[发明专利]矿物材料高固体悬浮液的制造方法

说明书

技术领域

本发明是关于矿物材料的高固体悬浮液的制造方法，由该方法获得的矿物材料的高固体水性悬浮液及该悬浮液的用途。

背景技术

在纸页、纸板或类似产品的制造方法中，本领域技术人员越来越倾向于用较低廉矿物质替换昂贵纤维素纤维部分以降低纸张成本同时改良其性质，如不透明度和/或亮度。

该已知矿物材料例如包含天然碳酸钙、合成碳酸钙，及含有碳酸钙的混杂类似填充剂，如基于白云石或混合碳酸盐的填充剂；如滑石或类似物的各种物质；云母、粘土、二氧化钛等。

出于实用性、运输、储存及干燥成本原因，尤其适宜产生呈高固体悬浮液形式（亦即，仅含极少量水）的矿物材料，然而，这通常仅由添加大量分散剂或研磨剂成为可能。

因此，长久以来，湿磨过程中通常使用基于部分或完全中和的聚丙烯酸或其衍生物的水溶性聚合物作为分散剂（EP0046573、EP0100947、EP0100948、EP0129329、EP0261039、EP0516656、EP0542643、EP0542644、EP0717051）以提供满足所需精制及低粘度标准的矿物质水性悬浮液。然而，需要大量使用这些分散剂，此不仅在经济方面不理想，且也对最终产品在纸张应用中根据终端使用者需要显现散射可见光的能力不利。

因此，现有技术中存在若干种提供矿物材料的高固体悬浮液的方法，其中减少了以上分散剂的量，并且避免或降低了所提及的缺陷。

例如WO02/49766、EP0850685、WO2008/010055、WO2007/072168公开了制造精制矿物材料的水性悬浮液的方法，其干物质浓度可较高同时具有随时间推移而保持稳定的低Brookfield^TM粘度。在此方面，提及使用特定中和速率的特定分散剂，如丙烯酸与马来酸的共聚物，或使用无机氟化合物，将该无机氟化合物在不使用分散剂及研磨剂情况下在低固体含量的湿磨步骤后放入由机械和/或热浓缩步骤产生的矿物质粒子的水性悬浮液中。

此外，未公开的欧洲专利申请08172465揭示使用锂中和的水溶性有机聚合物起到研磨和/或分散能力增强剂的作用以获得具有所需性能的矿物材料水性悬浮液，同时在不降低最终产品性能，例如纸张的光学性能的情况下最小化对分散剂和/或研磨剂的需要。

EP0614948或EP0857763中提及的另一方法是关于由以下步骤在湿态下粉碎碱土金属颜料，尤其为但不限于碳酸钙颜料的方法：制备颗粒碱土金属化合物的水性悬浮液；以颗粒研磨介质在诸如产生具有粒径分布的产物的条件下使该悬浮液进行磨碎，以便该粒径分布使得粒子的至少90重量%具有小于2μm的当量球粒直径（equivalentspherical diameter）；和使水在悬浮液中所含热量的作用下从悬浮液蒸发直至悬浮液中干燥碱土金属化合物的重量百分比增至至少70重量%（初始固体浓度为40wt%至70wt%）。可从实施例中了解初始固体含量高于70wt%的悬浮液的使用不适合于所述使用0.7wt%的方法。因此，EP0614948描述在高固体含量下研磨矿物材料的方法，清楚表明该方法仅适用于初始固体含量不超过70wt%的悬浮液。

因此，现有技术中已知的方法仍然使用相对大量分散剂或仅适用于具有相对较低固体含量的矿物材料的悬浮液，且因此并非十分有效。

因此，本发明的目的之一是提供制造矿物材料的高固体水性悬浮液的方法，其使用减少量的分散剂且具有低布鲁克菲尔德（Brookfield）粘度。

发明内容

通过包含以下步骤的制造矿物材料的高固体水性悬浮液的方法实现上述目的：

a）提供至少一种矿物材料，

b）制备包含步骤a）的至少一种矿物材料的水性悬浮液，

c）研磨步骤b）的所得水性悬浮液的矿物材料，

d）通过瞬时冷却浓缩步骤c）的经研磨矿物材料的水性悬浮液。

具体实施方式

适用于本发明方法中的矿物材料优选选自天然碳酸钙（GCC），诸如大理石、白垩、石灰石；沉淀碳酸钙（PCC），诸如霰石类沉淀碳酸钙（aragonitic PCC）、六方碳钙石类沉淀碳酸钙（vateritic PCC）和/或方解石类沉淀碳酸钙，尤其为棱柱体、菱面体或偏三角面体沉淀碳酸钙；表面改性的碳酸钙；白云石、滑石、膨润土、粘土、菱镁矿；缎光白；海泡石；碳酸钙镁石；硅藻土；硅酸盐；及其混合物。