ES2204363T3 - Uso de carbonato calcico en un medio acuoso. - Google Patents

Uso de carbonato calcico en un medio acuoso.

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Abstract

ESTA INVENCION SE REFIERE A UNA SUSPENSION DE CARBONATO CALCICO ESTABILIZADA POR UN ACIDO QUE TIENE UN PH INFERIOR A 7, PREFERENTEMENTE COMPRENDIDO ENTRE ALREDEDOR DE 6 Y CERCA DE 7, QUE CONTIENE AGUA, CARBONATO CALCICO, PREFERENTEMENTE PRECIPITADO, Y UN ESTABILIZADOR ACIDO CONSTITUIDO POR UNA SAL CALCICA HIDROSOLUBLE, UN ACIDO DEBIL, UN AGENTE QUELATOR, UN ACIDO DEBIL CAPAZ DE QUELATAR UN ION CALCICO, O UNA MEZCLA DE ESTOS. EL ESTABILIZADOR DE ACIDOS ESTA PRESENTE EN UNA CANTIDAD SUFICIENTE PARA PRODUCIR UNA SUSPENSION ACUOSA DE CARBONATO CALCICO QUE TIENE UNA CONCENTRACION INCREMENTADA DE IONES CALCICOS Y UN PH ACIDO. EN UNA SUSPENSION DE CARBONATO CALCICO ESTABILIZADA POR EL ACIDO TIPICO DE ESTA INVENCION, EL ESTABILIZADOR ACIDO ESTA PRESENTE EN CANTIDAD SUFICIENTE PARA PRODUCIR UNA CONCENTRACION DE IONES CALCICOS COMPRENDIDA ENTRE APROXIMADAMENTE 1 MILIMOL Y ALREDEDOR DE 5 MILIMOLES, PREFERENTEMENTE ENTRE CERCA DE 1 Y APROXIMADAMENTE 20 MILIMOLES. ESTA INVENCION SE REFIERE TAMBIEN A UNPROCEDIMIENTO DE FABRICACION DE LA SUSPENSION DE CARBONATO CALCICO ESTABILIZADA POR ACIDO DE ESTA INVENCION, A UN PROCEDIMIENTO DE FORMACION DE UN PAPEL CARGADO SEGUN EL CUAL SE AÑADE LA SUSPENSION DE CARBONATO CALCICO ESTABILIZADA POR ACIDO DE ESTA INVENCION A UNA PASTA DE PAPEL DURANTE UN PROCEDIMIENTO DE FABRICACION DE PAPEL ACIDO, Y A UN PAPEL CARGADO PRODUCIDO SEGUN EL PROCEDIMIENTO DE ESTA INVENCION.

Description

Uso de carbonato cálcico en un medio acuoso.
La presente invención está enfocada a la elaboración de papel con un material de carga en la que el material de carga se deriva de una pasta de carbonato de calcio estabilizada frente a ácidos. Esta pasta de carbonato de calcio estabilizada frente a ácidos es útil como un material de carga en papel ácido para mejorar las propiedades ópticas del papel.
Antecedentes de la invención
Los materiales de carga se añaden al papel típicamente durante el procedimiento de fabricación de papel para mejorar las propiedades ópticas del papel, tales como brillo. En la fabricación ácida del papel, la cual se usa a menudo para fabricar papel a partir de una pasta de madera desfibrada, el pH del papel almacenado es generalmente sustancialmente menor de 7, y está normalmente en el intervalo de aproximadamente 4 a aproximadamente 6. En comparación, en la fabricación de papel neutra, el pH se mantiene normalmente en el rango de aproximadamente 6,8 a aproximadamente 7,5. Por lo tanto, en la fabricación de papel ácida, se requiere un material de carga que sea estable y resistente al ataque por ácidos bajo condiciones de débilmente ácidas a ácidas.
El dióxido de titanio y la arcilla calcinada se han usado a menudo como materiales de carga en papel neutral y ácido. Sin embargo, estos materiales, y el dióxido de titanio en particular, son caros, lo que se añade así al coste del papel.
Tanto el carbonato de calcio natural molido como el precipitado se usan como material de carga para el papel alcalino, el cual se produce típicamente a partir de una reserva de papel que tiene un pH de aproximadamente 8. El papel resultante tiene propiedades ópticas mejoradas sin el coste de materiales de carga más caros. Sin embargo, el carbonato de calcio normalmente se descompone en un medio ácido acuoso, y, así, generalmente no se puede usar como material de carga en papel ácido a menos que el material de carga de carbonato de calcio se estabilice frente a ácidos, es decir, se haga resistente a descomposición a un pH de menos de 7. Debido a que las condiciones alcalinas y las fibras alcalinas típicamente tienen un impacto negativo en las propiedades del papel de pasta de papel, un material de carga carbonato de calcio sólo se puede usar con una pasta de papel de madera desfibrada si el material de carga de carbonato de calcio se estabiliza frente a ácido para usar en condiciones ácidas.
Los materiales de carga de carbonato de calcio, tanto el precipitado como el natural molido, se han tratado o modificado en la técnica previa por varias razones. En el caso de carbonato de calcio precipitado, el tratamiento o modificación se ha llevado a cabo durante y después del proceso de precipitación. Los tratamientos incluyen partículas de carbonato de calcio recubiertas con un material no reactivo, tal como un polisacárido, ácido graso, o material de caucho, y tratar las partículas de carbonato de calcio o una pasta de carbonato de calcio con varios ácidos y bases débiles, sales, y agentes quelantes.
En particular, la patente de los Estados Unidos Nº. 4.240.870 describe la adición de al menos un ácido fosfórico, tal como ácido ortofosfórico, ácido metafosfórico, ácido tripolifosfórico, ácido pirofosfórico, ácido tetrapolifosfórico, y ácido hexapolifosfórico, o la sal de sodio, potasio o cinc de al menos un ácido fosfórico a una suspensión acuosa de hidróxido de calcio como primera etapa de un procedimiento multi etapa para la producción de carbonato de calcio precipitado. De forma similar, la patente de los Estados Unidos Nº. 4.224.933 describe la adición de uno de los ácidos fosfóricos o sales descritas en 4.240.870 como un ingrediente bien en la primera o bien en la segunda etapa de un procedimiento multietapa para la producción de carbonato de calcio precipitado.
La patente de los Estados Unidos Nº. 4.018.877 describe la adición de un agente formador de complejo, tal como un polifosfato, por ejemplo, hexametafosfato de sodio, durante o después del fin de la primera etapa de carbonación en un procedimiento multietapa para la producción de carbonato de calcio precipitado. Preferiblemente, el agente se añade después de que la mayor parte de la precipitación del carbonato de calcio está completa. Alternativamente, el agente formador de complejo se añade durante una subsiguiente maduración de la etapa de carbonación.
La patente de los Estados Unidos Nº. 4.157.379 describe la adición de una sal metálica soluble, tal como un fosfato de metal alcalino, después de la carbonación primaria de una suspensión acuosa de hidróxido de calcio.
La solicitud abierta de patente japonesa Nº. 090821/60 describe un procedimiento para la preparación de carbonato de calcio en el cual un ácido fosfórico condensado o sal del mismo se añade a la emulsión viscosa gelatinosa formada de la carbonación de una dispersión acuosa de hidróxido de calcio. El ácido fosfórico condensado puede ser ácido hexametafosfórico, ácido pirofosfórico, ácido tripolifosfórico, ácido polifosfórico o ácido ultrafosfórico. La solicitud abierta de patente japonesa Nº. 090822/60 describe el mismo procedimiento con la adición de un compuesto que contiene magnesio en la dispersión de carbonato de calcio.
Sin embargo, todas las referencias citadas anteriormente en este documento describen procedimientos que requieren la adición de un ácido fosfórico o una sal fosfato durante un procedimiento para la producción de carbonato de calcio precipitado.
La patente de los Estados Unidos Nº. 4.793.985 describe la adición de un agente dispersante, tal como una sal soluble en agua o un ácido polifosfórico o un fosfato, particularmente hexametafosfato de sodio, a una pasta de carbonato de calcio molido para mejorar la distribución de sólidos dentro del líquido, como parte de un procedimiento para producir un carbonato de calcio ultrafino.
La patente de los Estados Unidos Nº. 4.610.801 describe el uso de polifosfórico o polifosfatos en una pasta de partículas minerales, tales como carbonato de calcio, en el tratamiento de residuos.
La patente de los Estados Unidos Nº. 4.219.590 describe el tratamiento de carbonato de calcio, que tiene un diámetro medio de partícula de no más de 20 \mum, con un gas ácido que es capaz de reaccionar con el carbonato de calcio.
La patente de Japón Nº. 030812/82 describe la mejora de la superficie de las partículas de carbonato de calcio añadiendo una disolución acuosa de un fosfato concentrado, tal como metafosfato o pirofosfato a una suspensión acuosa de carbonato de calcio. Como resultado, las partículas de carbonato de calcio tienen una resistencia al ácido, y el pH de las partículas se reduce de 0,1 a 0,5.
Las patentes de los Estados Unidos Nº^{s}. 5.043.017 y 5.156.719 describen un carbonato de calcio estabilizado frente a ácidos para usar como un material de carga en papel de neutro a débilmente ácido. Estas patentes exponen que el carbonato de calcio estabilizado frente a ácidos es capaz de resistir la degradación bajo condiciones ligeramente ácidas debido a una acción de tamponamiento entre un agente quelante de calcio absorbido o hecho reaccionar o una base conjugada en la superficie del carbonato de calcio y un ácido débil en disolución en la pasta de carbonato de calcio.
La patente de los Estados Unidos Nº. 5.505.9819 describe un procedimiento para producir papel neutral a partir de pasta que contiene madera y un material de carga de carbonato de calcio natural. El pH de la reserva se mantiene en el intervalo de 6,7 a 7,3 mediante la adición de un agente reductor de pH y tamponador, preferiblemente ácido fosfórico.
La patente de los Estados Unidos Nº. 5.531.821 describe un material de carga de carbonato de calcio resistente a ácido para usar en fabricar papel de neutro a débilmente ácido, comprendiendo una mezcla de carbonato de calcio y de aproximadamente el 0,5-10 por ciento, tomando como base el peso en seco de carbonato de calcio, de una sal catiónica y una sal aniónica.
Aún queda una necesidad de materiales de carbonato de calcio mejorados estabilizados frente a ácido y procedimientos para producir tales materiales para usar en fabricación ácida de papel. La presente invención proporciona una solución para satisfacer esta necesidad.
Sumario de la invención
La presente invención se refiere a un procedimiento para fabricar papel que contiene carbonato de calcio como un material de carga en el que el carbonato de calcio se proporciona a partir de una pasta de carbonato de calcio en la que el pH de la pasta se reduce a menos de 7, preferiblemente entre aproximadamente 6 y aproximadamente 7, por la adición de dióxido de carbono. El dióxido de carbono se añadió en una cantidad suficiente para proporcionar una pasta acuosa de carbonato de calcio que tiene una concentración incrementada de ión calcio y un pH ácido. El carbonato de calcio está presente en las pastas de carbonato de calcio estabilizadas frente a ácidos en una cantidad usable en los procedimientos de fabricación de papel, típicamente de aproximadamente el 1 a aproximadamente el 40 por ciento en peso, preferiblemente de aproximadamente el 5 a aproximadamente el 30 por ciento en peso, lo más preferible de aproximadamente el 15 a aproximadamente el 25% en peso, y es preferiblemente carbonato de calcio precipitado.
El dióxido de carbono se añadió en una cantidad suficiente para proporcionar una concentración de ácido débil de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 1000 milimolar, preferiblemente de aproximadamente 0,2 a aproximadamente 100 milimolar. El ácido carbónico se proporciona típicamente mediante la adición de gas dióxido de carbono. Además del dióxido de carbono, el estabilizador de ácido puede comprender adicionalmente una sal de calcio soluble en agua en una cantidad suficiente para proporcionar una concentración de ión calcio de aproximadamente 1 milimolar a aproximadamente 5 molar, preferiblemente de aproximadamente 1 a aproximadamente 120 milimolar.
La invención se refiere a un procedimiento para formar un papel con material de carga, el cual comprende añadir la pasta de carbonato de calcio estabilizada frente a ácidos a una pasta de fabricación de papel en un procedimiento para fabricar papel ácido, y por lo tanto formar un papel con material de carga mediante este procedimiento. La invención se refiere a un procedimiento para fabricar una pasta de carbonato de calcio estabilizada frente a ácidos formando una pasta de agua y carbonato de calcio, y añadir dióxido de carbono en una cantidad suficiente para proporcionar una concentración incrementada de carbonato de calcio y un pH ácido de menos de 7. En el procedimiento preferido, una pasta acuosa de hidróxido de calcio se carbonata primero para formar una pasta de carbonato de calcio precipitado.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es un gráfico que muestra el efecto del dióxido de carbono y del ión calcio en el pH de una pasta de carbonato de calcio.
Descripción detallada de la invención
La presente invención se refiere a un carbonato de calcio estabilizado frente a ácidos que se puede usar en medios acuosos ácidos con poca o ninguna descomposición. En particular, la presente invención se refiere a un material de carga de carbonato de calcio para usar en papel ácido. El carbonato de calcio puede ser bien precipitado o bien natural pulverizado, pero preferiblemente está precipitado. A menos que se indique lo contrario, todas las referencias a carbonato de calcio en el presente documento indican que se puede utilizar carbonato de calcio bien precipitado o bien natural pulverizado.
Un carbonato de calcio estabilizado frente a ácido para usar como un material de carga en papel de neutro a ácido de acuerdo con la invención, se obtiene tratando una suspensión de carbonato de calcio de forma que incremente la concentración del ión calcio, Ca^{2+}, para proporcionar una pasta de carbonato de calcio que tiene un pH ácido, en lugar del pH alcalino de una pasta de carbonato de calcio no tratada. Actualmente, se ha descubierto que suprimir el pH de una pasta de carbonato de calcio incrementando la concentración de ión calcio proporciona un material carbonato de calcio que es estable en un medio acuoso neutro o ácido, tal como el que se usa en una máquina de fabricar papel o en un procedimiento usado para fabricar papel neutro o ácido. El material carbonato de calcio estabilizado frente a ácidos se obtiene añadiendo dióxido de carbono a una pasta de carbonato de calcio.
El pH de la pasta de carbonato de calcio se suprime y la concentración de ión calcio se incrementa mediante la adición de dióxido de carbono o la combinación de dióxido de carbono y una sal de calcio soluble en agua. La adición del dióxido de carbono estabiliza la pasta de carbonato de calcio creando un sistema de pH bajo tamponado con el carbonato de calcio. La adición de ión calcio a este sistema tamponado suprime adicionalmente el pH de la pasta de carbonato de calcio en la forma anteriormente descrita en este documento. La adición de dióxido de carbono a la disolución o suspensión acuosa, da como resultado la formación de ácido carbónico. Como anteriormente en este documento, una concentración de ión calcio de aproximadamente 1 milimolar a aproximadamente 5 molar, preferiblemente de aproximadamente 1 a aproximadamente 120 milimolar, es útil en la invención. La concentración de ácido débil debería ser de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 1000 milimolar, preferiblemente de aproximadamente 0,2 a aproximadamente 100 milimolar.
En cada una de las realizaciones de la invención, la concentración de ión calcio se incrementa, por la adición directa de dióxido de carbono. La adición de dióxido de carbono genera típicamente ión calcio mediante reacción con el carbonato de calcio en la pasta. El incremento en la concentración de ión calcio baja el pH disminuyendo la concentración de ión carbonato a través del efecto común iónico. Los agentes quelantes mantienen la concentración del ión calcio, y estabilizan el sistema. Además, la adición de dióxido de carbono típicamente tamponará el sistema a un pH estable, contenido. En general, un incremento bien en la concentración de ión calcio o en la cantidad de dióxido de carbono añadido baja el pH de la pasta. Una pasta de carbonato de calcio que tiene un pH estable, menor, se estabiliza frente a ácidos para usar como un material de carga en papel ácido de acuerdo con la presente invención.
Una vez formadas, las pastas de carbonato de calcio estabilizadas frente a ácidos se pueden añadir a papel neutro o ácido como un material de carga durante el procedimiento de fabricación del papel de acuerdo con la presente invención mediante cualquier procedimiento conocido en la técnica para formar un papel con material de carga. Por lo tanto, la presente invención incluye un procedimiento para formar un papel con material de carga, que comprende añadir la pasta de carbonato de calcio estabilizada frente a ácidos a la pasta de fabricación de papel en un procedimiento para acidificar papel y formar un papel con material de carga mediante dicho procedimiento.
Ejemplo
El siguiente ejemplo no limitante es meramente ilustrativo de las realizaciones preferidas de la presente invención, y no se construye de forma que esté limitando la invención, la panorámica de la cual se define mediante las reivindicaciones adjuntas.
Ejemplo
El efecto de la adición de un ácido débil y de un ácido débil e ión calcio sobre el pH de una pasta de un 5% de carbonato de calcio se ilustra en la figura 1. Se preparó una pasta de un 5% de carbonato de calcio y se situó bajo dióxido de carbono a una presión de una atmósfera. Bajo una atmósfera de presión de CO_{2}, el pH de la suspensión se pudo mantener a pH 6 durante al menos 10 días sin la adición de ión calcio y poca o ninguna descomposición del carbonato de calcio en la pasta. La adición de ión calcio, añadido en forma de cloruro de calcio, contuvo adicionalmente el pH de la pasta a 5,8 con una concentración iónica de calcio de 20 milimolar, y a un pH tan bajo como 5,4 con una concentración de ión calcio de 200 milimolar. Igual que con la pasta de pH 6, el pH de las pastas estabilizadas frente a ácidos con dióxido de carbono e ión calcio fue estable durante al menos 10 días.
Mientras es patente que la invención descrita en la presente memoria está bien calculada para cumplir los objetivos señalados anteriormente en esta memoria, se apreciará que numerosas modificaciones y realizaciones se pueden idear por los expertos en la técnica. Por lo tanto, se desea que las reivindicaciones adjuntas abarquen las modificaciones y realizaciones tales que están comprendidas dentro del verdadero espíritu y alcance de la presente invención.

Claims (12)

1. Un procedimiento para fabricar papel que contiene carbonato de calcio como material de carga, en el que el carbonato de calcio se proporciona desde una pasta acuosa de carbonato de calcio en la que el pH de la pasta se ha reducido hasta menos de 7 mediante la adición de dióxido de carbono.
2. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que el carbonato de calcio está presente en una cantidad de 1 a 40 por ciento en peso.
3. Un procedimiento según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que el carbonato de calcio es carbonato de calcio precipitado.
4. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que se añade a la pasta una sal de calcio soluble en agua en una cantidad suficiente para proporcionar una concentración de calcio que varía de 1 milimolar a 5 molar.
5. Un procedimiento según la reivindicación 4, en el que la sal de calcio soluble en agua está presente en una cantidad suficiente para proporcionar una concentración de ion calcio de 1 a 120 milimolar.
6. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se añade el dióxido de carbono en una cantidad suficiente para proporcionar una concentración de 0,001 a 1000 milimolar.
7. Un procedimiento según la reivindicación 6, en el que el dióxido de carbono se añade en una cantidad suficiente para proporcionar una concentración de 0,01 a 100 milimolar.
8. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se añade un agente quelante en una concentración de 0,01 a 1000 milimolar.
9. Un procedimiento según la reivindicación 8, en el que el agente quelante es un policarboxilato.
10. Un procedimiento según la reivindicación 9, en el que el policarboxilato es sal sódica del ácido etilendiaminatetraacético (EDTA) o poliacrilato sódico.
11. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el pH varía de 6 a 7.
12. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende preparar una pasta de carbonato de calcio estabilizada en ácido que tiene un pH menor que 7, añadiendo dióxido de carbono a una pasta que comprende agua y carbonato de calcio en una cantidad suficiente para proporcionar una pasta acuosa de carbonato de calcio que tiene un pH menor que 7 y añadir la pasta a la pulpa de fabricación de papel y conformar un papel con un agente de carga.
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