WO2006016036A1 - Procede de broyage de matieres minerales en presence de liants, suspensions aqueuses obtenues et leurs utilisation - Google Patents

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Jean-Marc Suau
Denis Ruhlmann
Christian Jacquemet
Jacques Mongoin
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    • C08K3/01—Use of inorganic substances as compounding ingredients characterized by their specific function
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Definitions

  • the present invention relates to the field of aqueous suspensions of ground mineral materials and their uses in aqueous formulations.
  • the invention relates first of all to a process for grinding mineral matter in water, in the presence of binders.
  • the invention also relates to stable suspensions of mineral matter ground in water and obtained by the process according to the invention.
  • the invention also relates to the use of said suspensions in aqueous formulations, in particular coating formulations such as in particular aqueous paints, coatings, inks, coatings, sealants, adhesives, adhesives, and other aqueous formulations incorporating mineral materials.
  • coating formulations such as in particular aqueous paints, coatings, inks, coatings, sealants, adhesives, adhesives, and other aqueous formulations incorporating mineral materials.
  • the invention finally relates to the aqueous formulations obtained according to the invention.
  • US 4,025,483 discloses a method of stabilizing an aqueous suspension of titanium dioxide pigments, starting by mixing them with plastic polymer particles. These are based on ethylenically unsaturated monomers, have a size of 1000 to 10,000 ⁇ , and a temperature of glass transition greater than or equal to 30 ° C. It is then indicated that the resulting composite particles, in aqueous suspension, can be mixed with binders in order to formulate paints (c 1 11 62-66): before the formulation of the paint, there is therefore manufacture of a intermediate product containing composites based on titanium dioxide and plastic polymer particles, a paint binder, and water.
  • WO 93/12183 describes a process for preparing an aqueous dispersion of composite particles comprising a latex prepared according to an emulsion polymerization technique and an inorganic material; the dispersion thus obtained can be used in the formulation of aqueous paints.
  • the latex particles used have an average size of between 20 and 5000 nm, and a glass transition temperature greater than 20 ° C.
  • the latex acts as a binder with respect to the inorganic particles, thus conferring improved opacity and gloss to the dry paint film.
  • the inorganic filler may in particular be titanium dioxide. More specifically, the process consists of preparing two aqueous suspensions (one containing the inorganic filler, the other containing the latex), and then mixing them.
  • the process is characterized in that the initial suspension of inorganic materials is necessarily pre-dispersed by means of a polymer or a copolymer of methacrylic acid, or from one of its salts. Finally, as before, it is noted that this process consists only in mixing and not in grinding the mineral material used.
  • the document WO 93/11183 describes a process for the preparation of a stable aqueous dispersion, by producing an aqueous suspension of inorganic material and an aqueous suspension of latex, by adjusting the values of the Zeta potentials of the two suspensions at predefined intervals, then mixing the two suspensions.
  • the stable dispersion obtained can then be used in the manufacture of aqueous paints.
  • the latex particles have an average size of between 20 and 5000 nm.
  • the mineral filler used may be titanium dioxide, or calcium carbonate.
  • the solid fraction of the final dispersion containing the filler and the latex particles is greater than 10% by weight.
  • the Applicant has surprisingly found a new process for producing an aqueous suspension of mineral fillers, characterized in that said mineral fillers are ground in water in the presence of binders.
  • the product thus obtained has a stability quite compatible with its use in the formulation of aqueous paints.
  • the suspension thus manufactured meets the desire of the skilled person, in that it provides a product that already contains a portion of the binder used in the paint.
  • the binders are not degraded during the grinding process, and precisely at this stage of manufacture, the function of grinding aid agents, allowing the total elimination of grinding aid agents to be completely eliminated: the Applicant has indeed observed a notable reduction in the size of the grinding particles; mineral matter.
  • the process according to the invention also makes it possible to obtain aqueous suspensions of mineral matter which, when used in paint formulations, make it possible to produce paint formulations having improved rheological behavior compared to those of the prior art, in particular by having increased ICI TM and Stormer TM viscosities.
  • This improved rheological behavior therefore has the advantage of achieving a better quality of application of the paint.
  • the invention therefore makes it possible to obtain stable aqueous paint formulations over time, without using dispersing agents.
  • the invention makes it possible to obtain an intermediate product in the form of an aqueous suspension of mineral substances and binders, the latter also acting as grinding aid agents.
  • "conventional" grinding aid agents can be continued.
  • the aqueous suspension thus obtained by grinding mineral materials in water in the presence of binders has a stability quite compatible with its use in the formulation of aqueous paints.
  • the Applicant wishes to clarify that the method according to the invention differs from that mentioned in the patent application WO 95/31507. This latter document describes the manufacture of a pigment concentrate.
  • Said concentrate is obtained by grinding a dyestuff in the presence of an aqueous binder, and intended to be used as a coloring base. After this operation, the size of the pigments is less than 15 microns, and their concentration is between 35 and 65% by weight.
  • the descriptive part of said document refers to the use of dispersant in a proportion of between 4 and 10% by weight. In contrast to the present invention, it is therefore essential to use a large amount of dispersing agent in order to impart good stability to the aqueous suspension containing the pigment and the binder.
  • the object of the invention is therefore a method of grinding mineral matter in water, in the presence of binders.
  • Another object of the invention resides in the stable suspensions of mineral matter ground in water and obtained according to said process.
  • Another subject of the invention is the use of said suspensions in aqueous formulations, in particular coating formulations such as in particular aqueous paints, coatings, inks, coatings, sealants, adhesives, glues, and the like. other aqueous formulations incorporating mineral materials.
  • a final object of the invention resides in the aqueous paints obtained according to the invention.
  • the method according to the invention thus makes it possible to obtain aqueous suspensions of mineral matter, without using dispersing agents, and having a rheology compatible with their use in the formulation of aqueous paints.
  • the process according to the invention also makes it possible to obtain aqueous suspensions of mineral materials which, when they are used in formulations of paint, lead to paint formulations having a rheological behavior improved over those of the prior art, in particular by presenting increased ICI TM and Stormer TM viscosities.
  • the binders are not degraded during the grinding process, and the optical properties of the paint film are not impaired, as well as the pigment compatibility properties of the paints thus formulated.
  • the aqueous suspensions of minerals thus ground and stable over time, are used for the formulation of aqueous paints which have a very good stability, and improved rheological behavior for their application.
  • the Applicant wishes to clarify that the grinding operation of the mineral substance to be refined consists in grinding the mineral substance with a grinding body in very fine particles in an aqueous medium containing the binders.
  • the binders and grinding body with particle size advantageously between 0.20 and 4 millimeters are added.
  • the grinding body is generally in the form of particles of materials as diverse as silicon oxide, aluminum oxide, zirconium oxide or mixtures thereof, as well as synthetic resins of high hardness, steels, or others.
  • An example of composition of such grinding bodies is given by patent FR 2 203 681 which describes grinding elements formed from 30% to 70% by weight. zirconium oxide, 0.1% to 5% aluminum oxide and 5 to 20% silicon oxide.
  • the grinding body is preferably added to the suspension in an amount such that the ratio by weight between this grinding material and the mineral substance to be ground is at least 2/1, this ratio preferably being between the limits 3 / 1 and 5/1.
  • the mixture of the suspension and the grinding body is then subjected to the mechanical stirring action, such as that which occurs in a conventional micro-element mill.
  • the time required to achieve the desired fineness of the mineral substance after grinding will be defined according to the nature and quantity of the mineral substances to be ground, and according to the stirring mode used and the temperature of the medium during the grinding operation.
  • Another variant of the method is characterized in that said method optionally implements at least one grinding aid agent.
  • Said agent will be chosen from all the well-known grinding aid agents, and mixtures thereof.
  • the process according to the invention is characterized in that the mineral materials are a pigment and / or a mineral filler selected from synthetic or natural calcium carbonate, dolomites, kaolin, talc, gypsum, lime, magnesia , titanium dioxide, satin white, aluminum trioxide or aluminum trihydroxide, mica, zinc and iron oxides, barium sulfate and the mixture of these fillers with each other, as mixtures talc-calcium carbonate, calcium carbonate-kaolin, or mixtures of calcium carbonate with aluminum trihydroxide or aluminum trioxide, or mixtures with synthetic or natural fibers or the co-structures of minerals such as talc-calcium carbonate or talc-titanium co-structures, or mixtures thereof.
  • a mineral filler selected from synthetic or natural calcium carbonate, dolomites, kaolin, talc, gypsum, lime, magnesia , titanium dioxide, satin white, aluminum trioxide or aluminum trihydroxide, mica, zinc and iron oxide
  • the inorganic materials are synthetic or natural calcium carbonate, titanium dioxide, or mixtures thereof. More preferably, the mineral materials are a synthetic calcium carbonate or a natural calcium carbonate selected from marble, calcite, chalk or mixtures thereof.
  • binders are chosen from binders commonly used in aqueous formulations by those skilled in the art, and are chosen in particular from vinyl ethylene, vinyl versatate, styrene acrylic binders, styrene butadiene or acrylic.
  • the binders are chosen from binders of vinylversatate and acrylic type.
  • the process according to the invention is also characterized in that at least 15% by dry weight of mineral matter relative to the total weight of the aqueous suspension is used, from 10% to 50% by dry weight of binders per relative to the total weight of the aqueous suspension, and from 0 to 5% by dry weight of grinding aid agent relative to the total weight of the aqueous suspension.
  • said process is characterized in that at least 50% by dry weight of mineral matter relative to the total weight of the aqueous suspension is used, from 10% to 50% by dry weight of binders relative to the total weight of the aqueous suspension, and from 0 to 2% by dry weight of grinding aid agent relative to the total weight of the aqueous suspension.
  • said process is characterized in that at least 50% by dry weight of mineral matter relative to the total weight of the aqueous suspension is used, from 10% to 25% by dry weight of binders per relative to the total weight of the aqueous suspension, and no grinding aid agent.
  • Another subject of the invention resides in the aqueous suspensions of mineral matter ground in the presence of binders obtained by the process according to the invention, and characterized in that they contain at least 15% by dry weight of materials. based on the total weight of the aqueous suspension, from 10% to 50% by dry weight of binders relative to the total weight of the aqueous suspension, and from 0 to 5% by dry weight of grinding aid agents by relative to the total weight of the aqueous suspension.
  • said suspensions of mineral matter are characterized in that they contain at least 50% by dry weight of mineral matter relative to the total weight of the aqueous suspension, from 10% to 50% by dry weight of binders relative to the total weight of the aqueous suspension, and from 0 to 2% by dry weight of grinding aid agents relative to the total weight of the aqueous suspension.
  • said suspensions of mineral matter are characterized in that they contain at least 50% by dry weight of mineral matter relative to the total weight of the aqueous suspension, from 10% to 25% by dry weight of binders relative to the total weight of the aqueous suspension, and no grinding aid agent.
  • the aqueous suspensions of mineral matter obtained by the process according to the invention are also characterized in that they have a particle size such that at least 50% of the particles of mineral matter have a diameter of less than or equal to 30 ⁇ m; that is, a median diameter d 5 o less than or equal to 30 ⁇ m.
  • the particle size of the suspensions is determined using a Mastersizer TM 2000 granulometer from the company MALVERN TM.
  • the aqueous suspensions of mineral matter obtained by the process according to the invention are also characterized in that they have a particle size such that at least 50% of the particles of mineral matter have a diameter less than or equal to 15 ⁇ m. .
  • the aqueous suspensions of mineral materials obtained by the process according to the invention are also characterized in that they have a granulometry such that at least 50% of the particles of mineral matter have a diameter less than or equal to 10 microns.
  • the aqueous suspensions of mineral materials obtained by the process according to the invention are also characterized in that they have a particle size such that at least 50% of the particles of mineral matter have a smaller or equal diameter. at 5 ⁇ m.
  • Said aqueous suspensions are also characterized in that the mineral materials are a pigment and / or a mineral filler selected from synthetic or natural calcium carbonate, dolomites, kaolin, talc, gypsum, lime, magnesia, titanium dioxide, satin white, aluminum trioxide or aluminum trihydroxide, mica, zinc and iron oxides, barium sulphate and the mixing of these fillers with each other, such as talc mixtures.
  • the inorganic materials are synthetic or natural calcium carbonate, titanium dioxide, or mixtures thereof.
  • the mineral materials are a synthetic calcium carbonate or a natural calcium carbonate selected from marble, calcite, chalk or mixtures thereof.
  • aqueous suspensions according to the invention are also characterized in that the binders are chosen from binders commonly used in aqueous formulations by those skilled in the art, and are chosen in particular from binders of the vinyl ethylene, vinyl versatate and acrylic styrene type. styrene butadiene or acrylic.
  • said suspensions are characterized in that the binders are chosen from binders of vinylversatate and acrylic type.
  • Another subject of the invention is the use of said suspensions in aqueous formulations, in particular coating formulations such as in particular aqueous paints, coatings, inks, coatings, sealants, adhesives, glues, and the like. other aqueous formulations incorporating mineral materials.
  • a final object of the invention resides in the aqueous formulations obtained according to the invention.
  • aqueous paints, coatings, inks, coatings, mastics, adhesives, aqueous formulations incorporating mineral materials and adhesives according to the invention are characterized in that they contain the aqueous mineral suspensions according to the invention. milled in the presence of binders.
  • This example relates to the manufacture of aqueous suspensions of mineral matter through a grinding process, in the presence of binders, according to the invention (and optionally in the presence of a grinding aid agent: case of test No. 8 ). It also relates to the suspensions of mineral matter thus obtained, from the grinding process according to the invention.
  • a calcium carbonate which is marble from Avenza (Italy), and which has an initial median diameter of d.sub.0 equal to 10 .mu.m (50% of the particles of calcium have a diameter less than or equal to 10 ⁇ m). It is marketed by the company OMY A TM under the name Omyacarb TM 10 AV.
  • a Dyno-Mill TM type mill with a fixed cylinder and a rotating impeller is used, the grinding body of which consists of zirconium-based balls with a diameter in the range 0.6 millimeters to 1 millimeter.
  • the total volume occupied by the grinding body is 1000 cubic centimeters while its mass is 2700 g.
  • the grinding chamber has a volume of 1400 cubic centimeters.
  • the circumferential speed of the mill is 10 meters per second.
  • the pigment suspension is recycled at a rate of 40 liters per hour.
  • the output of the Dyno-Mill TM is equipped with a 200 micron mesh separator to separate the suspension resulting from grinding and the grinding body.
  • the dry powder of calcium carbonate is first mixed with the binder (and the grinding aid agent in the case of test No. 8) in water, the mixture then being ground by means of the device previously described.
  • the grinding time is adapted to the desired particle size.
  • the particle size of the suspensions is determined as follows.
  • the Brookfield TM viscosity of the suspensions is determined as follows.
  • the Brookfield TM viscosity of the suspension is measured using a Brookfield TM type RVT viscometer, in the unstirred bottle, at a temperature of 25 ° C. and at two rotational speeds of 10 and 100 revolutions per minute with the mobile phone. Playback is performed after 1 minute of rotation. This gives 2 Brookfield TM viscosity measurements respectively noted ⁇ io and ⁇ ioo.
  • This test illustrates the invention and implements 11.8% by dry weight relative to the total weight of the suspension, of a binder which is a vinylversatate emulsion marketed by CRAY VALLEY TM under the name Craymul TM 2336 XP. It also implements 52.6% by dry weight relative to the total weight of the Avenza calcium carbonate suspension, and the remainder of water.
  • This test illustrates the invention and implements 11.2% by dry weight relative to the total weight of the suspension, of a binder which is a vinylversatate emulsion marketed by CRAY VALLEY TM under the name Craymul TM 2336 XP. It also implements 50.0% by dry weight relative to the total weight of the Avenza calcium carbonate suspension, and the remainder of water.
  • Test No. 3 This test illustrates the invention and implements 35.0% by dry weight, relative to the total weight of the suspension, of a binder which is an acrylic resin marketed by the company ROHM & HAAS TM under the name Primai TM HG-74. It also implements 16.7% by dry weight of the Avenza calcium carbonate relative to the total weight of the suspension, and the remainder of water.
  • a binder which is an acrylic resin marketed by the company ROHM & HAAS TM under the name Primai TM HG-74. It also implements 16.7% by dry weight of the Avenza calcium carbonate relative to the total weight of the suspension, and the remainder of water.
  • Test n ° 4 This test illustrates the invention and implements 11.8% by dry weight relative to the total weight of the suspension, of a binder which is an acrylic resin marketed by BASF TM under the name Acronal TM 290 D. It also uses 52.6% by dry weight of the Avenza calcium carbonate relative to the total weight of the suspension, and the remainder of water.
  • This test illustrates the invention and implements 22.7% by dry weight relative to the total weight of the suspension, of a binder which is an acrylic resin marketed by BASF TM under the name Acronal TM 290 D. It also uses 41.0% by dry weight of Avenza calcium carbonate relative to the total weight of the suspension, and the remainder of water.
  • Test No. 6 This test illustrates the invention and uses 12.6% by dry weight relative to the total weight of the suspension, of a binder which is an emulsion based on ethylene vinyl acetate marketed by the company.
  • CELANESE TM under the name Mowilith TM LDM 1871. It also uses 52.6% by dry weight of Avenza calcium carbonate relative to the total weight of the suspension, and the rest of water.
  • This test illustrates the invention and implements 23.9% by dry weight relative to the total weight of the suspension, of a binder which is an emulsion based on ethylene vinyl acetate marketed by CELANESE TM under the name name Mowilith TM LDM 1871. It also implements 40.7% by dry weight of the Avenza calcium carbonate relative to the total weight of the suspension, and the rest of water.
  • This test illustrates the invention and implements 16.1% by dry weight relative to the total weight of the suspension, of a binder which is an acrylic resin marketed by BASF TM under the name Acronal TM 290 D. It also implements 60.5% in dry weight of Avenza calcium carbonate relative to the total weight of the suspension. It also implements 0.3% by dry weight relative to the total weight of the suspension, a grinding aid agent which is a sodium polyacrylate, and the remainder of water.
  • a binder which is an acrylic resin marketed by BASF TM under the name Acronal TM 290 D. It also implements 60.5% in dry weight of Avenza calcium carbonate relative to the total weight of the suspension. It also implements 0.3% by dry weight relative to the total weight of the suspension, a grinding aid agent which is a sodium polyacrylate, and the remainder of water.
  • the percentages by dry weight are based on the total weight of the suspension.
  • dso denotes the median diameter of the calcium carbonate particles after grinding (50% of the particles have a diameter less than this value).
  • T O designates the initial moment at which the Brookfield TM viscosities at 10 and 100 rpm are measured, respectively ⁇ 10 and ⁇ joo.
  • the median diameters corresponding to tests Nos. 1 to 8 demonstrate that, for the process according to the invention, the binders used do indeed act as grinding aid agents, in the sense that a noticeable decrease in the size of the calcium carbonate particles.
  • Example 2 This example relates to the manufacture of aqueous paints according to the invention, from aqueous suspensions of ground calcium carbonate in the presence of binders according to the invention, or from dry powders of calcium carbonate according to the prior art.
  • the paints are formulated by mixing the various constituents, according to methods well known to those skilled in the art.
  • the Applicant indicates that, in the following tests, it only indicated the nature of the carbonates and binders used.
  • the paints of course contain a large number of other additives.
  • the ICI TM viscosity is determined on a cone-plane viscometer, called the ICI TM viscometer, sold in particular by the company ERICHSEN TM, according to the method that is well known to those skilled in the art. The measurement is carried out at 25 ° C and is noted
  • the Stormer TM viscosity is determined on a Stormer viscometer type KU-I marketed by Brookfield TM, equipped with a single measurement system. The measurement is carried out at 25 ° C. and denoted ⁇ s (KU).
  • the Brookfield TM viscosity of the paints is determined at 25 ° C. in the same manner as that indicated for example 1 in the case of suspensions of mineral matter. It is denoted ⁇ B i 0 (mPa.s) and ⁇ B ⁇ i (mPa.s) as determined respectively at 10 and 100 rpm.
  • This test relates to the formulation of a matte paint, according to the prior art, in which the carbonate is introduced solely in the form of a dry powder.
  • the binder used is an acrylic resin marketed by BASF TM under the name Acronal TM 290 D.
  • This test relates to the formulation of a matte paint, according to the invention.
  • Part of the calcium carbonate is introduced as a dry powder: it is a calcium carbonate which is marble from Avenza (Italy), with a median diameter of 2 microns. It is marketed by OMY A TM under the name of Omyacarb TM 2-AV.
  • the other part is introduced in the form of the aqueous suspension according to the invention described in test No. 4.
  • This test relates to the formulation of a matte paint, according to the invention.
  • Part of the calcium carbonate is introduced as a dry powder. It is a mixture of 2 calcium carbonates which is marble from Avenza, one having a median diameter of 5 ⁇ m and the other a median diameter of 2 ⁇ m. They are marketed by the company OMY A TM under the names Omyacarb TM 5 AV and Omyacarb TM 2 AV.
  • the other part is introduced in the form of the aqueous suspension according to the invention and described in test No. 5.
  • Table 2 Composition of paints formulated according to tests No. 9 to No. 11
  • Tiona TM RL 68 denotes titanium dioxide marketed by MILLENNIUM TM
  • Coatex TM P90 is a polyacrylic dispersant marketed by COATEX TM
  • Mergal TM K6N is a bactericide marketed by TRO Y TM
  • Nopco TM NDW is an antifoam agent marketed by the company COGNIS TM
  • Coatex Rheo 2000 TM is an associative thickener marketed by COATEX TM
  • Table 2a viscosities measured on paints formulated according to tests No. 9 to No. 11 ⁇ 1 (P): viscosity ICI TM ⁇ s (KU): Stormer TM viscosity ⁇ B i û (mPa.s): Brookfield TM viscosity determined at 10 rpm ⁇ B ioo (mPa.s): determined Brookfield TM viscosity at 100 rpm
  • the wet capping power PC of the paints formulated according to tests No. 9 to No. 11 was visually compared on contrast maps, immediately after application by means of a standard manual film-puller with a thickness of 150 ⁇ m of said paints .
  • Tests No. 10 and No. 11 according to the invention demonstrate a hiding power identical to that obtained for test No. 9 taken as a reference.
  • the chromaticity coordinates L and b in Table 3 belong to the color space (L, a, b, Hunter) and are determined on a dry film of the paint to be tested, previously applied by means of a manual film puller. standard in a thickness of 150 microns on a glass plate, and then dried at 23 0 C for 24 hours in a climatic chamber at a humidity of 50%.
  • the value of the RC contrast ratio (%) Y n / Y b is measured on a Spectro-Pen TM spectrocolorimeter marketed by DR LANGE TM.
  • the paint was previously applied by means of a standard manual film puller, a thickness of 150 ⁇ m on a contrast card.
  • the value of the reflectance Y b is then measured on the white part of the substrate and the value of the reflectance Y n on the black part of the substrate.
  • the value obtained in the color space (X, Y, Z) is an average of three measurements.
  • the gloss was measured on a Micro-Tri-Gloss TM reflectometer marketed by BRANDT TM at angles of 60 ° and 85 ° (BS 60 and BS 85) according to NF T 30-064.
  • the paint was previously applied by means of a standard manual film puller, to a thickness of 150 ⁇ m on a glass plate.
  • the determination of the value of the Delta E ( ⁇ E) of the matt colored aqueous formulation is carried out by adding to the white base, 5% by weight of black pigment, that is to say 50 grams of black pigment ( COLANYL TM Black marketed by CLARIANT TM) in 190 grams of white paint.
  • black pigment COLANYL TM Black marketed by CLARIANT TM
  • This test consists in applying, without shearing, using a filmograph, 150 ⁇ m of the formulation of the matt or satin colored paint to be tested on a contrast card, that is to say slowly and without stress and at the same time. wait 45 seconds and then apply shear by rubbing, with the finger, the still viscous film of paint, for thirty seconds in any place.
  • the color difference between the sheared zone (rubbed zone) and the unsheared zone (non-rubbed film zone) determined using the Spectro-Pen TM spectrophotometer makes it possible to evaluate ( ⁇ E value) if the composition tested paint has or not good pigment compatibility.
  • Table 4 measured ⁇ E values for different colored formulations made from the white bases corresponding to the tests n ° 9 to n ° 11
  • This test relates to the formulation of a matte paint, according to the prior art, in which the carbonate is introduced solely in the form of a dry powder.
  • the binder used is a vinylversatate emulsion marketed by CRAY VALLEY TM under the name Craymul TM 2336 XP.
  • This test relates to the formulation of a matte paint, according to the invention.
  • Part of the calcium carbonate is introduced as a dry powder: it is a calcium carbonate which is Avenza marble, with a median diameter of 2 microns. It is marketed by OMY A TM under the name of Omyacarb TM 2-AV. The other part is introduced in the form of the aqueous suspension according to the invention and described in test No. 1.
  • the numbers refer to masses in grams.
  • Tiona TM RL 68 denotes titanium dioxide marketed by MILLENNIUM TM
  • Coatex TM P90 is a polyacrylic dispersant marketed by COATEX TM
  • Mergal TM K6N is a bactericide marketed by TROY TM Nopco TM NDW is an antifoam agent marketed by the company COGNIS TM
  • Coatex Rheo 2000 TM is an associative thickener marketed by COATEX TM
  • Table 5a Viscosities measured on the paints formulated according to tests n ° 12 and n ° 13
  • This test relates to the formulation of a matte paint, according to the prior art.
  • Part of the calcium carbonate is introduced as a dry powder: it is a calcium carbonate which is Avenza marble, with a median diameter of 2 microns. It is marketed by OMY A TM under the name of Omyacarb TM 2- AV.
  • the other part is introduced in the form of an aqueous suspension of calcium carbonate ground with 0.3% by dry weight of a conventional grinding agent which is a sodium polyacrylate, having a median diameter of 5 ⁇ m, and a dry matter concentration equal to 75% by weight relative to the total weight of the suspension.
  • a conventional grinding agent which is a sodium polyacrylate, having a median diameter of 5 ⁇ m, and a dry matter concentration equal to 75% by weight relative to the total weight of the suspension.
  • Test No. 15 This test relates to the formulation of a matte paint, according to the invention.
  • Part of the calcium carbonate is introduced as a dry powder: it is a calcium carbonate which is Avenza marble, with a median diameter of 2 microns. It is marketed by OMY A TM under the name of Omyacarb TM 2- AV.
  • the other part is introduced in the form of the aqueous suspension according to the invention and described in test No. 8.
  • the numbers refer to masses in grams.
  • Tiona TM RL 68 denotes titanium dioxide marketed by MILLENNIUM TM
  • Coatex TM P90 is a polyacrylic dispersant marketed by COATEX TM
  • Mergal TM K6N is a bactericide marketed by TRO Y TM
  • Nopco TM NDW is an antifoam agent marketed by the company COGNIS TM
  • Coatex Rheo 2000 TM is an associative thickener marketed by COATEX TM
  • This example relates to the manufacture of aqueous suspensions of mineral matter through a grinding process, in the presence of binders, according to the invention. It also relates to the suspensions of mineral matter thus obtained, from the grinding process according to the invention.
  • a calcium carbonate which is marble coming from Avenza (Italy), and which presents an initial median diameter noted dso equal to 10 ⁇ m (50% of the particles of calcium carbonate possess a diameter less than or equal to 10 ⁇ m). It is marketed by the company OMY A TM under the name Omyacarb TM 10 AV.
  • the mineral materials are ground according to the invention in the presence of a binder (case of tests n ° 16 and 17) or of a mixture of two binders (test n ° 18) according to the same method as that described for the example 1.
  • the particle size of the aqueous suspensions is determined, after grinding, in the same way as that described for example 1.
  • This test illustrates the invention and implements 20.0% by dry weight, relative to the dry weight of mineral filler, of a styrene-acrylic binder marketed by the company.
  • CRAY VALLEY TM under the name Craymul TM 5432. It also implements 58.3% by dry weight relative to the total weight of the suspension of precipitated calcium carbonate Socal TM P3, and the remainder of water.
  • This test illustrates the invention and implements 20.0% by dry weight relative to the dry weight of mineral filler, an acrylic binder marketed by CRAY VALLEY TM under the name Craymul TM 4511. It also implements 58.4% by dry weight relative to the total weight of the suspension of the calcium carbonate of Avenza, and the remainder of water.
  • This test illustrates the invention and implements 20.0% by dry weight relative to the dry weight of mineral filler, a mixture of binders composed of Acronal TM DL 966 and Acronal TM S 360 D (in a ratio 1: 1 by weight), which are respectively styrene-butadiene and styrene-acrylic type binders, both marketed by BASF TM. It also uses 63.1% by dry weight of Avenza calcium carbonate relative to the total weight of the suspension, and the rest of water.
  • This example illustrates the invention and relates to the manufacture of a plaster, a coating and an adhesive according to the invention.
  • This test illustrates the invention and relates to the manufacture of a plaster according to the invention.
  • This test implements, in particular, the aqueous suspension of crushed mineral material according to the invention, obtained during test No. 16.
  • Table 8 Composition of a stucco formulation according to the invention
  • Coatex TM P90 is an acrylic dispersant marketed by COATEX TM
  • Mergal TM K6N is a biocide marketed by TROY TM
  • TiO2 RL 68 is titanium dioxide sold by MILLENIUM TM
  • Durcal TM 130 is a calcium carbonate marketed by the company OM YA TM
  • Craymul TM 5432 is a styrene-acrylic binder marketed by CRAY VALLEY TM
  • Viscoatex TM 46 is an acrylic thickener marketed by COATEX TM
  • This test implements, in particular, the aqueous suspension of crushed mineral material according to the invention, obtained during test No. 16.
  • Table 9 Composition of a coating formulation according to the invention
  • Coatex TM P90 is an acrylic dispersant marketed by COATEX TM
  • Nopco NDW is an antifoam marketed by the company COGNIS TM
  • Mergal TM K6N is a biocide marketed by TROY TM
  • Myanit TM is a calcium carbonate marketed by the company OMY A TM
  • Viscoatex TM 46 is an acrylic thickener marketed by COATEX TM
  • Test n ° 21 This test illustrates the invention and relates to the manufacture of an adhesive according to the invention. To do this, an adhesive is thus produced, according to the methods well known to those skilled in the art, and the composition of which is given in Table 10. This test notably implements the aqueous suspension of crushed mineral material according to the invention. , and obtained during test No. 16.
  • Table 10 Composition of an adhesive formulation according to the invention
  • Mergal TM K6N is a biocide marketed by TRO Y TM
  • Nopco TM NDW is an antifoam marketed by the company COGNIS TM
  • Craymul TM 5432 is a styrene-acrylic binder marketed by CRAY VALLEY TM
  • Durcal TM 2 and Durcal TM 130 are calcium carbonates marketed by the company OMY A TM
  • Viscoatex TM 46 is an acrylic thickener marketed by COATEX TM

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Abstract

L'invention concerne un procédé de broyage de matières minérales dans l'eau, en présence de liants, les suspensions stables de matières minérales broyées dans l'eau obtenues par le procédé selon l'invention, ainsi l'utilisation desdites suspensions dans des formulations aqueuses, en particulier des formulations de revêtements telles que des peintures aqueuses, des crépis, des encres, des enduits, des mastics, des adhésifs, des colles, et d'autres formulations aqueuses incorporant des matières minérales. L'invention concerne enfin les formulations aqueuses obtenues selon l'invention.

Description

PROCEDE DE BROYAGE DE MATIERES MINERALES EN PRESENCE DE LIANTS, SUSPENSIONS AQUEUSES OBTENUES ET LEURS UTILISATIONS
La présente invention concerne le domaine des suspensions aqueuses de matières minérales broyées et leurs utilisations dans des formulations aqueuses.
L'invention concerne tout d'abord un procédé de broyage de matières minérales dans l'eau, en présence de liants.
L'invention concerne aussi les suspensions stables de matières minérales broyées dans l'eau et obtenues par le procédé selon l'invention.
L'invention concerne également l'utilisation desdites suspensions dans des formulations aqueuses, en particulier des formulations de revêtements telles que notamment des peintures aqueuses, des crépis, des encres, des enduits, des mastics, des adhésifs, des colles, et d'autres formulations aqueuses incorporant des matières minérales.
L'invention concerne enfin les formulations aqueuses obtenues selon l'invention.
Depuis longtemps, les charges minérales telles que le carbonate de calcium et le dioxyde de titane sont incorporées dans les formulations de peinture aqueuses sous forme de poudres sèches. Toutefois, une évolution récente a conduit l'homme du métier à utiliser des suspensions aqueuses de matières minérales dans ses formulations. En effet, de telles suspensions s'avèrent plus simples à l'emploi, puisqu'elles éliminent les problèmes liés à l'utilisation de matériaux pulvérulents, et facilitent les opérations de manipulation des charges par simple pompage desdites suspensions.
Néanmoins, afin de stabiliser ces suspensions, et d'éviter des problèmes de sédimentation ou d'agrégation au cours du temps, on doit avoir nécessairement recours à des agents de stabilisation plus communément appelés agents dispersants. La plupart de ces agents sont à base de monomères carboxyliques, et l'état de la technique démontre les nombreux efforts réalisés dans ce domaine. Mais cette technique a fait apparaître un nouveau problème pour l'homme du métier. En effet, ce dernier doit, afin de réguler la viscosité de la peinture qu'il formule, utiliser des agents modificateurs de rhéologie, tels que notamment des agents épaississants. Or, les interactions entre cesdits épaississants et les agents dispersants contenus dans les suspensions de charges minérales sont complexes, et peuvent conduire à des effets néfastes au niveau de la rhéologie du produit final. Ainsi, le document « Rheology of associative thickener pigment and pigmented commercial latex dispersions » (Progress in Organic Coatings, 17, (1989), pp. 155-173) s'intéresse-t-il entre autre au cas d'une suspension aqueuse de dioxyde de titane, dispersée par de l'acide polyméthacrylique et mise en présence de différents agents épaississants. Il apparaît alors que pour une concentration croissante en dispersant, l'emploi de certains épaississants du type HEUR (Hydrophobic Ethoxylated Urethane) conduit à une déstabilisation du dioxyde de titane, alors que la stabilité de la suspension est maintenue en présence d'épaississants cellulosiques. Ces phénomènes ne sont pas systématiques, mais l'état de la technique souligne l'attention particulière que l'homme du métier doit porter au choix des modificateurs de rhéologie utilisés. Cette situation est résumée par le document « Adsorption studies of associative interactions between thickener and pigment particles » (Progress in Organic Coatings, 30, (1997), pp. 161-171) : l'homme du métier est fortement incité à sélectionner de manière attentive de nouvelles combinaisons dispersants-épaississants pour valoriser leur potentiel (pp 167 introduction), en termes de stabilité de la peinture ainsi fabriquée.
De plus, continuant à utiliser des charges minérales sous formes de suspensions aqueuses stabilisées à l'aide de dispersants, l'homme du métier a cherché à développer des produits intermédiaires qui consistent en de simples mélanges de différents constituants de la peinture, la formulation de ladite peinture se résumant ensuite à l'assemblage des différents constituants, par simple mélange.
Ainsi, le document US 4 025 483 décrit un procédé de stabilisation d'une suspension aqueuse de pigments de dioxyde de titane, en commençant par mélanger ces derniers avec des particules de polymère plastique. Ces dernières sont à base de monomères éthyléniquement insaturés, ont une taille de 1 000 à 10 000 Â, et une température de transition vitreuse supérieure ou égale à 30°C. Il est alors indiqué que les particules composites résultantes, en suspension aqueuse, peuvent être mélangées avec des liants en vue de formuler des peintures (c 1 11 62-66) : avant la formulation de la peinture, il y a donc fabrication d'un produit intermédiaire contenant des composites à base de dioxyde de titane et de particules de polymère plastiques, un liant pour peinture, et de l'eau. Cependant, un tel procédé présente l'inconvénient de faire intervenir une étape supplémentaire qui est la fabrication de particules composites (souvent référencées dans la littérature à travers l'expression pigments plastiques). D'autre part, il s'agit d'un procédé de simple mélange, obtenu par faible apport d'énergie mécanique, ne conduisant pas à une réduction de taille des charges minérales comme lors d'un procédé de broyage. D'autre part, en se référant aux exemples, l'homme du métier comprend qu'il est indispensable d'utiliser un agent dispersant pour stabiliser la suspension initiale de matière minérale.
Le document WO 93/12183 décrit quant à lui un procédé de préparation d'une dispersion aqueuse de particules composites comprenant un latex préparé selon une technique de polymérisation en émulsion et un matériau inorganique ; la dispersion ainsi obtenue peut être utilisée dans la formulation de peintures aqueuses. Les particules de latex mises en jeu ont une taille moyenne comprise entre 20 et 5 000 nm, et une température de transition vitreuse supérieure à 200C. Le latex agit tel un liant à l'égard des particules inorganiques, conférant ainsi des propriétés d'opacité et de brillance améliorées au film de peinture sec. La charge minérale peut être notamment du dioxyde de titane. De manière plus précise, le procédé consiste à préparer deux suspensions aqueuses (l'une contenant la charge minérale, l'autre contenant le latex), puis à mélanger celles-ci. Toutefois il faut souligner que le procédé est caractérisé en ce que la suspension initiale de matières inorganiques est nécessairement pré dispersée grâce à un polymère ou à un copolymère de l'acide méthacrylique, ou à partir d'un de ses sels. Enfin, comme précédemment, on note que ce procédé ne consiste qu'en un mélange et non en un broyage de la matière minérale utilisée.
Enfin, le document WO 93/11183 décrit un procédé de préparation d'une dispersion aqueuse stable, en réalisant une suspension aqueuse de matériau inorganique et une suspension aqueuse de latex, en ajustant les valeurs des potentiels Zêta des deux suspensions selon des intervalles prédéfinis, puis en mélangeant les deux suspensions. La dispersion stable obtenue peut alors être utilisée dans la fabrication des peintures aqueuses. Les particules de latex ont une taille moyenne comprise entre 20 et 5 000 nm. La charge minérale employée peut être du dioxyde de titane, ou du carbonate de calcium. Par ailleurs, la fraction solide de la dispersion finale contenant la charge et les particules de latex est supérieure à 10 % en poids. Il apparaît ici que la stabilité est assurée via le contrôle rigoureux du potentiel Zêta des deux suspensions de départ, qui nécessite d'une part la mise en œuvre d'un dispositif de mesure, et l'utilisation d'autre part d'un agent modifiant le potentiel de surface de la charge minérale et/ou d'un agent permettant de réguler par exemple le pH de la suspension aqueuse de liant polymérique.
Aussi, poursuivant ses recherches en vue de réaliser des suspensions stables de matières minérales en présence de liants, tout en éliminant l'emploi d'agents dispersants qui peuvent conduire à des effets néfastes au niveau de la rhéologie du produit final (par interaction avec les épaississants), la Demanderesse a-t-elle trouvé de manière surprenante un nouveau procédé de fabrication d'une suspension aqueuse de charges minérales, caractérisé en ce que lesdites charges minérales sont broyées dans l'eau en présence de liants. Le produit ainsi obtenu présente une stabilité tout à fait compatible avec son utilisation dans la formulation de peintures aqueuses.
A ce stade, la Demanderesse tient à souligner que la présente invention se distingue de l'art antérieur précédemment cité par le fait que ledit art antérieur ne révèle ni n'enseigne le procédé de broyage conduisant à la diminution de la taille des particules minérales.
De la sorte, l'homme du métier qui sait désormais que la suspension de matière minérales qu'il utilise est exempte de tout agent dispersant, peut utiliser les épaississants de son choix, sans rencontrer les anciens problèmes liés aux interactions avec les agents dispersants. De plus, la suspension ainsi fabriquée répond au souhait de l'homme du métier, en ce sens qu'elle lui fournit un produit qui contient déjà une partie du liant utilisé dans la peinture. D'autre part, et de manière tout à fait surprenante, les liants ne sont pas dégradés au cours du procédé de broyage, et remplissent précisément à ce stade de la fabrication la fonction d'agents d'aide au broyage, permettant jusqu'à la suppression totale d'agents d'aide au broyage : la Demanderesse a en effet observé une réduction notable de la taille des particules de matière minérale. Or, il est bien connu que la possibilité de choisir la taille des particules minérales, dans le cadre de la formulation d'une peinture, est d'une grande importance pour l'homme du métier. En effet, la répartition de la taille des particules influence grandement les propriétés mécaniques et optiques du film final, tel qu'enseigné dans « Particle-size distribution of fillers and their importance in the préparation of paints » (Deutsche Farben-Zeitschrift, 20 (12), 1966, pp. 565-567). Par ailleurs, le procédé selon l'invention permet l'utilisation d'une très large gamme de liants pour peintures, disponibles commercialement.
Le procédé selon l'invention permet d'obtenir également des suspensions aqueuses de matières minérales, qui lors de leurs mises en œuvre dans les formulations de peinture, permettent d'aboutir à des formulations de peinture possédant un comportement rhéologique amélioré par rapport à celles de l'art antérieur, notamment en présentant des viscosités ICI™ et Stormer™ augmentées.
Ce comportement rhéologique amélioré présente en conséquence l'avantage d'aboutir à une meilleure qualité d'application de la peinture.
Enfin, les propriétés du liant en tant que tel sont conservées, puisque les propriétés optiques du film de peinture réalisé selon l'invention ne sont pas dégradées, tout comme les propriétés de compatibilité pigmentaire des peintures ainsi formulées.
L'invention permet donc d'obtenir des formulations aqueuses de peinture stables dans le temps, sans utiliser des agents dispersants. En outre, l'invention permet d'obtenir un produit intermédiaire sous forme d'une suspension aqueuse de matières minérales et de liants, ces derniers jouant également le rôle d'agents d'aide au broyage. A cet égard, au cours de ce procédé, on peut continuer à utiliser des agents d'aide au broyage « classiques ». Enfin, la suspension aqueuse ainsi obtenue par broyage de matières minérales dans l'eau en présence de liants présente une stabilité tout à fait compatible avec son emploi dans la formulation de peintures aqueuses. A ce titre, la Demanderesse tient à préciser que le procédé selon l'invention diffère de celui évoqué dans la demande de brevet WO 95/31507. Ce dernier document décrit la fabrication d'un concentré de pigment. Ledit concentré est obtenu par broyage d'une matière minérale colorante en présence d'un liant aqueux, et destiné à être utilisé comme base colorante. Après cette opération, la taille des pigments est inférieure à 15 μm, et leur concentration est comprise entre 35 et 65 % en poids. Or, il s'avère que la partie descriptive dudit document fait état de l'utilisation d'agent dispersant, dans une proportion comprise entre 4 et 10 % en poids. A la différence de la présente invention, il est donc indispensable d'avoir recours à une quantité importante d'agent dispersant afin de conférer une bonne stabilité à la suspension aqueuse contenant le pigment et le liant.
L'objet de l'invention est donc un procédé de broyage de matières minérales dans l'eau, en présence de liants.
Un autre objet de l'invention réside dans les suspensions stables de matières minérales broyées dans l'eau et obtenues selon ledit procédé.
Un autre objet de l'invention est l'utilisation desdites suspensions dans des formulations aqueuses, en particulier des formulations de revêtements telles que notamment des peintures aqueuses, des crépis, des encres, des enduits, des mastics, des adhésifs, des colles, et d'autres formulations aqueuses incorporant des matières minérales.
Un dernier objet de l'invention réside dans les peintures aqueuses obtenues selon l'invention.
Le procédé selon l'invention permet donc d'obtenir des suspensions aqueuses de matières minérales, sans utiliser d'agents dispersants, et présentant une rhéologie compatible avec leur utilisation dans la formulation de peintures aqueuses.
De plus, le procédé selon l'invention permet d'obtenir également des suspensions aqueuses de matières minérales, qui lors de leurs mises en œuvre dans les formulations de peinture, permettent d'aboutir à des formulations de peinture possédant un comportement rhéologique amélioré par rapport à celles de l'art antérieur, notamment en présentant des viscosités ICI™ et Stormer™ augmentées.
Ce procédé permet également de fabriquer des produits répondant à l'attente de l'homme du métier: ils contiennent de l'eau, une ou plusieurs charges minérales, et au moins un liant.
Il permet aussi d'ajuster la finesse des matières minérales utilisées en les broyant en présence de liants : ceux-ci remplissent à ce titre la fonction d'agents d'aide au broyage.
Par ailleurs, les liants ne sont pas dégradés au cours du procédé de broyage, et les propriétés optiques du film de peinture ne sont pas altérées, de même que les propriétés de compatibilité pigmentaire des peintures ainsi formulées. Enfin, les suspensions aqueuses de matières minérales ainsi broyées et stables dans le temps, servent à la formulation de peintures aqueuses qui présentent une très bonne stabilité, et un comportement rhéologique amélioré en vue de leur application.
Ces buts sont atteints grâce à un nouveau procédé de fabrication d'une suspension stable de matières minérales dans l'eau, caractérisé en ce que lesdites matières minérales sont broyées en présence de liants.
La Demanderesse tient à préciser que l'opération de broyage de la substance minérale à affiner consiste à broyer la substance minérale avec un corps broyant en particules très fines dans un milieu aqueux contenant les liants.
Ainsi, à la suspension aqueuse de la substance minérale à broyer, on ajoute les liants et le corps broyant de granulométrie avantageusement comprise entre 0,20 et 4 millimètres. Le corps broyant se présente en général sous la forme de particules de matériaux aussi divers que l'oxyde de silicium, l'oxyde d'aluminium, l'oxyde de zirconium ou de leurs mélanges, ainsi que les résines synthétiques de haute dureté, les aciers, ou autres. Un exemple de composition de tels corps broyants est donné par le brevet FR 2 203 681 qui décrit des éléments broyants formés 30 % à 70 % en poids d'oxyde de zirconium, 0,1 % à 5 % d'oxyde d'aluminium et de 5 à 20 % d'oxyde de silicium.
Le corps broyant est de préférence ajouté à la suspension en une quantité telle que le rapport en poids entre ce matériau de broyage et la substance minérale à broyer soit d'au moins 2/1, ce rapport étant de préférence compris entre les limites 3/1 et 5/1.
Le mélange de la suspension et du corps broyant est alors soumis à l'action mécanique de brassage, telle que celle qui se produit dans un broyeur classique à micro-éléments.
Le temps nécessaire pour aboutir à la finesse souhaitée de la substance minérale après broyage sera défini selon la nature et la quantité des substances minérales à broyer, et selon le mode d'agitation utilisé et la température du milieu pendant l'opération de broyage.
Une autre variante du procédé se caractérise en ce que ledit procédé met éventuellement en œuvre au moins un agent d'aide au broyage. Ledit agent sera choisi parmi tous les agents d'aide au broyage bien connus, et leurs mélanges.
Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que les matières minérales sont un pigment et/ou une charge minérale choisi parmi le carbonate de calcium synthétique ou naturel, les dolomies, le kaolin, le talc, le gypse, la chaux, la magnésie, le dioxyde de titane, le blanc satin, le trioxyde d'aluminium ou encore le trihydroxyde d'aluminium, le mica, les oxydes de zinc et de fer, le sulfate de baryum et le mélange de ces charges entre elles, comme les mélanges talc-carbonate de calcium, carbonate de calcium- kaolin, ou encore les mélanges de carbonate de calcium avec le trihydroxyde d'aluminium ou le trioxyde d'aluminium, ou encore les mélanges avec des fibres synthétiques ou naturelles ou encore les co-structures des minéraux comme les co- structures talc-carbonate de calcium ou talc-dioxyde de titane, ou leurs mélanges.
De manière préférentielle, les matières minérales sont du carbonate de calcium synthétique ou naturel, du dioxyde de titane, ou leurs mélanges. De manière plus préférentielle, les matières minérales sont un carbonate de calcium synthétique ou un carbonate de calcium naturel choisi parmi le marbre, la calcite, la craie ou leurs mélanges.
Le procédé selon l'invention est également caractérisé en ce que les liants sont choisis parmi les liants couramment utilisés dans les formulations aqueuses par l'homme du métier, et sont choisis notamment parmi les liants de type vinyl éthylène, vinyl versatate, styrène acrylique, styrène butadiène ou encore acrylique.
De manière préférentielle, les liants sont choisis parmi les liants de type vinylversatate et acrylique.
Le procédé selon l'invention se caractérise aussi en ce que l'on met en oeuvre au moins 15 % en poids sec de matières minérales par rapport au poids total de la suspension aqueuse, de 10 % à 50 % en poids sec de liants par rapport au poids total de la suspension aqueuse, et de 0 à 5 % en poids sec d'agent d'aide au broyage par rapport au poids total de la suspension aqueuse.
De manière préférentielle, ledit procédé se caractérise en ce que l'on met en oeuvre au moins 50 % en poids sec de matières minérales par rapport au poids total de la suspension aqueuse, de 10 % à 50 % en poids sec de liants par rapport au poids total de la suspension aqueuse, et de 0 à 2 % en poids sec d'agent d'aide au broyage par rapport au poids total de la suspension aqueuse.
De manière très préférentielle, ledit procédé se caractérise en ce que l'on met en oeuvre au moins 50 % en poids sec de matières minérales par rapport au poids total de la suspension aqueuse, de 10 % à 25 % en poids sec de liants par rapport au poids total de la suspension aqueuse, et aucun agent d'aide au broyage.
Un autre objet de l'invention réside dans les suspensions aqueuses de matières minérales broyées en présence de liants obtenues par le procédé selon l'invention, et caractérisées en ce qu'elles contiennent au moins 15 % en poids sec de matières minérales par rapport au poids total de la suspension aqueuse, de 10 % à 50 % en poids sec de liants par rapport au poids total de la suspension aqueuse, et de 0 à 5 % en poids sec d'agents d'aide au broyage par rapport au poids total de la suspension aqueuse.
De manière préférentielle, lesdites suspensions de matières minérales se caractérisent en ce qu'elles contiennent au moins 50 % en poids sec de matières minérales par rapport au poids total de la suspension aqueuse, de 10 % à 50 % en poids sec de liants par rapport au poids total de la suspension aqueuse, et de 0 à 2 % en poids sec d'agents d'aide au broyage par rapport au poids total de la suspension aqueuse.
De manière encore plus préférentielle, lesdites suspensions de matières minérales se caractérisent en ce qu'elles contiennent au moins 50 % en poids sec de matières minérales par rapport au poids total de la suspension aqueuse, de 10 % à 25 % en poids sec de liants par rapport au poids total de la suspension aqueuse, et aucun agent d'aide au broyage.
Les suspensions aqueuses de matières minérales obtenues par le procédé selon l'invention se caractérisent également en ce qu'elles présentent une granulométrie telle qu'au moins 50 % des particules de matières minérales ont un diamètre inférieur ou égal à 30 μm, c'est-à-dire un diamètre médian d5o inférieur ou égal à 30 μm.
Dans l'intégralité de la présente demande, on détermine la granulométrie des suspensions à l'aide d'un granulomètre Mastersizer™ 2000 de la société MALVERN™.
De manière préférentielle, les suspensions aqueuses de matières minérales obtenues par le procédé selon l'invention se caractérisent également en ce qu'elles présentent une granulométrie telle qu'au moins 50 % des particules de matières minérales ont un diamètre inférieur ou égal à 15 μm.
De manière encore plus préférentielle, les suspensions aqueuses de matières minérales obtenues par le procédé selon l'invention se caractérisent également en ce qu'elles présentent une granulornétrie telle qu'au moins 50 % des particules de matières minérales ont un diamètre inférieur ou égal à 10 μm.
Enfin, de manière extrêmement préférentielle, les suspensions aqueuses de matières minérales obtenues par le procédé selon l'invention se caractérisent également en ce qu'elles présentent une granulométrie telle qu'au moins 50 % des particules de matières minérales ont un diamètre inférieur ou égal à 5 μm.
Lesdites suspensions aqueuses se caractérisent également en ce que les matières minérales sont un pigment et/ou une charge minérale choisi parmi le carbonate de calcium synthétique ou naturel, les dolomies, le kaolin, le talc, le gypse, la chaux, la magnésie, le dioxyde de titane, le blanc satin, le trioxyde d'aluminium ou encore le trihydroxyde d'aluminium, le mica, les oxydes de zinc et de fer, le sulfate de baryum et le mélange de ces charges entre elles, comme les mélanges talc-carbonate de calcium,, carbonate de calcium-kaolin, ou encore les mélanges de carbonate de calcium avec le trihydroxyde d'aluminium ou le trioxyde d'aluminium, ou encore les mélanges avec des fibres synthétiques ou naturelles ou encore les co-structures des minéraux comme les co-structures talc-carbonate de calcium ou talc-dioxyde de titane, ou leurs mélanges.
De manière préférentielle, les matières minérales sont du carbonate de calcium synthétique ou naturel, du dioxyde de titane, ou leurs mélanges.
De manière plus préférentielle, les matières minérales sont un carbonate de calcium synthétique ou un carbonate de calcium naturel choisi parmi le marbre, la calcite, la craie ou leurs mélanges.
Les suspensions aqueuses selon l'invention se caractérisent également en ce que les liants sont choisis parmi les liants couramment utilisés dans les formulations aqueuses par l'homme du métier, et sont choisis notamment parmi les liants de type vinyl éthylène, vinyl versatate, styrène acrylique, styrène butadiène ou encore acrylique. De manière préférentielle, lesdites suspensions se caractérisent en ce que les liants sont choisis parmi les liants de type vinylversatate et acrylique.
Un autre objet de l'invention est l'utilisation desdites suspensions dans des formulations aqueuses, en particulier des formulations de revêtements telles que notamment des peintures aqueuses, des crépis, des encres, des enduits, des mastics, des adhésifs, des colles, et d'autres formulations aqueuses incorporant des matières minérales.
Un dernier objet de l'invention réside dans les formulations aqueuses obtenues selon l'invention.
Ainsi, les peintures aqueuses, les crépis, les encres, les enduits, les mastics, les adhésifs , les formulations aqueuses incorporant des matières minérales et les colles selon l'invention se caractérisent en ce qu'ils contiennent les suspensions aqueuses minérales selon l'invention broyées en présence de liants.
Les exemples suivants illustrent l'invention sans toutefois en limiter la portée.
Exemple 1
Cet exemple concerne la fabrication de suspensions aqueuses de matières minérales à travers un procédé de broyage, en présence de liants, selon l'invention (et éventuellement en présence d'un agent d'aide au broyage : cas de l'essai n° 8). Il concerne aussi les suspensions de matières minérales ainsi obtenues, à partir du procédé de broyage selon l'invention.
Dans les essais n° 1 à n° 8, on utilise un carbonate de calcium qui est du marbre provenant d'Avenza (Italie), et qui présente un diamètre médian initial noté dso égal à 10 μm (50 % des particules de carbonate de calcium possèdent un diamètre inférieur ou égal à 10 μm). Il est commercialisé par la société OMY A™ sous le nom Omyacarb™ 10 AV. - On utilise un broyeur du type Dyno-Mill™ à cylindre fixe et impulseur tournant, dont le corps broyant est constitué par des billes à base de zirconium de diamètre compris dans l'intervalle 0,6 millimètre à 1 millimètre.
- Le volume total occupé par le corps broyant est de 1000 centimètres cubes tandis que sa masse est de 2 700 g.
- La chambre de broyage a un volume de 1400 centimètres cubes.
- La vitesse circonférentielle du broyeur est de 10 mètres par seconde.
- La suspension de pigment est recyclée à raison de 40 litres par heure.
- La sortie du Dyno-Mill™ est munie d'un séparateur de mailles 200 microns permettant de séparer la suspension résultant du broyage et le corps broyant.
- La température lors de chaque essai de broyage est maintenue à environ 3O0C.
On commence par mélanger dans l'eau la poudre sèche de carbonate de calcium avec le liant (et l'agent d'aide au broyage dans le cas de l'essai n° 8), le mélange étant ensuite broyé au moyen du dispositif précédemment décrit. Le temps de broyage est adapté à la granulométrie souhaitée.
Par la suite, la granulométrie des suspensions est déterminée comme suit.
Après le broyage, on récupère dans un flacon un échantillon de la suspension pigmentaire dont la granulométrie est mesurée à l'aide d'un granulomètre Mastersizer™ 2000 commercialisé par Ia société MALVERN™. On détermine alors le diamètre médian d50 des particules de carbonate de calcium ainsi affinées.
La viscosité Brookfield™ des suspensions est déterminée comme suit. La viscosité Brookfield™ de la suspension est mesurée à l'aide d'un viscosimètre Brookfield™ type RVT, dans le flacon non agité, à une température de 250C et à deux vitesses de rotation de 10 et 100 tours par minute avec le mobile adéquat. La lecture est effectuée après 1 minute de rotation. On obtient ainsi 2 mesures de viscosité Brookfield™ respectivement notées μio et μioo.
Après une minute d'agitation du flacon resté au repos pendant 8 jours, la viscosité Brookfield™ de la suspension est mesurée selon la même méthode.
Essai n° 1
Cet essai illustre l'invention et met en œuvre 11,8 % en poids sec par rapport au poids total de la suspension, d'un liant qui est une émulsion vinylversatate commercialisé par la société CRAY VALLEY™ sous le nom Craymul™ 2336 XP. Il met également en œuvre 52,6 % en poids sec par rapport au poids total de la suspension du carbonate de calcium d'Avenza, et le reste d'eau.
Essai n° 2
Cet essai illustre l'invention et met en œuvre 11,2 % en poids sec par rapport au poids total de la suspension, d'un liant qui est une émulsion vinylversatate commercialisé par la société CRAY VALLEY™ sous le nom Craymul™ 2336 XP. Il met également en œuvre 50,0 % en poids sec par rapport au poids total de la suspension du carbonate de calcium d'Avenza, et le reste d'eau.
Essai n° 3 Cet essai illustre l'invention et met en œuvre 35,0 % en poids sec par rapport au poids total de la suspension, d'un liant qui est une résine acrylique commercialisé par la société ROHM & HAAS™ sous le nom Primai™ HG-74. Il met également en œuvre 16,7 % en poids sec du carbonate de calcium d'Avenza par rapport au poids total de la suspension, et le reste d'eau.
Essai n° 4 Cet essai illustre l'invention et met en œuvre 11,8 % en poids sec par rapport au poids total de la suspension, d'un liant qui est une résine acrylique commercialisé par la société BASF™ sous le nom Acronal™ 290 D. Il met également en œuvre 52,6 % en poids sec du carbonate de calcium d'Avenza par rapport au poids total de la suspension, et le reste d'eau.
Essai n° 5
Cet essai illustre l'invention et met en œuvre 22,7 % en poids sec par rapport au poids total de la suspension, d'un liant qui est une résine acrylique commercialisé par la société BASF™ sous le nom Acronal™ 290 D. Il met également en œuvre 41,0 % en poids sec du carbonate de calcium d'Avenza par rapport au poids total de la suspension, et le reste d'eau.
Essai n° 6 Cet essai illustre l'invention et met en œuvre 12,6 % en poids sec par rapport au poids total de la suspension, d'un liant qui est une émulsion à base d'éthylène acétate de vinyle commercialisé par la société CELANESE™ sous le nom Mowilith™ LDM 1871. Il met également en œuvre 52,6 % en poids sec du carbonate de calcium d'Avenza par rapport au poids total de la suspension, et le reste d'eau.
Essai n° 7
Cet essai illustre l'invention et met en œuvre 23,9 % en poids sec par rapport au poids total de la suspension, d'un liant qui est une émulsion à base d'éthylène acétate de vinyle commercialisé par la société CELANESE™ sous le nom Mowilith™ LDM 1871. Il met également en œuvre 40,7 % en poids sec du carbonate de calcium d'Avenza par rapport au poids total de la suspension, et le reste d'eau.
Essai n° 8
Cet essai illustre l'invention et met en œuvre 16,1 % en poids sec par rapport au poids total de la suspension, d'un liant qui est une résine acrylique commercialisé par la société BASF™ sous le nom Acronal™ 290 D. Il met également en œuvre 60,5 % en poids sec du carbonate de calcium d'Avenza par rapport au poids total de la suspension. Il met aussi en œuvre 0,3 % en poids sec par rapport au poids total de la suspension, d'un agent d'aide au broyage qui est un polyacrylate de sodium, et le reste d'eau.
Les caractéristiques des suspensions obtenues sont rassemblées dans le tableau 1.
Figure imgf000017_0001
Tableau 1 : caractéristiques des suspensions aqueuses de carbonate de calcium broyé selon les essais n°l à n° 8
Les pourcentages en poids sec s'entendent par rapport au poids total de la suspension.
dso désigne le diamètre médian des particules de carbonate de calcium après broyage (50 % des particules ont un diamètre inférieur à cette valeur).
T = O désigne l'instant initial auquel sont mesurées les viscosités Brookfield™ à 10 et 100 tours par minute, notées respectivement μio et μjoo-
T = 8 jours désigne l'instant t=8 jours, auquel sont mesurées après agitation les viscosités Brookfield™ à 10 et 100 tours par minute, notées respectivement μ!0 et μ)0o. Les diamètres médians correspondant aux essais n° 1 à n° 8 démontrent que, pour le procédé selon l'invention, les liants utilisés se comportent bel et bien comme des agents d'aide au broyage, au sens où on observe une diminution notable de la taille des particules de carbonate de calcium.
Enfin, on constate que chaque suspension obtenue selon l'invention est stable dans le temps.
Exemple 2 Cet exemple concerne la fabrication de peintures aqueuses selon l'invention, à partir de suspensions aqueuses de carbonate de calcium broyé en présence de liants selon l'invention, ou à partir de poudres sèches de carbonate de calcium selon l'art antérieur.
Les peintures sont formulées par le mélange des différents constituants, selon des procédés bien connus de l'homme du métier. La Demanderesse indique que, dans les essais suivants, elle n'a indiqué que la nature des carbonates et des liants utilisés. Les peintures contiennent bien entendu un grand nombre d'autres additifs. La liste complète des constituants de chaque peinture, ainsi que leurs proportions, figurent dans les tableaux récapitulatifs.
Pour chaque peinture formulée, on détermine sa viscosité ICI™, Stormer™ et Brookfield™, selon les méthodes suivantes.
La viscosité ICI™ est déterminée sur un viscosimètre cône-plan, dit viscosimètre ICI™, commercialisé notamment par la société ERICHSEN™, selon la méthode parfaitement connue de l'homme du métier. La mesure est réalisée à 25 °C et est notée
μ1 (P).
La viscosité Stormer™ est déterminée sur un viscosimètre Stormer de type KU-I commercialisé par la société Brookfield™, équipé d'un système de mesures unique. La mesure est réalisée à 25 °C et notée μs(K.U). La viscosité Brookfield™ des peintures est déterminée à 250C de la même manière que celle indiquée pour l'exemple 1 dans le cas des suspensions de matières minérales. Elle est notée μBi0 (mPa.s) et μBιoo (mPa.s) selon qu'elle est déterminée respectivement à 10 et à 100 tours par minute.
Essai n° 9
Cet essai concerne la formulation d'une peinture mate, selon l'art antérieur, dans laquelle le carbonate est introduit uniquement sous forme de poudre sèche.
Il s'agit ici d'un mélange de 2 carbonates de calcium qui est du marbre provenant d'Avenza (Italie), l'un possédant un diamètre médian de 5 μm et l'autre un diamètre médian de 2 μm. Ils sont commercialisés par la société OMY A™ sous les noms respectifs de Omyacarb™ 5 AV et Omyacarb™ 2 AV.
Le liant utilisé est une résine acrylique commercialisé par la société BASF™ sous le nom Acronal™ 290 D.
Essai n° 10
Cet essai concerne la formulation d'une peinture mate, selon l'invention.
Une partie du carbonate de calcium est introduite sous forme de poudre sèche : il s'agit d'un carbonate de calcium qui est du marbre provenant d'Avenza (Italie), avec un diamètre médian de 2 μm. Il est commercialisé par la société OMY A™ sous le nom de Omyacarb™ 2-AV.
L'autre partie est introduite sous forme de la suspension aqueuse selon l'invention décrite dans l'essai n°4.
Essai n° 11
Cet essai concerne la formulation d'une peinture mate, selon l'invention. Une partie du carbonate de calcium est introduite sous forme de poudre sèche. Il s'agit d'un mélange de 2 carbonates de calcium qui est du marbre provenant d'Avenza, l'un possédant un diamètre médian de 5 μm et l'autre un diamètre médian de 2 μm. Il sont commercialisés par la société OMY A™ sous les noms de Omyacarb™ 5 AV et Omyacarb™ 2 AV.
L'autre partie est introduite sous forme de la suspension aqueuse selon l'invention et décrite dans l'essai n° 5.
La liste des constituants ainsi que leur proportions en poids sont indiquées dans le tableau 2, pour les peintures correspondant aux essais n° 9 à n° 11.
Pour les peintures correspondant à ces 3 essais, le formulateur a travaillé à masse constante de chaque constituant : à ce titre, la masse de carbonate de calcium est identique pour ces essais et égale à 500 g, celle de liant est identique et égale à 160 g.
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Tableau 2 : composition des peintures formulées selon les essais n° 9 à n° 11
Les chiffres désignent des masses en grammes. Tiona™ RL 68 désigne du dioxyde de titane commercialisé par la société MILLENNIUM™
Coatex™ P90 est un dispersant polyacrylique commercialisé par la société COATEX™
Mergal™ K6N est un bactéricide commercialisé par la société TRO Y™
Nopco™ NDW est un agent anti-mousse commercialisé par la société COGNIS™
Coatex Rheo 2000™ est un épaississant associatif commercialisé par la société COATEX™
Les valeurs des viscosités ICI™, Stormer™ et Brookfield™, mesurées à différents instants, pour les peintures formulées lors des essais n°9 à n°l l sont résumées dans le tableau 2 bis.
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Tableau 2 bis : viscosités mesurées sur les peintures formulées selon les essais n° 9 à n° l l μ1 (P) : viscosité ICI™ μs(K.U) : viscosité Stormer™ μBiû (mPa.s) : viscosité Brookfield™ déterminée à 10 tours par minute μBioo (mPa.s) : viscosité Brookfield™ déterminée à 100 tours par minute
Les résultats du tableau 2 bis démontrent que les peintures formulées selon l'invention possèdent un comportement rhéologique amélioré par rapport à l'art antérieur : on observe une augmentation des viscosités ICI™ et Stormer™. Cette amélioration conduit à une meilleure qualité d'application des peintures.
D'autre part, les viscosités Brookfield™ observées pour les peintures selon l'invention démontrent que ces formulations sont stables dans le temps.
D'autre part, un certain nombre de propriétés optiques ont été déterminées pour les peintures formulées selon les essais n° 9 à n° 11.
Le pouvoir couvrant humide PC des peintures formulées selon les essais n° 9 à n° 11 a été comparé visuellement sur des cartes de contrastes, immédiatement après application au moyen d'un tire-film manuel standard d'une épaisseur de 150 μm desdites peintures.
Les essais n° 10 et n° 11 selon l'invention, démontrent un pouvoir couvrant identique à celui obtenu pour l'essai n° 9 pris comme référence.
Les coordonnées chromatiques L et b figurant dans le tableau 3 appartiennent à l'espace chromatique (L, a, b, Hunter) et sont déterminées sur un film sec de la peinture à tester, préalablement appliquée au moyen d'un tire- film manuel standard en une épaisseur de 150 μm sur une plaque de verre, puis séchée à 230C pendant 24 heures dans une enceinte climatique à un taux d'humidité de 50 %.
La valeur du rapport de contraste RC (%) = Yn / Yb est mesurée sur un spectrocolorimètre Spectro-Pen™ commercialisé par la société DR LANGE™. La peinture a été préalablement appliquée au moyen d'un tire-film manuel standard, en une épaisseur de 150 μm sur une carte de contraste. On mesure alors la valeur de la réflectance Yb sur la partie blanche du substrat et la valeur de la réflectance Yn sur la partie noire du substrat. La valeur obtenue dans l'espace chromatique (X, Y, Z) est une moyenne réalisée sur trois mesures.
La brillance a été mesurée sur un réflectomètre Micro-Tri-Gloss™ commercialisé par la société BRANDT™ à des angles égaux à 60° et 85 ° (BS 60 et BS 85) selon la norme NF T 30-064. La peinture a été préalablement appliquée au moyen d'un tire- film manuel standard, en une épaisseur de 150 μm sur une plaque de verre.
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Tableau 3 : propriétés optiques mesurées sur les peintures formulées selon les essais n° 9 à n° l l
PC: pouvoir couvrant humide estimé visuellement
L : blancheur mesurée sur un spectrocolorimètre Spectro-Pen™ commercialisé par la société DR LANGE™
b : sous ton mesuré sur un spectrocolorimètre Spectro-Pen™ commercialisé par la société DR LANGE™
RC (%) : rapport de contraste mesuré sur un spectrocolorimètre Spectro-Pen™ commercialisé par la société DR LANGE™ BS 60, BS 85 : mesures de brillance à 60 et 85° réalisées sur un réflectomètre mètre Micro-Tri-Gloss™ commercialisé par la société BRANDT™, selon la norme NF T 30-064
Les résultats du tableau 3 démontrent que les propriétés optiques mesurées pour les peintures formulées selon l'invention sont équivalentes à celles de l'art antérieur.
Enfin, pour les essais n°9 à n° 11, on a déterminé la compatibilité pigmentaire des peintures ainsi formulées, par la mesure du paramètre Delta E (ΔE).
La détermination de la valeur du Delta E (ΔE) de la formulation aqueuse colorée mate est effectuée par ajout, à la base blanche, de 5 % en poids de pigment noir, c'est-à-dire de 50 grammes de pigment noir (COLANYL™ Noir commercialisé par la société CLARIANT™) dans 190 grammes de peinture blanche.
Ce test de mesure de ΔE est celui dénommé « essai de gommage au doigt », connu par l'homme du métier sous le vocable « rub out ».
Ce test consiste à appliquer sans cisaillement, à l'aide d'un filmographe, 150 μm de la formulation de la peinture mate ou satinée colorée à tester sur une carte de contraste, c'est-à-dire lentement et sans contrainte et à attendre 45 secondes puis à appliquer un cisaillement par frottement, avec le doigt, du film encore visqueux de peinture, pendant trente secondes en un endroit quelconque.
Après séchage du film, la différence colorimétrique entre la zone cisaillée (zone frottée) et la zone non cisaillée (zone du film non frotté) déterminée au moyen du spectrophotomètre Spectro-Pen™, permet d'évaluer (valeur du ΔE) si la composition de peinture testée présente ou non une bonne compatibilité pigmentaire.
Les valeurs de ΔE déterminées pour les formulations colorées réalisées à partir des peintures correspondant aux essais n° 9, à n° 11 sont indiquées dans le tableau 4.
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Tableau 4 : valeurs de ΔE mesurées pour différentes formulations colorées réalisées à partir des bases blanches correspondant aux essais n° 9 à n° 11
Les valeurs du tableau 4 démontrent que la compatibilité pigmentaire des peintures colorées formulées selon l'invention reste identique à celle correspondant à l'essai selon l'art antérieur.
Essai n° 12
Cet essai concerne la formulation d'une peinture mate, selon l'art antérieur, dans laquelle le carbonate est introduit uniquement sous forme de poudre sèche.
Il s'agit ici d'un mélange de 2 carbonates de calcium qui est du marbre provenant d'Avenza, l'un possédant un diamètre médian de 5 μm et l'autre un diamètre médian de 2 μm. Ils sont commercialisés par la société OMY A™ sous les noms respectifs de Omyacarb™ 5-AV et Omyacarb™ 2-AV.
Le liant utilisé est une émulsion vinylversatate commercialisé par la société CRAY VALLEY™ sous le nom Craymul™ 2336 XP.
Essai n° 13
Cet essai concerne la formulation d'une peinture mate, selon l'invention.
Une partie du carbonate de calcium est introduite sous forme de poudre sèche : il s'agit d'un carbonate de calcium qui est du marbre d'Avenza, avec un diamètre médian de 2 μm. Il est commercialisé par la société OMY A™ sous le nom de Omyacarb™ 2-AV. L'autre partie est introduite sous forme de la suspension aqueuse selon l'invention et décrite dans l'essai n°l.
La liste des constituants ainsi que leurs proportions en poids sont indiquées dans le tableau 5, pour les peintures correspondant aux essais n° 12 et n° 13.
Pour les peintures correspondant à ces 2 essais, l'homme du métier a travaillé à masse constante de chaque constituant : à ce titre, la masse de carbonate de calcium est identique pour ces essais et égale à 500 g, celle de liant est identique et égale à 160 g.
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Tableau 5 : composition des peintures formulées selon les essais n°12 et n°13
Les chiffres désignent des masses en grammes.
Tiona™ RL 68 désigne du dioxyde de titane commercialisé par la société MILLENNIUM™
Coatex™ P90 est un dispersant polyacrylique commercialisé par la société COATEX™
Mergal™ K6N est un bactéricide commercialisé par la société TROY™ Nopco™ NDW est un agent anti-mousse commercialisé par la société COGNIS™
Coatex Rheo 2000™ est un épaississant associatif commercialisé par la société COATEX™
Les valeurs des viscosités ICI™, Stormer™ et Brookfield™, mesurées à différents instants, pour les peintures formulées lors des essais n°12 et n°13 sont résumées dans le tableau 5 bis.
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Tableau 5 bis : viscosités mesurées sur les peintures formulées selon les essais n° 12 et n° 13
μ1 (P) : viscosité ICI™ μs(K.U) : viscosité Stormer™ μ io (mPa.s) : viscosité Brookfield™ déterminée à 10 tours par minute μ loo (mPa.s) : viscosité Brookfield™ déterminée à 100 tours par minute
Les résultats du tableau 5 bis démontrent que la peinture formulée selon l'invention possède un comportement rhéologique amélioré par rapport à l'art antérieur : on observe une augmentation des viscosités ICI™ et Stormer™. Cette amélioration conduit à une meilleure qualité d'application des peintures.
D'autre part, les viscosités Brookfield™ observées pour la peinture selon l'invention démontrent que cette formulation est stable dans le temps.
Essai n° 14
Cet essai concerne la formulation d'une peinture mate, selon l'art antérieur.
Une partie du carbonate de calcium est introduite sous forme de poudre sèche : il s'agit d'un carbonate de calcium qui est du marbre d'Avenza, avec un diamètre médian de 2 μm. Il est commercialisé par la société OMY A™ sous le nom de Omyacarb™ 2- AV.
L'autre partie est introduite sous forme d'une suspension aqueuse de carbonate de calcium broyé avec 0,3 % en poids sec d'un agent de broyage classique qui est un polyacrylate de sodium, ayant un diamètre médian de 5 μm, et une concentration en matière sèche égale à 75 % en poids par rapport au poids total de la suspension.
Essai n° 15 Cet essai concerne la formulation d'une peinture mate, selon l'invention.
Une partie du carbonate de calcium est introduite sous forme de poudre sèche : il s'agit d'un carbonate de calcium qui est du marbre d'Avenza, avec un diamètre médian de 2 μm. Il est commercialisé par la société OMY A™ sous le nom de Omyacarb™ 2- AV.
L'autre partie est introduite sous forme de la suspension aqueuse selon l'invention et décrite dans l'essai n°8.
La liste des constituants ainsi que leurs proportions en poids sont indiquées dans le tableau 6, pour les peintures correspondant aux essais n° 14 et n° 15.
Pour les peintures correspondant à ces 2 essais, l'homme du métier a travaillé à masse constante de chaque constituant : à ce titre, la masse de carbonate de calcium est identique pour ces essais et égale à 500 g, celle de liant est identique et égale à 160 g.
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Tableau 6 : composition des peintures formulées selon les essais n° 14 et n° 15
Les chiffres désignent des masses en grammes.
Tiona™ RL 68 désigne du dioxyde de titane commercialisé par la société MILLENNIUM™
Coatex™ P90 est un dispersant polyacrylique commercialisé par la société COATEX™
Mergal™ K6N est un bactéricide commercialisé par la société TRO Y™
Nopco™ NDW est un agent anti-mousse commercialisé par la société COGNIS™
Coatex Rheo 2000™ est un épaississant associatif commercialisé par la société COATEX™
Les valeurs des viscosités ICI™, Stormer™ et Brookfield™, mesurées à différents instants, pour les peintures formulées lors des essais n° 14 et n° 15 sont résumées dans le tableau 6 bis.
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Tableau 6 bis : viscosités mesurées sur les peintures formulées selon les essais n° 14 et n° 15
μ1 (P) : viscosité ICI™ μs(K.U) : viscosité Stormer™ μ lo (mPa.s) : viscosité Brookfield™ déterminée à 10 tours par minute μBioo (mPa.s) : viscosité Brookfield™ déterminée à 100 tours par minute
Les résultats du tableau 6 bis démontrent que la peinture formulée selon l'invention possède un comportement rhéologique amélioré par rapport à l'art antérieur : on observe une augmentation des viscosités ICI™ et Stormer™. Cette amélioration conduit à une meilleure qualité d'application des peintures.
D'autre part, les viscosités Brookfield™ observées pour la peinture selon l'invention démontrent que cette formulation est stable dans le temps. Exemple 3
Cet exemple concerne la fabrication de suspensions aqueuses de matières minérales à travers un procédé de broyage, en présence de liants, selon l'invention. Il concerne aussi les suspensions de matières minérales ainsi obtenues, à partir du procédé de broyage selon l'invention.
Dans l'essai n° 16, on utilise un carbonate de calcium précipité, et qui présente un diamètre médian initial noté d5o égal à 4,8 μm (50 % des particules de carbonate de calcium possèdent un diamètre inférieur ou égal à 4,8 μm). Il est commercialisé par la société SOL VA Y™ sous le nom Socal™ P3.
Dans les essais n° 17 et 18, on utilise un carbonate de calcium qui est du marbre provenant d'Avenza (Italie), et qui présente un diamètre médian initial noté dso égal à 10 μm (50 % des particules de carbonate de calcium possèdent un diamètre inférieur ou égal à 10 μm). Il est commercialisé par la société OMY A™ sous le nom Omyacarb™ 10 AV.
Les matières minérales sont broyées selon l'invention en présence d'un liant (cas des essais n° 16 et 17) ou d'un mélange de deux liants (essai n° 18) selon la même méthode que celle décrite pour l'exemple 1.
Pour les essais n° 16 à 18, la granulométrie des suspensions aqueuses est déterminée, après broyage, de la même manière que celle décrite pour l'exemple 1. On détermine ensuite, selon la même méthode que celle employée au cours de l'exemple 1, les viscosités Brookfield™ à deux vitesses de rotation de 10 et 100 tours par minute -respectivement notées μio et μioo- et ce, aux instants t = 0 et t = 8 jours après une minute d'agitation.
Essai n° 16
Cet essai illustre l'invention et met en œuvre 20,0 % en poids sec par rapport au poids sec de charge minérale, d'un liant styrène-acrylique commercialisé par la société
CRAY VALLEY™ sous le nom Craymul™ 5432. Il met également en œuvre 58,3 % en poids sec par rapport au poids total de la suspension du carbonate de calcium précipité Socal™ P3, et le reste d'eau.
Essai n° 17
Cet essai illustre l'invention et met en œuvre 20,0 % en poids sec par rapport au poids sec de charge minérale, d'un liant acrylique commercialisé par la société CRAY VALLEY™ sous le nom Craymul™ 4511. Il met également en œuvre 58,4 % en poids sec par rapport au poids total de la suspension du carbonate de calcium d'Avenza, et le reste d'eau.
Essai n° 18
Cet essai illustre l'invention et met en œuvre 20,0 % en poids sec par rapport au poids sec de charge minérale, d'un mélange de liants composé d'Acronal™ DL 966 et d'Acronal™ S 360 D (dans un ratio 1 :1 en poids), qui sont respectivement des liants du type styrène-butadiène et styrène-acrylique, tous deux commercialisés par la société BASF™. Il met également en œuvre 63,1 % en poids sec du carbonate de calcium d'Avenza par rapport au poids total de la suspension, et le reste d'eau.
Les valeurs des diamètres médians d50 déterminés après broyage, ainsi que les valeurs des viscosités Brookfield™ μio et μi00, mesurées après broyage aux instants t = 0 et t = 8 jours après une minute d'agitation, sont indiquées dans le tableau 7.
Figure imgf000032_0001
Tableau 7 : diamètre médian d5o après broyage, et viscosités Brookfield™ μio et μι00, après broyage (aux instants t = 0 et t = 8 jours après une minute d'agitation).
Les diamètres médians correspondant aux essais n° 16 à n° 18 démontrent que, pour le procédé selon l'invention, les liants utilisés se comportent bel et bien comme des agents d'aide au broyage, au sens où on observe une diminution notable de la taille des particules de carbonate de calcium.
Enfin, on constate que chaque suspension obtenue selon l'invention est stable dans le temps.
Exemple 4
Cet exemple illustre l'invention et concerne la fabrication d'un crépi, d'un enduit et d'une colle selon l'invention.
Essai n° 19
Cet essai illustre l'invention et concerne la fabrication d'un crépi selon l'invention.
Pour ce faire, on réalise donc un crépi, selon les méthodes bien connues de l'homme du métier, et dont la composition est donnée dans le tableau 8.
Cet essai met notamment en œuvre la suspension aqueuse de matière minérale broyée selon l'invention, et obtenue au cours de l'essai n° 16.
Figure imgf000033_0001
Tableau 8 : composition d'une formulation crépi selon l'invention
Coatex™ P90 est un dispersant acrylique commercialisé par la société COATEX™
Mergal™ K6N est un biocide commercialisé par la société TROY™
TiO2 RL 68 est du dioxyde de titane commercialisé par la société MILLENIUM™
Durcal™ 130 est un carbonate de calcium commercialisé par la société OM Y A™
Craymul™ 5432 est liant styrène-acrylique commercialisé par la société CRAY VALLEY™
Viscoatex™ 46 est un épaississant acrylique commercialisé par la société COATEX™
On obtient ainsi une formulation, dont les viscosités Brookfield™ mesurées à 1,10 et
100 tours par minute (selon les méthodes précédemment décrites), sont respectivement égales, à l'instant t = 0, à :
980 000 mPa.s, 120 000 mPa.s, 18 500 mPa.s.
Ces viscosités, mesurées à l'instant t = 24 heures, sont respectivement égales à :
810 000 mPa.s, 115 000 mPa.s, 17 200 mPa.s.
Ces valeurs démontrent que les viscosités Brookfield™ obtenues sont parfaitement compatibles avec une utilisation de la formulation selon l'invention dans le domaine des crépis.
Essai n° 20
Cet essai illustre l'invention et concerne la fabrication d'un enduit selon l'invention. Pour ce faire, on réalise donc un enduit, selon les méthodes bien connues de l'homme du métier, et dont la composition est donnée dans le tableau 9.
Cet essai met notamment en œuvre la suspension aqueuse de matière minérale broyée selon l'invention, et obtenue au cours de l'essai n° 16.
Figure imgf000035_0001
Tableau 9 : composition d'une formulation d'enduit selon l'invention
Coatex™ P90 est un dispersant acrylique commercialisé par la société COATEX™
Nopco NDW est un antimousse commercialisé par la société COGNIS™
Mergal™ K6N est un biocide commercialisé par la société TROY™
Myanit™ est un carbonate de calcium commercialisé par la société OMY A™
Viscoatex™ 46 est un épaississant acrylique commercialisé par la société COATEX™
On obtient ainsi une formulation, dont les viscosités Brookfield™ mesurées à 1, 10 et 100 tours par minute (selon les méthodes précédemment décrites mais dans ce cas, avec un module de type Hélipath™), sont respectivement égales, à l'instant t= 0, à : 590 000 mPa.s, 88 000 mPa.s, 31 000 mPa.s. Ces viscosités, mesurées à l'instant t = 24 heures, sont respectivement égales à : 410 000 mPa.s, 66 000 mPa.s, 25 500 mPa.s.
Ces valeurs démontrent que les viscosités Brookfield™ obtenues sont parfaitement compatibles avec une utilisation de la formulation selon l'invention dans le domaine des enduits.
Essai n° 21 Cet essai illustre l'invention et concerne la fabrication d'une colle selon l'invention. Pour ce faire, on réalise donc une colle, selon les méthodes bien connues de l'homme du métier, et dont la composition est donnée dans le tableau 10. Cet essai met notamment en œuvre la suspension aqueuse de matière minérale broyée selon l'invention, et obtenue au cours de l'essai n° 16.
Figure imgf000036_0001
Tableau 10 : composition d'une formulation de colle selon l'invention
Mergal™ K6N est un biocide commercialisé par la société TRO Y™
Nopco™ NDW est un antimousse commercialisé par la société COGNIS™
Craymul™ 5432 est liant styrène-acrylique commercialisé par la société CRAY VALLEY™
Durcal™ 2 et Durcal™ 130 sont des carbonates de calcium commercialisés par la société OMY A™
Viscoatex™ 46 est un épaississant acrylique commercialisé par la société COATEX™
On obtient ainsi une formulation, dont les viscosités Brookfield™ mesurées à 1,10 et 100 tours par minute (selon les méthodes précédemment décrites mais dans ce cas, avec un module de type Hélipath™), sont respectivement égales, à l'instant t = 0, à : 450 000 mPa.s, 270 000 mPa.s, 51 000 mPa.s.
Ces viscosités, mesurées à l'instant t = 24 heures, sont respectivement égales à : 1 100 000 mPa.s, 340 000 mPa.s, 85 000 mPa.s.
Ces valeurs démontrent que les viscosités Brookfield™ obtenues sont parfaitement compatibles avec une utilisation de la formulation selon l'invention dans le domaine des colles.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Procédé de fabrication d'une suspension stable de matières minérales dans l'eau, caractérisé en ce que lesdites matières minérales sont broyées en présence de liants.
2 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que les matières minérales sont un pigment et/ou une charge minérale choisi parmi le carbonate de calcium synthétique ou naturel, les dolomies, le kaolin, le talc, le gypse, la chaux, la magnésie, le dioxyde de titane, le blanc satin, le trioxyde d'aluminium ou encore le trihydroxyde d'aluminium, le mica, les oxydes de zinc et de fer, le sulfate de baryum et le mélange de ces charges entre elles, comme les mélanges talc-carbonate de calcium, carbonate de calcium-kaolin, ou encore les mélanges de carbonate de calcium avec le trihydroxyde d'aluminium ou le trioxyde d'aluminium, ou encore les mélanges avec des fibres synthétiques ou naturelles ou encore les co-structures des minéraux comme les co-structures talc-carbonate de calcium ou talc-dioxyde de titane, ou leurs mélanges.
3 - Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que les matières minérales sont du carbonate de calcium synthétique ou naturel, du dioxyde de titane, ou leurs mélanges.
4 - Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que les matières minérales sont un carbonate de calcium synthétique ou un carbonate de calcium naturel choisi parmi le marbre, la calcite, la craie ou leurs mélanges.
5 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que les liants sont choisis parmi les liants de type vinyl éthylène, vinyl versatate, styrène acrylique, styrène butadiène ou encore acrylique.
6 - Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce que les liants sont choisis parmi les liants de type vinylversatate et acrylique.
7 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce qu'il est de plus mis en œuvre au moins un agent d'aide au broyage.
8 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce qu'il met en oeuvre au moins 15 % en poids sec de matières minérales par rapport au poids total de la suspension aqueuse, de 10 % à 50 % en poids sec de liants par rapport au poids total de la suspension aqueuse, et de 0 à 5 % en poids sec d'agents d'aide au broyage par rapport au poids total de la suspension aqueuse.
9 - Procédé selon la revendication 8 caractérisé en ce qu'il met en oeuvre au moins 50 % en poids sec de matières minérales par rapport au poids total de la suspension aqueuse, de 10 % à 50 % % en poids sec de liants par rapport au poids total de la suspension aqueuse, et de 0 à 2 % en poids sec d'agents d'aide au broyage par rapport au poids total de la suspension aqueuse.
10 - Procédé selon la revendication 9 caractérisé en ce qu'il met en oeuvre au moins 50 % en poids sec de matières minérales par rapport au poids total de la suspension aqueuse, de 10 % à 25 % % en poids sec de liants par rapport au poids total de la suspension aqueuse, et ne met pas en œuvre d'agents d'aide au broyage.
11 - Suspensions aqueuses de matières minérales broyées en présence de liants caractérisées en ce qu'elles présentent une teneur en poids sec de matières minérales supérieure ou égale à 15 %, et en ce qu'elles contiennent de 10 % à 50 % en poids sec de liants par rapport au poids total de la suspension aqueuse, et de 0 à 5 % en poids sec d'agents d'aide au broyage par rapport au poids total de la suspension aqueuse
12 - Suspensions aqueuses de matières minérales broyées en présence de liants selon la revendication 1 1, caractérisées en ce qu'elles présentent une teneur en poids sec de matières minérales supérieure ou égale à 50 %, et en ce qu'elles contiennent de 10 % à 50 % en poids sec de liants par rapport au poids total de la suspension aqueuse, et de 0 à 2 % en poids sec d'agents d'aide au broyage par rapport au poids total de la suspension aqueuse.
13 - Suspensions aqueuses de matières minérales broyées en présence de liants selon la revendication 12, caractérisées en ce qu'elles présentent une teneur en poids sec de matières minérales supérieure ou égale à 50 %, et en ce qu'elles contiennent de 10 % à 25 % en poids sec de liants par rapport au poids total de la suspension aqueuse, et aucun agent d'aide au broyage.
14 - Suspensions aqueuses de matières minérales broyées en présence de liants selon l'une des revendications 11 à 13, et caractérisées en ce qu'elles présentent une granulométrie telle qu'au moins 50 % des particules de matières minérales ont un diamètre inférieur ou égal à 30 μm, c'est-à-dire un diamètre médian d50 inférieur ou égal à 30 μm.
15 - Suspensions aqueuses de matières minérales broyées en présence de liants selon la revendication 14, et caractérisées en ce qu'elles présentent une granulométrie telle qu'au moins 50 % des particules de matières minérales ont un diamètre inférieur ou égal à 15 μm, c'est-à-dire un diamètre médian ds0 inférieur ou égal à 15 μm.
16 - Suspensions aqueuses de matières minérales broyées en présence de liants selon la revendication 15, et caractérisées en ce qu'elles présentent une granulométrie telle qu'au moins 50 % des particules de matières minérales ont un diamètre inférieur ou égal à 10 μm, c'est-à-dire un diamètre médian d5o inférieur ou égal à 10 μm.
17 - Suspensions aqueuses de matières minérales broyées en présence de liants selon la revendication 16, et caractérisées en ce qu'elles présentent une granulométrie telle qu'au moins 50 % des particules de matières minérales ont un diamètre inférieur ou égal à 5 μm, c'est-à-dire un diamètre médian d50 inférieur ou égal à 5 μm.
18 - Suspensions aqueuses de matières minérales broyées en présence de liants selon l'une des revendications 11 à 17, caractérisées en ce que les matières minérales sont un pigment et/ou une charge minérale choisi parmi le carbonate de calcium synthétique ou naturel, les dolomies, le kaolin, le talc, le gypse, la chaux, la magnésie, le dioxyde de titane, le blanc satin, le trioxyde d'aluminium ou encore le trihydroxyde d'aluminium, le mica, les oxydes de zinc et de fer, le sulfate de baryum et le mélange de ces charges entre elles, comme les mélanges talc-carbonate de calcium, carbonate de calcium- kaolin, ou encore les mélanges de carbonate de calcium avec le trihydroxyde d'aluminium ou le trioxyde d'aluminium, ou encore les mélanges avec des fibres synthétiques ou naturelles ou encore les co-structures des minéraux comme les co- structures talc-carbonate de calcium ou talc-dioxyde de titane, ou leurs mélanges.
19 - Suspensions aqueuses de matières minérales broyées en présence de liants selon la revendication 18, caractérisées en ce que les matières minérales sont, du carbonate de calcium synthétique ou naturel, du dioxyde de titane, ou leurs mélanges.
20 - Suspensions aqueuses de matières minérales broyées en présence de liants selon la revendication 19, caractérisées en ce que les matières minérales sont un carbonate de calcium synthétique ou un carbonate de calcium naturel choisi parmi le marbre, la calcite, la craie ou leurs mélanges.
21 - Suspensions aqueuses selon l'une des revendications 11 à 20, caractérisées en ce que les liants sont choisis parmi les liants de type vinyl éthylène, vinyl versatate, styrène acrylique, styrène butadiène ou encore acrylique.
22 - Suspensions aqueuses selon la revendication 21, caractérisées en ce que les liants sont choisis parmi les liants de type vinylversatate et acrylique.
23 - Utilisation de suspensions aqueuses de matières minérales broyées en présence de liants selon l'une des revendications 11 à 22 dans des formulations aqueuses, telles que des formulations de revêtements telles que des peintures aqueuses, des crépis, des encres, des enduits, des mastics, des adhésifs, des colles, et des formulations aqueuses incorporant des matières minérales.
24 - Peintures aqueuses caractérisées en ce qu'elles contiennent les suspensions aqueuses de matières minérales broyées en présence de liants selon l'une des revendications 1 1 à 22.
25 - Crépis caractérisés en ce qu'ils contiennent les suspensions aqueuses de matières minérales broyées en présence de liants selon l'une des revendications 11 à 22.
26 - Encres caractérisées en ce qu'elles contiennent les suspensions aqueuses de matières minérales broyées en présence de liants selon l'une des revendications l i a 22.
27 - Enduits caractérisés en ce qu'ils contiennent les suspensions aqueuses de matières minérales broyées en présence de liants selon l'une des revendications 11 à 22.
28 - Mastics caractérisés en ce qu'ils contiennent les suspensions aqueuses de matières minérales broyées en présence de liants selon l'une des revendications l i a 22.
29 - Adhésifs caractérisés en ce qu'ils contiennent les suspensions aqueuses de matières minérales broyées en présence de liants selon l'une des revendications 11 à
22.
30 - Colles caractérisées en ce qu'elles contiennent les suspensions aqueuses de matières minérales broyées en présence de liants selon l'une des revendications 1 1 à 22.
31 - Formulations aqueuses incorporant des matières minérales caractérisées en ce qu'elles contiennent les suspensions aqueuses de matières minérales broyées en présence de liants selon l'une des revendications 11 à 22.
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