增加沉淀碳酸钙的不透明度的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于制备包含沉淀碳酸钙的水性悬浮液的方法。本发明专利技术进一步涉及可通过该方法获得的包含沉淀碳酸钙的水性悬浮液以及部分干燥或基本上完全干燥的沉淀碳酸钙，以及该包含沉淀碳酸钙的水性悬浮液和/或部分干燥或基本上完全干燥的沉淀碳酸钙在造纸、纸涂布、塑料、农业、粘合剂、密封剂和/或油漆应用中的用途。

The method of increasing the opacity of the precipitated calcium carbonate

The invention relates to a method for preparing aqueous suspensions containing precipitated calcium carbonate. The invention further relates to the aqueous suspension containing precipitated calcium carbonate and partially dry or basically dry precipitated calcium carbonate obtained by the method, as well as the aqueous suspension containing the precipitated calcium carbonate, and / or partially dried or basically dry precipitated calcium carbonate in paper, paper coating, plastic, and agriculture. Applications in industry, adhesives, sealants and / or paints.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】增加沉淀碳酸钙的不透明度的方法
本专利技术涉及一种用于制备包含沉淀碳酸钙的水性悬浮液的方法。本专利技术进一步涉及可通过该方法获得的包含沉淀碳酸钙的水性悬浮液以及部分干燥或基本上完全干燥的沉淀碳酸钙，以及该包含沉淀碳酸钙的水性悬浮液和/或部分干燥或基本上完全干燥的沉淀碳酸钙在造纸、纸涂布、塑料、农业、粘合剂、密封剂和/或油漆应用中的用途。
技术介绍
碳酸钙广泛用于造纸工业中作为纸中的填料组分。其是一种用于增加纸张亮度(brightness)及不透明度的低成本、高亮度的填料。在过去的几十年里，由于造纸厂由酸性造纸转变为碱性造纸，因此对碳酸钙的使用已显著增加。已知碳酸钙以天然存在的矿物以及合成生产的产品的形式存在。无论是天然还是合成的碳酸钙均可用于造纸工业。天然碳酸钙或石灰石在其用于纸中之前被研磨至小粒子尺寸，而合成碳酸钙通过沉淀反应制造且因此被称为沉淀碳酸钙(PCC)。沉淀碳酸钙以巨大的量被用在纸工业中以用于各种目的，例如用于造纸的涂料、填料、延展剂和颜料。例如，沉淀碳酸钙可被用在纸工业中以赋予纸产品以可印刷性、在高不透明度下的高亮度，但还具有合适的光滑性和光泽度。此外，沉淀碳酸钙也可作为填料被引入到吸烟制品(例如香烟或雪茄)的包装纸中以控制许多物理性能或特性如纸的不透明度和亮度。除了其在造纸工业中的用途之外，沉淀碳酸钙也用于各种其它目的，例如在油漆工业中用作填料或颜料，以及作为功能性填料用于制造塑料材料、增塑溶胶、密封配混物、印刷墨水、橡胶、牙膏、化妆品、农业应用等。沉淀碳酸钙以三种初级晶形存在：方解石、文石及球霰石，且对于这些晶形中的每一晶形而言存在许多不同的多晶型物(晶体惯态)。用于制备沉淀碳酸钙的方法在本领域中是众所周知的，例如参见美国专利No.6,294,143、3,320,026、5,232,678、5,342,600、5,558,850以及6,251,356。通常，一种商业制造碳酸钙的方式在于通过煅烧粗制石灰石来获得生石灰。然后添加水以得到水合氧化钙的水性悬浮液(“石灰乳”)，并且将二氧化碳引入到这种悬浮液中以使碳酸钙沉淀。这种方法的产物被称作沉淀碳酸钙(“PCC”)。所得沉淀碳酸钙的水性悬浮液或浆料可原样使用或者被进一步加工(例如脱水、研磨等)以形成干燥产物。这种类型的方法已证实了其制备具有优良不透明特性的沉淀碳酸钙的能力。与研磨碳酸钙(GCC)相比，沉淀碳酸钙典型地在以下方面是更优的：使得由这种沉淀碳酸钙制备的纸张不透明化和亮化(brightening)，以及还作为纸张的填料和/或本体。但是，对于诸如十分轻重量的纸如香烟纸或薄打印纸的许多应用来说，希望使用将最大不透明度赋予相应纸产品的特种矿物填料。在这方面，本领域技术人员公知的是，纸产品的不透明度能够依照Kubelka-Munk理论(并且在使用具有高黄度指数但具有低亮度的填料/颜料的情况下)而增加。填料/颜料的亮度和颜色可通过添加着色剂如Yellow1250(由BASF供应)而被调节到希望的水平。这种着色剂优选在石灰乳碳酸化之后在制备沉淀碳酸钙期间添加，以通过调节希望的色度坐标来增加不透明度。但是，在例如用于烟草工业的某些轻重量的纸中，不允许这种着色剂被用作添加剂。因而，在本领域中仍然需要提供用于制备沉淀碳酸钙的替代方法，其中这种方法应当是简单且不贵的，同时避免合成着色剂的使用，且应当提供增加或优化所得沉淀碳酸钙的不透明度的可能性。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于提供用于制备沉淀碳酸钙、优选具有改善的光学性能的沉淀碳酸钙的替代方法。本专利技术的另一目的可被看作是提供一种用于制备具有增加或优化的不透明度的沉淀碳酸钙的方法。本专利技术进一步的目的可被看作是提供一种用于制备沉淀碳酸钙的方法，该沉淀碳酸钙具有改善或优化的不透明度，并且特别是白度R457、黄度指数和亮度的优化的平衡，也即降低的亮度和白度R457以及增加的黄度指数。本专利技术的另一目的可被看作是提供一种用于制备沉淀碳酸钙的方法，该沉淀碳酸钙能够以部分脱水或基本上完全干燥的沉淀碳酸钙的形式获得。本专利技术的又进一步目的可被看作是提供一种用于制备沉淀碳酸钙的方法，该方法能够以简单方式实施并且不使用合成着色剂。本专利技术的再进一步目的可被看作是提供一种用于制备沉淀碳酸钙的方法，其中能够以高产量制备沉淀碳酸钙材料。另外的目的可从本专利技术的以下描述获知。为了满足上述的一种或多种需求，提供根据在权利要求1中在本文中定义的主题的方法。本专利技术方法的有利实施方案在相应的从属权利要求和说明书中定义。根据本专利技术的一个方面，提供一种用于制备包含沉淀碳酸钙的水性悬浮液的方法，该方法包括以下步骤：a)提供至少一种钙源，其基本上不溶于水；b)提供至少一种水溶性锰源；c)提供至少一种碳酸根源，以及d)在步骤b)的至少一种水溶性锰源的存在下使用步骤c)的至少一种碳酸根源将步骤a)的至少一种钙源碳酸化，以将该钙源至少部分地转化成沉淀碳酸钙。本专利技术人令人吃惊地发现，上述方法允许有效且受控地生产沉淀碳酸钙。根据本专利技术的方法，能够提供或直接制备(不使用合成着色剂)具有改善或优化的光学性能的沉淀碳酸钙。更具体地，本专利技术人发现，通过所述方法获得的沉淀碳酸钙的光学性能如不透明度能够通过在制备所述沉淀碳酸钙期间、特别是在碳酸化该至少一种钙源期间特别地添加至少一种水溶性锰源而得以改善或优化。应当理解，出于本专利技术的目的，以下术语具有下述含义：在本专利技术的含义中，“沉淀碳酸钙”(PCC)为合成材料，通常通过在水性环境中在二氧化碳与石灰反应之后沉淀或者通过在水中沉淀钙和碳酸根离子源而获得。沉淀碳酸钙以三种初级晶形存在：方解石、文石和球霰石，且对于这些晶形中的每一晶形而言存在许多不同的多晶型物(晶体惯态)。方解石具有三角结构，该三角结构具有典型的晶体惯态如偏三角面体的(S-PCC)、斜方六面体的(R-PCC)、六角形棱柱的、轴面的、胶体的(C-PCC)、立方的及棱柱的(P-PCC)。文石为正斜方晶结构，该正斜方晶结构具有成对六角形棱晶的典型晶体惯态，以及细长棱柱的、弯曲叶片状的、陡锥状、凿尖晶体、分叉树及珊瑚或蠕虫状的形式的多种分类。不同的PCC形式可根据其特征X-射线粉末衍射(XRD)峰而识别。优选的合成碳酸钙为包含文石或方解石型矿物晶形或其混合物的沉淀碳酸钙。在本专利技术的含义中，术语“沉淀(precipitation)”是指在化学反应期间在溶液中形成固体材料。在本专利技术的含义中，术语“悬浮液(suspension)”或“浆料(slurry)”包含不溶性固体和水以及任选的其它添加剂并且通常含有大量固体，并且因而较为粘稠，并且通常可具有与形成其的液体相比更高的密度。在本专利技术的含义中，术语“消化(slaking)”或“消化(slake)”是指钙源的水合作用，这通过使所述化合物与水或水分接触来进行。在本专利技术的含义中，术语“碳酸化(carbonating)”或“碳酸化(carbonation)”是指其中至少一种阴离子基团被碳酸根替换的过程。在术语“包括或包含(comprising)”在本说明书和权利要求书中被使用时，其并不排除其它要素。出于本专利技术的目的，术语“由……构成(consistingof)”被认为是术语“包括或包含(comprisingof)”的优选实施方案本文档来自技高网...

【技术保护点】
制备包含沉淀碳酸钙的水性悬浮液的方法，该方法包括以下步骤：a)提供至少一种钙源，其基本上不溶于水；b)提供至少一种水溶性锰源；c)提供至少一种碳酸根源，以及d)在步骤b)的至少一种水溶性锰源的存在下使用步骤c)的至少一种碳酸根源将步骤a)的至少一种钙源碳酸化，以将该钙源至少部分地转化成沉淀碳酸钙。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.05.28 EP 15169682.01.制备包含沉淀碳酸钙的水性悬浮液的方法，该方法包括以下步骤：a)提供至少一种钙源，其基本上不溶于水；b)提供至少一种水溶性锰源；c)提供至少一种碳酸根源，以及d)在步骤b)的至少一种水溶性锰源的存在下使用步骤c)的至少一种碳酸根源将步骤a)的至少一种钙源碳酸化，以将该钙源至少部分地转化成沉淀碳酸钙。2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤a)的至少一种钙源选自氧化钙、煅烧白云石、白云石、石灰石、碳酸钙、水合氧化钙、砷酸钙、亚砷酸钙、苯甲酸钙、铬酸钙、柠檬酸钙、氟化钙、磷酸钙、硅酸钙、硫酸钙、硫化钙、酒石酸钙以及其混合物，并且最优选地，步骤a)的至少一种钙源为水合氧化钙。3.根据上述权利要求任一项所述的方法，其中步骤a)的至少一种钙源在水性环境中提供，优选地，在以下这样的水性环境中提供：所述水性环境以基于该水性环境和步骤a)的至少一种钙源的总重量计为1.0至60.0％重量、优选5.0至50.0％重量、更优选8.0至30.0％重量以及最优选10.0至20.0％重量的量包含步骤a)的至少一种钙源。4.根据上述权利要求任一项所述的方法，其中步骤b)的至少一种水溶性锰源选自锰(II)源、锰(III)源以及其混合物，优选选自锰(II)源。5.根据权利要求4所述的方法，其中步骤b)的至少一种水溶性锰源为至少一种锰(II)源，选自硫酸锰(II)、氢氧化锰(II)、氯化锰(II)、醋酸锰(II)、亚砷酸锰(II)、苯甲酸锰(II)、溴化锰(II)、碳酸锰(II)、氯酸锰(II)、柠檬酸锰(II)、甲酸锰(II)、碘化锰(II)、硝酸锰(II)、草酸锰(II)、磷酸锰(II)、酒石酸锰(II)、硫氰酸锰(II)以及其混合物。6.根据上述权利要求任一项所述的方法，其中步骤c)的至少一种碳酸根源衍生自a)在水存在下的气态CO2源，优选为在水存在下的包含CO2的气体，和/或b)包含碳酸根的阴离子，优选地，包含碳酸根的阴离子选自碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾或其混合物。7.根据上述权利要求任一项所述的方法，其中步骤b)的至少一种水溶性锰源在碳酸化步骤d)中以基于步骤a)的至少一种钙源的总干燥重量计为10ppm至1000ppm(d/d)、优选20ppm至900ppm(d/d)、更优选50ppm至800ppm(d/d)、又更优选100ppm至700ppm(d/d)以及最优选200ppm至600ppm的量存在。8.根据上述权利要求任一项所述的方法，其中步骤a)的至少一种钙源被添加到水性环境中，以在进行碳酸化步骤d)之前将该钙源至少部分地转化为钙阳离子。9.根据上述权利要求任一项所述的方法，其中步骤b)的至少一种水溶性锰源在将步骤a)的至少一种钙源添加至水性介质中之前和/或期间和/或之后添加，优选地，步骤b)的至少一种水溶性锰源在将步骤a)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·波尔，
申请(专利权)人：OMYA国际股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH