CN100387659C - 细片状高岭土组合物 - Google Patents

细片状高岭土组合物 Download PDF

Info

Publication number
CN100387659C
CN100387659C CNB2003801058885A CN200380105888A CN100387659C CN 100387659 C CN100387659 C CN 100387659C CN B2003801058885 A CNB2003801058885 A CN B2003801058885A CN 200380105888 A CN200380105888 A CN 200380105888A CN 100387659 C CN100387659 C CN 100387659C
Authority
CN
China
Prior art keywords
weight
kaolinic
less
kaolin
spherical diameter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB2003801058885A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1726262A (zh
Inventor
R·J·普罗伊特
J·袁
B·M·比利莫里亚
R·W·怀甘特
A·V·莱昂斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Imerys Pigments Inc
Original Assignee
Imerys Pigments Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Imerys Pigments Inc filed Critical Imerys Pigments Inc
Publication of CN1726262A publication Critical patent/CN1726262A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100387659C publication Critical patent/CN100387659C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
    • C09C1/40—Compounds of aluminium
    • C09C1/42—Clays
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H19/00—Coated paper; Coating material
    • D21H19/36—Coatings with pigments
    • D21H19/38—Coatings with pigments characterised by the pigments
    • D21H19/40—Coatings with pigments characterised by the pigments siliceous, e.g. clays
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/20—Particle morphology extending in two dimensions, e.g. plate-like
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/54—Particles characterised by their aspect ratio, i.e. the ratio of sizes in the longest to the shortest dimension
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/60—Particles characterised by their size
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/22—Rheological behaviour as dispersion, e.g. viscosity, sedimentation stability
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H21/00—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its function, form or properties; Paper-impregnating or coating material, characterised by its function, form or properties
    • D21H21/50—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its function, form or properties; Paper-impregnating or coating material, characterised by its function, form or properties characterised by form
    • D21H21/52—Additives of definite length or shape

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Paper (AREA)

Abstract

本发明涉及一种各项物理性能得以改进(例如可用于纸产品的生产)的高岭土组合物。所述组合物可包含形状因子至少为约20的高岭土。所述高岭土的粒子大小分布可以使得至少约94%重量的高岭土的等值球形直径小于约2μm和/或至少约80%重量的高岭土的等值球形直径小于约1μm。等值球形直径小于约0.25μm的高岭土的量的范围可为约25%至约60%重量。当采用“A”浮子测量时，所述高岭土产品在18达因和63%固体下的赫尔克里士粘度小于4000rpm，在18达因和69%固体下的赫尔克里士粘度小于1500rpm。本发明还涉及一种从沉积高岭土中制备所述高岭土产品的改进方法。

Description

细片状高岭土组合物
本发明涉及新型的高岭土组合物、制备这种组合物的方法及其用途。
纸张涂料组合物一般通过形成颜料物质、亲水性粘合剂和其它任选成分的含水流体悬浮液进行制备。采用具有尾随刮刀的滚筒涂布器，或者通过包括停留时间短的涂布头的涂覆机可方便地施用所述涂层，所述涂覆机是一种其中使系留槽内的涂料组合物在稍微加压的条件下与移动的纸幅接触，然后通过尾随刮刀去除多余的涂料组合物的装置。但也可以采用其它类型的涂覆设备制备各类纸张。
在制备用于纸张的涂料组合物中的一种重要的白色无机颜料是从高岭粘土中获得的高岭土。大的高岭粘土矿床位于英国的德文郡和康沃尔，以及美国的乔治亚州和南卡罗来纳州。高岭粘土主要由矿物高岭石和少量的其它杂质所组成。
高岭石以水合硅铝酸盐晶体的形式存在，其形状为薄的六方形片状体，但这些片状体很容易面对面粘附在一起形成堆积物或册页状物(booklet)。单独的片状物的平均直径可不超过1μm，但片状物的册页状或堆积状的高岭石颗粒的等值球形直径(esd)可高达10μm或以上。
一般而言，具有2μm或以上球形直径的高岭粘土颗粒为高岭石片状物的堆积物而非单独的片状物。另外，在一些沉积的高岭土矿床中，较小的高岭土颗粒有时以无规则取向的形式互相粘附在一起，形成等值球形直径远大于2μm的附聚颗粒。
高岭石堆积物经研磨作用后可将由一种以上的小片状体所组成的堆积物或册页状物(book)分离或脱层为较小的册页状物或单独的小片状体。脱层作用使天然的高岭石晶体沿着晶体平面(即与其“c轴”垂直)分离或裂开。通常，所述堆积物或册页状物见于来自离心粒析的粗制高岭土或粗废料中。传统认为所述砂磨将使粗高岭土堆积物脱层为更显片状的单独小片状体。但这些标准的脱层产品由于可含有包含几个至许多个高岭石小片状体的册页状物而未能显示出彻底的脱层作用。
英国的高岭土矿床与美国及巴西的矿床的不同之处在于：英国的矿床是原生高岭土，而美国与巴西的矿床则是沉积类型的高岭土。在地质年代中通过花岗岩的长石组分发生水热分解而形成高岭土，而原生高岭土则是直接从最早形成的花岗岩母岩中获得。
另一方面，沉积高岭土(也即次生高岭土)在地质年代中已冲刷掉原本的花岗岩母岩并沉积于远离其最早形成地的区域。由于高岭土在从原生地转移到最终沉积位置的过程中经历了一定量的天然研磨，因此沉积高岭土矿床的细颗粒比例往往较高，也就是说其等值球形直径小于约2μm。例如参见Jepson(Jepson，W.B.，“Kaolins：theirproperties and uses(高岭土：性质和用途)”，Phil.Trans.R.Sco.Lond.，A311，1984，411-432页)。同时沉积高岭土比原生高岭土更显块状结构，包括大量的高岭土堆积物和较小的块状高岭土颗粒的附聚物。
仍然需要脱层的高岭土组合物以及制备这种组合物的更为简便的工艺。
本发明一方面提供了一种包含形状因子至少为约20的高岭土的组合物，其中至少约80％重量的所述高岭土的等值球形直径小于约1μm，并且等值球形直径小于约0.25μm的所述高岭土的量为约25％重量至约60％重量。
本发明另一方面提供了一种精制高岭土的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)提供一种包含粒子大小分布使得至少70％重量的高岭土的等值球形直径小于约2μm的沉积高岭土的去砂高岭土淤浆；和
(b)分选所述高岭土淤浆得到形状因子至少为约20的高岭土，其中至少约94％重量的所述高岭土的等值球形直径小于约2μm。
本发明另一方面提供了一种精制高岭土的方法，所述方法包括以下步骤：
提供一种形状因子至少为约10的沉积高岭土的去砂高岭土淤浆，其中至少约80％重量的所述高岭土的等值球形直径小于约2μm；
湿介质研磨所述去砂高岭土淤浆，耗能范围为约10至约200千瓦时/吨；和
分选所述淤浆得到其中至少约80％重量的所述高岭土的等值球形直径小于约1μm的细颗粒。
本发明另一方面提供了一种精制高岭土的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)提供一种高岭土淤浆，所述高岭土的形状因子至少为约20，其中至少约70％重量的所述高岭土的等值球形直径小于约2μm；和
(b)分选所述淤浆得到其中至少约96％重量至约98％重量的所述高岭土的等值球形直径小于约2μm的细颗粒。
本发明另一方面提供了一种带涂层纸张，所述带涂层纸张包含纤维状基材以及在包含形状因子至少为约20的高岭土上的涂层，其中至少约80％重量的所述高岭土的等值球形直径小于约1μm，并且等值球形直径小于约0.25μm的所述高岭土的量为约25％重量至约60％重量。
本发明另一方面提供了一种制备带涂层纸张的方法，所述方法包括采用包含形状因子至少为约20的高岭土的纸张涂料组合物涂覆纤维状基材，其中至少约80％重量的所述高岭土的等值球形直径小于约1μm，并且等值球形直径小于约0.25μm的所述高岭土的量为约25％重量至约60％重量。
本发明另一方面提供了一种制备高岭土淤浆的方法，所述方法包括采用蒸发器使高岭土脱水。在一种情况中，所述高岭土的形状因子至少为约50，并且至少约85％重量的所述高岭土的等值球形直径小于约2μm。在另一种情况中，所述高岭土的形状因子至少为约25，并且至少约85％重量的所述高岭土的等值球形直径小于约2μm。
本发明提供了一种具有新型粒子大小分布和形状因子的高岭土，以及制备这种高岭土的方法。当在纸张涂料应用中作为颜料时，本发明的高岭土除了其它性能外还可提供所需的光泽和亮度。
本发明的一种情况是包含具有一定粒子大小分布(“psd”)的高岭土的组合物，其中至少约94％重量的所述高岭土的等值球形直径小于约2μm，以及至少80％重量的所述高岭土的等值球形直径小于约1μm。本发明的另一种情况是等值球形直径小于约0.25μm的所述高岭土的量为约25％重量至约60％重量。本发明的还一种情况是所述高岭土的形状因子至少为约20。
本领域的技术人员将理解的是，粒状产品如根据本发明的颜料产品的psd可通过采用例如得自美国Micromeritics Corporation的SEDIGRAPHTM仪器(如SEDIGRAPH 5100)，通过标准稀释含水悬浮液测定试验中的粒状产品的分散颗粒的沉积速度加以确定。给定颗粒的大小以通过悬浮液沉积的球的等值直径，即等值球形直径或上述称为esd的参数表示。所述SEDIGRAPH记录了与该esd值相比，等值球形直径小于某一具体esd值的颗粒的重量百分数。
在一种情况中，所述高岭土可具有一定的粒子大小分布，其中至少约94％重量的颗粒，如至少约95％重量、至少约96％重量、至少约98％重量，或约94％重量至约99％重量的量的颗粒的等值球形直径小于约2μm。
在另一种情况中，所述高岭土可具有一定的粒子大小分布，其中至少约80％重量的颗粒，如至少约85％重量、至少约88％重量、至少约92％重量的颗粒的等值球形直径小于约1μm。
根据本发明的另一个方面，约35％重量至约50％重量的所述高岭土的等值球形直径小于约0.25μm。
在本发明的另一个方面中，所述高岭土在18达因和63％固体下的赫尔克里士(Hercules)粘度小于约4000rpm，在18达因和66％固体下的赫尔克里士粘度小于约2750rpm，或在18达因和69％固体下的赫尔克里士粘度小于1500rpm，以上均采用“A”浮子测量。
与形状因子低的高岭土产品相比，高形状因子的高岭土产品被认为更显“片状”。此处所用的“形状因子”指的是采用GB-A-2240398/美国专利号5,128,606/EP-A-0528078(通过引用将其全部并入本文)中所述的导电性方法和装置，并采用在这些专利说明书中所推导的方程式测定不同大小及形状的各种颗粒的平均粒径与颗粒厚度比率的平均值(重均)。
在EP-A-0528078所述的测定方法中，试验中的颗粒完全分散的含水悬浮液的导电性导致其流经细长管。导电性的测定在以下(a)与(b)之间进行：(a)沿着所述管的纵向轴相互分离的一对电极，和(b)穿过所述管横向宽度相互分离的一对电极，并采用这两个导电性测定之间的差值来确定试验中的粒状材料的形状因子。
在一种情况中，所述高岭土的形状因子至少约30，如形状因子至少为约40，或至少为约50。在另一种情况中，所述高岭土的形状因子范围为约20至约60，例如其形状因子为约30至约40，或为约40至约50，或为约45至50。
在另一种情况中，所述高岭土的形状因子范围为约45至约50，至少约96％重量的所述高岭土的等值球形直径小于约2μm，至少约80％重量的所述高岭土的等值球形直径小于约1μm，并且等值球形直径小于约0.25μm的所述高岭土的量为约35％重量至约45％重量。
根据本发明的一个方面，本发明的所述颜料产品包含形状因子范围为约20至约60的颗粒。
本发明另一方面提供了一种精制高岭土的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)提供一种包含具有粒子大小分布使得约75％重量的所述高岭土的等值球形直径小于约2μm的沉积高岭土的高岭土淤浆；和
(b)分选所述高岭土淤浆，得到形状因子至少为约20的高岭土，其中至少约94％重量的所述高岭土的等值球形直径小于约2μm。
在一种情况中，在步骤(a)中所提供的所述高岭土的形状因子至少为约15，例如至少为约20、至少为约30或甚至至少为约40。在另一种情况中，在(a)中所提供的所述高岭土的粒子大小分布使得其中至少约80％重量的所述高岭土的等值球形直径小于约2μm。在一种情况中，分选产品中等值球形直径小于约0.25μm的所述高岭土的量为约30％重量至约60％重量。
在一种情况中，所述沉积高岭土为粗制的高岭土，例如来自乔治亚州的Wrems原矿，并且在一些情况中可以基本上是非堆积物。当加工Wrens粘土用作颜料时能提供具有高剪切流动性和良好亮度的细片状高岭土，这是一个意想不到和令人惊喜的发现。
用水搅拌所述原矿或用水将高岭土粘土加工成含水悬浮液可以提供所述淤浆。所述悬浮液可以是混合的悬浮液。
在一种情况中，通过采用粒状研磨介质(如石英砂)可使所述淤浆进行湿介质研磨。所述砂研磨介质可具有较高的比重，例如2或更高。所述介质可例如包含直径不大于约2μm并且不小于约0.25μm的石英砂颗粒。在一种情况中，使所述淤浆进行剧烈的湿介质研磨。
来自(b)的分选高岭土可任选进行本领域普通技术人员所公知的常规沥滤(或漂白)。例如，可加入剂量范围为例如约0.5-5.0磅/吨高岭土的还原沥滤剂(如亚硫酸氢钠)，一些实施方案采用小于约4磅/吨干品。也可以使用其它适宜的还原漂白剂，如甲脒亚磺酸。采用亚硫酸氢钠的还原性漂白可在通常为2.0至4.0的酸性pH下进行。
分选(或分级)步骤(b)可通过采用任何已知或后期发现的方法完成。示例性的方法包括重力沉积或淘析、任何类型的水力旋流器装置，或者例如卧式沉降螺旋卸料离心分离机、碟式喷嘴离心机等。所得的粗级分可取出用作单独的产品，或者例如可直接返回至所述混合槽内作为用于本发明方法中的粗高岭土的辅助原料。
在一种情况中，所述分选步骤任选包括一个分辨步骤。此处所用的“分辨”指的是从所述高岭土悬浮液中去除一定百分率的细料，即细颗粒。在一种情况中，此处所用的“细料”指的是等值球形直径小于约0.25μm的颗粒。细料的去除可在离心机中进行。例如，可将进行“分辨”的所述高岭土悬浮液提供给所述离心机并分离成粗级分和细级分。所选重量百分率的细级分被除去。所去除的级分可再次用于进一步的加工。
在一种情况中，所述高岭土被分辨，得到粒子大小分布使得约10％至约40％的颗粒的等值球形直径小于约0.25μm(如约30％至约40％的细料小于约0.25μm)的颗粒。在另一种情况中，所述高岭土被分辨成约40％的细料小于约0.25μm。
在一种情况中，所述沉积高岭土(如基本上非堆积的沉积高岭土)可通过脱层和分辨较粗的高岭土获得。
在一种情况中，(a)所提供的所述高岭土淤浆包含至少80％重量的等值球形直径小于约2μm并且形状因子至少约10的高岭土。这种高岭土淤浆可进行分辨步骤至约40％重量的总量细料的水平。
任选地，例如在(b)之前或分选之后，所述高岭土可进行一个或多个公知的处理步骤以去除各种不合需要的杂质。例如，所述高岭土粘土的含水悬浮液可进行泡沫浮选处理操作以去除泡沫中各种含钛杂质。在一个更具体的实施例中，可用油酸调节所述淤浆以涂覆在浮选池中产生的空气泡。二氧化钛矿粘附于所述空气泡并从所述高岭土淤浆中浮选出去。这种浮选工艺的一个实例见述于Cundy的美国专利号3,450,257(此处通过引用并入本文)中。该工艺可使所述高岭土颜料的亮度得到改进，即所得的亮度范围可为约0.1至约3个单位。
作为选择或同时，所述悬浮液还可通过高强度磁选器除去各种含铁杂质。可使用标准的高强度湿式磁选器。该工艺也能使所得的亮度范围达到约0.1至约3.0个单位。
另外还任选的是，所述淤浆可进行选择性絮凝工艺，其中各种杂质从悬浮液中絮凝出去，而高岭土粘土则仍留在悬浮液中。在一个实施例中，采用了分子量超过1,000,000或分子量范围为约10,000,000至约15,000,000的高分子量阴离子聚合物。所述阴离子聚合物可以是聚丙烯酰胺或聚两性电解质的共聚物。对精制后的粘土淤浆可进行臭氧、沥滤(漂白)和/或过滤处理，接着或者在makedown槽中充重新进行分散，或者进行喷雾干燥。具体的选择性浮选工艺的详情可见于Chapman和Anderson的美国专利号4,227,920和Yuan等人的美国专利号5,685,900(包括臭氧化处理)中。
也可以使用本领域已知的各种选择性分离方法。
可进行一个温和的粉碎步骤，例如通过湿粒子研磨介质进行的研磨步骤以便分解复合的颗粒或单一颗粒的聚集体。这种复合颗粒通常包含单一的六方形片状颗粒的粘附堆积物或块状体，当所述高岭土来自沉积矿床时尤其如此。当使所述高岭土粘土进行较为温和的粉碎(例如研磨步骤)时，许多复合的颗粒可分解为单一薄的、基本上呈现六方形的片状体，也即脱层，结果使高岭土粘土的平均形状因子增加。例如，该工艺可使高岭土粘土的形状因子从原来的约5-10增加到至少约50-55。本发明的术语“较为温和的研磨”指的是采用粒子研磨介质在磨碎机中所进行的研磨，磨碎机中的内容物被以不足以在悬浮液中形成漩涡的速度(例如圆周速度低于约10m/s)旋转的叶轮所搅拌，并且其中研磨期间消耗在悬浮液中的能量为0至约200千瓦时/吨，如0至约35千瓦时/吨，或约35至约200千瓦时/吨，或例如低于约75千瓦时/吨干品，例如低于约55千瓦时/吨高岭土粘土(干重)。所述粒子研磨介质的比重可较高，例如为2或以上，并且可以包含例如石英砂颗粒，所述颗粒的直径不大于约2mm并不小于约0.25mm。
可以本领域中已知的任何方式，例如使悬浮液通过具有适当筛孔度的筛(如标称筛孔度为约0.1mm至约0.25mm的筛)，从而将高岭土悬浮液从粒子研磨介质中分离出来。
对分选后的高岭土悬浮液可进行进一步的处理以便改进其一种或多种性能。例如，采用高速混合器的高能液体作业可应用于淤浆形式的产品中，以及应用于随后在涂料组合物的细化(makedown)期间重新分散到含水介质中。
在本发明的另一个方面中，分选后的高岭土在18达因和63％固体下的赫尔克里士粘度小于约4000rpm，在18达因和66％固体下的赫尔克里士粘度小于约2750rpm，或在18达因和69％固体下的赫尔克里士粘度小于1500rpm，以上均采用“A”浮子测量。
在一种情况中，分选后的高岭土悬浮液还可任选以本领域中公知的一种方式，例如过滤、离心、蒸发等进行脱水。脱水可采用压滤机完成。所得的滤饼可随后与用于高岭土粘土的分散剂混合，并转化为可以运输并以这种方式销售的流体淤浆。或者所述高岭土粘土可进行热干燥，例如通过将高岭土粘土的流体淤浆引入到喷雾干燥器内，使其可以基本上干的形式进行运输。
本发明另一方面提供了一种精制高岭土的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)提供包含形状因子至少为约15的沉积高岭土的高岭土淤浆，其中至少约80％重量的高岭土的等值球形直径小于约2μm；
(b)湿介质研磨所述去砂高岭土淤浆，所耗的能量范围为约10至约200千瓦时/吨；和
(c)将所述淤浆分选成细级分，其中至少约96％重量至约98％重量的高岭土的等值球形直径小于约2μm。
本发明另一方面提供了另一种精制淤浆的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)提供高岭土淤浆，所述高岭土的形状因子至少为约20，其中至少约70％重量的高岭土的等值球形直径小于约2μm；和
(b)将所述淤浆分选成细级分，其中至少约96％重量至约98％重量的高岭土的等值球形直径小于约2μm。
在一种情况中，淤浆(a)中的高岭土为经过分选步骤的片状高岭土。
在一种情况中，通过用水搅拌/去砂工艺可从Middle Georgia高岭土中制备得到初始淤浆。所述高岭土可干燥和重新做成固含量为约35％至约40％的淤浆。在步骤(a)中进行处理的淤浆可任选含有用于所述高岭土的分散剂。在另一种情况中，在(a)中提供的高岭土的形状因子可为至少约30，或至少约40，或至少约50。在还一种情况中，在(a)中提供的高岭土淤浆有至少约80％重量的高岭土的等值球形直径小于约2μm，或至少约90％重量的高岭土的等值球形直径小于约2μm。
在本发明这方面的方法还可包括此处所讨论的任何精制步骤或本领域中公知的方法。
根据本发明任何方面的颜料产品可如下用于纸张涂层中。
根据本发明的另一个方面提供了用于生产纸张或其它基材上的有光涂层的涂料组合物，该组合物包含粒子颜料的含水悬浮液和亲水性粘合剂，其中所述粒子颜料包含根据本发明任何方面的颜料。在本说明书中，术语“纸张”包括例如纸张、纸板、纸卡等产品。因此，本发明的一个方面提供了一种包含纤维状基材的带涂层纸张和在所述基材上包含形状因子至少为约20的高岭土的涂层，其中至少约80％重量的所述高岭土的等值球形直径小于约1μm，并且等值球形直径小于约0.25μm的所述高岭土的量为约30％重量至约60％重量。在一种情况中，所述涂层还包含碳酸钙。在另一种情况中，所述涂层包含粒子大小分布使得至少约94％重量的高岭土颗粒的等值球形直径小于约2μm的高岭土。在还一种情况中，所述涂层包含在18达因和63％固体下的赫尔克里士粘度小于约4000rpm和在69％固体下的赫尔克里士粘度小于1500rpm(当采用“A”浮子测量时)的高岭土。
所述纸张涂料组合物的固含量可大于约50％重量，如至少约60％重量，或甚至尽可能高但仍能得到可用于涂层中的适宜流动的组合物。所述组合物可包含分散剂(如基于颜料干重计算最高达2％重量的聚电解质)，或本领域中已知的任何其它分散剂(例如此处所述的那些分散剂)。在纸张涂料组合物中所述颜料产品可用作唯一的颜料，或可与一种或多种已知的颜料一起联合使用，这些已知的颜料如(市售)高岭土、煅烧高岭土、天然或沉淀碳酸钙、二氧化钛、硫酸钙、缎光白、滑石和所谓的“塑性颜料”。在一种情况中，当使用各种颜料的混合物时，根据本发明该方面的颜料产品在混合物中的存在量为混合颜料总干重的至少约20％，例如为混合颜料总干重的至少约30％、50％或甚至至少约80％。
所述组合物的粘合剂可包含至少一种衍生自已知植物来源(如小麦、玉米、马铃薯或木薯)所获得的天然淀粉的粘合剂，但使用淀粉作为粘合剂成分并非是必需的。可与或可不与淀粉一起使用的其它粘合剂见下述。
当淀粉用作粘合剂的成分时，所述淀粉可以是未经改性的淀粉或生淀粉，或可通过本领域已知的一种或多种化学处理进行改性。例如，所述淀粉可被氧化将其一些-CH2OH基团转化为-COOH基团。在一些情况下，所述淀粉可具有少量的乙酰基(-COCH3基团)。或者，所述淀粉可经化学处理使其表现出阳离子或两性性质，即同时具有阳离子和阴离子电荷。还可通过用例如-O-CH2-CH2OH基团、-O-CH2-CH3基团或-O-CH2-CH2CH2OH基团置换一些-OH基团将所述淀粉转化成淀粉醚或羟基烷基化淀粉。
另一类可用的化学处理淀粉为公知的磷酸淀粉。或者，生淀粉可通过稀酸或酶进行水解，得到糊精类型的胶料。基于颜料的干重计算，在此处所述的任何组合物中的淀粉粘合剂的量为约2％重量至约25％重量。所述淀粉粘合剂可以和一种或多种其它的粘合剂(如胶乳或聚乙酸乙烯酯或聚乙烯醇类型的合成粘合剂)一起联合使用。
当所述淀粉粘合剂与另一种粘合剂(如合成粘合剂)一起联合使用时，在一种情况中所述淀粉粘合剂的量为约2％重量至约20％重量。在例如纸板涂层的应用中，合成粘合剂的量可高达20％。在另一种情况中，合成粘合剂的量可为干颜料重量的约2％重量至约12％重量。
本发明的另一方面提供了所述涂料组合物的使用方法，所述方法包括将所述组合物涂覆到纸板上并压延所述纸张以在其上形成光滑的涂层。因此，本发明的一个方面提供了制备带涂层纸张的方法，所述方法包括用包含形状因子至少为约20的高岭土的纸张涂料组合物涂覆纤维状基材，其中至少约80％重量的所述高岭土的等值球形直径小于约1μm，并且等值球形直径小于约0.25μm的所述高岭土的量为约25％重量至约60％重量。在一种情况中，纸张的两面均形成光滑的涂层。在另一种情况中，所述纸张涂料组合物包含粒子大小分布使得至少94％的高岭土颗粒的等值球形直径小于约2μm的高岭土。在还一种情况中，所述涂层包含在18达因和63％固体下的赫尔克里士粘度小于4000rpm和在69％固体下的赫尔克里士粘度小于1500rpm(当采用“A”浮子测量时)的高岭土。
压延是一种众所周知的工艺，其中使涂覆后的纸板在压延夹或压延辊之间通过一次或数次，可改进纸张的平滑度和光泽度并减少容积。通常采用弹性体涂覆的辊来加压高固体含量的组合物。可施加高温。通过压延夹的次数可为5次或以上。
以此处所述的任何方法经涂覆和压延后的纸张每单位面积的总重量可为约30g/m2至约300g/m2。在另一种情况中，每单位面积的总重量可为约49g/m2至约65g/m2，或为约35g/m2至约48g/m2。最终的涂层每单位面积的重量可为约3g/m2至约20g/m2。所述带涂层的纸张可为任何形式的纸张，例如轻量涂布(LWC)纸、中量涂布(MWC)纸，如每面典型的涂布重量为约8g/m2至约15g/m2(美国3号等级)，或超轻量涂布(ULWC)纸，以及纸板或不含磨木浆的纸。所述纸张的光泽度可大于约45TAPPI单位，并且在10MPa的压力下每个纸张涂层的Parker Print Surf值可小于约1μm。
可通过TAPPI标准480ts-65号中所制定的试验来测定带涂层纸张表面的光泽度。测定从纸张表面以一定角度反射的光的强度并与标准已知的光泽度值相比较。入射光线与反射光均与所述纸张表面的法线成75°角。结果以TAPPI光泽度单位表示。颜料产品的光泽度可大于约50个TAPPI单位，在一些情况中大于约55个TAPPI单位。
所述Parker Print Surf试验提供了一种纸张表面平滑度的测定方法，该方法包括测定压力下的空气从带涂层纸张的样品中漏泄的速率，所述带涂层纸张在已知的标准压力下夹在装有压缩空气出口的上层板与下层板(其上表面覆盖有根据受试纸张性质的软或硬的标准支撑材料板)之间。从空气逃逸速率可计算出纸张表面与参比材料之间的均方根间隙(μm)。该间隙的值越小，则代表受试纸张表面的平滑的程度越高。
当存在于所述涂料组合物中的粘合剂包含淀粉时，本发明提供了改进的效果。但是当采用其它已知的不含淀粉的粘合剂(存在或不存在淀粉)时也可以获得这种改进效果。在每种情况中，粘合剂可为所述组合物固含量的约40％重量至约30％重量。
在另一种情况中，所述粘合剂的存在量可为所述组合物固含量的约8％重量至约20％重量。在还一种情况中，所述粘合剂的存在量可为所述组合物固含量的约8％重量至约15％重量。其用量将取决于粘合剂的组成及种类，该粘合剂本身也可混合一种或多种成分。例如，混合有一种或多种以下粘合剂成分的、用于本领域中的亲水性粘合剂可按下述量进行使用：
(a)胶乳：含量为约4％重量至约20％重量。所述胶乳可包含例如丁苯橡胶、丙烯酸乳胶、乙酸乙烯酯乳胶或各种苯乙烯-丙烯酸共聚物。
(b)其它粘合剂：含量为约4％重量至约20％重量。其它粘合剂的实例包括大豆蛋白质、酪蛋白、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯和聚乙酸乙烯酯-丙烯酸共聚物。
在所述涂料组合物中可包含至少一种添加剂，例如各种已知类型的添加剂，这将取决于涂层的种类及被涂覆的材料。这种类型的任选添加剂的非限制性实例包括：
(a)交联剂：例如其含量最高可达约5％重量；如乙二醛、三聚氰氨-甲醛树脂、碳酸锆铵。
(b)保水助剂：例如其含量最高可达约2％重量；如羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、PVA(聚乙酸乙烯酯)、淀粉、蛋白质、聚丙烯酸酯、树胶、藻酸盐、聚丙烯酰胺膨润土和用于这种应用的其它市售产品。
(c)粘度改进剂或增稠剂：例如其含量最高可达约2％重量；如聚丙烯酸酯、乳液共聚物、二氰胺、三醇、聚氧乙烯醚、脲、硫酸化蓖麻油、聚乙烯吡咯烷酮、蒙脱石、CMC(羧甲基纤维素)、藻酸钠、黄原酸胶、硅酸钠、丙烯酸共聚物、HMC(羟甲基纤维素)、HEC(羟乙基纤维素)及其它。
(d)润滑性/压延助剂：例如其含量最高可达约2％重量；如硬脂酸钙、硬脂酸铵、硬脂酸锌、蜡乳状液、蜡、烷基乙烯酮二聚物、二元醇。
(e)分散剂：例如其含量最高可达约2％重量；如各种聚合电解质，例如聚丙烯酸酯和含有聚丙烯酸酯类物质的共聚物，如聚丙烯酸盐(例如钠盐和铝盐，任选具有II族金属)，六偏磷酸钠、非离子型多元醇、多磷酸、缩合磷酸钠、非离子型表面活性剂、链烷醇胺以及用于该功能的市售试剂。
(f)防沫剂/消泡剂：例如其含量最高可达约1％重量；如各种表面活性剂的掺合物、磷酸三丁酯、脂肪酸聚氧乙烯酯加脂肪醇、脂肪酸皂、聚硅氧烷乳液及其他含聚硅氧烷的组合物、蜡和矿物油中的无机粒子、乳化的烃的掺合物和其它实现该功能的市售化合物。
(g)干或润湿粘附性能改进添加剂：例如其含量最高可达约2％重量；如蜜胺树脂、各种聚乙烯乳液、脲甲醛、三聚氰氨-甲醛、聚酰胺、硬脂酸钙、苯乙烯马来酸酐等。
(h)干或湿耐磨性能改进和抗磨性能添加剂：例如其含量最高可达约2％重量；如各种乙二醛基树脂、各种氧化聚乙烯、各种蜜胺树脂、脲甲醛、蜜胺甲醛、聚乙烯蜡、硬脂酸钙等。
(i)亮光油墨干燥过程形成正常光泽性能(gloss-ink hold-out)添加剂：例如其含量最高可达约2％重量；如各种氧化聚乙烯、各种聚乙烯乳液、蜡、酪蛋白、瓜耳胶、CMC、HMC、硬脂酸钙、硬脂酸铵、藻酸钠及其它。
(j)光学增亮剂(OBA)和荧光增白剂(FWA)：例如其含量最高可达约2％重量；如各种二苯乙烯衍生物。
(k)染料：例如其含量最高可达约0.5％重量。
(l)抗微生物剂/腐败控制剂：例如其含量最高可达约1％重量；如偏硼酸盐、十二烷基苯磺酸钠、硫氰酸盐、有机硫、苯甲酸钠和其它用于该功能的市售化合物。
(m)流平和均匀助剂：例如其含量最高可达约2％重量；如非离子型多元醇、各种聚乙烯乳液、脂肪酸、各种酯和各种醇衍生物、醇/氧化乙烯、羧甲基纤维素钠、HEC、藻酸钠、硬脂酸钙和其它用于该功能的市售化合物。
(n)耐油脂性添加剂：例如其含量最高可达约2％重量；如各种氧化的聚乙烯、胶乳、SMA(苯乙烯马来酸酐)、聚酰胺、蜡、藻酸钠、蛋白质、CMC、HMC。
(o)防水添加剂：例如其含量最高可达约2％重量；如各种氧化的聚乙烯、酮树脂、阴离子胶乳、聚氨酯、SMA、乙二醛、蜜胺树脂、脲甲醛、蜜胺甲醛、聚酰胺、各种乙二醛、硬脂酸酯和其它用于该功能的市售化合物。
(p)不溶粘料：例如其含量最高可达约2％重量。
对于上述所有的添加剂而言，其重量百分数基于所述组合物中的颜料的干重为100％计。当所述添加剂以最小量存在时，基于颜料的干重计算，该最小量可为0.01％重量。
根据本发明的任何方法可以已知的方式进行，这将取决于被涂覆的材料、所施用的涂料组合物以及其它由操作者确定的因素，例如采用常规的涂布机时对速度及流动性的容易程度的确定。
各种带涂层纸张及其它板材的方法已有广泛公布并且众所周知。例如，对这些方法的综述公布于Pulp and Paper International，1994年5月，第18页中以及下列等等。各种板材可在片材成型机上进行涂覆，即在涂布器或涂布机上的“机内”或“机外”进行。在所述涂覆方法中最好使用高固体含量的组合物，因该方法对后续的蒸发步骤所残留的水份较少。然而如同本领域中所众所周知的那样，所述固含量不应太高，否则将产生高粘度和流平等问题。
涂覆方法可包括采用(i)将所述涂料组合物施用于被涂覆材料的装置，也即涂布器；和(ii)确保涂料组合物正确施用的装置，也即计量装置。当过量的涂料组合物被施予到所述涂布器时，所述计量装置可位于涂布器的下游。
或者可通过计量装置(如膜式压力机)将正确量的涂料组合物施予到所述涂布器。在涂料施工点和计量点处，纸幅支座只以承压滚筒(如通过一个或两个涂布器)为起点，而没有提供终点，即只靠张力支持。过量涂料组合物最终去除前所述涂料与纸的接触时间为停留时间，并且该时间可长可短，或可为变量。
所述涂料通常通过位于涂布站的涂布头进行添加。根据所需的数量，对纸种不进行涂布、进行一层涂布、进行双层涂布和甚至进行三层涂布。当提供一层以上的涂层时，初始涂层(预涂层)可具有较为廉价的配方并任选颜料在涂料组合物中的量较少。施加双层涂层，即在纸的每一面上的涂层的涂布机将具有两个或四个涂布头，依照每一个涂布头所涂布的面的数量而定。大多数涂布头一次只涂布一面，但一些辊涂机(例如膜式压力机、门辊式涂布机、施胶压力机)则一次涂布两面。
可以使用的已知涂布机的实例包括气刀涂布机、叶片式涂布机、棒式涂布机、绕线棒刮涂器、多头涂布机、辊涂机、辊/叶片式涂布机、浇注涂装机、实验室用涂布机、凹版式涂布机、吻合式涂布机、液体施用系统、逆转辊涂布机和挤压涂布机。
在涂料组合物的情况中，可将水加入到固体中，使得当涂覆到板材上至所需的目标涂覆量时，固体的浓度具有适合于所述组合物在约1和约1.5巴之间的压力(例如叶片压力)进行涂覆时的流变学。一般所述固体的含量可为至少约50％重量，如至少约60％重量，或固体含量范围为约50％重量至约60％重量。
本发明的另一个方面提供了一种增加具有高形状因子的高岭粘土颗粒的数量的方法。某些工艺可不利地导致形状因子值的减少。例如，有时要求通过常规干燥工艺(如喷雾干燥)完全干燥一部分淤浆使其脱水，然后将淤浆的干燥部分与剩余部分合并，以便有效地提高总体组合物的固体含量。喷雾干燥器有可能会造成高岭土颗粒发生聚集，导致形状因子的减少。此外，通常采用Cowles溶解器或类似的高剪切混合器将合并后的淤浆打细，这也可导致形状因子的减少。不受任何理论的束缚，来自混合的剪切力可使细颗粒从粘土的边缘处脱落。这些碎屑的产生可使形状因子的减少最大达6个单位。在Cowles溶解器的进料中使用另外2磅的C-211分散剂并不能减少形状因子的损失或增加碎屑的数量。
本发明在一个方面提供了蒸发器系统(如末端开敞式系统)的用途，该系统可减少形状因子值的减小。蒸发器可使输入功较少。通过在所述粘土细化(make-down)期间导入较少的功可减少形状因子的损失，或者在一些情况下可消除这种损失。
因此，所述制备高岭土淤浆的方法包括通过将水和至少一种分散剂加入到干粘土中制备粘土淤浆。在蒸发器系统中将淤浆脱水，也即一边进料，一边得到产品。在一种情况中，所述淤浆包含形状因子至少为约50、粒子大小分布使得其中少于约85％重量的等值球形直径小于约2μm的高岭土。在另一种情况中，所述高岭土的形状因子至少为约25，并且至少约85％重量的高岭土的等值球形直径小于约2μm。
本发明将通过以下非限制性的实施例进行进一步的阐明，这些实施例仅仅是本发明的例证。
实施例1
从Middle Georgia Kaolin原矿中制备根据本发明的高岭土组合物。将原矿用水搅拌并去砂。使所得的淤浆进行选择性浮选，接着进行磁力分离。进行砂磨后，所述淤浆被分选为98％小于2μm。产品可以淤浆或干燥(如通过喷雾干燥)的形式进行使用。喷雾干燥后的“本发明高岭土A”的各项产品说明见表1。
表1
  本发明高岭土A
  ％固体   98.8％
  GE亮度   87.88
  L   95.96
  a   -0.27
  b   3.62
  TiO<sub>2</sub>(％重量)   1.366
  Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>(％重量)   0.515
  布鲁克菲尔德，厘泊#1转子@20rpm   660
  赫尔克里士rpm@18达因   1160
  粘度(％固体)   63
  形状因子   48.5
  PSD    ＜2μm   96.8
         ＜1μm   87.4
         ＜0.5μm   71.1
         ＜0.25μm   42.6
实施例2
采用来自实施例1的本发明高岭土A制备颜料并与来自先有技术的高岭土如
Figure C20038010588800251
(J.M.Huber，Macon，Georgia)、(Imerys)和
Figure C20038010588800253
(Imerys)的颜料进行比较。在表2中给出了先有技术高岭土的各项物理性能。
表2
  HYDRAGLOSS   AstraSheen   Contour 1270
  亮度，GE   87.7   91.1   88.0
  B值   3.72   1.86   3.2
  ％＜2μm   98   99   91
  ％＜0.25μm   61   67   27
  形状因子   低   低   42
  赫尔克里士达因@4400   8   4.9
采用1400m/min的喷射式涂布器在纸张的两面上涂覆11.8g、湿度为4.5％的涂层。在恒定条件下对所述涂层超级压光至目标光泽度为70。在表3中给出了各种涂层配方(以％重量表示)。
表3
  Hydragloss   49
  AstraSheen   49
  本发明高岭土A   49
  C1270   49 -
  Carbital 95(研磨碳酸钙)   49   49   49   49
  TiO<sub>2</sub>   2   2   2   2 -
  胶乳(苯乙烯/丁二烯粘合剂)   9   9   9 -
  PG 280(淀粉粘合剂)   8   8   8 -
 硬脂酸钙   0.35   0.35   0.35   0.35
 Berset 2720(碳酸锆铵不溶粘料)   0.25   0.25   0.25   0.25
 Ciba N40(Dispex分散剂)   0.1   0.1   0.1 -
在表4中给出了所述涂层的流变性。
表4
  Hydragloss   AstraSheen   本发明高岭土A   C 1270
 涂布器上的固体％   61.8   61.2   59.8   59.7
 pH   8.65   8.65   8.21   8.54
 温度℃   29.8   31.1   32.4   28.0
 布鲁克菲尔德粘度(5号转子)
                 10rpm   19000   16840   14600   10560
                 20rpm   11560   10400   9320   6760
                 50rpm   5872   5320   4920   3632
                 100rpm   3540   3192   3044   2280
 赫尔克里士粘度
 在峰值rpm处的偏转   14.82   14.01   16.88   13.72
 表观粘度   102.9   97.3   117.2   95.3
 保水率(g/m<sup>2</sup>)   51   82   46   49
所述涂覆速度为1400(m/min)。第一次的速度为3.5，第二次的速度为4.5。目标光泽度为75。纸张的两面均涂覆，每面的涂覆量为11.8g。
在表5中给出了纸板的各项性能。
表5
  Hydragloss   AstraSheen  本发明高岭土A   C 1270
  亮度-ISO   77.0   78.8  78.7   79.7
  亨特b-ISO   3.00   1.89  2.50   2.37
  不透明度-打印机   88.3   87.8   89.5   89.8
  纸板光泽度(75)   73.0   73.9   71.3   67.0
  印刷光泽度(75)   80.3   80.8   84.9   84.8
  Δ印刷光泽度(75)   7.3   6.9   13.6   17.8
  印刷光泽度(20)   21.9   22.1   25.1   23.9
  PPS S10糙度(μm)   1.09   1.09   1.01   1.02
本发明高岭土A提供了最佳的综合性能。其令人惊讶地亮并且可以与AstraSheen相媲美，极有可能是其较高的形状因子所致。其不透明度也很高，同样很可能是其较高的形状因子所致。其纸板光泽度值高于Contour 1270可能是本发明高岭土A的细度所造成。本发明高岭土A的印刷光泽度和Δ光泽度值也很高。
实施例3
本发明高岭土A添加其它组合物，例如Carbital 95和Alphalux 91后监测其颜料和涂层的各项性能。在表6和7中分别给出了颜料的各项性能和涂层配方及流变性。
表6
  颜料性能  Carbital 95   本发明高岭土A   Hydragloss   Alphalux 91
  亮度GE  96.7   88.5   87.7   91.3
  b值  0.6   3.1   3.7   1.9
  PSD％＜2μm  93   96   98   99
  PSD％＜0.25μm  23   39   61   65
  陡峭度  31.9   35.8   37.7   36.9
  布鲁克菲尔德粘度2号转子@20As  226   246   340   295
  赫尔克里士粘度rpm@18达  2640   1020   *   *
  因
  粘度：固体％   76.2   63.0   70.0   70.0
  形状因子   *   52   11   *
表7
根据在表8中列举的条件将各种制剂涂覆在纸板上。
表8
  纸板性能
  内插至70纸板光泽度   66.1(％重量)Hydragloss31.6Carbital952.3TiO<sub>2</sub>   68.4本发明高岭土A31.6Carbital95   54.7本发明高岭土A31.6Carbital9513.7Alphalux91   47.9本发明高岭土A31.6Carbital9520.5Alphalux91   52.9本发明高岭土A31.6Carbital9513.2Alphalux912.3TiO<sub>2</sub>   46.3本发明高岭土A31.6Carbital9519.8Alphalux912.3TiO<sub>2</sub>
  压延机压力(psi)   253.8   283.7   281.1   274.5   296.3   284.5
  亮度-ISO   79.8   80.7   80.5   80.6   81.0   81.1
  不透明度-打印机   86.6   86.4   86.2   86.1   86.4   86.3
  纸板光泽度(75)   70.0   70.0   70.0   70.0   70.0   70.0
  印刷光泽度   90.1   95.7   96.0   94.2   94.4   91.5
  Δ光泽度   20.1   25.7   26.0   24.2   24.4   21.5
以上数据表明，含有本发明高岭土A组合物的制剂与所述Hydragloss组合物相比，在所有性能方面，尤其是在亮度、印刷光泽度和Δ光泽度方面，均可相媲美或更好。
实施例4：本实施例描述了通过分辨步骤来制备本发明的高岭土产品。使含有至少80％重量的等值球形直径小于约2μm的并且形状因子至少为约15的高岭土的高岭土粗制淤浆进行松砂研磨。将高岭土分辨至40％重量小于0.25μm。所得的产品即本发明高岭土B的各项物理性能与
Figure C20038010588800301
在表9中进行比较。
表9
Figure C20038010588800302
制备具有Carbital 95(研磨碳酸钙)的制剂，在下表10中示意了各成分的重量百分数。将这些制剂涂覆到纸板上，所得各项性能也一并列举在表11中。
表10
  Carbital 95   50   50
  Hydragloss   50
  本发明高岭土B   50
  Dispex   0.15   0.15   分散剂
  PG 280   4   4   淀粉
  C 104   0.4   0.4   硬脂酸盐
  SUN720WG   0.4   0.4   不溶粘料
  Dow 620   12   12   胶乳
  Sterecol FD   0.15   0.15   增稠剂
表11
Figure C20038010588800311
与所述Hydragloss制剂相比，本发明高岭土B制剂可提供优越的总体结果，在亮度、不透明度、印刷光泽度和Δ光泽度性能等方面尤其如此。
实施例5
该实施例描述了从含有至少80％重量的等值球形直径小于约2μm的并且形状因子至少为约15的高岭土的高岭土粗制样品中制备本发明高岭土产品。将粗制样品与6磅/吨的
Figure C20038010588800312
分散剂和3磅/吨的C-211分散剂用水搅拌。进行磁力分离后，使淤浆进行约10分钟的松砂研磨步骤。将所述淤浆分选至98％＜2μm后，浸沥、过滤并干燥所述的细级分。所述细级分的各项性能示于表12中。
表12
  回收率   73％
  亮度   89.6
  形状因子   41
  ％＜2μm   98.9
  ％＜0.25μm   59.4
  布鲁克菲尔德粘度，2号转子@20rpm   380cps
  赫尔克里士，@18达因   4080rpm
  ％固体*   67％
实施例6
该实施例说明以片状高岭土为原料制备另一种本发明组合物。将所述片状高岭土做成40％溶液的淤浆并分选至98％＜2μm。初始片状高岭土和喷雾干燥后的产品的各项性能示于表13中。
表13
  初始高岭土   喷雾干燥后的本发明高岭土
 回收率   68％
 亮度   87.85   88
 形状因子   54.6   42
 ％＜2μm   90.5   96
 ％＜0.25μm   29.5   40
 布鲁克菲尔德粘度，cps   790cps(1号转子@20rpm)   895cps(2号转子@20rpm)
 赫尔克里士，rpm@18达因   590rpm   720rpm
 ％固体   99.0％   65％
所述实施例5和6的本发明高岭土的各项性能示于下表14中，以最佳粘度性能为特征。
表14
  初始高岭土   喷雾干燥后的本发明高岭土
 回收率   73％   68％
 亮度   89.6   88
 形状因子   41   42
 ％＜2μm   98.9   96
 ％＜0.25μm   59.4   40
 布鲁克菲尔德粘度，cps   380cps(2号转子@20rpm)   895cps(2号转子@20rpm)
  赫尔克里士，rpm@18达因   4080rpm   720rpm
  ％固体   67％   65％
实施例7
其它的本发明高岭土组合物列表于表15中，与
Figure C20038010588800331
相比较。
表15
  产品编号   本发明高岭土A   本发明高岭土C   本发明高岭土D   Hydragloss
  亮度   87.88   88.69   87.23   87.7
  L   95.96   96.1   95.86   95.93
  a   -0.27   -0.19   -0.25   -0.4
  b   3.62   3.17   3.94   3.72
  TiO<sub>2</sub>(％重量)   1.366   1.213   1.504   1.350
  Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>(％重量)   0.515   0.661   0.59   0.860
  布鲁克菲尔德(cps)1号转子@20rpm   660   590   890   320
  赫尔克里士(rpm@18达因)   1160   2600   920   8(达@4400rpm)
  粘度：％固体   63   63   63   70
  形状因子   55.5   35.7   45.4   11.0
  PSD：
  2μm   96.3   98.1   97.0   98
  0.25μm   38.4   40.8   41.4   61
  BET表面积(m<sup>2</sup>/g)   21.0   20.7   20.1   22.9
制备所述高岭土制剂，在下表16中各成分以％重量表示。然后将制剂涂覆于纸张上，在下表17中列举了其各项性能。
表16
  Carbital 95   50   50   50   50
  Hydragloss   50
  本发明高岭土A   50
  本发明高岭土C   50
  本发明高岭土D   50
  Dispex   0.15   0.15   0.15   0.15
  PG280   4   4   4   4
  C 104   0.4   0.4   0.4   0.4
  SUN720WG   0.4   0.4   0.4   0.4
  Dow 620   12   12   12   12
  Sterecol FD   0.15   0.15   0.15   0.15
表17
  Hydragloss   本发明高岭土A   本发明高岭土C   本发明高岭土D
  70光泽度，1.3印刷密度
  压延机压力(psi)   298.0   343.2   355.1   317.1
  亮度-ISO   79.6   80.5   80.1   80.8
  亨特b-ISO   3.3   3.0   3.2   2.8
  不透明度-打印机   84.2   84.8   84.5   84.7
  印刷光泽度(75)，1.3   71.4   74.1   73.8   74.2
  Δ光泽度   1.4   4.1   3.8   4.2
  PPS S10粗糙度(μm)   1.0   0.9   0.9   0.9
可以看出本发明高岭土性能优于
Figure C20038010588800341
-基的涂料，在Δ光泽度值方面尤其如此。
实施例8
在该实施例中，在淤浆细化期间分析在脱水工艺中当采用喷雾干燥器将一部分淤浆完全干燥，然后将淤浆的干燥部分与剩余部分在Cowles Dissolver中合并以便有效地提高整体固体含量时所造成的形状因子损失与采用蒸发器干燥淤浆所造成的形状因子损失进行比较。
该实施例表明本发明产品的片状可受装运前淤浆细化工艺的影响。如在业内众所周知的那样，高岭土产品可以干的形式或以高固体淤浆的形式进行装运。当以淤浆的形式装运时，可在Cowles溶解器或类似的装置中从喷雾干燥产品与低固体泥浆的混合物中细化得到最终的淤浆。或者，最终的淤浆可通过蒸发器提高低固体泥浆的固体浓度来制备。
下表18表明采用蒸发器的方法使所述产品的形状因子的减少极其微小，因此对本发明产品维持高的形状因子更为有利。
表18
  形状因子   固体含量(％)   ％＜2μm   ％＜0.1μm
  原料   53.5   50.6   89.3   12.6
  Cowles溶解器   49.3   65.3   88.3   14.5
  蒸发器   52.7   64.8   88.7   13.9
不希望受缚于任何理论，混合器(如Cowles溶解器)可使粘土小片状体的边缘发生脱落，由此得到较少片状和超细的颗粒。这样可使通过Cowles溶解器细化的产品淤浆颗粒＜1μm的量有较大的增加。相反，蒸发器并未显著改变原料的形状因子。在蒸发器中＜1μm细粒的重量百分数并不像Cowles溶解器那样增加那么多。
除非另有说明，否则用于本说明书和权利要求书中的所有表示各成分的数量、反应条件等的数字在所有情况中均应理解为被术语
“大约”所修饰。因此，除非指明是相反的情况，否则在说明书和所附的权利要求书中的数字参数均为近似值，可根据本发明希望获得的所需性能进行变化。
通过研究本说明书，本发明的其它方面对本领域的技术人员而言将显而易见。通过研究本说明书并实践此处所公开的本发明，本发明的其它方面对本领域的技术人员而言也将显而易见。说明书和实施例仅作为示例之用，本发明准确的范畴及精神由以下的权利要求所表示。

Claims (55)

1.一种包含形状因子至少为20的高岭土的组合物，其中至少80％重量的所述高岭土的等值球形直径小于1μm，并且等值球形直径小于0.25μm的所述高岭土的量为25％重量至60％重量。
2.权利要求1的组合物，其中当采用“A”浮子测量时，所述高岭土在18达因和63％固体下的赫尔克里士粘度小于4000rpm。
3.权利要求1的组合物，其中当采用“A”浮子测量时，所述高岭土在18达因和66％固体下的赫尔克里士粘度小于2750rpm。
4.权利要求1的组合物，其中当采用“A”浮子测量时，所述高岭土在18达因和69％固体下的赫尔克里士粘度小于1500rpm。
5.权利要求1的组合物，其中至少94％重量的所述高岭土的等值球形直径小于2μm。
6.权利要求1的组合物，其中至少95％重量的所述高岭土的等值球形直径小于2μm。
7.权利要求1的组合物，其中至少96％重量的所述高岭土的等值球形直径小于2μm。
8.权利要求1的组合物，其中至少98％重量的所述高岭土的等值球形直径小于2μm。
9.权利要求1的组合物，其中等值球形直径小于2μm的所述高岭土的量为94％重量至99％重量。
10.权利要求1的组合物，其中至少85％重量的所述高岭土的等值球形直径小于1μm。
11.权利要求1的组合物，其中至少88％重量的所述高岭土的等值球形直径小于1μm。
12.权利要求1的组合物，其中至少92％重量的所述高岭土的等值球形直径小于1μm。
13.权利要求1的组合物，其中所述高岭土的形状因子至少为30。
14.权利要求1的组合物，其中所述高岭土的形状因子至少为40。
15.权利要求1的组合物，其中所述高岭土的形状因子至少为50。
16.权利要求1的组合物，其中所述高岭土的形状因子范围为20至60。
17.权利要求1的组合物，其中所述高岭土的形状因子范围为40至50。
18.权利要求1的组合物，其中所述高岭土的形状因子范围为30至40。
19.权利要求1的组合物，其中等值球形直径小于0.25μm的所述高岭土的量为35％重量至50％重量。
20.权利要求1的组合物，其中所述高岭土的形状因子范围为45至50，至少96％重量的所述高岭土的等值球形直径小于2μm，至少80％重量的所述高岭土的等值球形直径小于1μm，并且等值球形直径小于0.25μm的所述高岭土的量为35％重量至45％重量。
21.一种精制高岭土的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)提供一种包含粒子大小分布使得至少70％重量的高岭土的等值球形直径小于2μm的沉积高岭土的去砂高岭土淤浆；
(b)分选所述高岭土淤浆得到形状因子至少为20的高岭土，其中至少94％重量的所述高岭土的等值球形直径小于2μm。
22.权利要求21的方法，其中所述去砂高岭土淤浆包含基本上非堆积的沉积高岭土。
23.权利要求21的方法，其中当采用“A”浮子测量时，所述高岭土在18达因和63％固体下的赫尔克里士粘度小于4000rpm。
24.权利要求21的方法，其中当采用“A”浮子测量时，所述高岭土在18达因和66％固体下的赫尔克里士粘度小于2750rpm。
25.权利要求21的方法，其中当采用“A”浮子测量时，所述高岭土在18达因和69％固体下的赫尔克里士粘度小于1500rpm。
26.权利要求21的方法，其中等值球形直径小于0.25μm的所述分选高岭土的量为25％重量至60％重量。
27.权利要求21的方法，其中在(a)中提供的所述去砂高岭土淤浆包含至少80％重量的等值球形直径小于2μm的高岭土。
28.权利要求21的方法，其中在(a)中提供的所述去砂高岭土淤浆的形状因子至少为10。
29.权利要求21的方法，其中在(b)之前还包括一个湿介质研磨步骤。
30.权利要求29的方法，其中所述湿介质研磨耗能范围为0至35千瓦时/吨。
31.权利要求29的方法，其中所述湿介质研磨耗能范围为35至200千瓦时/吨。
32.权利要求21的方法，所述方法还包括使所述去砂高岭土淤浆进行选自以下的精选步骤：选择性絮凝、臭氧处理、浮选、磁力分离、沥滤，或其任何组合。
33.权利要求21的方法，所述方法还包括使所述分选后的高岭土进行选自以下的一个精选步骤：选择性絮凝、臭氧处理、浮选、磁力分离、沥滤，或其任何组合。
34.权利要求21的方法，其中(b)中的分选包括去除一部分细料。
35.权利要求21的方法，其中(a)中提供的去砂高岭土淤浆的形状因子至少为15，并且所述去砂高岭土淤浆中的至少80％重量的高岭土的等值球形直径小于2μm。
36.权利要求34的方法，其中在去除所述部分的细料后，10％至40％重量的颗粒的等值球形直径小于0.25μm。
37.权利要求34的方法，其中在去除所述部分的细料后，40％重量的颗粒的等值球形直径小于0.25μm。
38.一种精制高岭土的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)提供形状因子至少为10并且包括至少80％重量的等值球形直径小于2μm的颗粒的去砂高岭土淤浆；
(b)湿介质研磨所述去砂高岭土淤浆，耗能范围为10至200千瓦时/吨；和
(c)将所述淤浆分选成细级分，其中至少80％重量的所述高岭土的等值球形直径为1μm。
39.权利要求38的方法，其中至少94％重量的所述高岭土的等值球形直径小于2μm。
40.权利要求38的方法，其中在(a)中提供的去砂高岭土淤浆的形状因子至少为20。
41.权利要求38的方法，其中在(a)中提供的去砂高岭土淤浆的形状因子至少为30。
42.权利要求38的方法，其中在(a)中提供的去砂高岭土淤浆的形状因子至少为40。
43.权利要求38的方法，其中在(c)部分中等值球形直径小于0.25μm的所述高岭土的量为25％重量至60％重量。
44.权利要求38的方法，所述方法还包括喷雾干燥所述细级分。
45.权利要求38的方法，其中使所述高岭土淤浆进行选自以下的一个精选步骤：选择性絮凝、臭氧处理、浮选、磁力分离、沥滤，或其任何组合。
46.权利要求38的方法，所述方法还包括沥滤所述高岭土细级分并过滤和干燥所述沥滤后的高岭土细级分。
47.一种带涂层纸张，所述带涂层纸张包含：
纤维状基材；和
在所述基材上包含形状因子至少为20的高岭土的涂料，其中至少80％重量的所述高岭土的等值球形直径小于1μm，并且等值球形直径小于0.25μm的所述高岭土的量为25％重量至60％重量。
48.权利要求47的纸张，其中至少94％重量的所述高岭土的等值球形直径小于2μm。
49.权利要求47的纸张，其中当采用“A”浮子测量时，所述高岭土在18达因和63％固体下的赫尔克里士粘度小于4000rpm，在18达因和69％固体下的赫尔克里士粘度小于1500rpm。
50.权利要求47的纸张，其中所述涂料还包含碳酸钙。
51.一种制备带涂层纸张的方法，所述方法包括：
用纸张涂料组合物涂覆纤维状基材，所述组合物包含形状因子至少为20的高岭土，至少80％重量的所述高岭土的等值球形直径小于1μm，并且等值球形直径小于0.25μm的所述高岭土的量为25％重量至60％重量。
52.权利要求51的方法，其中至少94％重量的所述高岭土的等值球形直径小于2μm。
53.权利要求51的方法，其中当采用“A”浮子测量时，所述高岭土在18达因和63％固体下的赫尔克里士粘度小于4000rpm，在18达因和69％固体下的赫尔克里士粘度小于1500rpm。
54.权利要求38的方法，所述方法进一步包括：
(d)用蒸发器使高岭土脱水，其中所述高岭土的形状因子为至少25，并且至少85％重量的所述高岭土的等值球形直径小于2μm。
55.权利要求54的方法，其中所述高岭土的形状因子为至少50。
CNB2003801058885A 2002-12-16 2003-12-15 细片状高岭土组合物 Expired - Fee Related CN100387659C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US43350102P 2002-12-16 2002-12-16
US60/433,501 2002-12-16

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1726262A CN1726262A (zh) 2006-01-25
CN100387659C true CN100387659C (zh) 2008-05-14

Family

ID=32712983

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2003801058885A Expired - Fee Related CN100387659C (zh) 2002-12-16 2003-12-15 细片状高岭土组合物

Country Status (7)

Country Link
US (1) US7806978B2 (zh)
EP (1) EP1587882A1 (zh)
CN (1) CN100387659C (zh)
AU (1) AU2003297123A1 (zh)
BR (1) BR0316847A (zh)
CA (1) CA2510075A1 (zh)
WO (1) WO2004061014A1 (zh)

Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008148117A1 (en) * 2007-05-28 2008-12-04 Imerys Pigments, Inc. Methods of increasing bulk density of minerals
CA2719021A1 (en) * 2008-03-20 2009-09-24 International Paper Company Paper substrates useful as universal release liners
US8142887B2 (en) 2008-03-21 2012-03-27 Meadwestvaco Corporation Basecoat and associated paperboard structure
WO2009117649A1 (en) 2008-03-21 2009-09-24 Meadwestvaco Corporation Method for coating dry finish paperboard
US7749583B2 (en) * 2008-05-28 2010-07-06 Meadwestvaco Corporation Low density paperboard
US8658272B2 (en) * 2009-04-21 2014-02-25 Meadwestvaco Corporation Basecoat and associated paperboard structure including a pigment blend of hyper-platy clay and calcined clay
JP5698748B2 (ja) 2009-08-12 2015-04-08 ニューページ コーポレーション インクジェット記録媒体
CA2772385C (en) 2009-08-31 2017-03-14 Newpage Corporation Paper substrate with inkjet-receptive coating comprising cationic porous silica
GB201019288D0 (en) * 2010-11-15 2010-12-29 Imerys Minerals Ltd Compositions
US8821997B2 (en) 2010-12-15 2014-09-02 Newpage Corporation Recording medium for inkjet printing
KR101927056B1 (ko) 2011-02-18 2018-12-10 뉴페이지 코포레이션 잉크젯 인쇄용 광택 기록 매체
GB201113385D0 (en) * 2011-08-03 2011-09-21 Imerys Minerals Ltd Coating composition
WO2013026788A2 (de) * 2011-08-19 2013-02-28 Basf Se Harnstoffhaltige wässrige papierstreichfarben, harnstoffhaltige wässrige papierstreichfarbkomponenten und deren verwendung
EP2756129A4 (en) * 2011-09-15 2015-01-28 Imerys Pigments Inc COMPOSITIONS COMPRISING STYRENE-BASED POLYMER-TREATED KAOLIN AND RELATED METHODS
US8821998B2 (en) 2012-04-13 2014-09-02 Newpage Corporation Recording medium for inkjet printing
GB201218125D0 (en) * 2012-10-10 2012-11-21 Imerys Minerals Ltd Method for grinding a particulate inorganic material
CA2847663C (en) 2012-10-18 2019-02-19 Anthony Lyons Coating composition and coated paper and coated paperboard
US8916636B2 (en) 2013-03-14 2014-12-23 Meadwestvaco Corporation Basecoat composition and associated paperboard structure
US9206553B2 (en) * 2013-03-14 2015-12-08 Westrock Mwv, Llc Basecoat composition and associated paperboard structure
WO2015017750A1 (en) * 2013-08-02 2015-02-05 Imerys Oilfield Minerals, Inc. Proppants and anti-flowback additives including kaolin clay
JP2017512850A (ja) * 2014-02-26 2017-05-25 アイメリーズ ユーエスエー，インコーポレーテッド 改善された高剪断粘度を有する無機粒子懸濁液
EP3483221B1 (en) 2014-09-01 2020-07-01 Imertech Sas Talc particulate and uses thereof
CN111566168A (zh) 2018-01-11 2020-08-21 维实洛克Mwv有限责任公司 使用具有低堆积密度的粘土的涂料
CN109911910A (zh) * 2018-03-27 2019-06-21 广东工业大学 一种可用于乳液稳定的高岭土片及其剥离方法
KR20220006609A (ko) 2019-05-10 2022-01-17 웨스트락 엠더블유브이, 엘엘씨 평활한 저밀도 판지 구조체 및 이를 제작하기 위한 방법
CN111647287A (zh) * 2020-06-12 2020-09-11 广西夏阳环保科技有限公司 一种高岭土的表面改性方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999051815A1 (en) * 1998-04-04 1999-10-14 Ecc International Ltd. Pigment products
WO1999058613A1 (en) * 1998-05-11 1999-11-18 Ecc International Inc. Preparation and use of high brightness kaolin pigments
WO2000059840A1 (en) * 1999-04-01 2000-10-12 Imerys Pigments, Inc. Kaolin pigments, their preparation and use

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1103585A (en) 1964-03-02 1968-02-14 English Clays Lovering Pochin Improvements in or relating to the processing of clay
US4227920A (en) 1978-07-18 1980-10-14 Yara Engineering Corporation Methods of clay benefication
US4888315A (en) * 1986-06-04 1989-12-19 Georgia Kaolin Company, Inc. High solids blended kaolin clay slurry
US5085707A (en) * 1988-05-23 1992-02-04 Georgia Kaolin Company, Inc. Defined and delaminated kaolin product
US5036599A (en) * 1988-12-27 1991-08-06 Georgia Kaolin Company, Inc. Method of concentrating slurried kaolin
GB2240398B (en) 1990-01-22 1994-04-06 Ecc Int Ltd Aspect ratio measurement
US5168083A (en) 1990-05-09 1992-12-01 Georgia Kaolin Company, Inc. High opacity defined kaolin product and method of producing same
US5223088A (en) * 1991-02-15 1993-06-29 Niro A/S Apparatus for producing concentrated aqueous slurries and spray dried particulate products
US5169443A (en) * 1991-11-13 1992-12-08 Engelhard Corporation Paper coating kaolin pigments there preparation and use
US5522924A (en) * 1995-03-17 1996-06-04 Ecc International Inc. Method for producing high brightness low abrasion calcined kaolin pigment
US5685900A (en) 1995-10-18 1997-11-11 Ecc International Inc. Method for beneficiating discolored kaolin to produce high brightness coating clay
WO2000005311A1 (en) * 1998-07-22 2000-02-03 Imerys Pigments, Inc. An engineered kaolin pigment composition for paper coating
BR9915773A (pt) * 1998-11-30 2001-08-14 Imerys Pigments Inc Pigmento de argila de caulim para o uso em uma formulação de revestimento para papel, papel revestido com o pigmento de argila de caulim, composição de revestimento de papel, e, processo para a produção de um pigmento de argila de caulim com propriedades reológicas melhoradas
US6475274B1 (en) 2000-03-24 2002-11-05 Thiele Kaolin Company Process for modifying particle size distribution
AU784210B2 (en) * 2000-10-17 2006-02-23 Imerys Kaolin, Inc. Calcined kaolin pigments having improved combination of physical and applied properties, their production and use
US20030113532A1 (en) 2001-02-28 2003-06-19 Cummings David O. Kaolin pigment products
BR0202268C1 (pt) * 2002-03-12 2018-02-06 Vale Do Rio Doce Co desenvolvimento em pigmento de caulim de alta performance e método para produzir pigmento de caulim de alta performance

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999051815A1 (en) * 1998-04-04 1999-10-14 Ecc International Ltd. Pigment products
WO1999058613A1 (en) * 1998-05-11 1999-11-18 Ecc International Inc. Preparation and use of high brightness kaolin pigments
WO2000059840A1 (en) * 1999-04-01 2000-10-12 Imerys Pigments, Inc. Kaolin pigments, their preparation and use

Also Published As

Publication number Publication date
CA2510075A1 (en) 2004-07-22
WO2004061014A1 (en) 2004-07-22
US7806978B2 (en) 2010-10-05
CN1726262A (zh) 2006-01-25
AU2003297123A1 (en) 2004-07-29
BR0316847A (pt) 2005-10-18
US20060124033A1 (en) 2006-06-15
EP1587882A1 (en) 2005-10-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100387659C (zh) 细片状高岭土组合物
US7208039B2 (en) Hyperplaty clays and their use in paper coating and filling, methods for making same, and paper products having improved brightness
AU759343B2 (en) Kaolin pigments, their preparation and use
AU747334B2 (en) Pigment products
US6564199B1 (en) Kaolin clay pigments, their preparation and use
AU2002323615A1 (en) Hyperplaty clays and their use in paper coating and filling, methods for making same, and paper products having improved brightness
US20030113532A1 (en) Kaolin pigment products
CA2490837C (en) Kaolin pigment products

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20080514

Termination date: 20100115