, состоящей из кислот, которые имеют значение рК_а меньше или равно нулю при +23°C,

c) добавления по меньшей мере одной сильной кислоты и/или по меньшей мере одной соли по меньшей мере одной сильной кислоты на стадии b) к водной суспензии, включающей по меньшей мере одно содержащее карбонат кальция вещество со стадии a),

d) необязательного измельчения водной суспензии, включающей по меньшей мере одно содержащее карбонат кальция вещество со стадии a), до, и/или во время, и/или после стадии c),

где водная суспензия с высоким содержанием твердых веществ после стадии c) и/или d) имеет

i) содержание твердых веществ по меньшей мере 50% масс. от общей массы водной суспензии с высоким содержанием твердых веществ,

ii) вязкость по Брукфильду при 100 об./мин ≤1000 мПа·с при температуре -5°С,

iii) рН <6 при +23°С и

iv) электрическую проводимость между 10 и 100 мСм/см при -5°C и при +23°С.

В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения указанный способ дополнительно включает стадию е) подготовки по меньшей мере одной кислоты средней силы, выбранной из группы, которая включает кислоты, имеющие значение pK_a между 0 и 2,5 при +23°С, при этом, предпочтительно, по меньшей мере одна кислота средней силы выбрана из H₂SO₃, HSO₄^­, H₃PO₄, щавелевой кислоты и их смесей, и/или по меньшей мере одной слабой кислоты, выбранной из группы, которая включает кислоты, имеющие значение pK_a между >2,5 и 6,0 при +23°С, при этом, предпочтительно, по меньшей мере одна слабая кислота выбрана из лимонной кислоты и/или винной кислоты.

Если настоящее изобретение включает стадию е) подготовки по меньшей мере одной кислоты средней силы и/или по меньшей мере одной слабой кислоты, то указанный способ, предпочтительно, дополнительно включает стадию f) контактирования водной суспензии, включающей по меньшей мере одно содержащее карбонат кальция вещество со стадии а) с по меньшей мере одной кислотой средней силы и/или с по меньшей мере одной слабой кислотой во время и/или после стадии с) и/или во время и/или после необязательной стадии d).

Добавление по меньшей мере одной сильной кислоты и/или по меньшей мере одной соли по меньшей мере одной сильной кислоты к водной суспензии, включающей содержащее карбонат кальция вещество со стадии с) и необязательное контактирование водной суспензии, включающей содержащее карбонат кальция вещество, полученное на стадии f), может быть осуществлено с помощью любых обычных способов, известных специалистам из данной области техники. Предпочтительно, добавление и/или контактирование осуществляют при перемешивании, и/или гомогенизации, и/или в условиях измельчения частиц. Специалист сможет адаптировать указанное перемешивание, и/или гомогенизацию, и/или условия измельчения частиц, такие как скорость перемешивания, скорость измельчения и температура, к имеющемуся в его распоряжении технологическому оборудованию.

Например, перемешивание и гомогенизацию можно осуществить с помощью лемехового смесителя, например, описание которого уже приведено выше.

Одно из конкретных требований настоящего способа заключается в том, что водную суспензию, включающую содержащее карбонат кальция вещество, вначале приготавливают таким образом, что по меньшей мере одну сильную кислоту и/или по меньшей мере одну соль по меньшей мере одной сильной кислоты добавляют к водной суспензии, включающей содержащее карбонат кальция вещество. Таким образом, следует понимать, что стадию с) данного способа осуществляют так, что по меньшей мере одну сильную кислоту и/или по меньшей мере одну соль по меньшей мере одной сильной кислоты добавляют в водную суспензию, включающую содержащее карбонат кальция вещество.

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения водную суспензию, включающую содержащее карбонат кальция вещество со стадии а) измельчают на необязательной стадии d) данного способа. Если содержащее карбонат кальция вещество, являющееся частью водной суспензии со стадии а), содержит частицы карбоната кальция, то водную суспензию на стадии а), предпочтительно, измельчают мокрым способом на необязательной стадии d) данного способа.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения водная суспензия со стадии а) представляет собой содержащее карбонат кальция вещество, включающее частицы измельченного карбоната кальция, которое получают путем измельчения, предпочтительно, мокрого помола содержащего карбонат кальция вещества на стадии d) данного способа, а стадии с) данного способа, и необязательно стадию f) данного способа независимо осуществляют перед измельчением, и/или во время измельчения, и/или после измельчения, предпочтительно, мокрого помола, содержащего карбонат кальция вещества на стадии d) данного способа. Предпочтительно, стадию с) данного способа и необязательно стадию f) данного способа проводят после измельчения, предпочтительно, мокрого помола содержащего карбонат кальция вещества водной суспензии на стадии d) данного способа.

Стадию с), и/или стадию d), и/или стадию f) данного способа можно осуществить при температуре между -5°С и +99°С, предпочтительно, между +20°С и +85°С и, наиболее предпочтительно, между +20°C и +50°C и, наиболее предпочтительно, между +50°С и +85°С.

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения стадию с), и/или стадию d), и/или стадию f) данного способа можно осуществить в течение по меньшей мере 1 с, предпочтительно, в течение по меньшей мере 1 мин, например, по меньшей мере 15 мин, 30 мин, 1 часа, 2 часов, 4 часов, 6 часов, 8 часов или 10 часов.

Предпочтительно, добавление по меньшей мере одной сильной кислоты и/или по меньшей мере одной соли по меньшей мере одной сильной кислоты со стадии b) к водной суспензии, включающей по меньшей мере одно содержащее карбонат кальция вещество со стадии a), в соответствии со стадией с) данного способа осуществляют после необязательной стадии d) данного способа. Таким образом, стадию с) данного способа осуществляют после необязательной стадии d) данного способа.

Если осуществляют необязательный этап f) данного способа, то, предпочтительно, контактирование водной суспензии, включающей содержащее карбонат кальция вещество со стадии а) с по меньшей мере одной кислотой средней силы и/или по меньшей мере одной слабой кислотой со стадии е) осуществляют после добавления по меньшей мере одной сильной кислоты и/или по меньшей мере одной соли по меньшей мере одной сильной кислоты со стадии b) в водную суспензию, включающую по меньшей мере одно содержащее карбонат кальция вещество со стадии a), в соответствии со стадией с) данного способа. Таким образом, необязательную стадию f) данного способа осуществляют после стадии c) данного способа.

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения водная суспензия, включающая содержащее карбонат кальция вещество со стадии а), контактирует с дополнительными добавками, известными специалистам. Например, водная суспензия, включающая содержащее карбонат кальция вещество со стадии а), дополнительно контактирует с гидроксидом алюминия и/или гидроксидом магния, предпочтительно, в виде сухого продукта или суспензии.

Предпочтительно, контактирование водной суспензии, включающей содержащее карбонат кальция вещество со стадии а) с по меньшей мере одной дополнительной добавкой осуществляют перед, и/или во время, и/или после стадии с) и/или перед, и/или во время, и/или после необязательной стадии d) и/или перед, и/или во время, и/или после необязательной стадии f). Предпочтительно, контактирование водной суспензии, включающей содержащее карбонат кальция вещество со стадии а) с по меньшей мере одной дополнительной добавкой осуществляют после стадии с), и/или после необязательной стадии d), и/или после необязательной стадии f).

Водную суспензию с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента, которую получают в соответствии с описанным выше способом по настоящему изобретению, можно концентрировать любым способом, известным из данной области техники, в соответствии со стадией g) данного способа, который пригоден для снижения содержания воды в полученной водной суспензии с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента. Водную суспензию с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента можно концентрировать на стадии g) данного способа, например, термически или механически, с целью снижения содержания воды. Например, водную суспензию с высоким содержанием твердых веществ можно концентрировать таким образом, что содержание твердых веществ в полученной водной суспензии составит по меньшей мере 60% масс., предпочтительно, 65% масс., более предпочтительно, 70% масс. и, наиболее предпочтительно, 75% масс. от общей массы полученной водной суспензии с высоким содержанием твердых веществ.

Водную суспензию с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента, которую получают в соответствии с описанным выше способом по настоящему изобретению, можно высушить любым подходящим способом, известным из данной области техники, так что получают содержащее карбонат кальция вещество. Водную суспензию с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента можно, например, высушить термически, в частности, с помощью распылительной сушилки, или микроволновой печи, или в сушильном шкафу, или механически, в частности, путем фильтрации.

Водную суспензию с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента по настоящему изобретению можно смешать с водой, чтобы получить из водной суспензии с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента разбавленную водную суспензию неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента.

Объем и полезность настоящего изобретения станут более понятны из следующих примеров, которые предназначены для иллюстрации определенных вариантов осуществления настоящего изобретения и не являются ограничительными.

Примеры

1. Методы измерения

Измерение рН

pH измеряют при +23°С, используя рН-метр Mettler Toledo Seven Easy и рН-электрод Mettler Toledo InLab® Expert Pro. Вначале проводят калибровку прибора по трем точкам (в соответствии с сегментным способом) с использованием коммерчески доступных буферных растворов, имеющих значения рН 4, 7 и 10 при +20°C (от компании Aldrich). Представленные величины рН являются конечными значениями, обнаруженными прибором (конечная точка определяется, когда измеряемый сигнал отличается менее чем на 0,1 мВ от среднего значения за последние 6 сек).

Вязкость по Брукфильду

Вязкость по Брукфильду измеряют с использованием модели RVT вискозиметра Brookfield™ при температуре +23°С и -5°С и скорости вращения 100 об./мин (оборотов в минуту) и соответствующего дискового шпинделя от № 1 до № 5. Приведенные значения вязкости представляют собой значения, найденные с помощью указанного прибора по прошествии 1 минуты проведения измерений. Перед измерением вязкости по Брукфильду суспензию перемешивают в течение 5 минут с использованием лабораторного смесителя компании Pendraulik, снабженного подходящей зубчато-дисковой мешалкой, который можно механически регулировать в диапазоне мощности 0,25-2,5 кВт вплоть до 8400 об./мин.

Измерение электрической проводимости

Электрическую проводимость суспензии измеряют при -5°C и +23°C с использованием многофункционального прибора Mettler Toledo Seven Multi, оснащенного соответствующим технологическим модулем Mettler Toledo и зондом Mettler Toledo InLab® 730 для измерения электрической проводимости, сразу же после перемешивания указанной суспензии со скоростью 1500 об./мин с использованием зубчато-дискового смесителя Pendraulik.

Прибор вначале калибруют в соответствующем диапазоне электрической проводимости с использованием коммерчески доступных калибровочных растворов для измерения электрической проводимости от компании Mettler Toledo. Влияние температуры на электрическую проводимость автоматически корректируется в режиме линейной коррекции.

Измеренные электрические проводимости указаны для эталонной температуры +23°C. Представленные величины электрической проводимости являются конечными значениями, обнаруженными с помощью прибора (конечная точка определяется, когда измеренная электрическая проводимость отличается менее чем на 0,4% от среднего значения за последние 6 секунд).

Распределение частиц по размерам (% масс. частиц с диаметром <Х) и средневзвешенный диаметр зерен (d₅₀) вещества в виде частиц

Средневзвешенный диаметр зерна и массовое распределение диаметра зерен вещества в виде частиц определяют методом седиментации, т.е. путем анализа седиментационного поведения в гравитационном поле. Измерение проводят с помощью прибора Sedigraph™ 5120.

Метод и прибор известны специалистам из данной области техники и их обычно используют для определения размера зерен наполнителей и пигментов. Образцы предварительно разводят до нужной концентрации с помощью деионизованной воды, но без дополнительных добавок, таких как обычно добавляемые диспергаторы, например, полифосфат или полиакрилат, и диспергируют с помощью высокоскоростной мешалки и ультразвука.

Массовый процент (% масс.) вещества в суспензии

Весовое содержание твердых веществ определяется путем деления массы твердого вещества на общую массу водной суспензии. Весовое содержание твердых веществ определяют при +160°С с использованием анализатора влаги Moisture Analyzer MJ 33, Mettler Toledo.

Измерение удельной площади поверхности (по методу БЭТ)

Удельную площадь поверхности (в м²/г) неорганического наполнителя определяют по методу БЭТ, который хорошо известен специалистам (ISO 9277:1995). Затем определяют общую площадь поверхности (выраженную в м²) неорганического наполнителя путем умножения удельной площади поверхности на массу (выраженную в г) неорганического наполнителя. Метод и прибор известны специалистам и обычно используются для определения удельной площади поверхности наполнителей и пигментов.

Удельный заряд (Кл/г)

Потребность в катионном полимере, которая необходима для достижения значения заряда, равного нулю, измеряют с помощью титратора Mettler DL 77 и детектора Mütec PCD-02, используя метод катионного титрования. В качестве катионного реагента используют N/200 (0,005 N) метилгликоль хитозана (хитозан), а в качестве анионного реагента используют N/400 (0,0025 N) поливинилсульфата калия (KPVS), оба из которых производит компания WAKO Chemicals GmbH.

Если необходимо, перед проведением измерений доводят рН образцов до 8,0+/-0,1 с помощью раствора NaOH (0,1 М).

Поскольку опыт показывает, что первое титрование не является корректным, то вначале готовят 10 мл воды в детекторе, а затем добавляют 0,5 мл KPVS. Затем проводят титрование хитозаном с небольшим избытком сразу же после достижения точки эквивалентности. Далее осуществляют измерения. Для получения воспроизводимых значений в ходе титрования используют от 0,5 до 2,0 мл реагента с концентрацией 0,005 моль.

Чтобы избежать быстрого осаждения, образец при перемешивании отбирают с помощью тарированного шприца. Содержание шприца затем смывают в сосуд для проб с помощью дистиллированной воды. После этого детектор заполняют дистиллированной водой до нижней кромки и аккуратно вставляют поршень. Затем раствор для катионного титрования помещают в титратор Memotitrator и верхнюю часть бюретки фиксируют на детекторе таким образом, чтобы она не соприкасалась с детектором или жидкостью. После каждого титрования, результат титрования проверяют с помощью кривой титрования.

Расчет электрохимического заряда:

где К=+1000

V: Расход хитозана [мл]

C: Концентрация хитозана [мол/л]

t: Показатель титра хитозана

E: Отвешенное количество [г]

F: Массовая доля твердых веществ [г/г]

Z: Валентность (валентное число)

Полученное значение заряда мквал./г преобразуют в Кл/г, умножая на константу Фарадея следующим образом:

[Кл/г] = [мквал./г] · 0,096485

Оптическая плотность

Оптическая плотность является мерой толщины пигментного слоя на подложке. Значения оптической плотности вычисляют на основе спектрального измерения, поэтому могут возникнуть небольшие различия в измерении с помощью денситометра. Расчет производится в соответствии с DIN Norm 16536-2.

2. Примеры

A. Суспензии, включающие содержащее карбонат кальция вещество

Подробности, касающиеся суспензий, включающих содержащее карбонат кальция вещество, которые используют в разделе примеров, описаны ниже:

Суспензия 1

Природный карбонат кальция (мрамор) из месторождения в Италии получали вначале путем сухого самоизмельчения кусочков горной породы карбоната кальция размером от 10 до 300 мм до степени помола, соответствующей величине d₅₀ между 42 и 48 мкм, а затем путем мокрого помола указанного сухого измельченного продукта при от +30 до +35°С в воде в 1,4-литровой вертикальной фрикционной мельнице (Dynomill) с весовым содержанием твердых веществ приблизительно 75% масс. от общей массы суспензии, до тех пор, пока 90% масс. частиц не будут иметь диаметр <2 мкм, 16% масс. не будут иметь диаметр <0,2 мкм и не будет достигнуто значение d₅₀, равное 0,9 мкм, используя 0,82% масс. гребенчатого полимера по отношению к сухому СаСO₃, имеющего удельный заряд -49 Кл/г, который измеряли при рН 5,9, и -69 Кл/г, который измеряли при рН 8, и собственную вязкость 30,3 мл/г (MelPers® 2450, поставляется компанией BASF, Германия).

Плотность заряда содержащего карбонат кальция вещества в суспензии составляет -0,3 Кл/г при рН 9. Измеренная величина удельной площади поверхности (по БЭТ) равна 10,9 м²/г.

Суспензия 2

Природный карбонат кальция (мрамор) из месторождения в Италии получали вначале путем сухого самоизмельчения кусочков горной породы карбоната кальция размером от 10 до 300 мм до степени помола, соответствующей величине d₅₀ от 42 до 48 мкм, а затем путем мокрого помола указанного сухого измельченного продукта при от +30 до +35°С в воде в 1,4-литровой вертикальной фрикционной мельнице (Dynomill) с весовым содержанием твердых веществ приблизительно 75,9% масс. от общей массы суспензии, до тех пор, пока 90% масс. частиц не будут иметь диаметр <2 мкм, 12% масс. не будут иметь диаметр <0,2 мкм и не будет достигнуто значение d₅₀, равное 0,9 мкм, используя 1,44% масс. гребенчатого полимера по отношению к сухому СаСO₃, имеющего удельный заряд -92 Кл/г, который измеряли при рН 8, и собственную вязкость 12,5 мл/г (MelPers® 4343, поставляется компанией BASF, Германия). Плотность заряда содержащего карбонат кальция вещества в суспензии составляет -0,75 Кл/г при рН 9. Измеренная величина удельной площади поверхности (по БЭТ) равна 10,5 м²/г.

Суспензия 3

Природный карбонат кальция (мрамор) из месторождения в Италии получали вначале путем сухого самоизмельчения кусочков горной породы карбоната кальция размером от 10 до 300 мм до степени помола, соответствующей величине d₅₀ от 42 до 48 мкм, а затем путем мокрого помола указанного сухого измельченного продукта при от +30 до +35°С в воде в 1,4-литровой вертикальной фрикционной мельнице (Dynomill) с весовым содержанием твердых веществ приблизительно 76% масс. от общей массы суспензии, до тех пор, пока 92% масс. частиц не будут иметь диаметр <2 мкм, 18% масс. не будут иметь диаметр <0,2 мкм и не будет достигнуто значение d₅₀, равное 0,75 мкм, используя 1,1% масс. гребенчатого полимера по отношению к сухому СаСO₃, имеющего удельный заряд -49 Кл/г, который измеряют при рН 5,9, и -69 Кл/г, который измеряют при рН 8, и собственную вязкость 30,3 мл/г (MelPers® 2450, поставляется компанией BASF, Германия). Плотность заряда содержащего карбонат кальция вещества в суспензии составляет -0,4 Кл/г при рН 9. Измеренная электрическая проводимость суспензии составляет 510 мСм/см, а величина рН суспензии равна 7,9 при +23°С. Измеренная величина удельной площади поверхности (по БЭТ) равна 11,9 м²/г.

Пример 1 (Сравнительный пример)

Данный пример иллюстрирует известный уровень техники и касается приготовления суспензии, включающей содержащее карбонат кальция вещество в комбинации с раствором, содержащим кальциевую соль хлористоводородной кислоты. В частности, содержащее карбонат кальция вещество добавляли к раствору, содержащему кальциевую соль хлористоводородной кислоты.

30 г CaCl₂ (Fluka) растворяли в 70 мл дистиллированной воды. Полученный раствор имеет рН 8,6 при +23°С. В полученном растворе диспергировали при перемешивании 30 г СаСO₃ (Fluka) и получали суспензию СаСO₃ в растворе CaCl₂. Полученная суспензия имеет рН 8,6 при +23°С. В указанную суспензию при перемешивании добавляли 0,4 г Melpers 4343 (поставляется компанией BASF, Германия), в виде 50%-ого раствора (BASF), по отношению к общей массе раствора, что соответствует 0,66% масс. по отношению к СаСO₃ в суспензии. Полученная суспензия по прошествии 1 часа имеет рН 8,6 при +23°C.

Как видно из подробного описания, касающегося измеренного рН, никакого снижения рН ниже уровня 6 при +23°C не наблюдается.

Пример 2 (Сравнительный пример)

Данный пример иллюстрирует известный уровень техники и касается приготовления суспензии, включающей содержащее карбонат кальция вещество в комбинации с раствором, содержащим кальциевую соль хлористоводородной кислоты. В частности, содержащее карбонат кальция вещество добавляли к раствору, содержащему кальциевую соль хлористоводородной кислоты.

20 г CaCl₂ (Fluka) при +50°С растворяли в 60 мл дистиллированной воды в присутствии 2,1 г Melpers 4343 (поставляется компанией BASF, Германия), в виде 50%-ого раствора (BASF), по отношению к общей массе раствора. Полученный раствор имеет рН 7,7 при +23°С. В полученном растворе при перемешивании и при приблизительно 35°С диспергируют 100 г СаСO₃ (Fluka) и получают суспензию СаСO₃ в растворе CaCl₂. Полученная суспензия по прошествии 1 часа имеет рН 7,3 при +23°С.

Как видно из подробного описания, касающегося измеренного рН, никакого снижения рН ниже уровня 6 при +23°C не наблюдается.

Пример 3 (Пример по настоящему изобретению)

Данный пример поясняет настоящее изобретение и касается приготовления суспензии, включающей содержащее карбонат кальция вещество с высоким содержанием сухого вещества в сочетании с хлористоводородной кислотой в качестве сильной кислоты. В частности, хлористоводородную кислоту добавляли к содержащему карбонат кальция веществу.

598 г 75%-ой суспензии 1 при перемешивании помещали в стеклянный чан емкостью 1 л и нагревали при перемешивании до температуры +70°С. К полученной суспензии добавляли по каплям хлористоводородную кислоту в виде 10%-ого раствора. Цель заключается в том, чтобы добавить 164 г раствора хлористоводородной кислоты в течение 45 мин. Содержание твердых веществ в полученной водной суспензии составляет 59,1% масс. от общей массы суспензии.

Подробности, касающиеся измеренных значений вязкости по Брукфильду (определяли при -5°С и +23°С и при 100 об./мин), рН при +23°С и электрической проводимости, можно найти в таблице 1.

Из таблицы 1 видно, что суспензия по настоящему изобретению с высоким содержанием твердых веществ, которая включает содержащее карбонат кальция вещество, показывает неожиданное снижение рН до уровня ниже 6, по сравнению с известными из области техники суспензиями из примеров 1 и 2, и имеет низкую вязкость при -5°C, а также обладает хорошей устойчивостью в кислой среде в течение более чем 24 часов.

Пример 4 (Пример по настоящему изобретению)

Данный пример поясняет настоящее изобретение и касается приготовления суспензии, включающей содержащее карбонат кальция вещество с высоким содержанием сухого вещества в сочетании с хлористоводородной кислотой в качестве сильной кислоты. В частности, хлористоводородную кислоту добавляли к содержащему карбонат кальция веществу.

610 г 75,9%-ой суспензии 3 при перемешивании помещали в стеклянный чан емкостью 1 л и нагревали при перемешивании до +75°С.

К полученной суспензии добавляли по каплям хлористоводородную кислоту в виде 10%-ого раствора. Цель заключается в том, чтобы добавить 164 г раствора хлористоводородной кислоты в течение 45 мин. Содержание твердых веществ в полученной водной суспензии составляет 59,3% масс. от общей массы суспензии (Суспензия 4).

Подробности, касающиеся измеренных значений вязкости по Брукфильду (определяли при -5°С и +23°С и при 100 об./мин), рН при +23°С и электрической проводимости, можно найти в таблице 2.

Из таблицы 2 видно, что суспензия по настоящему изобретению с высоким содержанием твердых веществ, которая включает содержащее карбонат кальция вещество, показывает неожиданное снижение рН до уровня ниже 6, по сравнению с известными из области техники суспензиями из примеров 1 и 2, и имеет низкую вязкость при -5°C, а также обладает хорошей устойчивостью в кислой среде в течение более чем 24 часов.

Пример 5 (Пример по настоящему изобретению)

Данный пример поясняет настоящее изобретение и касается приготовления суспензии, включающей содержащее карбонат кальция вещество с высоким содержанием сухого вещества в сочетании с хлористоводородной кислотой в качестве сильной кислоты. В частности, хлористоводородную кислоту добавляли к содержащему карбонат кальция веществу.

598 г 75%-ой суспензии 1 при перемешивании помещали в стеклянный чан емкостью 1 л и нагревали при перемешивании до +80°С. К полученной суспензии добавляли по каплям хлористоводородную кислоту в виде 37%-ого раствора. Цель заключается в том, чтобы добавить 12,7 г раствора хлористоводородной кислоты в течение 45 мин. Содержание твердых веществ в полученной водной суспензии составляет 67,4% масс. от общей массы суспензии.

Подробности, касающиеся измеренных значений вязкости по Брукфильду (определяли при -5°С и +23°С и при 100 об./мин), рН при +23°С и электрической проводимости, можно найти в таблице 3.

Из таблицы 3 видно, что суспензия по настоящему изобретению с высоким содержанием твердых веществ, которая включает содержащее карбонат кальция вещество, показывает неожиданное снижение рН до уровня ниже 6, по сравнению с известными из области техники суспензиями из примеров 1 и 2, и имеет низкую вязкость при -5°C, а также обладает хорошей устойчивостью в кислой среде в течение более чем 24 часов.

Пример 6 (Пример по настоящему изобретению)

Данный пример поясняет настоящее изобретение и касается приготовления суспензии, включающей содержащее карбонат кальция вещество с высоким содержанием сухого вещества в сочетании с азотной кислотой в качестве сильной кислоты.

В частности, азотную кислоту добавляли к содержащему карбонат кальция веществу.

598 г 75%-ой суспензии 1 при перемешивании помещали в стеклянный чан емкостью 1 л и нагревали при перемешивании до +60°С. К полученной суспензии добавляли по каплям азотную кислоту в виде 65%-ого раствора.

Цель заключается в том, чтобы добавить 46,8 г раствора азотной кислоты в течение 45 мин. Содержание твердых веществ в полученной водной суспензии составляет 74,4% масс. от общей массы суспензии.

Подробности, касающиеся измеренных значений вязкости по Брукфильду (определяли при -5°С и +23°С и при 100 об./мин), рН при +23°С и электрической проводимости, можно найти в таблице 4.

Из таблицы 4 видно, что суспензия по настоящему изобретению с высоким содержанием твердых веществ, которая включает содержащее карбонат кальция вещество, показывает неожиданное снижение рН до уровня ниже 6, по сравнению с известными из области техники суспензиями из примеров 1 и 2, и имеет низкую вязкость при -5°C, а также обладает хорошей устойчивостью в кислой среде в течение более чем 24 часов.

Пример 7 (Пример по настоящему изобретению)

Данный пример поясняет настоящее изобретение и касается приготовления суспензии, включающей содержащее карбонат кальция вещество с высоким содержанием сухого вещества в сочетании с хлористоводородной кислотой в качестве сильной кислоты.

В частности, хлористоводородную кислоту добавляли к содержащему карбонат кальция веществу.

1064 г 75%-ой суспензии 1 при перемешивании помещали в стеклянный чан емкостью 1 л и перемешивали. Вязкость суспензии по Брукфильду, измеренная при 100 об./мин и при +23°С, составляет 60 мПа·с. К полученной суспензии при 20°С добавляли по каплям хлористоводородную кислоту в виде 32%-ого раствора. Цель заключается в том, чтобы добавить 182,5 г раствора хлористоводородной кислоты в течение 45 мин. Содержание твердых веществ в полученной водной суспензии составляет 68,2% масс. от общей массы суспензии.

Вязкость суспензии по Брукфильду составляет 60 мПа·с, как измеряют при скорости 100 об./мин и +23°C, а рН, которую измеряют через 1 час после приготовления суспензии при +23°С, равна 4,45. Через 1 час после приготовления суспензии полученную суспензию выдерживали при +80°С в течение 6 час, а затем вновь охлаждали до +23°С.

Подробности, касающиеся измеренных значений вязкости по Брукфильду (определяли при -5°С и +23°С и при 100 об./мин), рН при +23°С и электрической проводимости, можно найти в таблице 5.

Из таблицы 5 видно, что суспензия по настоящему изобретению с высоким содержанием твердых веществ, которая включает содержащее карбонат кальция вещество, показывает неожиданное снижение рН до уровня ниже 6, по сравнению с известными из области техники суспензиями из примеров 1 и 2, и имеет низкую вязкость при -5°C, а также обладает хорошей устойчивостью в кислой среде в течение более чем 24 часов.

Пример 8 (Пример по настоящему изобретению)

Данный пример поясняет настоящее изобретение и касается приготовления суспензии, включающей содержащее карбонат кальция вещество с высоким содержанием сухого вещества в сочетании с азотной кислотой в качестве сильной кислоты и соли сильной кислоты. В частности, азотную кислоту добавляли к содержащему карбонат кальция веществу.

598 г 75%-ой суспензии 1 помещали при перемешивании в стеклянный чан емкостью 1 л и при перемешивании нагревали до +70°С. К полученной суспензии по каплям добавляли азотную кислоту в виде 65%-ого раствора. Цель заключается в том, чтобы добавить 46,8 г раствора азотной кислоты в течение 45 мин. Полученную водную суспензию охлаждали до +20°С и при перемешивании добавляли к суспензии 23,4 г хлорида лития. Содержание твердых веществ в полученной водной суспензии составляет 75,9% масс. от общей массы суспензии.

Подробности, касающиеся измеренных значений вязкости по Брукфильду (определяли при -5°С и +23°С и при 100 об./мин), рН при +23°С и электрической проводимости, можно найти в таблице 6.

Из таблицы 6 видно, что суспензия по настоящему изобретению с высоким содержанием твердых веществ, которая включает содержащее карбонат кальция вещество, показывает неожиданное снижение рН до уровня ниже 6, по сравнению с известными из области техники суспензиями из примеров 1 и 2, и имеет низкую вязкость при -5°C, а также обладает хорошей устойчивостью в кислой среде в течение более чем 24 часов.

Пример 9 (Пример по настоящему изобретению)

Данный пример поясняет настоящее изобретение и касается приготовления суспензии, включающей содержащее карбонат кальция вещество с высоким содержанием сухого вещества в сочетании с хлористоводородной кислотой в качестве сильной кислоты и кислоты средней силы. В частности, хлористоводородную кислоту добавляли к содержащему карбонат кальция веществу.

717 г 59,3%-ой суспензии 4, полученной в примере 4, помещали в стеклянную колбу емкостью 500 мл. К полученной суспензии медленно при перемешивании течение 20 мин при +23°С добавляют 85%-ый раствор фосфорной кислоты. Содержание твердых веществ в полученной водной суспензии составляет 59,0% масс. от общей массы суспензии (суспензии 5).

Подробности, касающиеся измеренных значений вязкости по Брукфильду (определяли при -5°С и +23°С и при 100 об./мин), рН при +23°С и электрической проводимости, можно найти в таблице 7.

Из таблицы 7 видно, что суспензия по настоящему изобретению с высоким содержанием твердых веществ, которая включает содержащее карбонат кальция вещество и кислоту средней силы в качестве добавки, показывает неожиданное снижение рН до уровня ниже 6, по сравнению с известными из области техники суспензиями из примеров 1 и 2, и имеет низкую вязкость при -5°C, а также обладает хорошей устойчивостью в кислой среде в течение более чем 24 часов.

Пример 10 (Пример по настоящему изобретению)

Данный пример поясняет настоящее изобретение и касается применения суспензии 5, полученной в примере 9, в качестве мелового покрытия бумаги для струйной печати.

Раствор поливинилового спирта (1) готовили путем растворения при перемешивании 3 г PVA BP 05 А (поставщик Chang Chun Petrochemical Co., Ltd, 301 Songkiang Road, 7th Fl., Тайбэй, Тайвань, 10477) в 15 г деионизованной воды при +90°C в течение 20 мин.

100 г водной суспензии 5, полученной в примере 9, смешивали при перемешивании с 18 г раствора поливинилового спирта (1). Содержание твердых веществ в полученном меловом покрытии для бумаги составляет 55% масс. от общей массы мелового покрытия.

Полученное меловое покрытие для бумаги наносили на не содержащую древесной массы матовую офисную бумагу "Centro Pro" с высокой степенью белизны и плотностью 80 г/м² (артикул № 105570, коммерчески доступна от компании Inapa, Швейцария.) в диапазоне различных масс покрытия (с использованием различных распределяющих стержней; стержень 0 дает массу покрытия 10,1 г/м², стержень 1 дает массу покрытия 12,1 г/м²) с помощью лабораторного меловального устройства Typ Model 624 от компании Ericksen, 58675 Хемер, Германия. Образцы бумаги сушили в течение 10 мин при +80°С и выдерживали перед печатью при +23°С и 50%-ой относительной влажности воздуха в течение 24 час.

Покрытия испытывали путем нанесения на квадраты 4 × 4 см при +23°С и 50%-ой относительной влажности воздуха, используя цветной струйный принтер компании HP (HP Deskjet 1000, № продукта CH340B, модель No J110а) для черного и цветного картриджа (HP Ink Cartridge 301 "черный" CH561E и "трехцветный" CH562E) и используя распределяющие стержни от 0 до 3.

Оптическая плотность исследуемых образцов, т.е. образцов с меловым покрытием по настоящему изобретению, сравнивали с чистой бумагой без покрытия, которой является не содержащая древесной массы матовая офисная бумага "Centro Pro" с высокой степенью белизны и плотностью 80 г/м² (артикул № 105570, коммерчески доступна от компании Inapa, Швейцария.). Подробности, касающиеся измеренной оптической плотности, можно найти в таблице 8.

Из таблицы 8 видно, что покрытие необработанной бумаги меловальным пигментом, включающим водную суспензию по настоящему изобретению с высоким содержанием твердых веществ, показывает явное улучшение в плотности мелового покрытия, по сравнению с не имеющей покрытие необработанной бумагой, известной из области техники.

Пример 11 (Пример по настоящему изобретению)

Данный пример поясняет настоящее изобретение и касается приготовления суспензии, включающей содержащее карбонат кальция вещество с высоким содержанием сухого вещества в сочетании с хлористоводородной кислотой в качестве сильной кислоты. В частности, хлористоводородную кислоту добавляли к содержащему карбонат кальция веществу.

Суспензию A готовили путем диспергирования 70 г Al(OH)₃ при перемешивании в 30 г водопроводной воды. Кроме того, добавляли 2 г гребенчатого полимера, имеющего удельный заряд -49 Кл/г, который измеряли при рН 5,9, и -69 Кл/г, который измеряли при рН 8, и собственную вязкость 30,3 мл/г (MelPers® 2450, доступный от компании BASF, Германия). рН суспензии А при +23°C через 1 час после приготовления равна 8,4, вязкость по Брукфильду, которую измеряют при 100 об./мин и температуре +23°C через 1 час и 24 часа после приготовления, равна <1000 мПа·с.

Суспензию B готовили при перемешивании в течение 10 мин, добавляя 14 г АlСl₃ × 6Н₂O (Fluka, Швейцария, номер заказа 06232) к суспензии A. Содержание твердых веществ в полученной водной суспензии равно 70,1% масс. в пересчете на общую массу суспензии B.

Подробности, касающиеся измеренных значений вязкости по Брукфильду (определяли при +23°С и при 100 об./мин), рН при +23°С и электрической проводимости, можно найти в таблице 9.

100 г 59%-ой суспензии 5, полученной в примере 9, помещали в стеклянную колбу емкостью 200 мл. К указанной водной суспензии медленно течение 60 мин при перемешивании при +23°С добавляли 100 г суспензии В. Содержание твердых веществ в полученной водной суспензии составляет 62,9% масс. от общей массы суспензии.

Подробности, касающиеся измеренных значений вязкости по Брукфильду (определяли при -5°С и +23°С и при 100 об./мин), рН при +23°С и электрической проводимости, можно найти в таблице 10.

Из таблицы 10 видно, что водная суспензия по настоящему изобретению с высоким содержанием твердых веществ, включающая содержащее карбонат кальция вещество и гидроксид алюминия в качестве добавки, показывает неожиданное снижение рН до уровня ниже 6, по сравнению с известными из области техники суспензиями из примеров 1 и 2, и имеет низкую вязкость при -5°C, а также обладает хорошей устойчивостью в кислой среде в течение более чем 24 часов.

Пример 12 (Пример по настоящему изобретению)

Данный пример поясняет настоящее изобретение и касается приготовления суспензии, включающей содержащее карбонат кальция вещество с высоким содержанием сухого вещества в сочетании с кальциевой солью хлористоводородной кислоты. В частности, кальциевую соль хлористоводородной кислоты добавляли к содержащему карбонат кальция веществу.

315 г 76%-ой суспензии 3, имеющей рН 7,9 при +23°С, при +23°C помещали при перемешивании в стеклянный чан емкостью 250 мл. К полученной суспензии при перемешивании в течение 5 мин добавляли 31,7 г CaCl₂ × 2H₂O. Цель заключается в том, чтобы добавить в общей сложности 23,9 г кальциевой соли хлористоводородной кислоты. Содержание твердых веществ в полученной водной суспензии составляет 75,5% масс. от общей массы суспензии.

Подробности, касающиеся измеренных значений вязкости по Брукфильду (определяли при -5°С и +23°С и при 100 об./мин), рН при +23°С и электрической проводимости при +23°С, можно найти в таблице 11.

Из таблицы 11 видно, что суспензия по настоящему изобретению с высоким содержанием твердых веществ, которая включает содержащее карбонат кальция вещество, показывает неожиданное снижение рН до уровня ниже 6, по сравнению с известными из области техники суспензиями из примеров 1 и 2, и имеет низкую вязкость при -5°C, а также обладает хорошей устойчивостью в кислой среде в течение более чем 24 часов.

С целью сравнения, 31,7 г CaCl₂ × 2H₂O растворяли в 75 г воды при перемешивании. Цель заключается в том, чтобы получить приблизительно такую же концентрацию кальциевой соли хлористоводородной кислоты, что и в жидкой фазе суспензии по данному примеру, как описано выше. Подробности, касающиеся измеренных значений рН при +23°С и электрической проводимости при +23°С, можно найти в таблице 12.

Из подробностей, приведенных в таблице 11 в сравнении с таблицей 12, можно увидеть, что совершенно неожиданно водная суспензия по настоящему изобретению с высоким содержанием твердых веществ, включающая содержащее карбонат кальция вещество, имеет устойчивую кислую рН значительно ниже 6 при +23°C и сочетает щелочную суспензию карбоната кальция, имеющую рН 8,4, с щелочным раствором кальциевой соли хлористоводородной кислоты, имеющим рН приблизительно 9,4 (как указано в таблице 12).

Пример 13 (Пример по настоящему изобретению)

Данный пример поясняет настоящее изобретение и касается приготовления суспензии, включающей содержащее карбонат кальция вещество с высоким содержанием сухого вещества в сочетании с кальциевой солью азотной кислоты. В частности, кальциевую соль азотной кислоты добавляют к содержащему карбонат кальция веществу.

500 г 76%-ой суспензии 3 помещали при перемешивании при +23°C в стеклянный чан емкостью 1000 мл. К полученной суспензии при перемешивании добавляли 54 г Ca(NO₃)₂ × 4H₂O в течение 5 мин. Цель заключается в том, чтобы добавить в общей сложности 37,5 г кальциевой соли азотной кислоты. Содержание твердых веществ в полученной водной суспензии составляет 75,3% масс. от общей массы суспензии.

Подробности, касающиеся измеренных значений вязкости по Брукфильду (определяли при -5°С и +23°С и при 100 об./мин), рН при +23°С и электрической проводимости при +23°С, можно найти в таблице 13.

Из таблицы 13 видно, что суспензия по настоящему изобретению с высоким содержанием твердых веществ, которая включает содержащее карбонат кальция вещество, показывает неожиданное снижение рН до уровня ниже 6, по сравнению с известными из области техники суспензиями из примеров 1 и 2, и имеет низкую вязкость при -5°C, а также обладает хорошей устойчивостью в кислой среде в течение более чем 24 часов.

Пример 14 (Пример по настоящему изобретению)

Данный пример поясняет настоящее изобретение и касается приготовления суспензии, включающей карбонат кальция в сочетании с раствором, содержащим кальциевую соль хлористоводородной кислоты. В частности, кальциевую соль хлористоводородной кислоты добавляли к содержащему карбонат кальция веществу.

70 г СаСO₃ (Fluka) диспергировали при перемешивании в 70 мл дистиллированной воды и получали суспензию СаСO₃. В указанную суспензию добавляли 1,5 г Melpers 4343 (поставляется компанией BASF, Германия), в виде 50%-ого раствора (BASF), по отношению к общей массе раствора. Полученная суспензия имеет величину рН 7,5 при +23°С. К полученной суспензии при перемешивании добавляли 3 г CaCl₂ (Fluka) и получали суспензию СаСO₃, содержащую CaCl₂. Затем в суспензию при перемешивании дополнительно добавляли еще 4 г CaCl₂ (Fluka) и получают суспензию СаСO₃, содержащую CaCl₂.

Подробности, касающиеся измеренных значений рН при +23°С, можно найти в таблице 14.

Как можно увидеть из подробностей, касающихся измеренных значений рН, наблюдается неожиданное падение рН до уровня ниже 6 при +23°C.

Реферат

Изобретение может быть использовано в химической промышленности, при изготовлении бумаги, мелового покрытия бумаги, в производстве пластических материалов, в сельском хозяйстве и/или в производстве красок. Водная суспензия с высоким содержанием твердых частиц неорганического вещества, и/или наполнителя, и/или пигмента в среде с кислым значением рН включает по меньшей мере одно содержащее карбонат кальция вещество, включающее частицы карбоната кальция, и по меньшей мере одну соль по меньшей мере одной сильной кислоты. Сильная кислота выбрана из группы, состоящей из кислот, которые имеют значение pKменьше или равно нулю при +23°С. Полученная суспензия имеет содержание твердых веществ по меньшей мере 50 мас.% от общей массы суспензии. Вязкость по Брукфильду суспензии при 100 об/мин ≤1000 мПа·с при температуре -5°С, рН <6 при +23°С и электрическая проводимость между 10 и 100 мСм/см при -5°C и при +23°С. Изобретение позволяет получить суспензию с высоким содержанием твердых частиц, которая сохраняет физические свойства при низкой температуре и/или в кислой среде. 6 н. и 24 з.п. ф-лы, 14 табл., 14 пр.

Формула