[发明专利]生产低磨耗陶土颜料的方法

说明书

本发明背景

本发明一般涉及用于造纸的煅烧陶土产品，本发明更具体地涉及煅烧陶土颜料及其制备方法。当制成产品的含水浆料时通过本发明方法生产的煅烧陶土颜料具有极低的磨耗性和低粘度。后者使制备容易操作且容易使用的具有非常低固含量的产品浆料成为可能。

在制造纸和类似产品(包括纸板等)过程中，为改进所得产品的质量将无机物质加入纤维网中是公知的。长期以来已经知道很多无机物质对于此目的是有效的，如二氧化钛，它可以锐钛矿或金红石形式加入纸中。然而，二氧化钛属于如此使用的最昂贵的无机物质之列。因此，近年来为开发所述二氧化钛的满意替代品已进行了大量尝试。

在这些物质中已发现被作为纸填料广泛接受的物质是基本上无水的陶土。这类物质一般通过部分或完全煅烧粗陶土制备，为了除去不纯物(例如为改进其在最终产品中的亮度)，可先将粗陶土进行预精选步骤。为理解本发明，重要的是应考虑到陶土加工领域熟练技术人员认为在未煅烧与煅烧陶土之间存在明显和根本区别。对于术语，应注意现有文献，包括涉及陶土产品和加工领域的很多专利，经常用术语“含水”描述未进行煅烧—更具体地未加热至温度高于450℃的陶土，所述温度起到改变陶土基本晶体结构的作用。这些所谓“含水”陶土可由已进行精选(如泡沫浮选、磁分离、机械分层、研磨或类似精磨)但未进行上述将破坏晶体结构的加热的粗陶土生产。

然而就精确的技术含义而言，将这些物质描述为“含水”是不正确的。更具体地，实际上在陶土结构中不存在分子水。因此，尽管其组成可(并且经常)人为地写成2H₂O.Al₂O₃.2SiO₂形式，但现在已公知陶土是近似组成为AL₂(OH)₄Si₂O₅(它等于刚刚提及的水合式)的氢氧化铝硅酸盐。一旦将陶土进行煅烧(对此煅烧是指在450℃或更高温度下加热一段时间以除去羟基)，陶土的晶体结构即被破坏。作为在此描述中使用，术语“煅烧陶土”就是指这种陶土。煅烧陶土优选被加热至980℃以上放热，因此为“完全煅烧”(与所谓的“偏陶土”相反)。与前述相关的参考文献是Proctor的US 3,014,836和Fanselow等人的3,586,823，这两份专利公开的内容是与完全煅烧陶土有关的现有技术部分的代表。

具有通常优于以前可市购煅烧陶土颜料特性的煅烧产品是本申请受让者ECC International Inc.的ALPHATEX^产品。此产品也是基本上无水的白色陶土颜料，该颜料在纸张和类似纸产品中作为颜料具有独特的效果。这种颜料还用作纸的涂层颜料及在涂料和其它填充体系中用作颜料。该颜料通常由无水陶土颗粒聚集体组成，并且当作为填料加入纸内时显示特别高的光散射和不透明性。

ALPHATEX^在A.D.McConnell的US 4,381,948中进一步描述为当作为填料加入纸内时具有高光散射性的无水白色陶土颜料，该颜料由亚微米陶土片晶通过将分散的陶土分级为100％低于1微米EDS部分获得的多孔聚集体组成，聚集体平均比重范围为0.5至0.6且平均内孔径低于0.55μm。聚集体的尺寸分布应使不超过5wt％的聚集体的尺寸低于10μm ESD，至少75wt％的聚集体的尺寸低于2μm ESD，不超过15wt％的聚集体的尺寸低于1μm ESD。该颜料的Valley磨耗值低于30mg，G.E.亮度为至少93。(这里的亮度用TAPPI方法T-646-os-75测定。)应注意在陶土工业中旧的Valley磨耗试验已被测定所谓Einleiner磨耗的方法取代。在测量Einleiner磨耗中使用的一般方法在US 5,011,534中进行了讨论。在McConnell等(更通常地在工业制备煅烧陶土中)使用的方法中，将粗陶土进行湿精选，然后干燥，最普遍通过喷雾干燥。干燥粘土然后粉化以打破团聚并提供煅烧炉的原料。粉化通常在本领域公知的各种类型锤磨机中进行。为这些目的在工业上广泛使用的研磨机中公知的是Bauer研磨机。通常这些类型研磨机对干燥陶土起作用以提供加入煅烧炉的原料，其中100％的粉化产品低于325目(44μm)。