[发明专利]磷酸在浓缩水中碳酸钙的方法中降低游离分散剂量的用途

说明书

碳酸钙优选以水悬浮体或分散体的形式运输，这样的形式经证实比粉 末易操作，特别是泵送。本领域技术人员的一个目标是输送最大可能量的 矿物材料(而不过多增大介质的粘度)，这意味着要提高水悬浮体或分散体 的固含量：该固含量对应于矿物材料的干重与所述分散体或悬浮体的总重 量之比。该固含量通过浓缩阶段提高，浓缩阶段对应于通过机械和/或热的 方式来蒸发水。

对于碳酸钙，浓缩步骤可使固含量从初始的不超过50％变为最终的等 于或高于60％，有时高于70％，或甚至高于72％。因此有必要加入分散 剂，分散剂的功能是稳定水中高浓度的碳酸钙颗粒，而不过多增大介质的 粘度。这类分散剂早已为人们熟知，并且主要由丙烯酸的均聚物和共聚物 组成。

当在前述浓缩步骤中加入了丙烯酸类分散剂时，其通过一定程度地吸 附到碳酸钙表面上而发挥作用并通过静电机制稳定矿物颗粒。给定该丙烯 酸类分散剂的组成，此吸附通常不是太完全使得一定量未被吸附的丙烯酸 类分散剂保持在水相中：这可用表述“游离分散剂”来命名。因此，当制备 纸用涂料(这是碳酸钙的主要应用之一)时，这部分游离分散剂是造成涂布 纸的适印性降低这一主要问题的原因。

这是因为浓缩的碳酸钙水分散体和悬浮体被直接用于制备后来通过施 用到纸张上而涂布纸张的涂料。在这一点上，在所述涂料的水相中，存在 未吸附到碳酸钙表面上的游离分散剂部分。施加到纸张上后，涂料经历干 燥步骤：亲水的游离分散剂在水的驱动下从涂层内部迁移到涂布纸的表面 上。此现象是造成涂布纸表面能部分改变的原因：涂布纸的适印性因此降 低。为限制该效应，本领域技术人员设法使碳酸钙水分散体和悬浮体中所 含的游离分散剂的量最小。

为设法解决此问题，在丙烯酸类分散剂的存在下同时使碳酸钙水分散 体和悬浮体能够从低于或等于50％的浓度变为等于或高于60％的浓度，同 时赋予其令人满意的粘度，本申请人开发了磷酸溶液在这类方法中的用 途。由此表明在获得固含量和粘度等于或高于不含磷酸的相同分散体或悬 浮体所获得的固含量和粘度的同时，结果是水相中游离丙烯酸类分散剂部 分非常显著地降低。这有助于改进纸的适印性。

据我们所知，磷酸的这类用途是全新的、特别有创造性的，这是因为 该化合物到目前为止被本领域技术人员常规地用在矿物材料的水悬浮体 中，只具有缓冲剂的功能：本领域技术人员从未注意到该化合物具有降低 浓缩碳酸钙水分散体和悬浮体中所含游离分散剂的量的潜力。为此有广泛 的技术致力于制备所谓的“耐酸”碳酸钙颗粒，所述方法包括向含矿物材料 的水介质中加入螯合剂及通常为磷酸的弱酸。

此方法见述于若干专利(US 5043017、US 5156719、WO 98/29601、 WO 97/41302)和出版物“Neutral groundwood papers：practical and chemical aspects”(International Paper and Coatings Chemistry Symposium，5^th，加拿大魁北克省蒙特利尔市，2003年6月16-19日，出版 社：加拿大魁北克省蒙特利尔市制浆造纸学会)中，公开了磷酸的功能是稳 定pH。

此外，根据文件“The Chemical Structure and Properties of Condensed Inorganic Phosphates”(The Biochemistry of Inorganic Polyphosphates，I.S. Kulaev，V.M.Vagabov，T.V.Kulakovskaya，2004 John Wiley & Sons，Ltd ISBN 0-470-85810-9)，从化学角度来看，不应将磷酸(H₃PO₄)与缩合磷酸盐 化合物混淆，缩合磷酸盐化合物包括环磷酸盐、多磷酸盐和支化无机磷酸 盐或过磷酸盐。这些化合物为由多个磷酸盐分子彼此缩合产生的分子，最 为人们所知的是三聚磷酸盐(TPP)、焦磷酸盐和六偏磷酸盐(HMP)。

除了此化学差异之外，关于制备水介质中的碳酸钙的各种工艺的技术 状态在磷酸和缩合磷酸盐化合物之间有着非常明显的不同。到目前为止， 如上面引用的文件中所示，磷酸主要用作含碳酸钙水分散体和悬浮体的pH 稳定剂，而缩合磷酸盐化合物主要用作该矿物材料在水中的分散剂，其与 丙烯酸类分散剂组合使用，如下面的文件中所述。