ES2646831T3 - Método para mejorar la manejabilidad de materiales que contienen carbonato de calcio - Google Patents

Método para mejorar la manejabilidad de materiales que contienen carbonato de calcio Download PDF

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Abstract

Un proceso para preparar partículas compuestas que contienen carbonato de calcio que comprende los siguientes pasos: a) proveer por lo menos un polvo mineral que contiene carbonato de calcio, b) preparar por lo menos una solución o emulsión o dispersión de por lo menos un aglutinante, en donde el al menos un aglutinante se selecciona de un aglutinante polimérico que se selecciona del grupo que comprende copolímeros de acetonitrilo, butadieno, acrilato, acrilato de butilo, estireno, estireno-butadieno, y éster acrílico, y mezclas de los mismos, y en donde la cantidad del al menos un aglutinante es menor que 10 % en peso, en base al peso total del polvo mineral que contiene carbonato de calcio, c) poner en contacto el al menos un polvo mineral que contiene carbonato de calcio del paso a) con la al menos una solución o emulsión o dispersión del aglutinante del paso b) en una cantidad para formar partículas compuestas sólidas que contienen carbonato de calcio, en donde las partículas compuestas que contienen carbonato de calcio obtenidas en el paso c) cuando se secan hasta un contenido de humedad en superficie total menor que 0.5 % en peso, en base al peso total de las partículas compuestas, tienen una densidad en masa aumentada a igual fluidez o mejorada en comparación con el polvo mineral que contiene carbonato de calcio provisto en el paso a) cuando se secan hasta un contenido de humedad en superficie total menor que 0.5 % en peso, en base al peso total del polvo mineral que contiene carbonato de calcio.

Description

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DESCRIPCION
Metodo para mejorar la manejabilidad de materiales que contienen carbonato de calcio
La invencion se relaciona con materiales que contienen carbonato de calcio, y mas especlficamente con polvos minerales que contienen carbonato de calcio que tienen una densidad en masa aumentada, y un metodo para producirlos.
Se usan materiales inorganicos en la elaboracion de papel, pinturas, plasticos y productos similares, y se sabe bien que incorporan cantidades de materiales inorganicos en redes fibrosas, pinturas o plasticos con el objetivo de mejorar la calidad de los productos resultantes. Entre los materiales, que se ha encontrado que aumentan la aceptacion como rellenos en dichas aplicaciones, se encuentran los minerales que contienen carbonato de calcio. Los materiales de este tipo en general se preparan por molienda en seco o molienda en humedo y secado, que pueden haber sido inicialmente sometidos a pasos previos de procesamiento con el objetivo de eliminar determinadas impurezas, por ejemplo, con el proposito de mejorar el brillo en el producto terminado. Estos polvos secos, sin embargo, tienen la desventaja que tienen una baja densidad en masa, que los hace diflcil de manejar. Los productos de polvo mineral que contienen carbonato de calcio, por ejemplo, son comercializados usualmente por el fabricante como un polvo finamente pulverizado de baja densidad en masa, en donde dicho polvo tiene una capacidad de almacenamiento limitada. Ademas, dichos productos tlpicamente se embolsan o envlan en bruto, sin embargo, debido a la baja densidad en masa, tlpicamente pueden cargarse solo entre 25 y 35 toneladas de polvo en un vagon de tren de 40 m3.
En el pasado, se han hecho esfuerzos para aumentar la densidad en masa de dichos polvos usando equipos de compactacion, tales como maquinas elaboradoras de briquetas o elaboradores de pelets. Sin embargo, se ha probado que estas son inaceptables por varias razones. Cuando la densidad en masa de dichos polvos es aumentada mecanicamente por presion, las propiedades de flujo de dichos polvos empeoran. Se requiere una mayor incorporacion de energla para cargar el producto en un tanque o recipiente o para vaciar dicho tanque o recipiente. Ademas, se ha encontrado que el equipo de elaboracion de pelets, que se basa en agua como aglutinante, requiere el agregado de grandes cantidades de agua (aproximadamente entre 15 y 25 % en peso del peso del carbonato de calcio) antes de poder formar pelets aceptables. Esta agua aumenta los costos de envlo del producto o aumenta los costos de produccion porque se debe evaporar antes del envlo. El equipamiento para elaborar pelets que se basa en aglutinantes diferentes del agua tambien requiere grandes cantidades de aglutinante y se encuentra que da como resultado un producto peletizado que es diflcil de diluir en agua despues de la elaboracion del pelet y secado.
En US 4.561.597 se describe un metodo para aumentar la densidad en masa y disminuir el tiempo de humectacion con agua de un polvo de arcilla de caolln sustancialmente anhidro, que comprende molienda con esferas en seco dicho polvo usando incorporacion de energla especlfica, seguido por pulverizacion en un molino de impacto de alta energla y clasificacion para eliminar partlculas mas grandes no deseadas.
WO 2006/008657 se relaciona con un metodo para producir partlculas pigmentarias que se autoaglutinan, en donde dicho metodo comprende los pasos de formar una suspension acuosa de un material inorganico e introducir el mismo en un triturador, formando una solucion acuosa o suspension o emulsion acuosa de por lo menos un agente aglutinante e introducirla a la misma dentro de un triturador, y moler la suspension acuosa junto con la solucion acuosa o suspension o emulsion de manera tal de obtener una suspension acuosa de partlculas pigmentarias autoaglutinantes.
En WO 01/00712 se describe un metodo para la elaboracion de granulados de pigmento secos. El metodo comprende los pasos de mezclar pigmentos de pollmero organicos, opcionalmente pigmentos inorganicos, aglutinantes y agua en una dispersion, y secar por aspersion la dispersion. El aglutinante se une a las partlculas en aglomerados, que son mas faciles de manejar en forma de polvo sin problemas de limpieza.
WO 01/00713 se relaciona con un metodo para producir un pigmento polimerico plastico, en donde se seca una dispersion acuosa de un pigmento polimerico plastico. Las partlculas obtenidas de pigmento plastico se unen entre si por fuerzas electrostaticas para formar aglomerados.
Foster y col. en "The Effect of Calcium Carbonate Particle Size and Shape on the Properties and Performance of calcium carbonate Granulations" informa sobre la influencia del tamano de partlcula, distribucion de tamano de partlcula, y forma de la partlcula sobre el comportamiento en el procesamiento y rendimiento en la formation de comprimidos de granulaciones de carbonato de calcio/maltodextrina.
En US 2010/120948 A1 se describe un proceso para la preparation de partlculas pigmentarias autoaglutinantes, secas o en suspension acuosa o dispersion, usando un estadio particular del proceso, una emulsion reversa formada a partir de una dispersion en una fase oleaosa de partlculas de agua y de por lo menos un pollmero de acrilamida con un monomero acrllico.
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US 2007/266898 A1 se relaciona con un proceso para la elaboracion de partlcuias pigmentarias autoaglutinantes, secas o en suspension acuosa o dispersion, que contienen por lo menos una materia inorganica y por lo menos un aglutinante, en donde dicho proceso comprende los siguientes estadios: a) formar una o mas suspensiones acuosas de por lo menos una materia inorganica e introducirlas en un molino con una vista al estadio c); b) formar o tomar una o mas soluciones acuosas o suspensiones o emulsiones de por lo menos un aglutinante e introducirlas en un molino con una vista al estadio c); c) comoler la suspension acuosa o suspensiones obtenidas en el estadio a) con las soluciones acuosas o suspensiones o emulsiones obtenidas en el estadio b) de manera de obtener una suspension acuosa de partlculas pigmentarias autoaglutinantes; d) comoler posiblemente la suspension acuosa o dispersion obtenida en el estadio c) con una o mas soluciones acuosas o suspensiones o emulsiones de por lo menos un aglutinante; e) secar posiblemente la suspension acuosa obtenida en el estadio c) o en el estadio d); f) aumentar la concentracion de la suspension acuosa obtenida en el estadio c) o d) mediante concentracion termica o mecanica; y g) dispersar la suspension acuosa obtenida en el estadio f) mediante el uso de por lo menos un agente dispersante y/o por lo menos un agente de humectacion.
En US 2008/319115 A1 se describe un proceso para la preparacion de rellenos inorganicos con modificacion de superficie o pigmentos de un tamano de grano definido, que se caracteriza en que las lechadas de relleno o pigmento de rellenos o pigmentos inorganicos que tienen un tamano de grano definido se muelen con la accion de presion y/o fuerzas de cizalla usando dispersiones de pollmeros.
En US 2010/160498 A1 se describe un metodo para mejorar las propiedades reologicas de una lechada de pigmento acuoso. En el metodo el agente de dispersion se agrega a una fase acuosa de una lechada que comprende partlculas de pigmento o a la fase acuosa en la cual se agregan las partlculas de pigmento. El agente de dispersion comprende copollmero de estireno acrilato. En US 2010/160498 A1 se describe tambien un agente de dispersion para una lechada de pigmento que comprende un primer componente que comprende copollmero de estireno acrilato y un segundo componente que comprende un agente de dispersion convencional, tal como un poliacrilato de cadena lineal.
Aun existe una necesidad en el arte por un metodo para mejorar las caracterlsticas de manejo en masa de polvos minerales que contienen carbonato de calcio.
En consecuencia, es un objeto de la presente invention el proveer un metodo para preparar polvos minerales que contienen carbonato de calcio que tengan caracterlsticas de manejo en masa mejoradas, por ejemplo, cuando el polvo se almacena, se carga, se descarga y se traslada. Otro objeto de la presente invencion es proveer polvos minerales que contienen carbonato de calcio que requieran menos capacidad de almacenaje que los polvos minerales que contienen carbonato de calcio convencionales, y por lo tanto, permitan la reduction en los costos de almacenaje de dichos polvos. Serla deseable proveer un metodo para preparar polvos minerales que contienen carbonato de calcio que tengan una densidad en masa aumentada a igual fluidez o mejorada en comparacion con los polvos minerales que contienen carbonato de calcio convencionales. Tambien se desearla proveer un polvo mineral que contiene carbonato de calcio, en donde se requiera menor incorporation de energla para cargar el polvo en un recipiente o para descargarlo de un recipiente. Serla deseable proveer un polvo mineral que contiene carbonato de calcio que tenga una densidad en masa aumentada, en donde todas las otras caracterlsticas y/o propiedades de las partlculas que contienen carbonato de calcio convencionales al menos se mantienen o incluso se mejoran. Tambien serla deseable proveer un polvo mineral que contiene carbonato de calcio que tiene una densidad en masa aumentada que puede suspenderse facilmente en agua.
Lo precedente y otros objetos se resuelven mediante la provision de un proceso para preparar partlculas compuestas que contienen carbonato de calcio que comprende los siguientes pasos:
a) proveer por lo menos un polvo mineral que contiene carbonato de calcio,
b) preparar por lo menos una solution o emulsion o dispersion de por lo menos un aglutinante, y
c) poner en contacto el por lo menos un polvo mineral que contiene carbonato de calcio del paso a) con la al menos una solucion o emulsion o dispersion del aglutinante del paso b) en una cantidad para formar partlculas compuestas solidas que contienen carbonato de calcio,
en donde las partlculas compuestas secas que contienen carbonato de calcio con un contenido de humedad en superficie total menor que 0.5 % en peso, en base al peso total de las partlculas compuestas, tienen una densidad en masa aumentada a igual fluidez o mejorada en comparacion con el polvo mineral que contiene carbonato de calcio provisto en el paso a).
De acuerdo con otra forma de realization de la presente invencion, las partlculas compuestas que contienen carbonato de calcio se proveen comprendiendo:
a) por lo menos un polvo mineral que contiene carbonato de calcio, y
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b) por lo menos un aglutinante, en donde el por lo menos un aglutinante se selecciona de un aglutinante polimerico que se selecciona del grupo que comprende copollmeros de acetonitrilo, butadieno, acrilato, acrilato de butilo, estireno, estireno-butadieno, y ester acrllico, y mezclas de los mismos, y en donde la cantidad del al menos un aglutinante es menor que 10 % en peso, en base al peso total del polvo mineral que contiene carbonato de calcio, y en donde el por lo menos un aglutinante se provee como una solucion o emulsion o dispersion y se pone en contacto con
c) el por lo menos un polvo mineral que contiene carbonato de calcio del paso a) en una cantidad para formar partlculas compuestas solidas que contienen carbonato de calcio,
en donde las partlculas compuestas que contienen carbonato de calcio obtenidas en el paso c) cuando se secan hasta un contenido de humedad en superficie total menor que 0.5 % en peso, en base al peso total de las partlculas compuestas, tienen una densidad en masa aumentada a igual fluidez o mejorada en comparacion con el polvo mineral que contiene carbonato de calcio provisto en el paso a) cuando se secan hasta un contenido de humedad en superficie total menor que 0.5 % en peso, en base al peso total del polvo mineral que contiene carbonato de calcio.
De acuerdo con aun otra forma de realizacion de la presente invencion, se usa un aglutinante para aumentar la densidad en masa de un polvo mineral que contiene carbonato de calcio a igual fluidez o mejorada, en donde el aglutinante se selecciona de un aglutinante polimerico que se selecciona del grupo de copollmeros de acetonitrilo, butadieno, acrilato, acrilato de butilo, estireno, estireno-butadieno, y ester acrllico, y mezclas de los mismos.
De acuerdo con aun otra forma de realizacion de la presente invencion, las partlculas compuestas que contienen carbonato de calcio de la invencion se usan en aplicaciones de papelerla, en pinturas, o en plasticos.
Las formas de realizacion ventajosas de la presente invencion se definen en las correspondientes reivindicaciones secundarias.
De acuerdo con una forma de realizacion la densidad en masa de las partlculas que contienen carbonato de calcio secas a un contenido de humedad en superficie total menor que 0.5 % en peso, en base al peso total de las partlculas compuestas, aumenta entre 5 y 80%, preferiblemente entre 8 y 60%, y mas preferiblemente entre 10 y 50%, en comparacion con el polvo mineral que contiene carbonato de calcio provisto en el paso a).
De acuerdo con una forma de realizacion el por lo menos un polvo mineral que contiene carbonato de calcio provisto en el paso a) se selecciona del grupo que consiste en GCC y PCC, y mezclas de los mismos. De acuerdo con otra forma de realizacion las partlculas de polvo del por lo menos un polvo mineral que contiene carbonato de calcio provisto en el paso a) tienen un valor de mediana del tamano de partlcula ponderado dso entre 0.1 y 100 pm, entre 0.3 y 50 pm, o entre 0.4 y 10 pm, preferiblemente entre 0.5 y 5.0 pm. De acuerdo con aun otra forma de realizacion el por lo menos un polvo mineral que contiene carbonato de calcio provisto en el paso a) tiene un contenido de humedad en superficie total menor que 10 % en peso, menor que 5 % en peso, menor que 2 % en peso, menor que 1 % en peso, preferiblemente menor que 0.5 % en peso, mas preferiblemente menor que 0.2 % en peso, y mas preferiblemente menor que 0.1 % en peso, en base al peso total del polvo mineral.
De acuerdo con una forma de realizacion el por lo menos un aglutinante provisto en el paso b) se selecciona de un aglutinante polimerico que se selecciona del grupo que comprende copollmeros de acetonitrilo, butadieno, acrilato, acrilato de butilo, estireno, estireno-butadieno, y ester acrllico, y mezclas de los mismos, y preferiblemente el por lo menos un aglutinante provisto en el paso b) se selecciona del grupo que comprende copollmero de estireno-acrilato y copollmero de estireno-butadieno, y mezclas de los mismos. De acuerdo con otra forma de realizacion la cantidad del al menos un aglutinante provisto en el paso b) es menor que 10 % en peso, preferiblemente menor que 7 % en peso, mas preferiblemente menor que 5 % en peso, y mas preferiblemente entre 0.1 y 4 % en peso, en base al peso total del polvo mineral que contiene carbonato de calcio.
De acuerdo con una forma de realizacion el por lo menos un polvo mineral que contiene carbonato de calcio provisto en el paso a) se pone en contacto antes, durante o despues del paso c) con por lo menos una solucion o emulsion o dispersion del por lo menos un pollmero cationico. De acuerdo con otra forma de realizacion el por lo menos un pollmero cationico se selecciona de polietilenimina lineal, o poliamina amida epiclorohidrina, o mezclas de los mismos. De acuerdo con aun otra forma de realizacion la cantidad del por lo menos un pollmero cationico es menor que 1.0 % en peso, preferiblemente menor que 0.8 % en peso, mas preferiblemente menor que 0.5 % en peso, y mas preferiblemente menor que 0.2 % en peso, en base al peso total del polvo mineral que contiene carbonato de calcio.
De acuerdo con una forma de realizacion el paso de proceso c) se lleva a cabo a una temperatura entre 5°C y 140°C, preferiblemente entre 10 y 110°C, y mas preferiblemente entre 20°C y 105°C, o entre 40 y 105°C.
De acuerdo con una forma de realizacion el proceso de la invencion comprende un paso adicional d), en donde las partlculas compuestas que contienen carbonato de calcio obtenidas en el paso c) se secan, preferiblemente hasta un contenido de humedad en superficie total menor que 1 % en peso, menor que 0.8 % en peso, menor que 0.5 % en
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De acuerdo con otra forma de realizacion el proceso de la invencion comprende un paso adicional e), en donde las partlculas compuestas secas que contienen carbonato de calcio obtenidas en el paso d) se tamizan y/o se clasifican con aire para eliminar las partlculas mas grandes no deseadas, preferiblemente para eliminar las partlculas que son mas grandes que 100 pm, preferiblemente que son mas grandes que 50 pm, y mas preferiblemente que son mas grandes que 20 pm.
De acuerdo con una forma de realizacion el paso de proceso c) se lleva a cabo en un dispositivo para moler, preferiblemente en un molino de esferas, preferiblemente en combination con un dispositivo ciclon que recircula aglomerados y/o agregados formados durante el paso de proceso c) de nuevo a la entrada del dispositivo para moler. De acuerdo con otra forma de realizacion las partlculas compuestas que contienen carbonato de calcio formadas durante el paso de proceso c) se dividen en partlculas mas pequenas.
De acuerdo con una forma de realizacion se preparar una lechada a partir de las partlculas compuestas que contienen carbonato de calcio obtenidas en el paso de proceso c) por agregado de agua y, opcionalmente, un dispersante. De acuerdo con otra forma de realizacion el dispersante es poliacrilato de sodio que tiene un peso molecular promedio ponderado Mw entre 2000 y 15000 g/mol, preferiblemente entre 3000 y 7000 g/mol, y mas preferiblemente entre 3500 y 6000 g/mol. De acuerdo con aun otra forma de realizacion la lechada tiene un contenido de solidos entre 10 y 82 % en peso, preferiblemente entre 50 y 81 % en peso, y mas preferiblemente entre 60 y 70 % en peso o entre 70 y 78 % en peso, en base al peso total de la lechada.
El termino "aglutinante" como se usa en la presente invencion es un compuesto que se usa convencionalmente para unir entre si dos o mas materiales adicionales en mezclas. Sin embargo, en el proceso de la presente invencion el aglutinante tiene un efecto diferente de la agregacion, es decir el efecto de mejorar la densidad en masa de los polvos minerales que contienen carbonato de calcio a igual fluidez o mejorada.
"Densidad en masa" en el significado de la presente invencion es una propiedad de los polvos, granulos y otros solidos “divididos” y se define como la masa de muchas partlculas del material dividido por el volumen total que ocupan. El volumen total incluye volumen de partlcula, volumen vaclo interpartlculas y volumen interno de poros. La densidad en masa de la presente invencion puede medirse con un Sistema de reometrla en polvo FT4 (Freeman Technology Ltd., Reino Unido) y se especifica en kg/dm3.
Para los propositos de la presente invencion, el termino "polvo mineral que contiene carbonato de calcio" comprende "carbonato de calcio molido" (GCC) y/o "carbonato de calcio precipitado" (PCC). El por lo menos un polvo mineral que contiene carbonato de calcio tiene un contenido de humedad en superficie total menor que 10 % en peso, en base al peso total del polvo mineral.
El termino partlculas compuestas que contienen carbonato de calcio "secas" se comprende que se refiere a partlculas compuestas que contienen carbonato de calcio que tienen un contenido de humedad en superficie total menor que 0.5 % en peso, preferiblemente menor que 0.2 % en peso, en base al peso total de las partlculas compuestas.
El termino "consumo de energia" como se usa en la presente invencion es una medida de la energla que se requiere para mover una tonelada metrica de polvo o partlculas. A lo largo de la presente invencion, el consumo de energla se usa como una medida para las "propiedades de flujo" de solidos en masa; cuanto menor es el consumo de energla, mejor son las propiedades de flujo de un solido en masa. El "consumo de energla" de la presente invencion puede determinarse usando un Sistema de reometrla en polvo FT4 (Freeman Technology Ltd., Reino Unido) y se especifica en kJ/t.
"Fluidez" en el significado de la presente invencion es una propiedad de los polvos, granulos y otros solidos "divididos" y esta definida por el consumo de energia para el movimiento del polvo del producto en polvo. La fluidez de la presente invencion puede medirse con un Sistema de reometria en polvo FT4 (Freeman Technology Ltd., Reino Unido) y se especifica en kJ/t.
"Carbonato de calcio molido (GCC)" en el significado de la presente invencion es un carbonato de calcio obtenido de fuentes naturales que incluyen marmol, tiza o caliza, y procesado mediante un tratamiento tal como molido en humedo y/o seco, tamizado y/o fraccionamiento y/o posterior secado, por ejemplo, mediante una centrifuga o ciclon.
A lo largo del presente documento, el "tamano de particula" de un producto de carbonato de calcio esta descrito por su distribution de los tamanos de las partlculas. El valor dx representa el diametro relativo al cual x % en peso de las partlculas tienen diametros menores que dx. Esto significa que el valor d20 es el tamano de particula al cual el 20 % en peso de todas las partlculas son menores, y el valor d75 es el tamano de particula al cual el 75 % en peso de todas las partlculas son menores. El valor d50 por lo tanto es la mediana del tamano de particula ponderado, es decir 50 %
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en peso de todos los granos son mayores o menores que este tamano de partlcuia. Para los propositos de la presente invencion el tamano de partlcula se especlfica como la mediana del tamano de partlcula ponderado d50 a menos que se indique de otra manera. Para determinar la mediana del tamano de partlcula ponderado el valor d50 para las partlculas que tienen un d50 mayor que 0.5 pm, puede usarse un dispositivo Sedigraph 5100 de la companla Micromeritics, EE.UU.
"Carbonato de calcio precipitado (PCC)" en el significado de la presente invencion es un material sintetizado, en general obtenido por precipitacion luego de la reaccion de dioxido de carbono y cal en un ambiente acuoso o por precipitacion de una fuente de calcio y carbonato en agua, por ejemplo por carbonato de sodio y cloruro de calcio.
El termino "polvo" como se usa en la presente invencion, abarca polvos minerales solidos de por lo menos 90 % en peso de materia mineral inorganica, en base al peso total del polvo, en donde las partlculas de polvo tienen un valor d50 de 100 pm o menor, preferiblemente menor que 50 pm, y mas preferiblemente menor que 10 pm, mas preferiblemente entre 0.5 pm y 5.0 pm.
Para el proposito de la presente invencion, una "lechada" comprende solidos insolubles y agua, y, opcionalmente, otros aditivos, y usualmente contiene grandes cantidades de solidos y, por lo tanto, es mas viscosa y en general de mayor densidad que el llquido con el cual esta formada.
El termino partlculas compuestas que contienen carbonato de calcio "solidas" en el significado de la presente invencion se refiere a partlculas compuestas que contienen carbonato de calcio que tienen un contenido de solidos de por lo menos 90 % en peso en base al peso total de las partlculas compuestas.
Para el proposito de la presente invencion, el termino "contenido de humedad en superficie total" se refiere a la cantidad de agua absorbida en la superficie del polvo mineral que contiene carbonato de calcio y/o las partlculas compuestas que contienen carbonato de calcio y los poros en el polvo mineral que contiene carbonato de calcio y/o las partlculas compuestas que contienen carbonato de calcio. El % en peso de agua de la presente invencion se determina de acuerdo con el metodo de medida Culombimetrica de Karl Fischer, en donde el polvo mineral y/o las partlculas compuestas se calientan a 220°C, y el contenido de agua liberado como vapor y aislado usando una corriente de gas nitrogeno (a 100 ml/min) se determina en una unidad Culombimetrica de Karl Fischer.
El proceso de la invencion para preparar partlculas compuestas que contienen carbonato de calcio que tienen densidad en masa aumentada a igual fluidez o mejorada comprende los pasos de (a) proveer por lo menos un polvo mineral que contiene carbonato de calcio, (b) preparar por lo menos una solucion o emulsion o dispersion de por lo menos un aglutinante, (c) poner en contacto el por lo menos un polvo mineral que contiene carbonato de calcio del paso a) con la al menos una solucion o emulsion o dispersion del aglutinante del paso b) en una cantidad para formar partlculas compuestas solidas que contienen carbonato de calcio, en donde las partlculas compuestas secas que contienen carbonato de calcio con un contenido de humedad en superficie total menor que 0.5 % en peso, en base al peso total de las partlculas compuestas, tienen una densidad en masa aumentada a igual fluidez o mejorada en comparacion con el polvo mineral que contiene carbonato de calcio provisto en el paso a).
Los inventores encontraron sorprendentemente que la densidad en masa de polvos minerales que contienen carbonato de calcio puede mejorarse a igual fluidez o mejorada poniendo en contacto un polvo mineral seco que contiene carbonato de calcio con una solucion o emulsion o dispersion de un aglutinante.
Sin estar imitados por la teorla, se cree que el aglutinante altera la forma de la partlcula del polvo mineral que contiene carbonato de calcio y contrarresta la agregacion de las partlculas de polvo. Esto da como resultado una mejora en el empaquetamiento y propiedades de fluidez del polvo mineral que contiene carbonato de calcio. Sin embargo, las caracterlsticas de los polvos minerales que contienen carbonato de calcio no se deterioran en ningun grado sustancial por el metodo de la invencion, es decir todas las caracterlsticas materiales deseables tales como opacidad, propiedades de union, etc. permanecen sustancialmente intactas o incluso se mejoran.
Paso de proceso a): el por lo menos un polvo mineral que contiene carbonato de calcio
El por lo menos un polvo mineral que contiene carbonato de calcio que puede usarse en el proceso de la invencion puede comprender un carbonato de calcio, por ejemplo, estando en forma de un carbonato de calcio molido (GCC), o un carbonato de calcio precipitado (PCC), o una mezcla de ambos.
Un carbonato de calcio molido natural (GCC) puede representar, por ejemplo, uno o mas de marmol, caliza, tiza, y/o dolomita. De acuerdo con una forma de realizacion de la presente invencion el GCC se obtiene por molido en seco. De acuerdo con otra forma de realizacion de la presente invencion el GCC se obtiene por molido en humedo y posterior secado.
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En general, el paso de molido puede realizarse con cualquier dispositivo de molido convencional, por ejemplo, en condiciones tales que resulta predominantemente el refinamiento por impactos con un cuerpo secundario, es decir en uno o mas de: un molino de esferas, un molino de rodillos, un molino vibratorio, una trituradora de rodillo, un molino de impacto centrlfugo, un molino de esferas vertical, un molino por erosion, un molino de puas, un molino de martillo, un pulverizador, una trituradora, un desaglomerodor, una cortadora a cuchillas, u otro equipamiento conocido para la persona con experiencia. En el caso que el polvo mineral que contiene carbonato de calcio comprende un material mineral que contiene carbonato de calcio molido en humedo, el paso de molido puede realizarse en condiciones tales que se produce el molido autogeno y/o por molienda horizontal con esferas, y/u otros de dichos procesos conocidos para la persona con experiencia. El material mineral que contiene carbonato de calcio molido procesado en humedo obtenido de esta manera puede lavarse y deshidratarse mediante procesos bien conocidos, por ejemplo por floculacion, filtracion o evaporacion forzada antes del secado. El paso posterior de secado puede realizarse en un paso individual tal como secado por aspersion, o en por lo menos dos pasos. Tambien es comun que dicho mineral material se sometido a un paso de purificacion (tal como paso de flotacion, decolorado o separation magnetica) para eliminar impurezas.
Un carbonato de calcio precipitado (PCC) puede representar, por ejemplo, uno o mas de formas cristalinas mineralogicas aragonlticas, vaterlticas, etc. y/o calclticas. La aragonita se encuentra comunmente en la forma acicular, mientras que la vaterita pertenece al sistema cristalino hexagonal. La calcita puede tener formas escalenohedricas, prismaticas, esfericas, y rombohedricas. El PCC puede producirse de diferentes maneras, por ejemplo, por precipitation con dioxido de carbono, el proceso sodocalcico, o el proceso de Solvay en el cual el PCC es un subproducto de la production de amonlaco. La lechada de PCC obtenida puede deshidratarse y secarse de manera mecanica.
De acuerdo con una forma de realization de la presente invention el por lo menos un polvo mineral que contiene carbonato de calcio provisto en el paso a) se selecciona del grupo que consiste en GCC y PCC, y mezclas de los mismos.
De acuerdo con una forma de realizacion preferida de la presente invencion el por lo menos un polvo mineral que contiene carbonato de calcio comprende carbonato de calcio molido (GCC).
Ademas del carbonato de calcio, el polvo mineral que contiene carbonato de calcio puede comprender oxido de metales adicionales tales como dioxido de titanio y/o trioxido de aluminio, hidroxidos de metales tales como trioxido de aluminio, sales de metales tales como sulfatos, silicatos tales como talco y/o arcilla caolln y/o mica, carbonatos tales como carbonato de magnesio, y/o yeso, sulfato de calcio y mezclas de los mismos.
De acuerdo con una forma de realizacion de la presente invencion, la cantidad de carbonato de calcio en el polvo material que contiene carbonato de calcio es por lo menos 90 % en peso, por ejemplo, por lo menos 95 % en peso, preferiblemente por lo menos 99 % en peso, mas preferiblemente por lo menos 99.5 % en peso, o aun mas preferiblemente por lo menos 99.8 % en peso, en base al peso total del polvo mineral que contiene carbonato de calcio.
El contenido de humedad en superficie total del por lo menos un polvo mineral que contiene carbonato de calcio es menor que 10 % en peso, en base al peso total del polvo mineral. De acuerdo con una forma de realizacion de la presente invencion, el contenido de humedad del por lo menos un polvo mineral que contiene carbonato de calcio es menor que 10 % en peso, menor que 5 % en peso, menor que 2 % en peso, menor que 1 % en peso, preferiblemente menor que 0.5 % en peso, mas preferiblemente menor que 0.2 % en peso, y mas preferiblemente menor que 0.1 % en peso, en base al peso total del polvo mineral.
En una forma de realizacion preferida, el por lo menos un polvo mineral que contiene carbonato de calcio tiene un contenido de humedad en superficie total de entre 0.01 % en peso y 1.0 % en peso, preferiblemente entre 0.02 % en peso y 0.9 % en peso y mas preferiblemente entre 0.03 % en peso y 0.09 % en peso en base al peso total del polvo mineral que contiene carbonato de calcio, incluso despues de la exposition durante 48 horas a 23°C y una atmosfera de humedad que tiene una humedad relativa de 50 %.
Las partlculas de polvo del polvo mineral que contiene carbonato de calcio pueden presentar un valor d50 entre 0.1 y 100 pm, entre 0.3 y 50 pm, o entre 0.4 y 10 pm. Preferiblemente, las partlculas de polvo del polvo mineral que contiene carbonato de calcio tienen un valor de d50 entre aproximadamente 0.5 y 5.0 pm.
Paso del proceso b): la por lo menos una solution o emulsion o dispersion de por lo menos un aglutinante
En el paso b) del proceso de la invencion, se prepara por lo menos una solucion o emulsion o dispersion de por lo menos un aglutinante. Los aglutinantes adecuados son, por ejemplo, aglutinantes de origen natural, por ejemplo, almidon, protelnas tales como caselna, celulosa y derivados de celulosa tales como etilhidroxietilcelulosa (EHEC) y/o carboximetilcelulosa (CMC), o aglutinantes sinteticos, por ejemplo, acetato de polivinilo (PVA), aglutinantes acrllicos
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tales como aglutinantes ester acrilico y/o aglutinantes de acetonitrilo y/o aglutinantes de estireno-acrilato, aglutinantes de estireno, aglutinantes de estireno-butadieno y aglutinantes de butadieno, o mezclas de los mismos.
De acuerdo con una forma de realizacion preferida de la presente invencion, el por lo menos un aglutinante es un aglutinante sintetico, por ejemplo, un aglutinante polimerico.
De acuerdo con otra forma de realizacion de la presente invencion, el por lo menos un aglutinante es un aglutinante polimerico seleccionado del grupo que comprende copollmeros de acetonitrilo, butadieno, acrilato, acrilato de butilo, estireno, estireno-butadieno, y ester acrilico, y mezclas de los mismos. Los ejemplos de aglutinantes polimericos adecuados son poli(estireno-cobutadieno), latex poliuretano, latex poliester, poli(n-acrilato de butilo), poli(n- metacrilato de butilo), poli(acrilato de 2-etilhexilo), copollmeros de n-butilacrilato y etilacrilato, o copollmeros de vinilacetato y n-butilacrilato.
De acuerdo con una forma de realizacion de la presente invencion, el por lo menos un aglutinante es un aglutinante polimerico anionico.
Los aglutinantes polimericos anionicos adecuados son, por ejemplo, polimeros que contienen carboxilato como copollmeros de acidos carboxilicos olefinicamente insaturados tales como acidos monocarboxilicos como acidos acrilicos y/o metacrilicos, o tales como acidos dicarboxilicos como acido maleico o anhidrido maleico y/o acidos fumarico y/o itaconico y/o citraconico, o tales como acidos tricarboxilicos como acido aconitico en combinacion con acetonitrilo, butadieno, monomeros aromaticos de monovinilideno tal como estireno y derivados de estireno como alfa- metilestireno y/u orto-, meta-, parametilestireno, estireno-butadieno, esteres olefinicamente insaturados tales como alquilester acrilico y/o metacrilico como acrilato de butilo, acrilato de etilo, acrilato de 2-etilhexilo, metacrilato de butilo y mezclas de los mismos. Los ejemplos de aglutinantes polimericos adecuados son poli(estireno-cobutadieno), latex de poliuretano, latex de poliester, poli(n-acrilato de butilo), poli(n-metacrilato de butilo), poli(acrilato de 2-etilhexilo), copollmeros de n-butilacrilato y etilacrilato, o copollmeros de vinilacetato y n-butilacrilato.
De acuerdo con una forma de realizacion preferida de la presente invencion, el por lo menos un aglutinante es un polimero termoplastico que se selecciona del grupo que comprende homo y/o copollmeros de etilen metil acrilato, acido etilen acrilico, poliacetato, polibutileno, polibutileno tereftalato, poliftalato carbonato, polietileno tereftalato, acido polilactico, estireno acetonitrilo, acetonitrilo estireno acrilato, polietersulfona, poliestireno, polietileno, polietileno de alta densidad, polipropileno, etilenvinil acetato, nylon, poliester, cloruro de polivinilo, etilen vinil alcohol, policarbonato, acrilonitrilo butadieno estireno, polioximetileno, polioximetil metacrilato, o mezclas de los mismos. Los homopolimeros y/o copollmeros pueden ser entrecruzables o no entrecruzables. De acuerdo con una forma de realizacion ejemplificativa, el por lo menos un aglutinante es un polimero termoplastico que comprende comonomeros de C3- Cl2-a-olefinas, preferiblemente que se seleccionan del grupo que comprende but-1-eno, hex-1-eno, 4-metil-pent-1- eno, hept-1-eno, oct-1-eno, y dec-1-eno, que se seleccionan mas preferiblemente del grupo que comprende but-1- eno, y hex-1-eno.
De acuerdo con una forma de realizacion preferida, el por lo menos un aglutinante se selecciona del grupo que comprende copollmero de estireno-acrilato, y copollmero de estireno-butadieno, y mezclas de los mismos.
De acuerdo con una forma de realizacion de la presente invencion, la solucion o emulsion o dispersion del al menos un aglutinante es una solucion o emulsion o dispersion a base de agua, es decir el solvente que se usa para preparar la solucion o emulsion o dispersion es agua.
De acuerdo con una forma de realizacion preferida de la presente invencion, el por lo menos un aglutinante se provee en forma de una dispersion a base de agua. En el caso que el aglutinante se provea en forma de una dispersion, el tamano de partlcula del aglutinante pueden tener un valor de d50 entre 10 y 800 nm, preferiblemente entre 20 y 500, y mas preferiblemente entre 25 y 100 nm. Sin embargo, el por lo menos un aglutinante tambien se puede proveer en forma de una solucion o una emulsion o en forma de una mezcla de una solucion y/o una emulsion y/o una dispersion.
De acuerdo con una forma de realizacion de la presente invencion, la cantidad del al menos un aglutinante es menos de 10 % en peso, preferiblemente menos de 7 % en peso, mas preferiblemente menos de 5 % en peso, y mas preferiblemente entre 0.1 y 4 % en peso, en base al peso total del polvo mineral que contiene carbonato de calcio.
De acuerdo con una forma de realizacion de la presente invencion, la por lo menos una solucion o emulsion o dispersion del al menos un aglutinante del paso b) contiene entre 10 y 70 % en peso de aglutinante, preferiblemente entre 40 y 65 % en peso, y mas preferiblemente entre 45 y 55 % en peso, en base al peso total de la solucion o emulsion o dispersion.
De acuerdo con una forma de realizacion de la presente invencion, la cantidad de la por lo menos una solucion o emulsion o dispersion del al menos un aglutinante del paso b) es menor a 10 % en peso, preferiblemente menor que
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7 % en peso, mas preferiblemente menor que 5 % en peso, y mas preferiblemente entre 0.1 y 4 % en peso, en base al peso total del polvo mineral que contiene carbonato de calcio.
Paso de proceso c): poner en contacto el polvo mineral que contiene carbonato de calcio y el aglutinante
En el paso de proceso c) el por lo menos un polvo mineral que contiene carbonato de calcio del paso a) se pone en contacto con la al menos una solucion o emulsion o dispersion del aglutinante del paso b) en una cantidad tal para formar partlculas compuestas solidas que contienen carbonato de calcio.
La por lo menos una solucion o emulsion o dispersion del aglutinante del paso b), y opcionalmente los componentes adicionales, se agrega/n en cantidades tales para formar partlculas compuestas solidas que contienen carbonato de calcio. Ha de notarse que la solucion o emulsion o dispersion del aglutinante del paso b), y opcionalmente los componentes adicionales, se agrega/n al polvo mineral que contiene carbonato de calcio en una cantidad tal que asegura que se obtiene un producto solido, es decir un producto que tiene un contenido de solidos final de por lo menos 90 % en peso, en base al peso total del producto. En otras palabras, la formation de una mezcla de reaction llquida mediante el agregado de cantidades muy grandes de solucion o emulsion o dispersion del aglutinante del paso b), y opcionalmente los componentes adicionales, debe evitarse, si es necesario mediante calor y/o vaclo.
El paso de poner en contacto el por lo menos un polvo mineral que contiene carbonato de calcio con la por lo menos una solucion o emulsion o dispersion del aglutinante del paso b) se puede llevar a cabo bajo condiciones de mezclado y/o homogeneizacion. Las personas con experiencia en el arte adaptaran estas condiciones de mezclado y/o homogeneizacion de forma tal que la velocidad y la temperatura de mezclado esten de acuerdo con su equipamiento de procesamiento.
Por ejemplo, el mezclado y la homogeneizacion pueden tener lugar por medio de un mezclador de reja de arado. Los mezcladores de reja de arado funcionan mediante el principio de un lecho fluidificado producido en forma mecanica. Las cuchillas de reja de arado rotan cercanas a la pared interior de un tambor cillndrico horizontal y arrastran a los componentes de la mezcla por fuera del lecho de producto y hacia el espacio de mezclado abierto. El lecho fluidificado producido en forma mecanica asegura un mezclado intenso incluso para lotes mayores en un tiempo muy corto. Se usan cuchillas y/o dispersores para dispersar los aglomerados en una operation en seco. El equipamiento que se puede usar en el proceso de la invention esta disponible, por ejemplo, de Gebruder Lodige Maschinenbau GmbH, Alemania.
De acuerdo con una forma de realization de la presente invencion, el paso de proceso c) se lleva a cabo usando un mezclador de lecho fluidificado o un mezclador de reja de arado.
De acuerdo con otra forma de realizacion de la presente invencion, el paso de proceso c) se lleva a cabo en un dispositivo para moler, preferiblemente en un molino de esferas, preferiblemente en combination con un dispositivo ciclon que hace recircular los aglomerados y/o agregados que se forman durante el paso de proceso c) nuevamente hacia la entrada del dispositivo para moler. Un dispositivo ciclon asegura la separation del material particulado tal como las partlculas, los aglomerados o los agregados, en fracciones de material particulado mas pequenas y mas grandes en base a la gravedad.
De acuerdo con una forma de realizacion experimental, las partlculas compuestas que contienen carbonato de calcio que se forman durante el paso de proceso c) se dividen en partlculas mas pequenas. El termino "dividir" tal como se usa en la presente invencion significa que las partlculas se separan en partlculas menores. Esto se puede hacer por molienda, por ejemplo, usando un molino de esferas, un molino de martillo, un molino de varilla, un molino vibratorio, una trituradora de rodillo, un molino de impacto centrlfugo, un molino de esferas vertical, un molino por erosion, un molino de puas, un molino de martillo, un pulverizador, una trituradora, un desaglomerador, o una cortadora a cuchillas. Sin embargo, se puede usar cualquier otro dispositivo que sea capaz de dividir las partlculas compuestas que contienen carbonato de calcio que se forman durante el paso de proceso c) en partlculas mas pequenas.
El paso de proceso c) se puede llevar a cabo a temperatura ambiente, es decir a 20°C, o a otras temperaturas. De acuerdo con una forma de realizacion el paso de proceso c) se lleva a cabo a una temperatura entre 5 y 140°C, preferiblemente entre 10 y 110°C, y mas preferiblemente entre 20 y 105°C. Sin estar imitados por la teorla, se cree que la adhesion del aglutinante a la superficie del polvo mineral que contiene carbonato de calcio puede mejorarse llevando a cabo el paso de proceso c) a una temperatura por arriba de la temperatura ambiente, por ejemplo, entre 40 y 105°C. Se puede introducir calor mediante cizalla interna o mediante una fuente externa o mediante una combinacion de los mismos.
De acuerdo con una forma de realizacion ejemplificativa de la invencion, el por lo menos un polvo mineral que contiene carbonato de calcio se precalienta antes de ponerlo en contacto con por lo menos una solucion o emulsion o dispersion del aglutinante del paso b). Por ejemplo, el polvo mineral que contiene carbonato de calcio se puede precalentar a una temperatura entre 30 y 100°C, entre 40 y 90°C, o preferiblemente entre 50 y 80°C.
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De acuerdo con una forma de realizacion de la presente invencion, el paso de proceso c) se lleva a cabo durante al menos 1 segundo, preferiblemente durante al menos 1 min, por ejemplo, durante al menos 15 min, 30 min, 1 hora, 2 horas, 4 horas, 6 horas, 8 horas, o 10 horas.
De acuerdo con una forma de realizacion ejemplificativa de la presente invencion, el paso de proceso c) se lleva a cabo a 20°C durante al menos 30 min. De acuerdo con otra forma de realizacion ejemplificativa el paso de proceso c) se lleva a cabo a 80°C durante al menos 30 min.
De acuerdo con otra forma de realizacion ejemplificativa de la presente invencion, el paso de proceso c) se lleva a cabo en forma continua en una mezcladora de rotor y estator a una temperatura entre 80 y 150°C, preferiblemente a una temperatura de 120°C, entre 1 y 10 segundos, por ejemplo entre 2 y 3 segundos, a una tasa de produccion industrial de entre 2 y 5 toneladas de partlculas compuestas/hora.
De acuerdo con otra forma de realizacion ejemplificativa de la presente invencion, el paso de proceso c) se divide en un paso de tratamiento y un paso de calentamiento, en donde el paso de tratamiento comprende poner en contacto el por lo menos un polvo mineral que contiene carbonato de calcio del paso a) con por lo menos una solucion o emulsion o dispersion del aglutinante del paso b).
Por ejemplo, el paso de tratamiento y el paso de calentamiento se pueden llevar a cabo en paralelo o el paso de tratamiento puede ser seguido por el paso de calentamiento.
De acuerdo con una forma de realizacion ejemplificativa de la presente invencion, se lleva a cabo un paso de homogeneizacion despues de que el por lo menos un polvo mineral que contiene carbonato de calcio se puso en contacto con la al menos una solucion o emulsion o dispersion del al menos un aglutinante del paso b).
Para asegurar una mejor dispersion, tambien se puede agregar un dispersante a cualquiera de los componentes usados en el proceso de la invencion, por ejemplo, en forma de una solucion acuosa y/o un polvo de un dispersante. Un dispersante adecuado es preferiblemente uno que se selecciona del grupo que comprende homopollmeros o copollmeros de sales de acidos policarboxllicos a base de, por ejemplo, acido acrllico, acido metacrllico, acido maleico, acido fumarico o acido itaconico y acrilamida o mezclas de los mismos. Los homopollmeros o copollmeros de acido acrllico son especialmente preferidos. El peso molecular promedio ponderado Mw de dichos productos esta preferiblemente en el rango entre 2000 y 15000 g/mol, con un peso molecular promedio ponderado especialmente preferido Mw de entre 3000 y 7000 g/mol o entre 3500 y 6000 g/mol. De acuerdo con una forma de realizacion ejemplificativa, el dispersante es poliacrilato de sodio que tiene un peso molecular promedio ponderado Mw entre 2000 y 15000 g/mol, preferiblemente entre 3000 y 7000 g/mol, y mas preferiblemente entre 3500 y 6000 g/mol.
Partlculas compuestas solidas obtenidas que contienen carbonato de calcio
De acuerdo con una forma de realizacion de la presente invencion, el contenido de solidos de las partlculas compuestas solidas obtenidas que contienen carbonato de calcio es de por lo menos 90 % en peso, por ejemplo, por lo menos 95 % en peso, preferiblemente por lo menos 99 % en peso, mas preferiblemente por lo menos 99.5 % en peso, o mas preferiblemente por lo menos 99.8 % en peso o incluso > 99.9 % en peso, en base al peso total de las partlculas compuestas.
De acuerdo con una forma de realizacion opcional, el proceso de la invencion comprende un paso de proceso adicional d), en donde las partlculas compuestas que contienen carbonato de calcio obtenidas en el paso c) se secan.
Las partlculas compuestas que contienen carbonato de calcio se pueden secar, por ejemplo, en forma termica, por ejemplo, por medio de una secadora por aspersion o un microondas o en un horno, o en forma mecanica, por ejemplo, por filtracion, o por disminucion del contenido de agua.
De acuerdo con una forma de realizacion opcional de la invencion, las partlculas compuestas que contienen carbonato de calcio se secan en un horno a una temperatura entre 50 y 150°C, preferiblemente entre 80 y 120°C, y mas preferiblemente a una temperatura de aproximadamente 110°C.
De acuerdo con otra forma de realizacion opcional de la presente invencion, las partlculas compuestas obtenidas que contienen carbonato de calcio se secan a un contenido de humedad en superficie total menor que 1 % en peso, menor que 0.8 % en peso, menor que 0.5 % en peso, preferiblemente menor que 0.2 % en peso, y mas preferiblemente menor que 0.1 % en peso, en base al peso total de las partlculas compuestas, preferiblemente, incluso despues de exponerse durante 48 horas a 23°C y a una atmosfera con humedad que tiene una humedad relativa de 50 %.
Las partlculas compuestas secas que contienen carbonato de calcio con un contenido de humedad en superficie total menor que 0.5 % en peso, en base al peso total de las partlculas compuestas, tienen una densidad en masa
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aumentada para una fluidez igual o mejorada, en comparacion con el polvo mineral que contiene carbonato de calcio provisto en el paso a).
De acuerdo con una forma de realizacion de la presente invencion, la densidad en masa de las partlculas compuestas secas que contienen carbonato de calcio con un contenido de humedad en superficie total menor que 0.5 % en peso, en base al peso total de las partlculas compuestas, se incrementa entre 5 y 80%, preferiblemente entre 8 y 60%, y mas preferiblemente entre 10 y 50%, en comparacion con el polvo mineral que contiene carbonato de calcio provisto en el paso a). La densidad en masa de las partlculas compuestas secas que contienen carbonato de calcio puede ser, por ejemplo, entre 0.5 y 1.0 kg/dm3, entre 0.6 y 0.9 kg/dm3, o entre 0.7 y 0.8 kg/dm3.
De acuerdo con otra forma de realizacion de la presente invencion, el consumo de energla que se requiere para mover las partlculas compuestas secas que contienen carbonato de calcio con un contenido de humedad en superficie total menor que 0.5 % en peso, en base al peso total de las partlculas compuestas, disminuye en comparacion con el polvo mineral que contiene carbonato de calcio provisto en el paso a).
De acuerdo con una forma de realizacion ejemplificativa de la presente invencion, el consumo de energla de las partlculas compuestas secas que contienen carbonato de calcio con un contenido de humedad en superficie total menor que 0.5 % en peso, en base al peso total de las partlculas compuestas, disminuye entre 0 y 40%, preferiblemente entre 5 y 30%, y mas preferiblemente entre 10 y 20%, en comparacion con el polvo mineral que contiene carbonato de calcio provisto en el paso a). El consumo de energla de las partlculas compuestas secas que contienen carbonato de calcio puede ser, por ejemplo, entre 1 y 20 kJ/t, entre 4 y l6 kJ/t, o entre 6 y 14 kJ/t.
Las partlculas compuestas secas que contienen carbonato de calcio de la presente invencion se pueden usar en aplicaciones de papelerla, en pinturas, o en plasticos.
Paso de proceso opcional: poner en contacto el por lo menos un polvo mineral que contiene carbonato de calcio con por lo menos un polimero cationico
De acuerdo con otra forma de realizacion opcional de la presente invencion, el por lo menos un polvo mineral que contiene carbonato de calcio provisto en el paso a) se pone en contacto antes, durante o despues del paso c) con por lo menos una solucion o emulsion o dispersion de por lo menos un polimero cationico. Sin estar imitados por la teoria, se cree que el polimero cationico puede mejorar la adhesion del al menos un aglutinante sobre el polvo mineral que contiene carbonato de calcio.
De acuerdo con una forma de realizacion de la presente invencion, el por lo menos un polimero cationico consiste en un copolimero que comprende, como monomero, uno o mas acidos dicarboxilicos y uno o mas monomeros del grupo de las diaminas, triaminas, dialcanolaminas o trialcanolaminas y epiclorohidrina.
Como monomeros de acido dicarboxilico se usan preferiblemente C2-C10-acidos dicarboxilicos saturados o no saturados, ramificados o no ramificados, especialmente C3-C9-acidos dicarboxilicos, C4-C8-acidos dicarboxilicos, C5-C7-acidos dicarboxilicos, acido adipico, en particular.
Como segundo monomero del polimero aglutinante son especialmente utiles las diaminas y las triaminas lineales o ramificadas, sustituidas o no sustituidas, en particular la N-(2-aminoetil)-1.2-etano-diamina.
Las dialcanolaminas y trialcanolaminas preferidas incluyen, por ejemplo, a dietanolamina, N-alquildialcanolaminas, por ejemplo, N-metil- y N-etildietanolamina y trietanolamina.
Para monitorear y controlar el peso molecular y/o la longitud de cadena del copolimero, durante la policondensacion se pueden usar una o mas aminas monovalentes tales como monoalcanolaminas. De acuerdo con una forma de realizacion preferida se usa la monoetanolamina. De acuerdo con una forma de realizacion preferida de la invencion, el copolimero intermedio resultante se hace reaccionar subsiguientemente con epiclorohidrina. De acuerdo con otra forma de realizacion preferida el copolimero intermedio resultante tiene un peso molecular promedio ponderado Mw entre 800 y 1200 g/mol, preferiblemente entre 900 y 1100 g/mol o entre 950 y 1050 g/mol, antes de que se haga reaccionar con la epiclorohidrina.
De acuerdo con otra forma de realizacion de la presente invencion, el por lo menos un polimero cationico es una polietilenimina (PEI) que se selecciona del grupo que comprende polietileniminas ramificadas, polietileniminas lineales y mezclas de las anteriores. Preferiblemente, la proporcion de funciones aminas primarias, secundarias y terciarias en las polietileniminas ramificadas de la invencion esta en el rango entre 1:0.86:0.42 y 1:1.20:0.76, antes de una posible modification de las polietileniminas ramificadas.
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De acuerdo con una forma de realizacion preferida de la presente invencion, la por lo menos una polietilenimina se selecciona del grupo de las polietileniminas modificadas y no modificadas.
Los ejemplos de polietileniminas adecuadas son los homopolimeros de etilenimina (aziridina) o sus homologos superiores y tambien los polimeros injertados de poliamidoaminas o polivinilaminas con etilenimina o sus homologos superiores. Las polietileniminas pueden ser entrecruzadas o no entrecruzadas, cuaternarias y/o modificadas por reaccion con oxidos de alquileno, dialquil o alquilencarbonatos o C-i-Cg-acidos carboxilicos. Las polietileniminas se pueden modificar por reaccion con oxidos de alquileno tales como oxido de etileno, oxido de propileno u oxido de butileno, carbonatos de dialquilo tales como carbonato de dimetilo y carbonato de dietilo, carbonatos de alquileno tales como carbonato de etileno o carbonato de propileno, o C-i-Cg-acidos carboxilicos. Las PEI modificadas pueden incluir polietileniminas alcoxiladas tales como polietileniminas propoxiladas (PPEI) y polietileniminas etoxiladas (EPEI). Otras polietileniminas modificadas preferidas pueden obtenerse por reaccion de las PEI no modificadas con uno o mas C-- C28-acidos grasos, preferiblemente con uno o mas Cg-C-g-acidos grasos y con preferencia especial con C10-C14- acidos grasos, como, por ejemplo, acido graso de coco. Un metodo para elaborar un polimero cationico que comprende PEI se basa en la reaccion de la etilenediamina (EDA) y la etilenimina (EI) bajo catalisis acida, en solventes tales como agua. Un ejemplo de una etilenimina comun es la aziridina. Las polietileniminas (PEI) resultantes en la composicion tienen funcionalidades aminas primarias, secundarias, y terciarias que estan disponibles para conversiones quimicas adicionales, por ejemplo, alcoxilacion con oxidos de alquileno tales como oxido de etileno para formar APEI. Las PEI tambien se pueden elaborar a partir de una di o poliamina tal como etilendiamina (EDA), una etilenimina (EI) tal como aziridina, agua, y un catalizador acido.
De acuerdo con una forma de realizacion preferida de la presente invencion, el por lo menos un polimero cationico comprende una polietilenimina modificada, preferiblemente modificada con un grupo acido carboxilico, mas preferiblemente con uno o mas C-|-C28-acidos grasos, uno o mas Cg-C-g-acidos grasos o con uno o mas C10-C14- acidos grasos, o se modifica por alcoxilacion, preferiblemente por etoxilacion, mas preferiblemente por etoxilacion con entre 10 y 50 grupos de oxido de etileno.
En una forma de realizacion preferida de la presente invencion, la polietilenimina tiene un peso molecular promedio ponderado Mw en el rango entre 100 g/mol y 10000 g/mol. En otra forma de realizacion preferida de la presente invencion la polietilenimina se selecciona del grupo de polietileniminas lineales que tienen un peso molecular promedio ponderado Mw entre 100 y 700 g/mol, y preferiblemente entre 146 y 232 g/mol, y preferiblemente se selecciona de trietilentetramina, pentaetilenhexamina y tetraetilenpentamina. De acuerdo con otra forma de realizacion preferida la polietilenimina se selecciona del grupo de polietileniminas ramificadas que tienen un peso molecular promedio ponderado Mw entre 500 y 8000 g/mol y preferiblemente entre 800 y 1200 g/mol.
De acuerdo con una forma de realizacion ejemplificativa de la presente invencion, para el por lo menos un polimero cationico se usa un copolimero de acido adipico con N-(2-aminoetil)-1.2-etanodiamina y epiclorohidrina. De acuerdo con una forma de realizacion preferida de la presente invencion, el por lo menos un polimero cationico se selecciona de una polietilenimina lineal, o una poliamina amida epiclorohidrina, o mezclas de los mismos.
Preferiblemente para el por lo menos un polimero cationico se usa una poliamina amida epiclorohidrina.
De acuerdo con una forma de realizacion preferida de la presente invencion, el por lo menos un polvo mineral que contiene carbonato de calcio provisto en el paso a) se pone en contacto antes, durante o despues del paso c) con por lo menos una solucion o emulsion o dispersion de un polimero cationico, en donde el por lo menos un aglutinante es un aglutinante anionico. Sin estar imitados por la teoria, se cree que la combinacion de un polimero cationico con un aglutinante anionico puede mejorar adicionalmente la adhesion del al menos un aglutinante sobre el polvo mineral que contiene carbonato de calcio.
De acuerdo con una forma de realizacion de la presente invencion, la cantidad del por lo menos un polimero cationico que se usa en el proceso de la invencion es menor que 1.0 % en peso, preferiblemente menor que 0.8 % en peso, mas preferiblemente menor que 0.5 % en peso, y mas preferiblemente menor que 0.2 % en peso, en base al peso total del polvo mineral que contiene carbonato de calcio.
De acuerdo con una forma de realizacion de la presente invencion, el por lo menos un polimero cationico se provee en forma acuosa, por ejemplo, en forma de una solucion o emulsion o dispersion a base de agua.
En caso de que el por lo menos un polimero cationico se provea en forma de una dispersion, el tamano de particula del polimero cationico puede tener un valor de d50 entre 10 y 500 nm, preferiblemente entre 20 y 100, y mas preferiblemente entre 25 y 80 nm.
De acuerdo con una forma de realizacion de la presente invencion, la por lo menos una solucion o emulsion o dispersion del polimero cationico comprende entre 5 y 70 % en peso del por lo menos un polimero cationico,
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preferiblemente entre 10 y 50 % en peso, y mas preferiblemente entre 12 y 17 % en peso, en base al peso total de la solucion o emulsion o dispersion.
De acuerdo con una forma de realizacion preferida de la presente invention, el por lo menos un pollmero cationico se provee en la forma de una solucion a base de agua, que comprende preferiblemente entre 10 y 50 % en peso, mas preferiblemente entre 11 y 30 % en peso, y mas preferiblemente entre 12 y 17 % en peso del por lo menos un pollmero cationico en base al peso total de la solucion.
Sin embargo, el por lo menos un pollmero cationico tambien se puede proveer en forma de una emulsion o una dispersion o en forma de una mezcla de una solucion y/o una emulsion y/o una dispersion.
De acuerdo con una forma de realizacion de la presente invencion, la cantidad de la por lo menos una solucion o emulsion o dispersion del por lo menos un pollmero cationico usado en el proceso de la invencion es menor que 1.0 % en peso, preferiblemente menor que 0.8 % en peso, mas preferiblemente menor que 0.5 % en peso, y mas preferiblemente menor que 0.2 % en peso, en base al peso total del polvo mineral que contiene carbonato de calcio.
El paso de poner en contacto el por lo menos un polvo mineral que contiene carbonato de calcio con la al menos una solucion o emulsion o dispersion del pollmero cationico se puede llevar a cabo bajo condiciones de mezclado y/o homogeneizacion. Las condiciones de mezclado y/o homogeneizacion pueden ser iguales a las que se describieron previamente para el paso de proceso c).
De acuerdo con una forma de realizacion, el por lo menos un polvo mineral que contiene carbonato de calcio se precalienta antes de ponerlo en contacto con por lo menos una solucion o emulsion o dispersion del pollmero cationico.
De acuerdo con una forma de realizacion de la presente invencion, el por lo menos un polvo mineral que contiene carbonato de calcio se pone en contacto con la al menos una solucion o emulsion o dispersion del por lo menos un pollmero cationico antes del paso de proceso c). De acuerdo con otra forma de realizacion de la presente invencion, el por lo menos un polvo mineral que contiene carbonato de calcio se pone en contacto con la al menos una solucion o emulsion o dispersion del por lo menos un pollmero cationico durante el paso de proceso c). De acuerdo con aun otra forma de realizacion de la presente invencion, el por lo menos un polvo mineral que contiene carbonato de calcio se pone en contacto con la al menos una solucion o emulsion o dispersion del por lo menos un pollmero cationico despues del paso de proceso c). Preferiblemente, el por lo menos un polvo mineral que contiene carbonato de calcio se pone en contacto con la al menos una solucion o emulsion o dispersion del por lo menos un pollmero cationico antes del paso de proceso c).
De acuerdo con una forma de realizacion ejemplificativa de la presente invencion, se lleva a cabo un paso de homogeneizacion despues de que el por lo menos un polvo mineral que contiene carbonato de calcio se puso en contacto con la al menos una solucion o emulsion o dispersion del pollmero cationico y antes de ponerlo en contacto con la al menos una solucion o emulsion o dispersion del aglutinante del paso b). De acuerdo con otra forma de realizacion ejemplificativa de la presente invencion, se lleva a cabo un paso de homogeneizacion despues de que el por lo menos un polvo mineral que contiene carbonato de calcio se puso en contacto con la al menos una solucion o emulsion o dispersion del aglutinante del paso b) y antes de ponerlo en contacto con la al menos una solucion o emulsion o dispersion del pollmero cationico.
Otros pasos de proceso opcionales
De acuerdo con otra forma de realizacion opcional, el proceso de la invencion comprende un paso de proceso adicional e), en donde las partlculas compuestas secas que contienen carbonato de calcio se tamizan y/o se clasifican con aire para eliminar las partlculas grandes indeseables. El tamizaje se puede llevar a cabo usando una maquina tamizadora, por ejemplo, un equipo de tamizaje vibratorio a traves de clrculos, un equipo vibratorio de alta frecuencia o un equipo giratorio. La clasificacion por aire se puede llevar a cabo usando un clasificador a aire que selecciona los materiales mediante una combination de tamano, forma y densidad y que funciona inyectando la corriente de material a seleccionar en una camara que contiene una columna de aire ascendente. Debido a la dependencia del roce del aire con el tamano y la forma del objeto, las partlculas de material en la columna de aire movil se seleccionan verticalmente y de esta manera se pueden separar.
De acuerdo con una forma de realizacion opcional de la presente invencion, se eliminan las partlculas que son mas grandes que 100 pm, preferiblemente que son mas grandes que 50 pm, y mas preferiblemente que son mas grandes que 20 pm. Preferiblemente, se eliminan las partlculas grandes indeseables de las partlculas compuestas secas obtenidas que contienen carbonato de calcio a una cantidad por debajo de 1000 ppm, mas preferiblemente a una cantidad por debajo de 100 ppm, por ejemplo, por debajo de entre 50 y 80 ppm o entre 60 y 70 ppm.
De acuerdo con otra forma de realizacion opcional, se prepara una lechada a partir de las partlculas compuestas que contienen carbonato de calcio obtenidas en el paso c) mediante el agregado de agua.
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Opcionalmente, se puede usar un dispersante para preparar la lechada. El dispersante se puede usar en una cantidad entre 0.01 y 10 % en peso, entre 0.05 y 8 % en peso, entre 0.5 y 5 % en peso, entre 0.8 y 3 % en peso, o entre 1.0 y 1.5 % en peso, en base al peso total de las partlculas compuestas que contienen carbonato de calcio. En una forma de realizacion preferida, se dispersa el pigmento con una cantidad de entre 0.05 y 5 % en peso, y preferiblemente con una cantidad de entre 0.5 y 5 % en peso de un dispersante, en base al peso total de las partlculas compuestas. Un dispersante adecuado se selecciona preferiblemente del grupo que comprende homopollmeros o copollmeros de sales de acidos policarboxllicos a base de, por ejemplo, acido acrllico, acido metacrllico, acido maleico, acido fumarico o acido itaconico y acrilamida o mezclas de los mismos. Los homopollmeros o copollmeros de acido acrllico son especialmente preferidos. El peso molecular promedio ponderado Mw de dichos productos esta preferiblemente en el rango entre 2000 y 15000 g/mol, con un peso molecular promedio ponderado Mw entre 3000 y 7000 c^o1 o entre 3500 y 6000 g/mol siendo especialmente preferido. De acuerdo con una forma de realizacion ejemplificativa, el dispersante es poliacrilato de sodio con un peso molecular promedio ponderado Mw entre 2000 y 15000 g/mol, preferiblemente entre 3000 y 7000 g/mol, y mas preferiblemente entre 3500 y 6000 g/mol.
La lechada preparada a partir de las partlculas compuestas que contienen carbonato de calcio puede tener un contenido de solidos entre 10 y 82 % en peso, preferiblemente entre 50 y 81 % en peso, y mas preferiblemente entre
60 y 70 % en peso o entre 70 y 78 % en peso, en base al peso total de la lechada.
EJEMPLOS
Los siguientes ejemplos muestran diferentes partlculas compuestas que contienen carbonato de calcio que se prepararon de acuerdo al proceso de la invencion.
A. Materiales
Polvos minerales que contienen carbonato de calcio:
Carbonato de calcio 1: marmol de la region de Carrara, Italia a 25 % en peso, en base al peso total de la lechada, molido en humedo y secado por aspersion, tamano de partlcula (dso): 1.8 pm.
Carbonato de calcio 2: marmol de la region de Carrara, Italia, molido en seco, tamano de partlcula (dso): 3.4 pm.
Carbonato de calcio 3: marmol de la region de Carrara, Italia, molido en seco, tamano de partlcula (dso): 5.3 pm.
Carbonato de calcio 4: marmol de la region de Villach, Austria molido en seco, tamano de partlcula (dso): 2.6 pm. Carbonato de calcio 5: piedra caliza de la region de Dinamarca molido en seco, tamano de partlcula (d50): 2.4 pm. Polimeros cationico:
Pollmero cationico 1: Polietilenimina lineal, concentration: > 99%
Pollmero cationico 2: Poliamina amida epiclorohidrina disuelta en agua, concentracion: 15 % en peso en base al peso total de la solucion.
Aglutinantes:
Aglutinante 1: Copollmero de estireno-acrilato dispersado en agua, concentracion: 50 % en peso en base al peso total de la dispersion.
Aglutinante 2: Copollmero de estireno-butadieno dispersado en agua, concentracion: 50 % en peso en base al peso total de la dispersion.
Dispersante 1:
Poliacrilato de sodio, Mw=3500 g/mol
B. Metodos:
Proceso de tratamiento 1
Se colocaron 3000 g de CaCO3 en polvo en una mezcladora Lodige (Gebruder Lodige Maschinenbau GmbH, Alemania) y se agrego la solucion de pollmero cationico mientras se hacla funcionar la mezcladora. Despues de un paso de homogeneizacion de 5 min, se agrego la dispersion aglutinante y se homogeneizo la mezcla durante otros 30 min. En caso de no haber usado pollmero cationico, se agrego la dispersion aglutinante al comienzo en lugar del 5 pollmero cationico.
El producto obtenido se templo en un horno de secado a 110°C durante 15 horas.
Proceso de tratamiento 2
Se precalentaron 3000 g de CaCO3 en un horno de secado a 80°C durante 2 horas. Subsiguientemente se coloco el CaCO3 en una mezcladora Lodige (Gebruder Lodige Maschinenbau GmbH, Alemania) que se precalento hasta 80°C 10 y se agrego la solucion de pollmero cationico mientras se hacla funcionar la mezcladora. Despues de un paso de homogeneizacion de 5 min, se agrego la dispersion aglutinante y se homogeneizo la mezcla durante otros 30 min. Durante todo el proceso de tratamiento, se mantuvo la temperatura de la mezcladora Lodige a 80°C. El pollmero cationico y el aglutinante no se precalentaron. En caso de no haber usado pollmero cationico, se agrego la dispersion aglutinante al comienzo en lugar del pollmero cationico.
15 El producto obtenido se templo en un horno de secado a 110°C durante 15 horas.
Proceso de tratamiento 3
Se colocaron 500 g de CaCO3 en una mezcladora de tipo M3/1.5 (MTI Mischtechnik International GmbH, Alemania) y se activo el mezclado a 500 rpm. Luego de eso, se introdujeron la solucion de pollmero cationico y la dispersion de aglutinante al CaCO3 en polvo a temperatura ambiente. Los contenidos de la mezcladora se mezclaron a una velocidad 20 de agitacion de 500 rpm durante un periodo de 10 o 20 min.
El producto obtenido se templo en un horno de secado a 110°C durante 15 horas.
Medida de la densidad en masa condicionada (CBD)
La densidad en masa condicionada se midio con el Sistema de reometrla en polvo FT4 (Freeman Technology Ltd., R.U.) que permite condicionar el polvo para establecer un estado de empaquetamiento homogeneo con bajo estres.
25 El proceso de condicionamiento incluyo un desplazamiento suave de la muestra completa con el objetivo de aflojar y airear levemente el polvo para construir un lecho de polvo empaquetado en forma homogenea. Un ciclo de condicionamiento comprendio un movimiento transversal de la cuchilla hacia abajo y luego un movimiento transversal hacia arriba. El movimiento transversal hacia abajo uso una helice positiva de 5° para que la accion de corte sea mas cortante que compactante. El movimiento transversal hacia arriba uso una helice negativa de 5° que elevo suavemente 30 el polvo y lo hizo caer sobre la cuchilla, en donde cada partlcula termino reposando detras de la misma. Despues del ciclo de condicionamiento, se libero a la muestra de polvo del estres localizado y de todo exceso de aire.
Subsiguientemente, se peso una muestra correspondiente a un volumen de 160 ml usando la balanza integral Sistema de reometrla en polvo FT4 y se calculo automaticamente la densidad en masa condicionada mediante el reometro.
Medida del consumo de energia para el movimiento del polvo
35 Se determino la energia requerida para mover una tonelada metrica de polvo usando el Sistema de reometria en polvo FT4 (Freeman Technology Ltd., R.U.) y una secuencia especifica para estabilidad (Rep) y secuencias de prueba de tasa de flujo variable (VFR), las cuales son provistas por el Sistema de reometria en polvo FT4.
La estructura de la prueba de Rep+VFR fue una combinacion de siete ciclos de condicionamiento y prueba para la prueba de estabilidad y cuatro ciclos de condicionamiento y prueba para la tasa de flujo variable, como se ilustra a 40 continuacion:
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en donde C = ciclo de condicionamiento, T = ciclo de prueba, (x) = velocidad de punta de cuchilla durante el ciclo de prueba (mm/segundo), y Division = division del recipiente para proveer el volumen preciso de polvo para la medida. La masa de polvo se recalculo en forma automatica despues de la division. La velocidad de la punta de cuchilla fue de 100 mm/segundo en los casos no definidos entre parentesis (durante la secuencia Rep).
Se obtuvo el promedio de "consumo de energla total" en mJ a partir de las pruebas numero 4 y 8, y este se convirtio a un consumo de energla en kJ/t dividiendo el promedio del consumo de energla total por el peso de la muestra medida.
Medida de la viscosidad de Brookfield
La viscosidad de Brookfield se midio usando un viscoslmetro Brookfield DVII+ a 100 rpm y 23°C.
Medida del tamano de particula
Para la determinacion de la mediana del peso del tamano de particula dso, se uso un dispositivo Sedigraph 5100 de la compania Micromeritics, EE.UU. La medida se llevo a cabo en una solucion acuosa de 0.1 % en peso de Na4P2O7. Las muestras se dispersaron usando un agitador de alta velocidad y ultrasonido.
Medida del contenido de humedad en superficie total
El contenido de humedad en superficie total se determino de acuerdo al metodo por medida Culombimetrica de Karl Fischer, en donde el carbonato de calcio seco que contiene las particulas compuestas se calento a 220°C, y se separo el contenido de agua como vapor y se aislo usando una corriente de nitrogeno gaseoso (a 100 ml/min) y se determino en una unidad de Culombimetria de Karl Fischer.
C. Resultados
Ejemplo 1
Se trataron superficialmente 2000 g de carbonato de calcio 1 usando el proceso de tratamiento 2, al que se agregaron 0.5 % en peso de polimero cationico 1 y 8 % en peso de aglutinante 2, en donde los porcentajes en peso son en base al peso total del carbonato de calcio.
El producto de la invention mostro una mayor densidad en masa y una menor energia necesaria para mover el producto en comparacion con el carbonato de calcio no tratado:
composicion Densidad en masa Consumo de energla
(kg/dm3) (kJ/t)
arte previo
99.8 % en peso de carbonato de calcio 1 0.50 14.2
0.2 % en peso de humedad
invencion
91.3 % en peso de carbonato de calcio 1 0.80 12.2
0.5 % en peso de pollmero cationico 1 (+ 60%) (- 14.1%)
8.0 % en peso de aglutinante 2
0.2 % en peso de humedad
Ejemplo 2
Se trataron superficialmente 2000 g de carbonato de calcio 2 usando el proceso de tratamiento 1, al que se agregaron 5 0.2 % en peso de pollmero cationico 2 y 3 % en peso de aglutinante 1, en donde los porcentajes en peso son en base
al peso total del carbonato de calcio.
El producto de la invencion mostro una mayor densidad en masa y una menor energla necesaria para mover el producto en comparacion con el carbonato de calcio no tratado:
composicion Densidad en masa (kg/dm3) Consumo de energla (kJ/t)
arte previo
99.8 % en peso de carbonato de calcio 2 0.2 % en peso de humedad 0.76 7.0
invencion
96.6 % en peso de carbonato de calcio 2 0.2 % en peso de pollmero cationico 2 3.0 % en peso de aglutinante 1 0.2 % en peso de humedad 0.82 (+ 7.9%) 4.6 (- 34.4%)
10 Ejemplo 3
Producto A:
Se trataron superficialmente 3000 g de carbonato de calcio 3 usando el proceso de tratamiento 1, al que se agregaron 0.2 % en peso de pollmero cationico 2 y 3 % en peso de aglutinante 1, en donde los porcentajes en peso son en base al peso total del carbonato de calcio.
Producto B:
Se trataron superficialmente 500 g de carbonato de calcio 3 usando el proceso de tratamiento 3, al que se agregaron 3 % en peso de aglutinante 1, en donde los porcentajes en peso son en base al peso total del carbonato de calcio.
Los productos de la invencion mostraron una mayor densidad en masa y una menor energla necesaria para mover el 5 producto en comparacion con el carbonato de calcio no tratado:
composicion Densidad en masa (kg/dm3) Consumo de energla (kJ/t)
arte previo
99.8 % en peso de carbonato de calcio 3 0.2 % en peso de humedad 0.85 5.6
producto de la invencion A
96.6 % en peso de carbonato de calcio 3 0.2 % en peso de pollmero cationico 2 3.0 % en peso de aglutinante 1 0.2 % en peso de humedad 0.92 (+ 8.2%) 4.9 (- 12.5%)
producto de la invencion B
96.6 % en peso de carbonato de calcio 3 3.0 % en peso de aglutinante 1 0.2 % en peso de humedad 0.94 (+ 10.6 %) 3.6 (- 35.7%)
Ejemplo 4
Se trataron superficialmente 3000 g de carbonato de calcio 5 usando el proceso de tratamiento 1, al que se agregaron 0.2 % en peso de pollmero cationico 2 y 3 % en peso de aglutinante 1, en donde los porcentajes en peso son en base 10 al peso total del carbonato de calcio.
El producto de la invencion mostro una mayor densidad en masa y una menor energla necesaria para mover el producto en comparacion con el carbonato de calcio no tratado:
composicion Densidad en masa Consumo de energla
(kg/dm3) (kJ/t)
arte previo
99.6 % en peso de carbonato de calcio 5 0.46 13.9
0.4 % en peso de humedad
inventivo
96.4 % en peso de carbonato de calcio 5 0.62 10.9
0.2 % en peso de pollmero cationico 2 (+ 34.8%) (- 21.6%)
3.0 % en peso de aglutinante 1 0.4 % en peso de humedad
Ejemplo 5
Producto C
Se trataron superficialmente 2000 g de carbonato de calcio 4 usando el proceso de tratamiento 2, al que se agregaron 5 0.2 % en peso de pollmero cationico 2 y 2 % en peso de aglutinante 1, en donde los porcentajes en peso son en base
al peso total del carbonato de calcio.
Producto D
Se trataron superficialmente 2000 g de carbonato de calcio 4 usando el proceso de tratamiento 1, al que se agregaron 0.2 % en peso de pollmero cationico 1 y 2 % en peso de aglutinante 1, en donde los porcentajes en peso son en base 10 al peso total del carbonato de calcio.
Producto E
Se trataron superficialmente 2000 g de carbonato de calcio 4 usando el proceso de tratamiento 1, al que se agregaron 0.2 % en peso de pollmero cationico 2 y 5 % en peso de aglutinante 1, en donde los porcentajes en peso son en base al peso total del carbonato de calcio.
15 Los productos de la invencion mostraron una mayor densidad en masa y una energla necesaria similar o menor para mover el producto en comparacion con el carbonato de calcio no tratado:
Composicion Densidad en masa (kg/dm3) Consumo de energla (kJ/ton)
arte previo
99.8 % en peso de carbonato de calcio 4 0.3 % en peso de humedad 0.72 6.4
producto de la invencion C
97.5 % en peso de carbonato de calcio 4 0.2 % en peso de pollmero cationico 2 2.0 % en peso de aglutinante 1 0.3 % en peso de humedad 0.79 (+ 9.7%) 6.4 (- 0%)
producto de la invencion D
97.5 % en peso de carbonato de calcio 4 0.2 % en peso de pollmero cationico 1 2.0 % en peso de aglutinante 1 0.3 % en peso de humedad 0.78 (+ 8.3%) 5.4 (- 15.6%)
producto de la invencion E
94.5 % en peso de carbonato de calcio 4 0.90 6.0
0.2 % en peso de pollmero (+ 25.0%) (- 6.3%)
cationico 2
5.0 % en peso de aglutinante 1
0.3 % en peso de humedad
Ejemplo 6
Se prepare una lechada que tiene 65 % en peso de solidos usando 2000 g del producto del ejemplo 2 y 0.03 % en peso del dispersante 1, en base al peso del CaCO3 seco.
5 La viscosidad de Brookfield de la lechada obtenida fue 620 mPas.
Ejemplo 7
Se preparo una lechada que tiene 65 % en peso de solidos usando 2000 g del producto A del ejemplo 3 y 0.03 % en peso del dispersante 1, en base al peso del CaCO3 seco.
La viscosidad de Brookfield de la lechada obtenida fue de 510 mPas.

Claims (21)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    REIVINDICACIONES
    1. Un proceso para preparar partlcuias compuestas que contienen carbonato de calcio que comprende los siguientes pasos:
    a) proveer por lo menos un polvo mineral que contiene carbonato de calcio,
    b) preparar por lo menos una solucion o emulsion o dispersion de por lo menos un aglutinante, en donde el al menos un aglutinante se selecciona de un aglutinante polimerico que se selecciona del grupo que comprende copollmeros de acetonitrilo, butadieno, acrilato, acrilato de butilo, estireno, estireno-butadieno, y ester acrllico, y mezclas de los mismos, y en donde la cantidad del al menos un aglutinante es menor que 10 % en peso, en base al peso total del polvo mineral que contiene carbonato de calcio,
    c) poner en contacto el al menos un polvo mineral que contiene carbonato de calcio del paso a) con la al menos una solucion o emulsion o dispersion del aglutinante del paso b) en una cantidad para formar partlculas compuestas solidas que contienen carbonato de calcio, en donde las partlculas compuestas que contienen carbonato de calcio obtenidas en el paso c) cuando se secan hasta un contenido de humedad en superficie total menor que 0.5 % en peso, en base al peso total de las partlculas compuestas, tienen una densidad en masa aumentada a igual fluidez o mejorada en comparacion con el polvo mineral que contiene carbonato de calcio provisto en el paso a) cuando se secan hasta un contenido de humedad en superficie total menor que 0.5 % en peso, en base al peso total del polvo mineral que contiene carbonato de calcio.
  2. 2. El proceso de la reivindicacion 1, en donde la densidad en masa de las partlculas que contienen carbonato de calcio secas a un contenido de humedad en superficie total menor que 0.5 % en peso, en base al peso total de las partlculas compuestas, esta aumentada entre 5 y 80%, preferiblemente entre 8 y 60%, y mas preferiblemente entre 10 y 50%, en comparacion con el polvo mineral que contiene carbonato de calcio provisto en el paso a).
  3. 3. El proceso de la reivindicacion 1 o 2, en donde el por lo menos un polvo mineral que contiene carbonato de calcio provisto en el paso a) se selecciona del grupo que consiste en GCC y PCC, y mezclas de los mismos.
  4. 4. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde las partlculas de polvo del por lo menos un polvo mineral que contiene carbonato de calcio provisto en el paso a) tienen un valor de d50 entre 0.1 y 100 pm, entre 0.3 y 50 pm, o entre 0.4 y 10 pm, preferiblemente entre 0.5 y 5.0 pm.
  5. 5. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el por lo menos un polvo mineral que contiene carbonato de calcio provisto en el paso a) tiene un contenido de humedad en superficie total menor que 10 % en peso, menor que 5 % en peso, menor que 2 % en peso, menor que 1 % en peso, preferiblemente menor que 0.5 % en peso, mas preferiblemente menor que 0.2 % en peso, y mas preferiblemente menor que 0.1 % en peso, en base al peso total del polvo mineral.
  6. 6. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el por lo menos un aglutinante provisto en el paso b) se selecciona de un aglutinante polimerico que se selecciona del grupo que comprende copollmero de estireno-acrilato y copollmero de estireno-butadieno, y mezclas de los mismos.
  7. 7. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la cantidad del al menos un aglutinante provisto en el paso b) es menor que 7 % en peso, preferiblemente menor que 5 % en peso, y mas preferiblemente entre 0.1 y 4 % en peso, en base al peso total del polvo mineral que contiene carbonato de calcio.
  8. 8. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el por lo menos un polvo mineral que contiene carbonato de calcio provisto en el paso a) se pone en contacto antes, durante o despues del paso c) con por lo menos una solucion o emulsion o dispersion de por lo menos un pollmero cationico.
  9. 9. El proceso de la reivindicacion 8, en donde el por lo menos un pollmero cationico se selecciona de polietilenimina lineal, o poliamina amida epiclorohidrina, o mezclas de los mismos.
  10. 10. El proceso de la reivindicacion 8 o 9, en donde la cantidad del por lo menos un pollmero cationico es menor que 1.0 % en peso, preferiblemente menor que 0.8 % en peso, mas preferiblemente menor que 0.5 % en peso, y mas preferiblemente menor que 0.2 % en peso, en base al peso total del polvo mineral que contiene carbonato de calcio.
  11. 11. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el paso de proceso c) se lleva a cabo a una temperatura entre 5°C y 140°C, preferiblemente entre 10 y 110°C, y mas preferiblemente entre 20°C y 105°C, o entre 40 y 105°C.
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    45
  12. 12. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el proceso comprende un paso adicional
    d), en donde las particulas compuestas que contienen carbonato de calcio obtenidas en el paso c) se secan, preferiblemente hasta un contenido de humedad en superficie total menor que 1 % en peso, menor que 0.8 % en peso, menor que 0.5 % en peso, preferiblemente menor que 0.2 % en peso, y mas preferiblemente menor que 0.1 % en peso, en base al peso total de las particulas compuestas.
  13. 13. El proceso de la reivindicacion 12, en donde el proceso comprende un paso adicional e), en donde las particulas compuestas secas que contienen carbonato de calcio obtenidas en el paso d) se tamizan y/o se clasifican con aire para eliminar las particulas mas grandes no deseadas, preferiblemente para eliminar las particulas que son mas grandes que 100 pm, preferiblemente que son mas grandes que 50 pm, y mas preferiblemente que son mas grandes que 20 pm.
  14. 14. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde se preparar una lechada a partir de las particulas compuestas que contienen carbonato de calcio obtenidas en el paso c) por agregado de agua y, opcionalmente, un dispersante.
  15. 15. El proceso de la reivindicacion 14, en donde el dispersante es poliacrilato de sodio que tiene un peso molecular promedio ponderado Mw entre 2000 y 15000 g/mol, preferiblemente entre 3000 y 7000 g/mol, y mas preferiblemente entre 3500 y 6000 g/mol.
  16. 16. El proceso de la reivindicacion 14 o 15, en donde la lechada tiene un contenido de solidos entre 10 y 82 % en peso, preferiblemente entre 50 y 81 % en peso, y mas preferiblemente entre 60 y 70 % en peso o entre 70 y 78 % en peso, en base al peso total de la lechada.
  17. 17. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el paso de proceso c) se lleva a cabo en un dispositivo para moler, preferiblemente en un molino de esferas, preferiblemente en combination con un dispositivo ciclon que recircula los aglomerados y/o agregados formados durante el paso de proceso c) nuevamente a la entrada del dispositivo para moler.
  18. 18. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde las particulas compuestas que contienen carbonato de calcio formadas durante el paso de proceso c) se dividen en particulas mas pequenas.
  19. 19. Particulas compuestas que contienen carbonato de calcio que comprenden:
    a) por lo menos un polvo mineral que contiene carbonato de calcio, y
    b) por lo menos un aglutinante, en donde el por lo menos un aglutinante se selecciona de un aglutinante polimerico que se selecciona del grupo que comprende copolimeros de acetonitrilo, butadieno, acrilato, acrilato de butilo, estireno, estireno-butadieno, y ester acrtlico, y mezclas de los mismos, y en donde la cantidad del al menos un aglutinante es menor que 10 % en peso, en base al peso total del polvo mineral que contiene carbonato de calcio, y en donde el por lo menos un aglutinante se provee como una solution o emulsion o dispersion y se pone en contacto con
    c) el por lo menos un polvo mineral que contiene carbonato de calcio del paso a) en una cantidad para formar particulas compuestas solidas que contienen carbonato de calcio, en donde las particulas compuestas que contienen carbonato de calcio obtenidas en el paso c) cuando se secan hasta un contenido de humedad en superficie total menor que 0.5 % en peso, en base al peso total de las particulas compuestas, tienen una densidad en masa aumentada a igual fluidez o mejorada en comparacion con el polvo mineral que contiene carbonato de calcio provisto en el paso a) cuando se secan hasta un contenido de humedad en superficie total menor que 0.5 % en peso, en base al peso total del polvo mineral que contiene carbonato de calcio.
  20. 20. Uso de un aglutinante para aumentar la densidad en masa de un polvo mineral que contiene carbonato de calcio a igual fluidez o mejorada, en donde el aglutinante se selecciona de un aglutinante polimerico que se selecciona del grupo de copolimeros de acrilonitrilo, butadieno, acrilato, acrilato de butilo, estireno, estireno-butadieno, y ester acrtlico, y mezclas de los mismos.
  21. 21. Uso de las particulas compuestas que contienen carbonato de calcio de la reivindicacion 19 en aplicaciones de papeles, en pinturas, o en plasticos.
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