Карбонат кальция, покрытый бимолекулярным слоем, а также способ его получения
Изобретение относится к химической технологии получения функционального наполнителя для полимеров, бумаги, красок и покрывных масс, а именно к карбонату кальция и способу управляемой обработки поверхности карбоната кальция. Согласно изобретению на 20-60% поверхности карбоната кальция в водных системах бимолекулярно в виде двойного слоя наносят покрытие. Количество покрытия определяют в зависимости от среднего диаметра карбоната кальция по уравнению: средство для покрытия (г)=степень покрытия (г/м2)(5,99/d
dp) (м2/г)
СаСО3 (г). В качестве средства для покрытия используют насыщенные и/или ненасыщенные карбоновые кислоты с длиной цепи С-С32, например жирные кислоты, замещенные жирные кислоты, их соли или спирты жирного ряда. Карбонат кальция используют со средним диаметром частиц максимально 50 мкм. Технический результат - создан способ получения карбоната кальция с нанесенным в определенной степени покрытием и с определенными свойствами, причем такими свойствами, как предел текучести, вязкость, диспергируемость или адгезионная способность, можно управлять и оказывать на них влияние. 4 с. и 5 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к карбонату кальция, покрытому бимолекулярным слоем, а также к способу управляемой обработки поверхности карбоната кальция.
Применение тонкоизмельченного известняка или осажденного карбоната кальция в качестве наполнителя, например, для каучука, пластмасс, бумаги или красок, известно. Также известно, что диспергируемость частиц карбоната кальция или сродство частиц по отношению к веществу или смеси, к которым карбонат кальция должен добавляться в качестве наполнителя, можно в значительной степени улучшить или повысить путем обработки поверхности, например, жирными кислотами или их солями. Патент Германии DE PS 958830 описывает способ улучшения свойств карбоната кальция, при котором карбонат кальция размалывают в присутствии поверхностно-активных веществ. Для того, чтобы получить полное покрытие частиц карбоната кальция количество добавляемых поверхностно-активных веществ может заметно колебаться. Согласно патенту Германии DE PS 958830, количество составляет от 0,1 до 40 мас.% в расчете на количество карбоната кальция. Из патента Германии DE 3801649 или DE 3900054 известно, что массы для защиты днищ изготовляют с повышенной текучестью, если наполнители, в частности карбонат кальция, полностью или частично покрыты поверхностно-активными веществами. Данные о степени частичного покрытия поверхности из этого описания позаимствовать невозможно. Карбонат кальция с нанесенным покрытием необходим для различного использования в качестве функционального наполнителя. Различное применение предъявляет также различные требования к карбонату кальция с нанесенным покрытием. Эти требования описывают, например, с помощью предела текучести в смеси пластификаторов (метод Бингхама), причем для отдельных видов применения в качестве особенно пригодных оказались определенные пределы текучести. На основании известных до настоящего времени способов обработки поверхности частиц карбоната кальция можно было исходить из того, что существует взаимосвязь между степенью покрытия и пределом текучести. Метод управления технологическими свойствами с использованием этой взаимосвязи, однако, до настоящего времени не был известен. Задача изобретения состоит в том, чтобы создать способ получения карбоната кальция с нанесенным в определенной степени покрытием и с определенными свойствами. Согласно изобретению задача решается благодаря тому, что в зависимости от среднего диаметра частиц (dp) карбоната кальция определяют необходимое количество средства для покрытия. Таким образом, путем целенаправленного изменения диаметра частиц и/или степени покрытия можно управлять технологическими свойствами наполнителей. В частности, с помощью карбоната кальция с покрытием в качестве функционального наполнителя можно управлять и оказывать влияние на такие свойства, как предел текучести, вязкость, тиксотропия, диспергируемость или адгезионная способность смесей. Карбонат кальция, который обрабатывается согласно изобретению, может быть либо размолотым в сухом или мокром виде природным карбонатом кальция, или мелом, либо синтетическим карбонатом кальция, как, например, осажденным карбонатом кальция. Обычно в качестве наполнителя применяют карбонат кальция, который имеет средний диаметр частиц максимум 50 мкм, предпочтительно менее 20 мкм, в особенности менее 5 мкм. Частицы со средним размером частиц от 0,005 до 5 мкм, в особенности от 0,01 до 1 мкм особенно предпочтительны. Средства для покрытия согласно изобретению представляют собой вещества, которые могут удерживаться на частицах карбоната кальция, благодаря воздействию поверхности. В одной форме выполнения изобретения в качестве средства покрытия используют насыщенные и/или ненасыщенные карбоновые кислоты, например жирные кислоты, замещенные жирные кислоты, их соли или спирты жирного ряда - это лишь некоторые из пригодных веществ. В предпочтительной форме выполнения в качестве средства для покрытия используют С2-С32-жирные кислоты, предпочтительно С14-С22-жирные кислоты, например стеариновая кислота, или аммонийные соли или соли щелочных металлов соответствующих жирных кислот. Карбонат кальция известным само по себе способом приводят в контакт со средством для покрытия. Средство для покрытия в жидкой или твердой форме, предпочтительно в виде эмульсии, диспергируют или эмульгируют с диспергированным карбонатом кальция, например, во время процесса перемалывания или во время и/или после осаждения, при этом средство для покрытия удерживается на поверхности карбоната кальция. В одной форме выполнения обработка карбоната кальция осуществляется с помощью поверхностно-активных веществ в эмульгированной форме в водной системе. При этом неожиданным образом показано, что карбонат кальция имеет бимолекулярное покрытие, т.е. двойной слой. Известным образом рассчитали, насколько велика, например, потребность в площади для стеариновой кислоты в качестве средства покрытия. Другими словами, сколько поверхности частиц карбоната кальция должно быть в наличии. Методом спектроскопии (ЕСХА) определили степень покрытия, сопоставили с потребностью в площади и таким образом установили, что должен иметь место двойной слой. Далее смогли установить, что 20-60% поверхности кристаллов частиц карбоната кальция покрыты двойным слоем. Механизм образования двойного слоя можно объяснить следующим образом. В смеси воды, натриевой щелочи и стеариновой кислоты образуются шарообразные мицеллы стеарата натрия. Эту эмульсию приводят в контакт с карбонатом кальция (КК), например, путем смешивания суспензии карбоната кальция с эмульсией. Мицеллы приближаются к поверхности карбоната кальция и касаются их в одной точке, при этом происходит реакция обмена солями. Благодаря деформации мицелл, все больше ионов стеарата Na касаются поверхности карбоната кальция. Так как мицеллы не раскрываются, а лишь деформируются, образуется описанный двойной слой. Потребность в площади головной стеариновой группы составляет примерно![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/57/571386.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/57/571387.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
Пастообразный ПВХ, Solvic 374 MIB - 70 г
Пастообразный ПВХ, Solvic 266 SF - 30 г
СаСО3, покрытый жирной кислотой по примеру 5 - 70,0 г
УФ-стабилизатор, IRGASTAB 17 МОК - 2,0 г
Адгезионная добавка, Euretek 505 - 4,0 г
Осушитель, окись кальция - 5,0 г
Результаты. Предел текучести по Бингхаму - 207 Па
Вязкость при скорости среза 100/с - 6,9 Па
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
Адгезия - очень хорошая
Качество диспергируемости/Grindometer - <35 мкм
Пример 10. Получение офсетной краски для печати. Пигмент, промытый водой, Eurolith Blue - 25,0 мас.%
СаСО3, покрытый жирной кислотой по примеру 8 - 15,0 мас.%
Гидравлическая жидкость, Haltermann, PKWF 4/7 - 12,0 мас.%
Связующее, Uroset - 48 мас.%
Результаты. Предел текучести - 35 Па
Вязкость при скорости среза 3/с - 11,3 Па
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
Глубина окраски С - 53
Блеск 60o - 68%
Пример 11. Получение полиуретановых масс, 2-компонентная система. Полиол, Desmophen 1150 - 150 г
СаСО3, покрытый жирной кислотой по примеру 7 - 60 г
Пигмент на основе двуокиси титана (рутил), Tiona Rcl-535 - 3 г
Сухая паста, Baylith L-Paste - 15 г
Адгезионная добавка, Actonal 700L - 1 г
Пластификатор, Mesamoll II - 35 г
Полиуретановый активатор - 1 г
Изоцианат - 3 г
Результаты. Предел текучести по Бингхаму - 186 Па
Вязкость при скорости среза 100/с - 5,9 Па
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
Pot life time - 27 мин
Адгезия - хорошая
Качество диспергирования/Grindometer - <35 мкм
Пример 12. Получение силиконовых масс. Для испытания приготовили неотверждаемую силиконовую массу, которая соответствует 2-х компонентной системе, при этом требуемый для отверждения катализатор не добавляли. Силиконовый полимер - 60 г
СаСО3, покрытый жирной кислотой по примеру 6 - 38 г
Пластификатор - 2 г
Результаты. Предел текучести по Кассону - 988 Па
Вязкость при скорости среза 5/с - 305 Па
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
Качество диспергирования/Grindometer - < 35 мкмv
Формула изобретения
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
РИСУНКИ
Рисунок 1