Способ получения стабилизированного аморфного карбоната кальция



Способ получения стабилизированного аморфного карбоната кальция
Способ получения стабилизированного аморфного карбоната кальция
Способ получения стабилизированного аморфного карбоната кальция
Способ получения стабилизированного аморфного карбоната кальция

Владельцы патента RU 2637019:

АМОРФИКАЛ ЛТД. (IL)

Изобретение может быть использовано в производстве красителей, пластмасс, бумажной продукции, красок, продуктов для реставрации мрамора, фармацевтических препаратов, биологически активных и пищевых добавок. Способ получения аморфного карбоната кальция (АКК) включает объединение водного раствора, содержащего растворимую соль кальция и первый стабилизирующий агент, с водным раствором, содержащим растворимый карбонат, с получением суспензии АКК. Далее добавляют смешивающийся с водой органический растворитель и раствор, содержащий второй стабилизирующий агент, одновременно или последовательно в любом порядке. Второй стабилизирующий агент и органический растворитель приводят в контакт с суспензией АКК в пределах примерно 2 минут после ее образования с получением стабилизированной суспензии АКК. При этом первый и второй стабилизирующие агенты одинаковы или различны. Общее количество стабилизирующего агента составляет до примерно 12% масс. от массы стабилизированной суспензии АКК. Смешивающийся с водой органический растворитель составляет по меньшей мере 5% масс. от массы стабилизированной суспензии АКК. Изобретение позволяет повысить стабильность аморфного карбоната кальция, находящегося в виде суспензии в водной фазе или в виде порошка. 4 н. и 21 з.п. ф-лы, 4 ил., 6 пр.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к новому способу получения аморфного карбоната кальция (АКК), основанному на поэтапном добавлении стабилизирующего раствора и органического растворителя. АКК, полученный по способу согласно настоящему изобретению, характеризуется повышенной устойчивостью как в растворе/суспензии, так и в виде сухого порошка, и может применяться, например, в бумаге, красителях, пластмассах, красках, адгезивах, при реставрации мрамора, в медицинских устройствах и в фармацевтической промышленности.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Карбонат кальция (СаСО3) представляет собой кальциевую соль угольной кислоты, которая в настоящее время широко используется во многих отраслях промышленности. Указанная соль главным образом известна как кальциевая добавка, принимаемая для увеличения ежедневного потребления кальция. Карбонат кальция имеет шесть известных полиморфов, три из которых представляют собой безводные кристаллические полиморфы, а именно, кальцит, арагонит и фатерит; два полиморфа представляют собой кристаллические гидраты, а именно, моногидрокальцит и икаит; и один представляет собой гидратированный аморфный полиморф, а именно, аморфный карбонат кальция (АКК). АКК представляет собой неустойчивый полиморф, который выпадает в осадок из перенасыщенного раствора согласно правилу ступеней Оствальда. Не будучи стабилизированным каким-либо способом, АКК будет быстро и полностью кристаллизоваться в течение нескольких секунд с образованием одного из пяти более стабильных полиморфов. Аморфный полиморф отличается характерными 40-120 нм сферулами, не проявляющими основные рентгенодифракционные (РД) пики, а имеющими широкий малоинтенсивный пик в интервале от 20 до 30 2θ и широкий малоинтенсивный пик при примерно 1082 см-1 в спектрах комбинационного рассеяния, в отличие от 1-10 мкм кристаллов, типичных для других полиморфов, также имеющих отдельные основные РД пики и различимые в значительной степени пики комбинационного рассеяния.

Синтетический АКК известен более 100 лет, и в настоящее время существует множество способов синтеза АКК с применением различных молекул для стабилизации неустойчивой нестабильной аморфной фазы. Во всех трех широко применяемых способах используют перенасыщенный раствор ионов кальция, получаемый либо из растворимого источника, такого как хлорид кальция, либо при растворении нерастворимой соли кальция, такой как гидроксид кальция, с применением молекулы, образующей водородную связь, такой как сахароза. Затем указанный перенасыщенный раствор ионов кальция взаимодействует с источником карбоната, получаемым или из газообразного диоксида углерода, карбоната щелочного металла, такого как карбонат натрия, из органической соли карбоната, из карбоната аммония, или в результате гидролиза диалкилкарбоната, такого как диметилкарбонат, с ионами гидроксида (см., например, US 4237147).

Поскольку АКК нестабилен в водном растворе по истечении не более чем двух минут, промышленное производство является нецелесообразным. В настоящее время невозможно осуществить крупномасштабное производство, которое включало бы смешивание и разделение сотен или даже тысяч литров с помощью методов фазового разделения жидкость-твердое тело, таких как фильтрация или центрифугирование, менее чем за две минуты. Промышленное производство может стать практически осуществимым в том случае, если удастся продлить время, в течение которого сохраняется устойчивость в растворе, до нескольких часов, что тем самым позволит использовать стандартные методы фазового разделения жидкость-твердое тело, такие как фильтрация или центрифугирование.

За исключением Hyun с соавторами [Materials Chemistry и Physics, 93 (2005) 376-382], которые описали способ стабилизации АКК в этанольной среде в течение более 24 часов, ни в одной из приведенных выше известных работ не упоминается период времени, в течение которого АКК остается стабильным в растворе. Однако Hyun с соавторами смог получить стабильный АКК только в присутствие токсичного аммиака, который, как описано Hyun, имеет решающее значение для устойчивости. Кроме того, концентрации карбоната кальция, используемые в публикации, являются сравнительно низкими, что делает нецелесообразным их промышленное применение.

При попытке воспроизвести другие опубликованные способы заявители настоящего изобретения получили АКК, который был стабилен в растворе в течение лишь нескольких минут, а затем кристаллизовался. В некоторых случаях, даже если был получен АКК, было невозможно выделить его из раствора. Например, получение АКК с помощью метода, описанного в US 4237147 в примере 2, приводит к образованию только суспензии, которую было невозможно отфильтровать и из которой нельзя было выделить АКК. Кроме того, при получении из такой суспензии порошка с помощью сушки распылением, как предлагают в указанном патенте, указанный порошок будет содержать только ~2/15 АКК, при этом оставшиеся 13/15 частей будут представлять собой сахарозу.

В целом, любые попытки повторить процедуры, описанные в US 4237147, с использованием хлорида кальция или какой-либо другой растворимой соли кальция, не позволили получить АКК или любую форму осажденного карбоната кальция.

Хорошо известно, что АКК кристаллизуется в присутствии воды, при этом, насколько известно заявителю, не имеется предшествующих публикаций, в которых описано получение АКК, остающегося стабильным в водном растворе или суспензии в течение длительных периодов времени при использовании лишь до 10% по массе стабилизирующих агентов. Кроме того, стадия карбонизации во всех указанных способах является последней стадией синтеза, за которой всегда следует стадия разделения на жидкую и твердую фазы.

В данной области техники имеется неудовлетворенная потребность в новых способах получения АКК, обладающего повышенной стабильностью, либо в виде суспензии в водной фазе, либо в виде сухого порошка, которые можно адаптировать к производству АСС в промышленном масштабе.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к технологическому способу получения аморфного карбоната кальция (АКК), который имеет специфические РД спектры и спектры комбинационного рассеяния, характерные для аморфной формы. В новом способе согласно настоящему изобретению применяют образующие водородные связи молекулы в качестве стабилизирующих агентов и органический растворитель и получают АКК, обладающий повышенной устойчивостью при суспендировании в водной фазе и в твердом состоянии в виде сухого порошка. Способ согласно настоящему изобретению в целом включает объединение раствора, содержащего растворимую соль кальция и первый стабилизирующий агент, с раствором, содержащим растворимый карбонат (например, растворимый карбонат щелочного металла), с получением суспензии АКК и добавление смешивающегося с водой органического растворителя и второго стабилизирующего агента для получения стабилизированной суспензии АКК, из которой можно выделить стабильный АКК. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения первый и стабильный стабилизирующие агенты могут быть одинаковыми или различными.

Таким образом, согласно одному из вариантов реализации в настоящем изобретении предложен способ получения аморфного карбоната кальция (АКК), включающий стадии объединения раствора, содержащего растворимую соль кальция и первый стабилизирующий агент, с раствором, содержащим растворимый карбонат, для получения суспензии АКК; и добавления смешивающегося с водой органического растворителя и раствора, содержащего второй стабилизирующий агент, одновременно или последовательно в любом порядке, при условии, что второй стабилизирующий агент и органический растворитель приводят в контакт с суспензией АКК в пределах примерно 2 минут после ее образования с получением, тем самым, стабилизированной суспензии АКК, при этом общее количество стабилизирующего агента составляет до примерно 12% масс. от массы стабилизированной суспензии АКК, и смешивающийся с водой органический растворитель составляет по меньшей мере примерно 5% масс. от массы стабилизированной суспензии АКК. Первый стабилизирующий агент и второй стабилизирующий агент могут быть одинаковыми или различными, при этом каждый возможный вариант представляет собой отдельный вариант реализации настоящего изобретения.

Согласно другому варианту реализации в настоящем изобретении предложен способ получения АКК, включающий стадии i) получения водного раствора, содержащего растворимую соль кальция и первый стабилизирующий агент; ii) получения водного раствора, содержащего растворимый карбонат; iii) получения водного раствора, содержащего второй стабилизирующий агент; iv) получения раствора, содержащего смешивающийся с водой органический растворитель; и v) объединения раствора, полученного на стадии ii), с раствором, полученным на стадии i), для получения суспензии АКК, с последующим добавлением растворов, полученных на стадиях iii) и iv), одновременно или последовательно в любом порядке, при условии, что указанные растворы приводят в контакт с суспензией АКК в пределах примерно 2 минут после ее образования с получением, тем самым, стабилизированной суспензии АКК, при этом общее количество стабилизирующего агента составляет до примерно 12% масс. от массы стабилизированной суспензии АКК и смешивающийся с водой органический растворитель составляет по меньшей мере примерно 5% масс. от массы стабилизированной суспензии АКК. Первый стабилизирующий агент и второй стабилизирующий агент представляют собой одинаковые или различные агенты, при этом каждый возможный вариант представляет собой отдельный вариант реализации настоящего изобретения.

Согласно другому варианту реализации в настоящем изобретении предложен способ получения АКК, включающий стадии i) получения водного раствора, содержащего растворимую соль кальция и первый стабилизирующий агент; ii) получения водного раствора, содержащего растворимый карбонат; iii) получения раствора второго стабилизирующего агента в смешивающемся с водой органическом растворителе; и iv) объединения раствора, полученного на стадии i) и ii), для получения суспензии АКК, с последующим добавлением раствора, полученного на стадии iii), к суспензии АКК в пределах примерно 2 минут после ее образования для получения стабилизированной суспензии АКК, при этом общее количество стабилизирующего агента составляет до примерно 12% масс. от массы стабилизированной суспензии АКК и смешивающийся с водой органический растворитель составляет по меньшей мере примерно 5% масс. от массы стабилизированной суспензии АКК. Первый стабилизирующий агент и второй стабилизирующий агент представляют собой одинаковые или различные агенты, при этом каждый возможный вариант представляет собой отдельный вариант реализации настоящего изобретения.

Согласно предпочтительному в настоящее время варианту реализации в настоящем изобретении предложен способ получения стабилизированного АКК, включающий стадии: i) получения водного раствора, содержащего растворимую соль кальция и первый стабилизирующий агент; ii) получения водного раствора, содержащего растворимый карбонат, и объединения его с солью кальция, полученной на стадии i), с получением, тем самым, суспензии АКК; iii) получения водного раствора второго стабилизирующего агента с получением, тем самым, стабилизирующего раствора; iv) объединения стабилизирующего раствора с суспензией АКК; и v) добавления смешивающегося с водой органического растворителя, при этом стабилизирующий раствор и органический растворитель добавляют к суспензии АКК в пределах примерно 2 минут после ее образования для получения стабилизированной суспензии АКК, при этом общее количество стабилизирующего агента составляет до примерно 12% масс. от массы стабилизированной суспензии АКК и смешивающийся с водой органический растворитель составляет по меньшей мере примерно 5% масс. от массы стабилизированной суспензии АКК. Первый стабилизирующий агент и второй стабилизирующий агент представляют собой одинаковые или различные агенты, при этом каждый возможный вариант представляет собой отдельный вариант реализации настоящего изобретения.

Согласно некоторым вариантам реализации способ согласно настоящему изобретению может дополнительно включать стадию отделения АКК от суспензии стабилизированного АКК. Способ может дополнительно включать стадию сушки выделенного АКК с получением, тем самым, порошка стабильного АКК. Отделение может включать фильтрацию или центрифугирование и стадия сушки может включать нагревание в вакууме или сублимационную сушку, при этом каждый возможный вариант представляет собой отдельный вариант реализации настоящего изобретения. Таким образом, согласно некоторым вариантам реализации способ, предложенный в настоящем изобретении, обеспечивает порошок стабильного АКК, содержащий менее примерно 15% масс. воды, предпочтительно менее 8%, например от примерно 1 до примерно 7% масс., при этом концентрация кальция обычно составляет от примерно 30 до примерно 33% масс. Согласно одному из вариантов реализации изобретения порошок стабильного АКК содержит менее чем примерно 15% масс. воды, предпочтительно менее чем примерно 8% масс. воды, и кальций в количестве от примерно 30 до примерно 35% масс. Каждый возможный вариант представляет собой отдельный вариант реализации настоящего изобретения.

Понятно, что для каждого из упомянутых выше вариантов реализации изобретения каждый из терминов «первый стабилизирующий агент» и «второй стабилизирующий агент» включает одно стабилизирующее соединение или комбинацию более одного стабилизирующих соединений. Таким образом, согласно некоторым вариантам реализации изобретения водный раствор кальция может содержать одно стабилизирующее соединение или комбинацию двух или более стабилизирующих соединений (в совокупности называемых «первым стабилизирующим агентом»). Согласно другим вариантам реализации изобретения раствор, содержащий второй стабилизирующий агент, может содержать одно стабилизирующее соединение или комбинацию двух или более стабилизирующих соединений (в совокупности называемых «вторым стабилизирующим агентом»). Независимо от количества применяемых стабилизирующих агентов общее количество стабилизирующего агента составляет до примерно 12% масс. от массы стабилизированной суспензии АКК. Согласно предпочтительному в настоящее время варианту реализации изобретения соль кальция представляет собой хлорид или нитрат кальция. Согласно другим предпочтительным вариантам реализации изобретения растворимый карбонат представляет собой карбонат щелочного металла (например, карбонат лития, натрия или калия) или карбонат аммония. Каждый возможный вариант представляет собой отдельный вариант реализации настоящего изобретения. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения соль и карбонат кальция присутствуют в молярном отношении от примерно 0,5 до примерно 2,0.

Согласно другому варианту реализации изобретения смешивающийся с водой органический растворитель предпочтительно выбирают из низших спиртов и кетонов (например, метанола, этанола, пропанола, изопропилового спирта, ацетона, диэтилкетона и циклогексанона). В настоящее время предпочтительный смешивающийся с водой органический растворитель представляет собой этанол. Каждый возможный вариант представляет собой отдельный вариант реализации настоящего изобретения.

Согласно другому варианту реализации изобретения раствор растворимой соли кальция содержит примерно от 4 мМ до примерно 2 М растворимой соли кальция и раствор карбоната содержит от примерно 4 мМ до примерно 2 М карбоната. Каждый возможный вариант представляет собой отдельный вариант реализации настоящего изобретения.

Первый и второй стабилизирующие агенты, применяемые в способе согласно настоящему изобретению, могут быть одинаковыми или не одинаковыми. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения первый и второй стабилизирующие агенты каждый независимо выбирают из группы, состоящей из органических кислот, фосфорилированных органических кислот, фосфорнокислых сложных эфиров гидроксикарбоновых кислот, сернокислых сложных эфиров гидроксилкарбоновых кислот, фосфорилированных аминокислот и их производных, сульфатных эфиров аминокислот и гидроксисодержащих органических соединений в комбинации с основанием, таким как гидроксиды щелочных металлов. Гидроксисодержащие соединения в комбинации с гидроксидом также предпочтительно содержат другие функциональные группы, такие как карбоксил и т.п., но при этом гидроксил не является эстерифицированным. Органические кислоты могут включать, например, аскорбиновую кислоту или уксусную кислоту и, предпочтительно, они включают карбоновые кислоты, содержащие по меньшей мере две карбоксильные группы и имеющие молекулярную массу не более 250 г/моль, такие как лимонная кислота, винная кислота, яблочная кислота и т.п. Сложные эфиры могут включать, например, фосфоенолпируват. Согласно другому варианту реализации изобретения фосфорнокислые или сернокислые сложные эфиры гидроксилкарбоновых кислот содержат аминокислоты, примеры которых включают фосфосерин, фосфотреонин, сульфосерин и сульфотреонин. Согласно другому варианту реализации изобретения стабилизирующая молекула представляет собой производное фосфатного эфира аминокислоты, такое как фосфокреатин. Гидроксилсодержащие соединения в комбинации с гидроксидом могут содержать, например, моно-, ди- три-, олиго- и полисахариды, такие как сахароза, или другие полиолы, такие как глицерин. Гидроксилсодержащие соединения могут дополнительно содержать гидроксикислоты, такие как лимонная кислота, винная кислота, яблочная кислота т.п., или гидроксилсодержащие аминокислоты, такие как серии или треонин. Каждый возможный вариант представляет собой отдельный вариант реализации настоящего изобретения.

Согласно некоторым вариантам реализации изобретения по меньшей мере один агент, выбранный из первого или второго стабилизирующего агента, представляет собой полиол в комбинации с гидроксидом щелочного металла, или стабилизирующий агент представляет собой фосфорилированную аминокислоту, при этом общее количество полиолов или фосфорилированных аминокислот в суспензии стабилизированного АКК составляет от примерно 1 до примерно 1000 мМ, например, от примерно 10 до примерно 100 мМ. Полиолы предпочтительно содержат сахариды. Согласно предпочтительному варианту реализации изобретения стабилизирующий агент представляет собой фосфорилированную аминокислоту, при этом его общая концентрация в суспензии стабилизированного АКК составляет от примерно 2 до примерно 200 мМ, например от вплоть до примерно 20 мМ. Согласно другому предпочтительному варианту реализации изобретения стабилизирующий агент представляет собой дикарбоновую кислоту или трикарбоновую кислоту (например, лимонную кислоту), при этом его общая концентрация в суспензии стабилизированного АКК составляет от примерно 2 до примерно 200 мМ, например, от вплоть до примерно 20 мМ. Согласно другому предпочтительному варианту реализации изобретения стабилизирующий агент представляет собой нефосфорилированную аминокислоту, содержащую гидроксильную группу (например, серии или треонин), в комбинации с гидроксидом щелочного металла, при этом общая концентрация аминокислоты в суспензии стабилизированного АКК составляет от примерно 2 до примерно 200 мМ, например от вплоть до примерно 20 мМ, и общая концентрация гидроксида в суспензии стабилизированного АКК составляет от примерно 1 мМ до примерно 2000 мМ, например, примерно 0,1 М. Согласно другому предпочтительному варианту реализации изобретения стабилизирующий агент представляет собой полиол в комбинации с гидроксидом щелочного металла, при этом общая концентрация полиола в суспензии стабилизированного АКК составляет от примерно 10 до примерно 1000 мМ, например, до примерно 100 мМ, и общая концентрация гидроксида в суспензии стабилизированного АКК составляет от примерно 1 мМ до примерно 2000 мМ, например, примерно 0,1 М. Каждый возможный вариант представляет собой отдельный вариант реализации настоящего изобретения.

Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения первый и второй стабилизирующие агенты представляют собой разные стабилизирующие агенты. Однако согласно предпочтительному варианту реализации изобретения первый стабилизирующий агент и второй стабилизирующий агент являются одинаковыми, и применяемые количества стабилизирующих агентов находятся в соотношение от примерно 1:1 до примерно 10:1 (первый стабилизирующий агент ко второму стабилизирующему агенту), предпочтительно, отношение первого стабилизирующего агента ко второму стабилизирующему агенту составляет примерно 1:2. Каждый возможный вариант представляет собой отдельный вариант реализации настоящего изобретения.

Стадию объединения суспензии АКК с раствором второго стабилизирующего агента и органическим растворителем предпочтительно осуществляют при температуре от примерно -10°С до примерно 60°С, предпочтительно, от примерно -3°С до температуры окружающей среды (комнатной температуры) и, более предпочтительно, от примерно 0°С до примерно 15°С. Каждый возможный вариант представляет собой отдельный вариант реализации настоящего изобретения.

Согласно предпочтительному в настоящее время варианту реализации в изобретении предложен способ получения аморфного карбоната кальция (АКК), включающий стадии i) получения водного раствора хлорида кальция с концентрацией до примерно 1М и стабилизирующего агента в количестве от примерно 1 до 150 ммоль, например, от примерно 4 до примерно 80 ммоль на 1 моль хлорида кальция; ii) получения водного раствора карбоната натрия при той же молярной концентрации, что и хлорид кальция, полученный на стадии i), и объединения его с раствором соли кальция, полученным на стадии i), с получением, тем самым, суспензии АКК; iii) получения стабилизирующего раствора, содержащего примерно 350 г этанола на один моль хлорида кальция, полученного на стадии i), и тот

же стабилизирующий агент, что и на стадии i), но в двойном количестве; и iv) объединения стабилизирующего раствора с суспензией карбоната кальция с получением, тем самым, стабилизированной суспензии АКК. Согласно одному из вариантов реализации изобретения стабилизирующий агент на стадиях i) и iii) представляет собой фосфосерин в количествах от примерно 3 до примерно 9 ммоль и от примерно 8 до 16 ммоль на один моль кальция, например, примерно 6 ммоль и примерно 12 ммоль, соответственно, или примерно 4 ммоль и примерно 8 ммоль на один моль кальция, соответственно. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения способ дополнительно включает стадию фильтрации стабилизированной суспензии АКК и, возможно, дополнительную сушку в вакууме при температуре от 40°С до примерно 50°С. Согласно другому варианту реализации изобретения стабилизирующий агент представляет собой сахарозу с гидроксидом натрия в количествах примерно от 20 до 100 ммоль сахарозы и от примерно 50 до 200 ммоль NaOH на 1 моль кальция, например, примерно от 25 до 70 ммоль сахарозы и примерно 100 ммоль NaOH, например, примерно 25 ммоль сахарозы и примерно 100 ммоль NaOH на 1 моль кальция, полученного на стадии i) и примерно от 40 до 200 ммоль сахарозы и примерно от 100 до 400 ммоль NaOH на 1 моль кальция, например, примерно от 50 до 200 ммоль сахарозы и примерно 200 ммоль NaOH, например, примерно 140 ммоль сахарозы и примерно 200 ммоль NaOH на 1 моль кальция, полученного на стадии iii). Согласно некоторым вариантам реализации изобретения способ дополнительно включает стадию центрифугирования и сублимационной сушки осадка. Каждый возможный вариант представляет собой отдельный вариант реализации настоящего изобретения.

Согласно одному из предпочтительных в настоящее время вариантов реализации способ согласно настоящему изобретению включает объединение в водной смеси хлорида кальция, карбоната щелочного металла, фосфорилированной органической кислоты и спирта с получением, тем самым, суспензии стабилизированного АКК, содержащей от примерно 2,5 до 5% масс. АКК, от примерно 0,001 до примерно 0,3% масс., например, от примерно 0,05 до примерно 0,2% масс., фосфорилированной органической кислоты и от примерно 8 до примерно 32% масс., например, от примерно 10 до примерно 15% масс., этанола.

Другой предпочтительный способ согласно настоящему изобретению включает объединение в водной смеси хлорида кальция, карбоната щелочного металла, сахарида с гидроксидом натрия и спирта с получением, тем самым, суспензии стабилизированного АКК, содержащей от примерно 2,5 до примерно 5% масс. АКК, от примерно 1 до примерно 4% масс. сахарида, примерно 0,5% масс. гидроксида и от примерно 10 до примерно 15% масс. этанола.

Другой предпочтительный способ согласно настоящему изобретению включает объединение в водной смеси хлорида кальция, карбоната щелочного металла, дикарбоновой кислоты, трикарбоновой кислоты (например, лимонной кислоты) и спирта с получением, тем самым, суспензии стабилизированного АКК, содержащей от примерно 2,5 до примерно 5% масс. АКК, от примерно 0,001 до примерно 0,2% масс. дикарбоновой или трикарбоновой кислоты и от примерно 8 до примерно 32% масс. этанола. Другой предпочтительный способ согласно настоящему изобретению включает объединение в водной смеси хлорида кальция, карбоната щелочного металла, дикарбоновой или трикарбоновой кислоты, фосфорилированной органической кислоты и спирта с получением, тем самым, суспензии стабилизированного АКК, содержащей от примерно 2,5 до примерно 5% масс. АКК, от примерно 0,001 до примерно 0,2% масс. в сумме дикарбоновой или трикарбоновой кислоты и фосфорилированной органической кислоты и от примерно 8 до примерно 32% масс. этанола.

Другой предпочтительный способ согласно настоящему изобретению включает объединение в водной смеси хлорида кальция, карбоната щелочного металла, нефосфорилированной гидроксилсодержащей аминокислоты (например, серина) с гидроксидом натрия и спирта с получением, тем самым, суспензии стабилизированного АКК, содержащей от примерно 2,5 до примерно 5% масс. АКК, от примерно 1 до примерно 4% масс. нефосфорилированной гидроксилсодержащей аминокислоты, примерно 0,5% масс. гидроксида и от примерно 10 до примерно 15% масс. этанола.

Другой предпочтительный способ согласно настоящему изобретению включает объединение в водной смеси хлорида кальция, карбоната натрия, нефосфорилированной гидроксилсодержащей аминокислоты (например, серина), сахарида и гидроксида натрия и спирта с получением, тем самым, суспензии стабилизированного АКК, содержащей от примерно 2,5 до примерно 5% масс. АКК, от примерно 1 до примерно 4% масс. в сумме нефосфорилированной гидроксилсодержащей аминокислоты и сахарида, примерно 0,5% масс. гидроксида и от примерно 10 до примерно 15% масс. этанола.

Согласно другому варианту реализации изобретения способ согласно настоящему изобретению дополнительно включает отделение АКК от суспензии и сушку с получением, тем самым, порошка стабильного АКК, содержащего от примерно 75 до примерно 88% масс. СаСО3 и менее примерно 10% масс. воды.

Согласно дополнительным вариантам реализации в настоящем изобретении предложена стабильная суспензия АКК и стабильный порошок АКК, которые получают с применением способа, описанного в настоящей заявке. Таким образом, в одном из вариантов реализации в настоящем изобретении предложена суспензия стабилизированного АКК, получаемая способом согласно настоящему изобретению. Согласно одному из вариантов реализации изобретения суспензия стабилизированного АКК содержит от примерно 2,5 до примерно 5% масс. АКК, от примерно 0,05 до примерно 0,2% масс. фосфорилированной органической кислоты и от примерно 10 до примерно 15% масс. этанола. Согласно другому варианту реализации изобретения суспензия стабилизированного АКК содержит от примерно 2,5 до примерно 5% масс. АКК, от примерно 1 до примерно 4% масс. сахарида, примерно 0,5% масс. гидроксида и от примерно 10 до примерно 15% масс. этанола. Согласно другому варианту реализации изобретения суспензия стабилизированного АКК содержит от примерно 2,5 до примерно 5% масс. АКК, от примерно 0,05 до примерно 0,2% масс. органической кислоты (например, дикарбоновой кислоты или трикарбоновой кислоты, такой как лимонная кислота) и от примерно 10 до примерно 15% масс. этанола. Согласно другому варианту реализации изобретения суспензия стабилизированного АКК содержит от примерно 2,5 до примерно 5% масс. АКК, от примерно 0,05 до примерно 0,2% масс. органической кислоты (например, нефосфорилированной гидроксилсодержащей аминокислоты), примерно 0,5% масс. гидроксида и от примерно 10 до примерно 15% масс. этанола. Также предложены суспензии, содержащие комбинации стабилизирующих агентов. Каждый возможный вариант представляет собой отдельный вариант реализации настоящего изобретения.

В других вариантах реализации в настоящем изобретении предложен порошок стабильного АКК, полученный способом согласно настоящему изобретению. Согласно одному из вариантов реализации изобретения порошок содержит от примерно 75 до примерно 88% масс. СаСО3, менее примерно 10% масс. воды и органическую кислоту (например, фосфорилированную органическую кислоту, нефосфорилированную органическую кислоту, дикарбоновую или трикарбоновую кислоту, аминокислоту, содержащую гидроксильную группу, или любую другую органическую кислоту, описанную в настоящей заявке). Согласно другому варианту реализации изобретения порошок стабильного АКК содержит от примерно 75 до примерно 88% масс. СаСО3, менее примерно 10% масс. воды и от примерно 1 до примерно 5% масс. сахарида. Каждый возможный вариант представляет собой отдельный вариант реализации настоящего изобретения.

Согласно другим аспектам настоящее изобретение дополнительно относится к применению описанных выше суспензий и порошков в красителях, бумажной продукции, пластмассах, красках, адгезивах, продуктах для реставрации мрамора, медицинских устройствах, фармацевтических препаратах, биологически активных добавках и/или пищевых добавках, при этом каждый возможный вариант представляет собой отдельный вариант реализации настоящего изобретения.

Согласно некоторым предпочтительным вариантам реализации изобретения стабилизированный АКК получали путем смешивания перенасыщенного раствора ионов кальция, приготовленного из растворимой соли кальция, такой как хлорид кальция, также содержащего первую стабилизирующую молекулу, такую как фосфосерин, с перенасыщенным раствором карбоната, приготовленным из растворимой карбонатной соли, такой как карбонат натрия. Без дополнительной стабилизации осажденный АКК быстро кристаллизуется в растворе в течение менее примерно 2 минут с образованием смеси кальцита и фатерита. Однако в способе согласно настоящему изобретению после смешивания осажденной суспензии АКК на стадии 1 в течение ~10 секунд добавляют стабилизирующий раствор, содержащий вторую стабилизирующую молекулу, такую как фосфосерин. После смешивания осажденной суспензии АКК и стабилизирующего раствора на стадии 2 в течение ~10 секунд добавляют органический растворитель, такой как этанол. После добавления органического растворителя АКК стабилизируется и может сохраняться в суспензии в течение нескольких дней в зависимости от концентрации первого и второго стабилизирующих агентов, а также доли органического растворителя. Кроме того, было обнаружено, что уменьшение температуры реакции может улучшить устойчивость во времени в растворе. Порядок добавления второго стабилизирующего агента и спирта может быть обратным или их можно добавить вместе в один раствор, содержащий второй стабилизирующий агент в спирте.

Указанную процедуру можно выполнять периодически, когда растворы добавляют друг к другу одной порцией или в виде непрерывного процесса, когда растворы смешивают, например, в непрерывном режиме, используя аппаратуру на основе проточной технологии.

Дополнительные варианты реализации и полный объем применимости настоящего изобретения станут очевидными из подробного описания, приведенного ниже. Однако следует понимать, что подробное описание и специфические примеры, показывающие предпочтительные варианты реализации изобретения, приведены только с целью иллюстрации, поскольку различные изменения и модификации, соответствующие духу и в рамках объема изобретения, станут очевидны специалистам в данной области техники из указанного подробного описания.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1A-1D: Спектры комбинационного рассеяния нескольких проб карбоната кальция, полученные с применением микроспектроскопии комбинационного рассеяния. Приведены спектры следующих проб: А) АКК, полученный способом согласно настоящему изобретению; В) АКК после кристаллизации; С) фатерит; и D) кальцит. Вертикальные линии показывают сдвиг частот комбинационного рассеяния основных пиков фатерита, соответствующих колебанию СО2.

Фиг. 2: РД спектр АКК, полученного способом согласно настоящему изобретению. РД спектр АКК характеризуется широким, малоинтенсивным пиком в диапазоне от ~20 до 30 2θ.

Фиг. 3: РД спектр фатерита. РД спектр фатерита характеризуется тремя основными пиками при 24, 27 и ~33 2θ.

Фиг .4: РД спектр кальцита. РД спектр кальцита характеризуется несколькими пиками, при этом наиболее возвышающийся пик находится при ~29 2θ.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В настоящем изобретении предложена процедура синтеза для получения высокостабильного АКК с помощью образующих водородные связи молекул в качестве стабилизирующих агентов и смешивающегося с водой органического растворителя в поэтапном процессе. Было обнаружено, что поэтапная процедура согласно настоящему изобретению превосходит ранее описанные способы получения стабильного АКК с точки зрения безопасности, выхода и устойчивости. Было обнаружено, что выполнение такой процедуры в отдельных стадиях согласно вариантам реализации изобретения, описанным в настоящей заявке, имеет практическую значимость для получения стабильного АКК.

Неожиданная устойчивость АКК, полученного согласно способу, предложенному в настоящем изобретении, не до конца понятна. Не желая быть связанными каким-либо конкретным механизмом или теорией, полагают, что добавление стабилизирующих молекул после получения АКК приводит к образованию внешнего покрытия, которое увеличивает устойчивость АКК, при этом добавление органического растворителя как уменьшает активность воды, так и понижает растворимость стабилизирующих молекул в растворе, благодаря чему они остаются на поверхности или внутри частиц АКК, способствуя, таким образом, стабилизации АКК. Loste с соавторами [Journal of Crystal Growth, 254 (2003) 206-218], предположил, что Mg увеличивает устойчивость АКК за счет внедрения в аморфную решетку, и, поскольку радиус Mg меньше, чем радиус Са, он образует более сильную связь с молекулами воды, присутствующими внутри структуры АКК, подавляя таким образом кристаллизацию. Возможно, что молекулы, связывающие воду, действуют посредством такого же механизма. Путем образования связей как с ионами кальция, так и молекулами воды, они могут действовать таким образом, чтобы препятствовать диффузии воды из аморфной решетки, подавляя таким образом кристаллизацию.

Также было обнаружено, что при применении некоторых органических кислот или фосфорилированных аминокислот, не было необходимости увеличивать рН раствора с помощью гидроксида натрия или другого основания. Однако при применении сахарозы или других Сахаров, а также нефосфорилированных, гидроксилсодержащих аминокислот, рН раствора было необходимо увеличить с помощью, например, гидроксидов щелочных металлов, таких как гидроксид натрия, гидроксид калия и т.п., для обеспечения стабилизирующего действия. Ранее Koga с соавторами [Thermochimica Acta, 318 (1998) 239-244] предположил, что высокое значение рН способствует стабилизации АКК, однако Koga в своих экспериментах применял только гидроксид натрия, что только позволило ему увеличить рН до 13,5 перед осаждением гидроксида кальция из раствора. При введении сахарозы вместе с гидроксидом натрия возможно дополнительное увеличение рН до >14 без осаждения гидроксида кальция. Не желая быть связанными каким-либо конкретным механизмом или теорией, полагают, что по-видимому, такое сочетание сахарозы с очень высоким рН оказывает улучшенное стабилизирующее действие.

В US 4,237,147 описан способ получения АКК с применением гидроксида кальция и сахарозы; однако сахарозу используют для увеличения растворимости гидроксида кальция, что требует очень большого количества сахарозы относительно количеств, описанных в настоящем изобретении. Высокие количества сахарозы, описанные в US 4,237,147, делают получение АКК нецелесообразным по двум причинам: 1. Содержание сахарозы так велико, что АКК осаждается только частично, что делает почти невозможным его выделение. 2. Высокое содержание сахарозы так велико, что она образует вязкий гель, который невозможно отфильтровать. В настоящем изобретении, поскольку сахарозу применяют в небольших количествах в качестве стабилизирующего агента, а не в качестве растворяющего агента, требуются гораздо более низкие концентрации, что позволяет легко решить две проблемы, описанные выше.

В настоящей заявке термин «растворимая соль кальция» означает соль кальция, которая растворима в воде, т.е. соль кальция способна полностью растворяться в воде с образованием прозрачного раствора. В общем случае, соединение считается «растворимым» в воде, если оно растворяется в количестве по меньшей мере примерно 1 г/100 мл воды, таком как, например, по меньшей мере примерно 5 г/100 мл или по меньшей мере примерно 10 г/100 мл, при температуре от примерно 0°С до примерно температуры окружающей среды, которую определяют в настоящей заявке как примерно от 20°С до 30°С. Согласно предпочтительному в настоящее время варианту реализации изобретения растворимая соль кальция представляет собой хлорид кальция. Согласно другим вариантам реализации изобретения растворимая соль кальция может представлять собой бромид кальция, иодид кальция, лактат кальция, глюконат кальция и т.п. Каждый возможный вариант представляет собой отдельный вариант реализации настоящего изобретения.

В настоящей заявке термин «растворимый карбонат» означает карбонат (СО32-), который растворим в воде, т.е., карбонат способен полностью растворяться в воде с образованием прозрачного раствора. Согласно предпочтительному в настоящее время варианту реализации изобретения растворимый карбонат представляет собой карбонат щелочного металла, такой как карбонат лития, карбонат натрия или карбонат калия. Согласно другому предпочтительному варианту реализации изобретения растворимый карбонат представляет собой карбонат аммония. Каждый возможный вариант представляет собой отдельный вариант реализации настоящего изобретения.

В настоящей заявке термин «стабилизированная суспензия АКК» или «стабильный АКК» означает АКК, который может оставаться в суспензии или в виде сухого твердого вещества (например, порошка) в течение от нескольких часов до нескольких дней, недель или месяцев, без существенного превращения в кристаллическую форму. Термин «существенное превращение» обычно означает превращение примерно 5% или больше аморфной формы в кристаллическую форму. Таким образом, способ согласно настоящему изобретению позволяет получить АКК, по меньшей мере 95% или больше которого в общем остается в аморфной форме (предпочтительно по меньшей мере примерно 97% или даже более предпочтительно по меньшей мере примерно 99%) при нахождении в суспензии или в виде твердого порошка при температурах до комнатной температуры (примерно 20-30°С) или даже при более высоких температурах.

Как полагают в данной заявке, настоящее изобретение включает применение стабилизирующих агентов, описанных в настоящей заявке, и смешивающегося с водой органического растворителя для получения стабилизированной суспензии АКК. Стабилизирующие агенты, применяемые в настоящем изобретении, называют здесь «первым стабилизирующим агентом», «вторым стабилизирующим агентом», соответственно. При необходимости, можно также использовать дополнительные стабилизирующие агенты. Способ согласно настоящему изобретению предпочтительно включает применение первого и второго стабилизирующего агента, которые могут быть одинаковыми или отличаться друг от друга, при этом каждый возможный вариант представляет собой отдельный вариант реализации настоящего изобретения. Кроме того, подразумевают, что термин «первый стабилизирующий агент» включает одно стабилизирующее соединение или комбинацию более одного стабилизирующих соединений. Кроме того, подразумевают, что термин «второй стабилизирующий агент» включает одно стабилизирующее соединение или комбинацию более одного стабилизирующих соединений. Таким образом, согласно некоторым вариантам реализации изобретения водный раствор кальция может содержать один стабилизирующий агент или комбинацию стабилизирующих агентов (в совокупности называемых «первым стабилизирующим агентом»). Согласно другим вариантам реализации изобретения раствор, содержащий второй стабилизирующий агент, может содержать один стабилизирующий агент или комбинацию стабилизирующих агентов (в совокупности называемых «вторым стабилизирующим агентом»). Согласно настоящему изобретению общее количество применяемого стабилизирующего агента в способе согласно настоящему изобретению составляет до примерно 12% масс. от массы стабилизированной суспензии АКК.

Согласно одному из аспектов стабилизирующие молекулы согласно настоящему изобретению распределены между раствором, содержащим ионы кальция, и вторым стабилизирующим раствором, называемым «стабилизирующим раствором». Согласно одному из вариантов реализации изобретения стабилизирующий раствор представляет собой водный раствор, содержащий второй стабилизирующий агент и возможно смешивающийся с водой органический растворитель. Согласно другому варианту реализации изобретения стабилизирующую молекулу можно непосредственно растворить в смешивающемся с водой органическом растворителе.

Согласно некоторым вариантам реализации изобретения каждый агент, выбранный из первого или второго стабилизирующего агента, независимо выбран из группы, состоящей из органических кислот, фосфорилированных органических кислот, фосфорнокислых сложных эфиров гидроксикарбоновых кислот, сернокислых сложных эфиров гидроксилкарбоновых кислот, фосфорилированных аминокислот и их производных, сульфатных эфиров аминокислот и гидроксисодержащих органических соединений в комбинации с гидроксидами щелочных металлов. Согласно одному из аспектов стабилизирующие молекулы выбраны из, но не ограничиваясь ими, органических кислот, фосфорилированных аминокислот, фосфатсодержащей молекулы, такой как, но не ограничиваясь ими, фосфоенолпируват или фосфокреатин, или сульфатсодержащей молекулы, такой как, но не ограничиваясь ими, сульфатный эфир аминокислоты, такой как сульфосерин или сульфотреонин, или любых комбинаций перечисленных выше соединений. Согласно другому аспекту, стабилизирующие молекулы содержат гидроксилсодержащую молекулу, такую как (i) моно-, ди-, три- или полисахариды, например, сахарозу, маннозу, глюкозу и т.п.; или (ii) гидроксилсодержащие нефосфорилированные аминокислоты, в комбинации с гидроксидом щелочного металла, таким как, но не ограничиваясь ими, гидроксид натрия или гидроксид калия.

В целом, стабилизирующие молекулы можно разделить на две группы: 1) Стабилизирующие агенты, которые оказывают сильное стабилизирующее действие сами по себе. Стабилизирующие молекулы в этой группе включают органические кислоты, например карбоновые кислоты, содержащие по меньшей мере две карбоксильные группы и имеющие молекулярную массу не более примерно 250 г/моль (например, лимонная кислота, винная кислота, яблочная кислота и т.п.), и фосфорнокислые или сернокислые сложные эфиры гидроксикарбоновых кислот (например, фосфоенолпируват, фосфосерин, фосфотреонин, сульфосерин или сульфотреонин). 2) Стабилизирующие молекулы, которые требуют добавления гидроксида для депротонирования гидроксильных групп стабилизирующих молекул и улучшения их стабилизирующего действия. Стабилизирующие молекулы в этой группе включают моно-, ди-, три-, олиго- или полисахариды (глюкозу, маннозу, фруктозу, сахарозу и т.п.), нефосфорилированные гидроксилсодержащие молекулы, в том числе полиолы и аминокислоты (например, глицерин, серии, треонин и т.п.). Термин «нефосфорилированная гидроксилсодержащая аминокислота» относится к аминокислоте, которая может быть природной или искусственной и которая содержит по меньшей мере одну гидроксильную (ОН) группу в боковой цепи.

Согласно одному из аспектов изобретения стабилизирующая молекула в растворе кальция и стабилизирующая молекула в стабилизирующем растворе представляют собой одни и те же молекулы. Согласно другому аспекту изобретения, они представляют собой две разные молекулы. Согласно предпочтительному варианту реализации изобретения первый стабилизирующий агент и второй стабилизирующий агент идентичны и отношения применяемых количеств стабилизирующих агентов, например, на стадии i) и стадии iii) указанного способа составляют от примерно 1:1 до примерно 10:1, например, примерно 1:2, примерно 1:3, примерно 1:5, примерно 2:1, примерно 3:1 или примерно 5:1 (отношение первого стабилизирующего агента ко второму стабилизирующему агенту). Каждый возможный вариант представляет собой отдельный вариант реализации настоящего изобретения.

Согласно одному из аспектов изобретения органический растворитель выбирают из, но не ограничиваясь ими, спиртов, таких как метанол, этанол, пропанол или изопропиловый спирт, кетонов, таких как, но не ограничиваясь ими, ацетон, диэтилкетон, циклогексанон и т.п., или других смешивающихся с водой органических растворителей. Другие примеры смешивающихся с водой органических растворителей включают, но не ограничиваются ими, простые эфиры, такие как тетрагидрофуран или диоксан, ацетонитрил, диметоксиэтан, диэтоксиэтан, диметилформамид (ДМФ) и диметилсульфоксид (ДМСО). Термин «смешивающийся с водой органический растворитель», применяемый в настоящей заявке, относится к органическому растворителю, способному смешиваться с водой во всех пропорциях с образованием гомогенного раствора.

Общее количество стабилизирующего агента, применяемого в способах согласно настоящему изобретению, означает совокупное количество применяемого стабилизирующего агента, например, общее количество первого и второго стабилизирующих агентов, описанных в настоящей заявке. В целом, общее количество стабилизирующего агента составляет до примерно 12% масс. от массы стабилизированной суспензии АКК, предпочтительно, до примерно 10% масс. от массы стабилизированной суспензии АКК и, более предпочтительно, до примерно 8% масс. или до примерно 5% масс., или до примерно 3% масс. от стабилизированной суспензии АКК. Каждый возможный вариант представляет собой отдельный вариант реализации настоящего изобретения.

Смешивающийся с водой органический растворитель составляет по меньшей мере примерно 5% масс. от массы стабилизированной суспензии АКК. В настоящее время этанол представляет собой предпочтительный органический растворитель.

Согласно некоторым вариантам реализации изобретения концентрация кальция в растворе ионов кальция может меняться от примерно 4 мМ до примерно 2 М. По практическим соображениям концентрацию кальция следует поддерживать от примерно 0,5 М до 1 М, например от 0,5 М до 0,75 М или от 0,75 до 1 М. Каждый возможный вариант представляет собой отдельный вариант реализации настоящего изобретения.

Согласно другим вариантам реализации изобретения концентрация карбоната в растворе карбоната может меняться от примерно 4 мМ до примерно 2 М. По практическим соображениям концентрацию карбоната следует поддерживать от примерно 0,5М до 1 М, например, от 0,5М до 0,75М или от 0,75 до 1М. Каждый возможный вариант представляет собой отдельный вариант реализации настоящего изобретения.

Согласно дополнительным вариантам реализации изобретения молярное отношение кальций : карбонат может меняться от примерно 2:1 до примерно 1:1.5, соответственно. По практическим соображениям, предпочтительно работать с эквимолярными отношениями 1:1, однако можно использовать различные отношения, установленные специалистом в данной области техники.

Согласно дополнительным вариантам реализации изобретения концентрация стабилизирующих молекул в растворе ионов кальция составляет от примерно 0,0001% до примерно 10% по массе раствора ионов кальция. Более предпочтительно, концентрация составляет от примерно 0,01% до примерно 3%; однако было обнаружено, что каждая стабилизирующая молекула имеет свою собственную оптимальную концентрацию, которую легко может установить специалист в данной области техники.

Согласно дополнительным вариантам реализации изобретения концентрация стабилизирующих молекул в стабилизирующем растворе составляет от примерно 0,0002% до примерно 20% по массе раствора ионов кальция. Более предпочтительно концентрация составляет от примерно 0,02% до примерно 6%; однако было обнаружено, что каждая стабилизирующая молекула имеет свою собственную оптимальную концентрацию, которую легко может установить специалист в данной области техники.

Согласно одному из аспектов изобретения при объединении гидроксил-, фосфат- или сульфатсодержащей молекулы с гидроксидом в качестве стабилизирующей молекулы, мольное отношение гидроксил-, фосфат- или сульфатсодержащей молекулы к гидроксиду составляет от примерно 4:1 до примерно 0,5:1, например, примерно 3:1, 2:1, 1:1 или 0,75:1, при этом каждый возможный вариант представляет собой отдельный вариант реализации настоящего изобретения.

Согласно дополнительным вариантам реализации изобретения отношение количества стабилизирующей молекулы в стабилизирующем растворе и количества стабилизирующей молекулы в растворе кальция составляет от примерно 1:1 до примерно 20:1, например, примерно 2:1, 5:1, 10:1 или 15:1, при этом каждый возможный вариант представляет собой отдельный вариант реализации настоящего изобретения. Было обнаружено, что для каждой пары стабилизирующих молекул имеется разное оптимальное отношение, которое может быть легко установлено специалистом в данной области техники.

Согласно дополнительным вариантам реализации изобретения применяемый органический растворитель присутствует при массовом отношении, составляющем от примерно 15:1 до примерно 1:3 (вода : растворитель) относительно водных растворов в сумме. Другие органические растворители лучше работают при других отношениях, например, было обнаружено, что этанол хорошо работает при массовом отношении ~7:1 тогда как ацетон хорошо работает при массовом отношении ~5:1. Оптимальное отношение воды к органическому растворителю может быть легко установлено специалистом в данной области техники.

Согласно дополнительным вариантам реализации изобретения температуру реакции можно установить в диапазоне температур от примерно -10°С до примерно 60°С. Температуру реакции предпочтительно поддерживают в диапазоне от примерно -3°С до температуры окружающей среды (комнатной температуры (RT)), более предпочтительно, от примерно 0°С до примерно 15°С.

Согласно одному из аспектов изобретения влажность порошка АКК следует поддерживать ниже 15% для поддержания устойчивости продукта в виде сухого порошка. Согласно другому аспекту изобретения влажность следует предпочтительно поддерживать ниже 10%, даже более предпочтительно ниже 8%.

Согласно одному из аспектов изобретения сухой, стабильный продукт можно хранить в условиях окружающей среды. Согласно другому аспекту изобретения сухой, стабильный продукт следует хранить в среде с контролируемой влажностью, предпочтительно при относительной влажности менее 20%.

Согласно одному из аспектов изобретения содержание кальция в полученном АКК составляет от примерно 30% до примерно 33%. Содержание кальция в АКК предпочтительно составляет от примерно 31,5% до примерно 32,5%.

Полученный АКК можно фильтровать с применением стандартных способов разделения жидкость/твердое вещество, таких как, но не ограничиваясь ими, вакуумная фильтрация или фильтрация под давлением, центрифугирование или декантирование, и затем высушивать в стандартном оборудовании для сушки, таком как, но не ограничиваясь ими, воздушные сушилки, вакуумные печи или турбопечи, распылительные сушилки, испарительные сушилки, сублимационные сушилки или лопастные сушилки.

Следующие примеры приведены для более полного иллюстрирования некоторых вариантов реализации изобретения. Однако их никоим образом не следует рассматривать как ограничивающие широкий объем изобретения. Специалист в данной области техники может легко разработать много вариаций и модификаций принципов, описанных в настоящей заявке, в пределах объема изобретения.

ПРИМЕР 1

В типичном способе раствор кальция содержал 1 литр воды, 88,8 г хлорида кальция и 888 мг фосфосерина. Раствор карбоната содержал 1 литр воды и 84,8 г карбоната натрия. Стабилизирующий раствор содержал 200 мл воды и 1,776 г фосфосерина, при этом в качестве органического растворителя использовали 350 мл этанола. Растворы карбоната и кальция смешивали для осаждения нестабилизированного АКК, через 20 секунд к суспензии АКК добавляли раствор стабилизирующего агента с последующим добавлением этанола и получением стабилизированной суспензии АКК. В полученной стабилизированной суспензии АКК стабилизировали АКК в течение по меньшей мере 3 часов в растворе при ~20°С и в течение по меньшей мере 9 часов при 0°С. Затем АКК отфильтровывали в течение времени, пока он был все еще стабильным в суспензии, используя воронку Бюхнера, и осадок на фильтре высушивали, используя обычную печь при 40-50°С.

ПРИМЕР 2

Раствор кальция содержал 1 литр воды, 88,8 г хлорида кальция и 700 мг лимонной кислоты. Раствор карбоната содержал 1 литр воды и 84,8 г карбоната натрия. Стабилизирующий раствор содержал 200 мл воды и 1,4 г лимонной кислоты, при этом в качестве органического растворителя использовали 350 мл этанола. Растворы карбоната и кальция смешивали для осаждения нестабилизированного АКК, через 20 секунд к суспензии АКК добавляли раствор стабилизирующего агента с последующим добавлением этанола и получением стабилизированной суспензии АКК. В полученной стабилизированной суспензии АКК стабилизировали АКК в течение по меньшей мере 3 часов в растворе при ~20°С и в течение по меньшей мере 9 часов при 0°С. Затем АКК отфильтровывали в течение времени, пока он был все еще стабильным в суспензии, используя воронку Бюхнера, и осадок на фильтре высушивали, используя вакуумную печь при 40-50°С, в атмосфере азота 400 мбар.

ПРИМЕР 3

Раствор кальция содержал 1 литр воды, 88,8 г хлорида кальция и 888 мг фосфотреонина. Раствор карбоната содержал 1 литр воды и 84,8 г карбоната натрия. В 350 мл этанола растворяли 1,776 г лимонной кислоты. Растворы карбоната и кальция смешивали для осаждения нестабилизированного АКК и через 20 секунд к суспензии АКК добавляли раствор этанола-стабилизирующего агента, получая стабилизированную суспензию АКК. В полученной стабилизированной суспензии АКК стабилизировали АКК в течение по меньшей мере 5 часов в растворе при ~20°С и в течение по меньшей мере 9 часов при 0°С. Затем АКК отфильтровывали в течение времени, пока он был все еще стабильным в суспензии, используя воронку Бюхнера, и осадок на фильтре высушивали, используя обычную печь при 40-50°С.

ПРИМЕР 4

Раствор кальция содержал 1 литр воды, 88,8 г хлорида кальция, 20 г сахарозы и 3,35 г гидроксида натрия. Раствор карбоната содержал 1 литр воды и 84,8 г карбоната натрия. Стабилизирующий раствор содержал 200 мл воды, 40 г сахароза и 6,67 г гидроксида натрия, при этом в качестве органического растворителя использовали 350 мл этанола. Растворы карбоната и кальция смешивали для осаждения нестабилизированного АКК, через 20 секунд к суспензии АКК добавляли раствор стабилизирующего агента с последующим добавлением этанола и получением стабилизированной суспензии АКК. Полученная стабилизированная суспензия АКК содержала АКК, стабильный в течение по меньшей мере 10 часов при ~20°С и в течение по меньшей мере 24 часов при 0°С. Затем АКК центрифугировали в течение 5 минут, используя настольную центрифугу при 4000 об/мин, отбрасывали надосадочную жидкость, и концентрированный продукт высушивали сублимацией всю ночь, используя лиофилизатор при -80°С и высокий вакуум.

ПРИМЕР 5

Раствор кальция содержал 1 литр воды, 88,8 г хлорида кальция, 10 г серина и 3,8 г гидроксида натрия. Раствор карбоната содержал 1 литр воды и 84,8 г карбоната натрия. Стабилизирующий раствор содержал 200 мл воды, 20 г серина и 7,62 г гидроксида натрия, при этом в качестве органического растворителя использовали 350 мл этанола. Растворы карбоната и кальция смешивали для осаждения нестабилизированного АКК, через 20 секунд к суспензии АКК добавляли раствор стабилизирующего агента с последующим добавлением этанола и получением стабилизированной суспензии АКК. Полученная стабилизированная суспензия АКК содержала АКК, стабильный в течение по меньшей мере 2 часов при ~20°С и в течение по меньшей мере 8 часов при 0°С. Затем АКК центрифугировали в течение 5 минут, используя настольную центрифугу при 4000 об/мин, отбрасывали надосадочную жидкость, и концентрированный продукт высушивали сублимацией всю ночь, используя лиофилизатор при -80°С и высокий вакуум.

ПРИМЕР 6

Раствор кальция содержал 1 литр воды, 88,8 г хлорида кальция, 10 г серина и 3,8 г гидроксида натрия. Раствор карбоната содержал 1 литр воды и 84,8 г карбоната натрия. Стабилизирующий раствор содержал 200 мл воды 20 г сахарозы и 7,62 г гидроксида натрия, при этом в качестве органического растворителя использовали 350 мл этанола. Растворы карбоната и кальция смешивали для осаждения нестабилизированного АКК, через 20 секунд к суспензии АКК добавляли раствор стабилизирующего агента с последующим добавлением этанола и получением стабилизированной суспензии АКК. Полученная стабилизированная суспензия АКК содержала АКК, стабильный в течение по меньшей мере 6 часов при ~20°С и в течение по меньшей мере 24 часов при 0°С. Затем АКК центрифугировали в течение 5 минут, используя настольную центрифугу при 4000 об/мин, отбрасывали надосадочную жидкость, и концентрированный продукт высушивали сублимацией в течение ночи, используя лиофилизатор при -80°С и высокий вакуум.

На фиг. 1 и 2 показаны типичные спектры комбинационного рассеяния и РД спектры сухих проб АКК, полученных согласно приведенным выше примерам 1 и 2. На фиг. 3 и 4 для сравнения приведены РД спектры фатерита и кальцита.

Хотя настоящее изобретение было подробно описано, специалистам в данной области техники будет понятно, что можно выполнить много вариаций и модификаций. Таким образом, изобретение не следует рассматривать как ограниченное конкретными описанными вариантами реализации, и объем и концепция изобретения будут более понятны со ссылкой на формулу изобретения, которая приведена ниже.

1. Способ получения аморфного карбоната кальция (АКК), включающий стадии:

i) объединения водного раствора, содержащего растворимую соль кальция и первый стабилизирующий агент, с водным раствором, содержащим растворимый карбонат, с получением суспензии АКК; и

ii) добавления смешивающегося с водой органического растворителя и раствора, содержащего второй стабилизирующий агент, одновременно или последовательно в любом порядке, при условии, что указанный второй стабилизирующий агент и органический растворитель приводят в контакт с указанной суспензией АКК в пределах примерно 2 минут после ее образования с получением тем самым стабилизированной суспензии АКК;

при этом указанные первый стабилизирующий агент и второй стабилизирующий агент одинаковы или различны, причем общее количество стабилизирующего агента составляет до примерно 12% масс. от массы стабилизированной суспензии АКК, а смешивающийся с водой органический растворитель составляет по меньшей мере примерно 5% масс. от массы стабилизированной суспензии АКК.

2. Способ по п. 1, включающий стадии:

i) получения водного раствора, содержащего растворимую соль кальция и первый стабилизирующий агент;

ii) получения водного раствора, содержащего растворимый карбонат;

iii) получения водного раствора, содержащего второй стабилизирующий агент;

iv) получения раствора, содержащего смешивающийся с водой органический растворитель; и

v) объединения раствора, полученного на стадии ii), с раствором, полученным на стадии i), с получением суспензии АКК, с последующим добавлением растворов, полученных на стадиях iii) и iv), добавляемых одновременно или последовательно в любом порядке, при условии, что указанные растворы приводят в контакт с указанной суспензией АКК в пределах примерно 2 минут после ее образования с получением тем самым указанной стабилизированной суспензии АКК.

3. Способ по п. 1, включающий стадии:

i) получения водного раствора, содержащего растворимую соль кальция и первый стабилизирующий агент;

ii) получения водного раствора, содержащего растворимый карбонат;

iii) получения раствора второго стабилизирующего агента в смешивающемся с водой органическом растворителе; и

iv) объединения растворов, полученных на стадии i) и ii), с получением суспензии АКК, с последующим добавлением раствора, полученного на стадии iii), к суспензии АКК в пределах примерно 2 минут после ее образования с получением стабилизированной суспензии АКК.

4. Способ по п. 1, включающий стадии:

i) получения водного раствора, содержащего растворимую соль кальция и первый стабилизирующий агент;

ii) получения водного раствора, содержащего растворимый карбонат, и объединения его с указанной солью кальция со стадии i) с получением тем самым суспензии АКК;

iii) получения водного раствора второго стабилизирующего агента с получением тем самым стабилизирующего раствора;

iv) объединения указанного стабилизирующего раствора с указанной суспензией АКК; и

v) добавления смешивающегося с водой органического растворителя, при этом стабилизирующий раствор и органический растворитель добавляют к суспензии АКК в пределах примерно 2 минут после ее образования с получением стабилизированной суспензии АКК.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанная соль кальция представляет собой хлорид кальция, а указанный растворимый карбонат представляет собой карбонат щелочного металла или карбонат аммония.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что указанный карбонат щелочного металла представляет собой карбонат лития, натрия или калия.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанный смешивающийся с водой органический растворитель выбран из группы, состоящей из метанола, этанола, пропанола, изопропилового спирта, ацетона, диэтилкетона и циклогексанона, при этом указанный смешивающийся с водой органический растворитель предпочтительно представляет собой этанол.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что первый и второй стабилизирующий агент каждый независимо выбран из группы, состоящей из органических кислот, фосфорилированных органических кислот, фосфорнокислых или сернокислых эфиров гидроксикарбоновых кислот, фосфорилированных аминокислот и их производных, гидроксилсодержащих органических соединений в комбинации с гидроксидами щелочных металлов и сульфатного эфира аминокислоты.

9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что по меньшей мере один из первого или второго стабилизирующего агента представляет собой органическую кислоту, выбранную из аскорбиновой кислоты, уксусной кислоты и органической кислоты, содержащей по меньшей мере две карбоксильные группы и имеющей молекулярную массу не более 250 г/моль.

10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что по меньшей мере один из первого или второго стабилизирующего агента выбран из лимонной кислоты, винной кислоты и яблочной кислоты.

11. Способ по п. 8, отличающийся тем, что по меньшей мере один из первого или второго стабилизирующего агента представляет собой фосфорнокислый или сернокислый эфир гидроксикарбоновой кислоты, производное фосфорилированной аминокислоты или сульфатный эфир аминокислоты.

12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что по меньшей мере один из первого или второго стабилизирующего агента выбран из фосфоенолпирувата, фосфокреатина, фосфосерина, фосфотреонина, сульфосерина и сульфотреонина.

13. Способ по п. 8, отличающийся тем, что по меньшей мере один из первого или второго стабилизирующего агента представляет собой гидроксилсодержащее органическое соединение в комбинации с гидроксидом щелочного металла, при этом гидроксилсодержащее органическое соединение выбрано из моно-, ди-, три-, олиго- и полисахаридов и нефосфорилированных гидроксилсодержащих соединений, предпочтительно нефосфорилированных аминокислот.

14. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанные первый и второй стабилизирующие агенты различны.

15. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанные первый и второй стабилизирующие агенты одинаковы, при этом указанные первый и второй стабилизаторы используют в соотношении от примерно 1:1 до примерно 10:1.

16. Способ по п. 1, отличающийся тем, что стадию добавления второго стабилизирующего агента и смешивающихся с водой органических растворителей осуществляют при температуре от примерно -10°С до примерно 60°С, предпочтительно от примерно -3°С до температуры окружающей среды, и более предпочтительно от примерно 0°С до примерно 15°С.

17. Способ по п. 1, дополнительно включающий стадию отделения указанного АКК из указанной суспензии стабилизированного АКК и сушки с получением тем самым порошка стабильного АКК, при этом предпочтительно стадия отделения включает фильтрование или центрифугирование, и указанная стадия сушки включает нагревание или сублимационную сушку.

18. Способ по п. 17, отличающийся тем, что указанный порошок стабильного АКК содержит менее чем примерно 15% масс. воды, предпочтительно менее чем примерно 8% масс. воды, и кальций в количестве от примерно 30 до примерно 35% масс.

19. Способ по п. 1, включающий объединение в водной смеси хлорида кальция, карбоната щелочного металла, фосфорилированной органической кислоты и спирта с получением тем самым суспензии стабилизированного АКК, содержащей от примерно 2,5 до примерно 5% масс. АКК, от примерно 0,001 до примерно 0,2% масс. фосфорилированной органической кислоты и от примерно 8 до примерно 32% масс. этанола.

20. Способ по п. 1, включающий объединение в водной смеси хлорида кальция, карбоната щелочного металла, дикарбоновой или трикарбоновой кислоты и спирта с получением тем самым суспензии стабилизированного АКК, содержащей от примерно 2,5 до примерно 5% масс. АКК, от примерно 0,001 до примерно 0,2% масс. дикарбоновой или трикарбоновой кислоты и от примерно 8 до примерно 32% масс. этанола.

21. Способ по п. 1, включающий объединение в водной смеси хлорида кальция, карбоната щелочного металла, дикарбоновой или трикарбоновой кислоты, фосфорилированной органической кислоты и спирта с получением тем самым суспензии стабилизированного АКК, содержащей от примерно 2,5 до примерно 5% масс. АКК, от примерно 0,001 до примерно 0,2% масс. в сумме дикарбоновой или трикарбоновой кислоты и фосфорилированной органической кислоты и от примерно 8 до примерно 32% масс. этанола.

22. Способ по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере один из первого или второго стабилизирующего агента содержит комбинацию двух или более стабилизирующих соединений.

23. Суспензия стабилизированного АКК, полученная по способу по п. 1, содержащая от примерно 2,5 до 5% масс. АКК, от примерно 0,05 до примерно 0,2% масс. фосфорилированной органической кислоты и от примерно 10 до примерно 15% масс. этанола.

24. Порошок стабильного АКК, полученного по способу по п. 17, содержащий от примерно 75 до примерно 88% масс. СаСО3 и менее чем примерно 10% масс. воды.

25. Применение суспензии или порошка по любому из пп. 23 и 24 в красителях, бумажной продукции, пластмассах, красках, адгезивах, продуктах для реставрации мрамора, медицинских устройствах, фармацевтических препаратах, биологически активных добавках и/или пищевых добавках.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к водной суспензии минеральных пигментных материалов, имеющей высокое содержание твердых веществ, в которой содержатся диспергирующие вещества и/или диспергаторы на основе возобновляемых источников, а также к способам изготовления такой суспензии и к ее использованию.

Настоящее изобретение предлагает водные суспензии с улучшенной реологической устойчивостью при температуре выше 65°С. Данные суспензии включают содержащий карбонат кальция материал и по меньшей мере один гребнеобразный полимер.

Изобретение может быть использовано при получении пластмасс, покрытий или ламинатов. Способ обработки поверхности частиц неорганического пигмента включает получение водной суспензии частиц неорганического пигмента.

Изобретение относится к композитной структуре и способу получения композитной структуры, имеющей полисахаридное тело, на которое осажден карбонат, отличающемуся тем, что готовят раствор карбонатных ионов; смешивают полисахарид в форме, имеющей свободные гидроксильные группы на его поверхности, с раствором карбонатных ионов с получением карбонатно-полисахаридной суспензии; и осаждают карбонатную соль из суспензии на полисахарид.

Изобретение может быть использовано в производстве пластмасс, красок, бетона, в сельском хозяйстве. Способ получения самосвязывающихся частиц пигментного красителя включает приготовление водной суспензии пигментного вещества и, по меньшей мере, одного анионного и/или амфотерного крахмала.

Изобретение может быть использовано в производстве бумаги, пластиков, красок, покрытий, бетона, в сельском хозяйстве. Способ получения самосвязывающихся пигментных частиц включает предоставление суспензии, содержащей по меньшей мере один материал, содержащий карбонат кальция, анионного полимерного связующего средства и по меньшей мере одного катионного полимера.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности, при изготовлении бумаги, мелового покрытия бумаги, в производстве пластических материалов, в сельском хозяйстве и/или в производстве красок.

Изобретение может быть использовано в производстве бумаги, бумажных покрытий, пластиков, красок. Водная композиция включает материал, содержащий карбонат кальция, в количестве, по меньшей мере, 10% масс.
Изобретение может быть использовано в химической промышленности, в производстве бумаги, красок и пластмасс. Способ приготовления водной суспензии, содержащей карбонат кальция, включает предоставление вещества, содержащего карбонат кальция, в виде разбавленного водой осадка или суспензии, имеющей содержание твердых частиц, по меньшей мере, 45% по массе в расчете на общую массу разбавленного водой осадка или суспензии.

Изобретение может быть использовано в производстве бумаги, пластмассы, красок, покрытий, цемента или в сельском хозяйстве. Для получения самосвязывающихся пигментных частиц водную суспензию, содержащую, по меньшей мере, один материал, содержащий карбонат кальция, смешивают с по меньшей мере, одной кислотой или кислой солью, взятой в количестве от 0,001 до 40 мас.% от общей массы сухого материала, содержащего карбонат кальция.

Изобретение может быть использовано в производстве модифицированных глинистых материалов. Для изготовления высокодисперсных гидрофобных магниточувствительных глинистых материалов готовят суспензию глинистых материалов в воде в реакторе с помощью механического перемешивания.

Изобретение относится к полимерной композиции, содержащей по меньшей мере одну полимерную смолу, которая представляет собой по меньшей мере один термопластичный полимер и по меньшей мере один белый минеральный материал с реакционно-способной поверхностью, представляющий собой карбонат кальция.

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано при изготовлении шин и их частей. Модифицированный печной технический углерод имеет отожженную поверхность, прикрепленную и/или адсорбированную по меньшей мере одну химическую группу, и характеризуется статистической площадью поверхностного слоя (STSA) 70-250 м2/г и содержанием полиароматических углеводородов (РАН) из группы РАН22 75 ч./млн или меньше.

Изобретение относится к способу получения модифицированного монтмориллонита, который используется в качестве наполнителя полимеров для получения композиционных материалов.

Изобретение относится к продукту наполнителя с обработанной поверхностью для полимерных композиций и изделий. Описывается способ получения продукта наполнителя, содержащего карбонат кальция, с обработанной поверхностью, где слой поверхностной обработки содержит по меньшей мере один монозамещенный янтарный ангидрид и, необязательно, по меньшей мере одну монозамещенную янтарную кислоту и/или солевой(ые) продукт(ы) их взаимодействия.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Функциональный наполнитель для полимерных композиций содержит неорганический дисперсный материал и покрытие, содержащее соединение, имеющее формулу (1): где А представляет собой фрагмент, содержащий концевую этиленовую связь, с одной или двумя соседними карбонильными группами; X представляет собой О и m равно от 1 до 4 или X представляет собой N и m равно 1; Y представляет собой C1-18-алкилен или C2-18-алкенилен; В представляет собой С2-6-алкилен; n равно от 0 до 5.

Изобретение относится к способам модификации карбида кремния, который может использоваться в качестве наполнителя для термостойких, износостойких полимерных композиций (пластмасс, резин).

Изобретение относится к способу модификации перлита, используемого в качестве наполнителя резиновой смеси. Производят гидрофобизацию дисперсного перлита, включающую механическое перемешивание перлита с модификатором при массовом отношении перлита к модификатору, равном 1:3, и нагревание полученной смеси последовательно при 500°С в течение 1 часа и при 900°С в течение 1 часа.
Изобретение относится к технологии обработки высокомолекулярных полимерных материалов органическими соединениями для нанесения покрытий на основе углеродных соединений.
Изобретение может быть использовано в химической промышленности, в производстве бумаги, красок и пластмасс. Способ приготовления водной суспензии, содержащей карбонат кальция, включает предоставление вещества, содержащего карбонат кальция, в виде разбавленного водой осадка или суспензии, имеющей содержание твердых частиц, по меньшей мере, 45% по массе в расчете на общую массу разбавленного водой осадка или суспензии.

Изобретение относится к пигментам с обработанной поверхностью для получения полимерных композиций, которые могут использоваться для получения суперконцентратов, формованных пластмассовых изделий и/или пластмассовых пленок.

Изобретение может быть использовано в производстве красителей, пластмасс, бумажной продукции, красок, продуктов для реставрации мрамора, фармацевтических препаратов, биологически активных и пищевых добавок. Способ получения аморфного карбоната кальция включает объединение водного раствора, содержащего растворимую соль кальция и первый стабилизирующий агент, с водным раствором, содержащим растворимый карбонат, с получением суспензии АКК. Далее добавляют смешивающийся с водой органический растворитель и раствор, содержащий второй стабилизирующий агент, одновременно или последовательно в любом порядке. Второй стабилизирующий агент и органический растворитель приводят в контакт с суспензией АКК в пределах примерно 2 минут после ее образования с получением стабилизированной суспензии АКК. При этом первый и второй стабилизирующие агенты одинаковы или различны. Общее количество стабилизирующего агента составляет до примерно 12 масс. от массы стабилизированной суспензии АКК. Смешивающийся с водой органический растворитель составляет по меньшей мере 5 масс. от массы стабилизированной суспензии АКК. Изобретение позволяет повысить стабильность аморфного карбоната кальция, находящегося в виде суспензии в водной фазе или в виде порошка. 4 н. и 21 з.п. ф-лы, 4 ил., 6 пр.

Наверх