CN101048468A - 超细水合高岭土颜料、制造该颜料的方法、和在光泽漆配制物中使用该颜料的方法 - Google Patents

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Abstract

公开了加工高岭土以制造超细水合高岭土的方法。该方法包括如下加工灰色原高岭土：对原高岭土进行浮选，然后离心分离该高岭土以提供细粒流，对细粒流进行精制。还公开了灰色原高岭土的自动化加工系统以制造超细水合高岭土和含有该超细水合高岭土的漆料组合物。

Description

超细水合高岭土颜料、制造该颜料的方法、和在光泽漆配制物中使用该颜料的方法
技术领域
本发明大体上涉及超细高岭土颜料、由灰色原高岭土制造超细高岭土颜料、和在漆料组合物中使用该超细高岭土颜料。
背景技术
高岭土是由含铝矿物(例如长石)的风化形成的微细的、通常为白色的粘土，并主要由高岭石构成。高岭石通常表示为化学式Al4Si4O10(OH)8、Al2O3·2SiO2·2H2O和/或Al2Si2O5(OH)4中的一种或多种。高岭土是如今开采的许多工业矿物之一。在佐治亚州(USA)、埃及、巴西、英国、昆士兰(澳大利亚)、韩国、中国和乌克兰发现其矿藏。
一般而言，来自不同国家、甚至相同国家内不同矿床的高岭土，由于高岭石性质的许多差异而在许多方面不同。这类性质的例子包括结晶度、粗度、亮度、二氧化钛和氧化铁之类的其他化合物的含量、粒度、粒子形状、尺寸和/或形状分布。性质差异导致所得高岭土产品的性能差异。例如，结晶度影响所得产品的所得亮度、白度、不透明度、光泽度、和粘度。要指出的是，不透明度和光泽度是应用性能参数，而其他所列参数是颜料品质参数。粒度、形状和分布影响所得产品的平滑度、光学性能和流动性能。平滑度和光学性能是应用性能参数，而流动性能是颜料品质参数。
高岭土基产品被用在许多用途中，包括漆、纸涂料、农业组合物、玻璃纤维产品、聚合物和橡胶组合物、陶瓷用途、催化剂载体、药品、化妆品、电部件、粘合剂、助滤剂、等等。具有离散性质的某些级别的高岭土理想地适用于选择的用途。因此，为了使所得高岭土级别的质量最佳，对原高岭土进行加工以产生特需级别的高岭土。
漆料工业供应消费者导向的溶剂和乳液型产品。溶剂或所谓的“油基”漆是相对简单的体系，容易配制但消费者难以使用。溶剂漆含有粘合剂(树脂油)、溶剂(稀释剂)、干燥剂和颜料。醇酸漆是最常用的油基漆类型，且许多油基漆因此通常被称作醇酸漆。醇酸只是合成树脂的名称，通常含有植物油，用作粘合剂。乳液或所谓的“乳胶”漆是除一种或多种颜料外还含有胶乳表面活性剂、保护胶体、乳化剂和水的复杂混合物。随着它们在二战后的引入，乳胶漆在市场上已经被广泛接受。乳胶漆现在在室内和室外漆贸易销售中占据主要地位。
室内和室外漆通常具有类似配方。但重要的差别在于，与室内漆相比，室外级漆料含有相对较多的粘合剂和着色颜料以及相对较少的体质颜料。这是因为漆膜完整性和整体耐久性在室外漆中比在室内级中更重要。因此，室外漆需要改进的颜料和体质颜料。
发明概要
下文列出本发明的简要概述以提供对本发明的一些方面的基本理解。该概述不是本发明的全面综述。这既不是要确定本发明的关键或重要要素也不是要描绘本发明的范围。相反，本概述的唯一目的是作为下列详述的前言以简化形式阐述本发明的一些原理。
本发明提供了具有高表面积、细粒度分布、低吸油性和高GE亮度值中的至少一项的超细高岭土颜料。因为不对天然高岭土原材料进行选择性絮凝，制造超细高岭土颜料时的浪费减轻。此外，在制造超细高岭土颜料的同时作为副产物制成的未使用的粗粒颜料可有利地用在纸涂料用途中。由于超细高岭土颜料的高表面积、细粒度分布、低吸油性和高GE亮度值，它们理想地适用于漆料配制物，尤其是光泽漆组合物。
本发明的一方面涉及方法
本发明的另一方面涉及
为了实现前述和相关目的，本发明包括下文充分描述并在权利要求书中特别指出的特征。下列描述和附图详细阐述了本发明的某些示例性方面和实施方案。这些代表了本发明的原理的各种利用方式中的一部分。根据结合附图理解的本发明的下列详述，本发明的其他目的、优点和新颖特征变得显而易见。
附图简述
图1是根据本发明加工高岭土的系统和方法的一个方面的流程图。
图2是根据本发明自动化加工高岭土的系统的另一方面的示意图。
发明详述
本发明的方法能够由灰色原高岭土有效制造超细水合高岭土。超细水合高岭土有利地用在漆料组合物中。本发明的方法还能够以制造超细高岭土的副产物形式制造用于纸用途的粗粒工程高岭土。超细高岭土颜料具有下列特征——低吸油性、高亮度、高表面积、至少96重量％的粒子具有大约1微米或更小的尺寸，和至少97重量％的粒子具有大约2微米或更小的尺寸。粗粒工程高岭土具有下列特征——低表面积、至少80重量％的粒子具有大约2微米或更小的尺寸和窄的粒度分布。
本发明的方法包括以依序的方式对灰色原高岭土进行浮选然后高速离心以提供超细高岭土。任选在浮选之前进行除粗砂(degritting)，并任选在浮选之后和在高速离心之前进行臭氧化。在一个实施方案中，灰色原高岭土或已除粗砂的灰色原高岭土不进行选择性絮凝。依序是指浮选和离心以所列的顺序进行，但任选地，可以在这两个依序的操作之前、之中和/或之后进行其他操作(例如除粗砂和/或臭氧化和/或精制)。
可以进行本发明的方法的原高岭土包含超大量的灰色或硬高岭土，任选地，次要量的细白色高岭土，和任选地，少量非高岭土粒子。通常，灰色高岭土具有高铁含量。非高岭土粒子包括二氧化钛、石英、各种含铁矿物、云母和非高岭土质粘土，例如膨润土和绿坡缕石。超大量包括至少75重量％，次要量包括低于50重量％，少量包括低于10重量％。在另一实施方案中，原高岭土含有至少大约80重量％灰色或硬高岭土和低于大约20重量％细白色高岭土。在再一实施方案中，原高岭土含有至少大约90重量％灰色或硬高岭土和低于大约10重量％细白色高岭土。
原高岭土包含下述粒子——其中至少大约70重量％具有大约2微米或更小的粒度，至少大约30重量％具有大约0.3微米或更小的粒度，二氧化钛含量为大约1重量％至大约3重量％，且表面积为至少大约18平方米/克。在另一实施方案中，原高岭土包含下述粒子——其中至少大约80重量％具有大约2微米或更小的粒度，至少大约35重量％具有大约0.3微米或更小的粒度，二氧化钛含量为大约1.5重量％至大约2.5重量％，且表面积为至少大约20平方米/克。
在加工原高岭土之前，通过将原高岭土与水和，任选地，分散剂混合，可以形成浆液。本发明的一个优点在于，在通过高速离心将水合高岭土超细流与粗粒高岭土分离之前可能不需要分散剂。因此，在一个实施方案中，在通过高速离心将水合高岭土超细流与粗粒高岭土分离之前不使用分散剂。
分散剂可以是有机分散剂或无机分散剂。无机分散剂通常包括磷酸盐。磷酸盐的例子包括无机聚磷酸盐和焦磷酸盐(其实际上是一种多磷酸盐)，例如六偏磷酸钠(SHMP)、三聚磷酸钠(STPP)和焦磷酸四钠(TSPP)。
有机分散剂通常包括基于氨的分散剂、磺酸盐/酯分散剂、羧酸分散剂、和聚合分散剂，例如聚丙烯酸盐/酯分散剂，以及在高岭土颜料加工中惯用的其他有机分散剂。
原高岭土任选经过除粗砂。原高岭土作为可能含粗砂的矿石存在，粗砂由相对较大的粒子构成。粗砂是不合意的并因此被去除。所得已除粗砂的原高岭土主要由通常具有微粒(slimes)(小于0.3微米)直至大约15微米的宽范围尺寸的高岭土粒子构成。
除粗砂使用筛、砂箱、重力沉降或水力旋流器中的一种或多种以任何传统方式进行。可以使用湿法或干法除粗砂。例如，通过将原高岭土与水混合并使成浆的混合物通过筛，例如325目筛或200目筛，由此除粗砂。任选地，还在浆液中添加粘土分散剂以提供附加流动性以促进除粗砂过程。粘土分散剂的例子包括基于氨的分散剂、基于磷酸盐/酯的分散剂、磺酸盐/酯分散剂、羧酸分散剂、和聚合分散剂，例如聚丙烯酸盐/酯分散剂，以及高岭土颜料加工中使用的其他有机分散剂。浆液中所用分散剂的量通常为原高岭土重量的大约0.01％至大约1％。
在将原高岭土除粗砂之后，对所得已除粗砂的原高岭土进行浮选。浮选用于将二氧化钛含量降至低于大约1重量％和/或将氧化铁含量降至低于大约1.5重量％。在另一实施方案中，浮选将二氧化钛含量降至低于大约0.7重量％和/或将氧化铁含量降至低于大约1.25重量％。在再一实施方案中，浮选将二氧化钛含量降至低于大约0.5重量％和/或将氧化铁含量降至低于大约1重量％。在再一实施方案中，浮选将二氧化钛含量降至低于大约0.4重量％和/或将氧化铁含量降至低于大约0.75重量％。可以将已除粗砂的原矿在浮选之前离心分离以控制粒度分布，从而使以后的高速离心操作产生不要求进一步离心操作的所需粗粒度分布。
浮选以任何传统方式进行，包括湿浮选、超浮选(ultraflotation)、泡沫浮选、TREP浮选(二氧化钛去除和提取法)等。在Mathur，S.，“KaolinFlotation”，Journal of Colloid and Interface Science，256，第153-158页，2002中描述了一般的浮选方法，其在这方面经引用并入本文。超浮选涉及与脂肪酸和所选浮选油一起使用微粒试剂以从不纯粘土浆液中去除二氧化钛。超浮选的一个特征是以稀浆液形式回收纯化高岭土，然后将其脱水。泡沫浮选通过根据矿物类型的差异将某些矿物粒子与浆液中的其他粒子分离来发挥作用。这种加工通常取决于添加选择性粘附到要浮选的矿物粒子上的试剂，这样，附有试剂的粒子与其他粒子相比对空气泡具有更高亲合力，并可以作为泡沫去除。TREP浮选包括在高强度磨机中使用促集剂(例如脂肪酸促集剂、妥尔油促集剂、或异羟肟酸盐/酯(hydroxamate)促集剂)和金属盐调节高岭土。然后添加分散剂，例如丙烯酸盐/酯分散剂。任选地，还可以单独或与浮选结合地使用磁选或选择性絮凝以改进亮度。
浮选可以使用已除粗砂的原高岭土和水的浆液于任何合适的固含量、pH值和温度进行。在一个实施方案中，在浮选过程中，满足至少一个下列参数：固含量为大约10％至大约50％，pH值为大约5至大约11，温度为大约10℃至大约90℃。在另一实施方案中，在浮选过程中，满足至少一个下列参数：固含量为大约20％至大约40％，pH值为大约6至大约10，温度为大约20℃至大约60℃。
在本发明的方法中，不要求原高岭土的选择性絮凝为原高岭土提供离散粒度/粒度分布。在选择性絮凝中，使用带电无机或有机分子，以根据矿物类型的差异将矿物彼此选择性絮凝。原高岭土的选择性絮凝在一些情况下对所得高岭土颜料的亮度和/或粘度具有有害影响。在一个实施方案中，本发明的方法不包括原高岭土的选择性絮凝。在另一实施方案中，本发明的方法在高速离心(下述)结束之前不包括高岭土的选择性絮凝。在再一实施方案中，本发明的方法不包括将原高岭土分层。
在浮选之后，任选对加工中的高岭土进行臭氧化。臭氧化包括使用臭氧氧化漂白，以漂白可能存在的组分，例如有机变色剂。臭氧不仅用于破坏相当大部分的变色有机物，还通过氧化破坏有机分散剂(如果存在这类化合物的话)。但是，臭氧不会破坏无机分散剂。
臭氧化以任何合适的方式进行。例如，可以以每吨高岭土大约0.1至大约20磅臭氧的剂量进行臭氧化。在另一实施方案中，以每吨高岭土大约0.5至大约10磅臭氧的剂量进行臭氧化。臭氧可以作为向上通过浆液的气泡流施用。这可以是分批法或连续法，其中臭氧气泡在管道或其他导管(例如混合和填充柱)中与浆液流对流通过。
在臭氧化之后，对臭氧化高岭土进行任选的分层。分层可以包括湿磨、浆液研磨、湿研碎等等。这类分层法包括使用研磨介质和水。将高岭土与研磨介质和水混合以形成浆液，并输送(例如通过泵送)通过分层设备。通常，在分层过程中浆液中的高岭土固含量为大约5重量％至大约50重量％。
在臭氧化之后，使用高速离心将任选臭氧化的高岭土分成两股流。要指出的是，高速离心在浮选之后进行。离心将高岭土分成粗粒流(至少大约70重量％粒子具有2微米或更小的尺寸)和细粒流(至少大约80重量％粒子具有1微米或更小的尺寸)。在另一实施方案中，粗粒流中至少大约80重量％粒子具有2微米或更小的尺寸，细粒流中至少大约85重量％粒子具有1微米或更小的尺寸。在再一实施方案中，粗粒流中至少大约90重量％粒子具有2微米或更小的尺寸，细粒流中至少大约90重量％粒子具有1微米或更小的尺寸。
尽管不希望受制于任何理论，但相信使用高速离心产生了超细粒度分布，还去除了着色杂质，并由此将产品亮度提高至超过大约91GEB。
本文所述的所有粒度均通过传统沉降技术使用Micromeretics，Inc.’sSEDIGRAPH5100分析器分析而测定。以微米为单位的粒度作为“e.s.d.”(当量球径)记录。将粒子用分散剂在水中制浆，并在搅拌下泵送通过检测器以使松散附聚物分散。
离心可以进行一次以上，但至少一次离心处理是高速离心处理。在高速离心处理中，离心机可以以高于大约1,000至大约10,000的“g”力操作。在另一实施方案中，高速离心处理中的离心机可以以大约2,000至大约7,500的“g”力操作。在再一实施方案中，高速离心处理中的离心机可以以大约2,500至大约5,000的“g”力操作。离心机的例子包括Bird无孔转鼓机、高速离心机、卧式三相离心机等等。
然后对细粒流进行精制，这可以包括絮凝、漂白、过滤、干燥、掺合和粉碎中的至少一种，以提供超细高岭土。絮凝包括将一种矿物与相同类型的矿物分离，例如将超细高岭土粒子与细或粗高岭土粒子分离。絮凝使用离子材料进行，例如酸。硫酸是廉价和广泛可得的酸。
通常，漂白包括提高高岭土的亮度。漂白包括使粗粒高岭土流与适量的亚硫酸氢盐(连二亚硫酸盐)盐、高锰酸钾、氧气、碱金属重铬酸盐、碱金属氯酸盐、碱金属亚氯酸盐、过硫酸铵和可溶过氧化物(例如过氧化钠和过氧化氢)、次氯酸钠等中的一种或多种接触。
可以使用过滤以实现提高固含量(例如提高固含量至大约55％或更高)和充分去除大于2微米的粒子中的至少一个。提高固含量在一些情况下提高了后续喷雾干燥操作的效率。过滤可以以任何合适的方式进行，并通常使用转鼓真空过滤器进行。
将高岭土干燥，例如喷雾干燥，以降低高岭土的含湿量。将高岭土干燥有利于后续任选的粉碎操作。高岭土以任何合适的技术干燥。将高岭土干燥的例子包括喷雾干燥、急骤干燥、旋转干燥、或其他聚集技术。这些干燥技术是粘土工业中已知的。在一个实施方案中，在干燥之后，超细高岭土具有小于大约1.5重量％的含湿量。在另一实施方案中，在干燥之后，超细高岭土具有小于大约1重量％的含湿量。在再一实施方案中，在干燥之后，超细高岭土具有小于大约0.5重量％的含湿量。
掺合包括将高岭土与其他微粒物质混合，例如不同批的高岭土、二氧化钛、其他粘土、碳酸钙、煅烧高岭土等，以获得具有最终用户或后来用户所需性质的混合物。
粉碎可以以任何合适的方式进行。在一个实施方案中，将超细高岭土至少粉碎一次。在另一实施方案中，将超细高岭土在至少两个分离的操作中粉碎(两次粉碎)。粉碎可以弄碎可能存在的任何附聚物。这种附聚物可能在干燥过程中形成，其改变了通过高速离心和其他工艺操作获得的粒度。
超细高岭土颜料产品具有许多合意的性质。例如，超细高岭土颜料产品具有下列一项或多项：至少大约97重量％的粒子具有2微米或更小的尺寸，至少大约96重量％的粒子具有1微米或更小的尺寸，至少大约89重量％的粒子具有0.5微米或更小的尺寸，至少大约67％的粒子具有0.3微米或更小的尺寸，表面积为至少大约23平方米/克，大约0.75重量％或更少的二氧化钛，大约1.5重量％或更少的氧化铁，且亮度为大约91或更高。在另一实施方案中，超细高岭土颜料产品具有下列一项或多项：至少大约98重量％的粒子具有2微米或更小的尺寸，至少大约97重量％的粒子具有1微米或更小的尺寸，至少大约90重量％的粒子具有0.5微米或更小的尺寸，至少大约70％的粒子具有0.3微米或更小的尺寸，表面积为至少大约25平方米/克，大约0.5重量％或更少的二氧化钛，大约1.25重量％或更少的氧化铁，且亮度高于92。在再一实施方案中，超细高岭土颜料产品具有下列一项或多项：至少大约99重量％的粒子具有2微米或更小的尺寸，至少大约98重量％的粒子具有1微米或更小的尺寸，至少大约92重量％的粒子具有0.5微米或更小的尺寸，至少大约72％的粒子具有0.3微米或更小的尺寸，表面积为至少大约26平方米/克，大约0.4重量％或更少的二氧化钛，大约1重量％或更少的氧化铁，且亮度为大约93或更高。
表面积通过本领域公知的BET法使用N2作为被吸附物测定。或者使用基于ASTM D-1483-84的Gardner Coleman吸油试验测定表面积，其测量每100克高岭土吸收的油的克数。使用TAPPI标准方法，T524，进行亮度测量，并记为“GE亮度”或“GEB值”。
然后对粗粒流进行精制，包括漂白、过滤、松化、喷雾干燥和掺合中的至少一种。掺合包括将粗粒高岭土与其他微粒物质(例如不同批的高岭土、二氧化钛、其他粘土、碳酸钙、煅烧高岭土等)混合，以获得具有最终用户或后来用户所需性质的混合物。
粗粒高岭土颜料产品具有许多使其特别可用于纸涂料用途的合意性质。例如，粗粒高岭土颜料产品具有下列一项或多项：至少大约95重量％的粒子具有5微米或更小的尺寸，至少大约80重量％的粒子具有2微米或更小的尺寸，至少大约20重量％的粒子具有0.3微米或更小的尺寸，表面积为大约14至大约20平方米/克，含有大约1重量％或更少的二氧化钛，大约1.5重量％或更少的氧化铁，且亮度为大约85或更高。在另一实施方案中，粗粒高岭土颜料产品具有下列一项或多项：至少大约96重量％的粒子具有5微米或更小的尺寸，至少大约90重量％的粒子具有2微米或更小的尺寸，至少大约25重量％的粒子具有0.3微米或更小的尺寸，表面积为大约15至大约19平方米/克，含有大约0.75重量％或更少的二氧化钛，大约1.25重量％或更少的氧化铁，且亮度为大约87.5或更高。
一般而言，可以在本发明的方法之前或之后使用一个或多个传统粘土加工步骤，例如压碎、研碎、分级、分层、磁选、絮凝/过滤、热处理等。
压碎将高岭土岩石弄碎成砂砾；也就是直径小于大约10厘米的高岭土岩石。研碎包括加工原高岭土以获得所需粒度分布。研碎可以通过干磨、干球磨、干研碎等等进行。
高岭土含有天然分离的板状高岭土粒子以及“册状体”，“册状体”包含高岭土片晶堆叠体。这些堆叠体集中在尺寸为大约2微米或更大的粒子中。这些册状体的分层包括提供刚好足以将构成册状体的高岭土片晶分开而不会使高岭土片晶进一步断裂的冲击能。分层可以包括湿磨、浆液研磨、湿研碎等等。这种任选分层过程包括使用研磨介质和水。将高岭土与研磨介质和水混合以形成浆液，并输送(例如通过泵送)通过分层设备。通常，在分层过程中，浆液中的高岭土固含量为大约5重量％至大约50重量％。
任选对高岭土进行一个或多个热处理。当加热高岭土时，其产生一系列特性变化，这可被包括差热分析(DTA)在内的多种方法检出。热处理可用于形成偏高岭土、部分煅烧高岭土和煅烧高岭土中的一种或多种，这取决于热处理的温度/持续时间。热处理在惰性气氛、氧化气氛和还原气氛之一下进行。
例如，在大约450℃至大约65℃加热充足时间之后，高岭土发生强吸热脱水反应，这产生了向被称作偏高岭土的材料的转化。偏高岭土态方便地通过酸溶解度确定，因为粘土中的氧化铝几乎完全可溶于强无机酸。
煅烧破坏水合高岭土的结晶度并使高岭土基本无定形。煅烧在加热之后在大约700至大约1200℃进行充足时间。可以使用商业立式和卧式回转煅烧窑制造偏高岭土、部分煅烧高岭土和/或煅烧高岭土。控制操作以避免在足以形成不需要的富铝红柱石(3Al2O3·SiO2)的高温下煅烧。
参看图1，显示了超细高岭土加工方法100的各个方面的高层次图。在操作102中，任选将至少含有超大部分灰色高岭土的原高岭土除粗砂，以从灰色原高岭土中去除相对较大的粒子。在从灰色原高岭土中去除相对较大的粒子之后，操作104包括浮选以减少已除粗砂的高岭土中二氧化钛和/或氧化铁的量。操作106包括任选将高岭土臭氧化。在臭氧化后，操作108包括将高岭土高速离心，并由此将高岭土分成两种不同级别/流体。对通过操作108制成的粗粒流进行附加加工，例如精制，然后用在纸用途110中。在操作112中，对来自操作108的细粒流进行精制，例如浮选、漂白、过滤、和喷雾干燥，以制造超细高岭土流。任选对超细高岭土进行粉碎116以提供超细高岭土颜料116。
参看图2，显示了将灰色原高岭土加工成超细高岭土的系统200。系统200包括用于将原高岭土除粗砂的除粗砂系统202、浮选系统204、臭氧化系统206和高速离心系统208中的一个或多个，其中至少一个连接到测试器210和处理器-控制器212上。除粗砂系统202通过从原高岭土中去除大粗砂来加工灰色原高岭土，浮选系统204降低已除粗砂的高岭土的二氧化钛和/或氧化铁含量，臭氧化系统206将高岭土工艺流中的物类氧化，高速离心系统208将两个截然不同的高岭土流彼此分离(细粒和粗粒流)。测试器210可以是测量与被加工的高岭土有关的至少一个参数(例如粒度分布、表面积、亮度、白度、粗度、湿分的百分含量、例如二氧化钛的特定化学品的百分含量等)或与除粗砂系统202、浮选系统204、臭氧化系统206和高速离心系统208中的任何系统有关的任何参数(例如粒度和/或使用高速离心系统208的“g”力)的任何设备。
在除粗砂系统202、浮选系统204、臭氧化系统206和高速离心系统208中的任何系统操作的同时，测试器210测试被加工的高岭土。例如，在除粗砂系统202、浮选系统204或臭氧化系统206操作的同时，可以提取高岭土样品并进行测试以测定粒度分布之类的参数。测试器210将测试生成的数据发送给处理器-控制器212，其适合从测试器210接受这类高岭土参数数据。或者，测试器210可以测量除粗砂202、浮选系统204、臭氧化系统206和离心系统208的参数，并将与该参数有关的数据发送给处理器-控制器。
处理器-控制器212分析这类数据，并根据该分析，将信号发送给除粗砂系统202、浮选系统204、臭氧化系统206和离心系统208中的任何系统，以继续该过程、改变该过程或终止该过程。为便于这种分析，可以将数据储存或存储器214与处理器-控制器212连接，以使处理器-控制器212可以将测试器210发送的数据与储存的数据进行比较。处理器-控制器212可以将信号发送给测试器210以进行试验。处理器-控制器212改变该过程的方式的例子包括：提高或降低高速离心系统208中的“g”力；提高或降低浮选系统204中的温度；提高或降低除粗砂系统202、浮选系统204、臭氧化系统206和/或离心系统208中的任何系统所需的功/能；继续操作或终止除粗砂系统202、浮选系统204或臭氧化系统206中的任何系统，以获得所需的某种粒度分布；等等。因此，系统200可以提供实时分析和实时反馈，因此可以实时改变高岭土的加工以立即适应现有需要。
本发明进一步涉及漆料组合物，其含有主要量的漆料载体和次要量的本文所述的超细水合高岭土。主要量包括至少50％(占干漆膜的体积百分比)，而次要量包括低于50％(占干漆膜的体积百分比)。漆料载体可以是乳胶漆载体、油基漆载体、醇酸漆载体、丙烯酸类漆载体、苯乙烯漆载体和/或环氧漆载体中的任一种。漆料载体含有适用于形成漆膜的组分。最通常地，本文所述的超细水合高岭土充当颜料增量剂或颜料。
可以以任何合适的方式制造漆料组合物。例如，可以将各组分合并和混合。可以将各组分一次性或连续合并。
在一个实施方案中，本发明的漆料组合物含有50％至大约99.99％(占干漆膜的体积百分比)的漆料载体和大约0.01％至大约49％(占干漆膜的体积百分比)的超细水合高岭土。在另一实施方案中，本发明的漆料组合物含有大约60％至大约99.9％(占干漆膜的体积百分比)漆料载体和大约0.1％至大约40％(占干漆膜的体积百分比)的超细水合高岭土。在再一实施方案中，本发明的漆料组合物含有大约70％至大约99％(占干漆膜的体积百分比)的漆料载体和大约1％至大约30％(占干漆膜的体积百分比)的超细水合高岭土。
在一个实施方案中，本文所述的超细水合高岭土可以用作颜料增量剂，并使用二氧化钛作为漆料组合物中的颜料。在另一实施方案中，本发明的漆料组合物含有50％至大约99.9％(占干漆膜的体积百分比)的漆料载体，大约0.1％至大约40％(占干漆膜的体积百分比)的二氧化钛，和大约0.1％至大约40％(占干漆膜的体积百分比)的超细水合高岭土。在再一实施方案中，本发明的漆料组合物含有大约60％至大约98％(占干漆膜的体积百分比)的漆料载体，大约1％至大约30％(占干漆膜的体积百分比)的二氧化钛，和大约1％至大约30％(占干漆膜的体积百分比)的超细水合高岭土。在再一实施方案中，在漆料组合物中，本文所述的超细水合高岭土可以与其他颜料增量剂(例如粘土、碳酸盐、滑石和硅石中的一种或多种)一起用作颜料增量剂，并使用或不使用二氧化钛作为颜料。
漆料配制物中的一个参数是颜料体积浓度(下文称作PVC)。PVC是漆料配制物设计中的控制系数，因为漆料性质通常受到体积而非重量影响的控制。下列公式将PVC定义为干燥漆膜的体积百分比：
％PVC＝100×V颜料/V总
其中V颜料是颜料和干燥漆膜中其他非挥发物的体积，V总是V颜料加上漆料载体/树脂的体积。临界颜料体积浓度(下文称作CPVC)是指由于粘合剂相对于颜料不足而在干燥漆膜中产生空气界面时的PVC。公知的是，许多漆料体积性能在CPVC处急剧变化。通常，PVC和CPVC之间的关系是非线性的。在许多情况下，根据相同的比颜料体积浓度(下文称作RPVC)适当地比较不同漆料。RPVC通过下列公式定义：
RPVC＝PVC/CPVC
通常，室外或室内光泽漆具有小于大约1的RPVC。
CPVC与颜料粒子“吸收”的粘合剂的量相反地相关。一种测量颜料或增量剂的吸收势的技术是测定与给定重量的颜料形成糊状物所需的亚麻籽油的量。这可以被称作吸油。本文所用的术语“吸油”是指ASTM D281中所述的程序。一般而言，用相同量的高吸油体质颜料取代低吸油体质颜料之一导致该漆料的CPVC降低。这又限制了可用在外部配制物中的PVC的范围以及可用的体质颜料的量。
具有低于临界的PVC的漆料，例如半光泽和高光泽漆，在干膜中没有夹带的空气。整个固体表面被粘合剂润湿，并仅通过颜料和颜料增量剂粒子获得不透明性。在任何给定的粒子浓度下，通过确保颜料和颜料增量剂粒子的最大表面暴露于光，可改进或优化不透明性。使用本发明的超细水合高岭土作为粒度与颜料类似的颜料增量剂，有利于颜料粒子的合意间隔，防止了颜料粒子附聚，并确保最大地暴露于光。
在高于CPVC时，漆料被视为无光泽的。通过85度光泽或通称为平光光泽的手段，测定无光泽度。低于CPVC，漆料是光泽的，并被视为半光泽或高光泽。光泽度通常在60°或20°角测量。
本发明的超细水合高岭土的结构(PSD，表面积)有利于保光性和有效的颜料间隔。在一个实施方案中，本发明的超细水合高岭土具有与二氧化钛类似的尺寸，并合意地嵌入分散的二氧化钛粒子/附聚物之间。换言之，超细水合高岭土增量剂通常充当颜料增量剂，且特别充当TiO2颜料间隔物，其使例如TiO2的颜料表面最大地暴露于光，从而产生较高的不透明性。
高光泽和半光泽级漆含有着色颜料和体质颜料的混合物，其中二氧化钛由于其杰出的光学性能而通常被用作着色颜料。对于乳胶漆和醇酸漆，最常用的体质颜料是水合高岭土和较细级别的碳酸钙和滑石。乳化漆中的粘合剂由分子量为大约10,000至大约1,000,000的成膜聚合物的小球(通常大约0.1至大约1.0微米直径)构成。改变胶乳粒度和组成，以实现例如耐久性、光泽度、玻璃化转变温度之类性质的改变。目前，丙烯酸类和乙烯基-丙烯酸类树脂构成乳胶漆中最主要使用的粘合剂。
传统上，在漆料工业中，超细高岭土颜料表面积的提高被认为对低PVC和低于CPVC的漆料的光泽性能产生负面影响。但是，本发明人意外地发现，高表面积超细水合高岭土颜料可以提供与市售任何其他水合高岭土颜料相同或更好的光泽性能。
该发现背后的原因如下。具有90-91GEB的光泽高岭土基产品在高岭土工业中通常使用例如来自East Georgia的第三纪原料制造，并对其进行选择性絮凝选矿过程。在许多漆料和工业涂料用途中商业可得的颜料中，一种光泽高岭土产品，可获自J.M.Huber Corporation的Polygloss90，被认为是通过这种方法制成的，提供了最高的光泽。本发明的超细高岭土具有比Polygloss90更细的PSD和更高的表面积，并意外地产生了更高的光泽，且不会损害漆膜的遮蔽能力。
下列实施例阐明本发明。除非在下列实施例和说明书的其他地方和权利要求书中另行指明，所有份数和百分比均按重量计，所有温度都是℃，压力均等于或接近大气压。
实施例1
表1显示了有利于成功实施本发明的灰色原矿的典型特征。还列出了特定灰色原高岭土(实施例1)的特征，其在实施例2和3中用于举例说明本发明。
                             表1
性质                  典型值                   实施例1
GE亮度                80-85                    82.6
最小表面积            18(米2/克)              20(米2/克)
％TiO2               1.6-2                    1.81
％Fe2O3             0.7-1.1                  0.9
粒度，低于该粒度的质量％
2微米                 80                       82
0.3微米               35                       38
实施例2
对来自实施例1的原矿进行除粗砂、超浮选、臭氧化和高速离心分离以产生细粒流和粗粒流。进行浮选以将TiO2含量降低至低于0.7％。在以18-22％小于0.3微米粒度为目标的条件下进行离心，其通常导致74-78％小于2微米粒度。对粗粒流进一步进行第二离心操作，以回收90％小于2微米的粒子。经过第二离心操作的粗粒流和来自第一离心操作的细粒流的特征显示在表2中。
                           表2
性质                           离心后的细粒
GE亮度                         91.2
表面积(米2/克)                26.2
％TiO2                        0.29
％Fe2O3                      0.89
粒度，低于该粒度的质量％
2微米                          100
0.3微米                        71
实施例3
将表2中的超细粒使用硫酸絮凝、漂白并过滤。将滤饼用苏打灰/聚丙烯酸盐(酯)磷酸盐(酯)的特定掺合物分散，并喷雾干燥。将喷雾干燥的产品粉碎至6.5Hegman grind。在下表3中提供了本发明的超细产品(UFI)的特征以及与商品Polygloss90高岭土颜料的对比。此外，还包括Engelhard Corporation的使用选择性絮凝法制成的产品ASPSuperfine水合硅铝酸盐。
                                 表3
性质                  Polygloss90        UF1         ASP
超细
表面积(平方米/克)     22                   26          22.5
TAPPI亮度，％         90.0                 91.7        91.3
粒度分布
低于该粒度的质量％
2微米                 97                   99           99
1微米                 96                   98           96
0.5微米               86               92               88
0.3微米               60               72               66
实施例4
实施例4显示了溶剂中性基清澈醇酸漆配制物。在光泽漆用途中测试根据实施例3制成的UFI。实施例4至9的漆料配制物基于100加仑体积和每100加仑中原材料的量(单位为磅)。在溶剂漆中，尽管UFI与Polygloss90相比具有较细的粒度和表面积，但对光泽没有负面影响。
溶剂中性清澈基醇酸漆配制物
原料                           量            加仑
VT醇酸树脂6693                 153.8         20.6
矿物油精                       36.4          5.6
Tixogel                        8.0           0.1
乙醇                           3.0           0.5
混合至光滑
卵磷脂5                        2.0           0.2
Lo-529                         2.0           0.2
防泛粉末                       6.0           0.5
高岭土                         40.0          1.9
BYK 370                        1.0           0.1
研磨至7Hegman，然后加入
VT醇酸树脂6693                 380.0         51.0
VM&P                           62.0          9.9
钴12％                         1.0           0.1
Zirco 24％                     3.0           0.3
Exkin#2                        1.0           0.1
保持粘性
VM&P                           56.0          8.9
总量                           755.2         100.0
UFI和Polygloss90的对比光泽度和平光光泽数据
性质               Polygloss90           UFI
20度光泽度：       73.3                    73.5
60度光泽度：       91.7                    91.7
85度平光光泽：     96.1                    96.5
实施例5
实施例5显示了室内半光泽乳胶漆配制物。在另一光泽漆用途中测试根据实施例3制成的UFI。在乳胶漆中，与Polygloss90引起的光泽度相比，用UFI具有显著的光泽度改进。
室内半光泽乳胶漆配制物PVC-22，低VOC
原料                       量                加仑
水                         145.0             17.4
KTPP                       1.0               0.1
Kathon LX                  1.5               0.2
Natrosol Plus 330          1.0               0.1
Tamol 1124                 5.0               0.6
Triton CF 10               3.0               0.3
AMP 95                     2.0               0.3
Rhodoline 643              1.0               0.1
混合2分钟，然后加入
TiO2-CR 828               240.0             7.2
高岭土                     20.0              0.9
Attagel 50                 5.0               0.3
研磨6至7，然后加入
水                         113.1             13.6
UCAR 300                   500.0             56.2
Strodex PK 90              2.0               0.2
氨                         2.5               0.3
Polyphobe TR 116           1.0               0.1
Polyphobe TR 117            18.0            2.0
Rhodoline 643               2.0             0.3
总量                        1063.1          100.0
对比评价b/t UFI和Polygloss90半光泽漆PVC-22
性质                        UFI             Polygloss90
粘度KU@77                 80              82
pH：                        8.3             8.4
C.Ratio 3密耳：             98.7            98.5
反射比                      92.3            93.1
白度：                      88.2            88.6
黄度：                      1.6             1.5
Hunter L：                  97.5            97.6
Hunter a：                  -0.9            -1.0
Hunter b：                  1.3             1.2
光泽度@60度：               65.1            55.2
平光光泽@85度：             91.8            88.7
光泽度@20度：               23.1            14.7
实施例6
实施例6显示了可减水的高光泽醇酸瓷漆配制物。在高光泽漆用途中测试根据实施例3制成的UF1。在可减水的醇酸高光泽瓷漆中，与Polygloss90相比，20度光泽度值显著改进。
可减水高光醇酸瓷漆配制物PVC-16
原料                           量           加仑
Beckosol 10-060(70％)          72.0         9.0
矿物油精                       9.3          1.4
Bentone SD-1                   1.5          0.1
充分混合，然后加入：
LDA 100聚合分散剂              2.0          0.3
Hex-Cem辛酸钙10％               3.0           0.4
TiO2-R-706                     110.0         3.3
UFI/Polygloss90               15.0          0.7
研磨至7，然后加入：
Beckosol 10-060(70％)           44.5          5.6
矿物油精                        18.0          2.8
充分混合，然后加入
Beckosol 10-060(70％)           130.0         16.3
矿物油精                        92.4          14.2
辛酸钴12％                      1.0           0.1
辛酸锆12％                      4.0           0.5
Skine#2                         1.0           0.1
充分混合，然后在搅拌下加入：
LPR 76，Polysach.Resin 44％     40.0          4.0
水                              344.3         41.3
混合30分钟：
总量                            888.0         100.0
在高光醇酸瓷漆配制物PVC-16中对比评价b/t UFI和Polygloss90
性质               UFI                Polygloss90
粘度KU@77        91                 92
C.Ratio 3密耳：    92.3               91.9
反射比             87.2               87.0
白度：             77.7               77.3
黄度：             4.2                4.3
Hunter L：         95.9               95.9
Hunter a：         -1.2               -1.2
Hunter b：         2.7                2.8
光泽度@60度：      78.8               75.1
平光光泽@85度：    98.3               97.6
光泽度@20度：      41.5               31.4
实施例7
实施例7显示了室内/室外光泽漆配制物。在另一高光泽漆用途中测试根据实施例3制成的UF 1。在苯乙烯丙烯酸高光泽水性漆中，UF 1与Polygloss90相比表现出更高的20和60度光泽度值。
室内/室外光泽漆PVC-18.7
原料                        量            加仑
水                          62.6          7.5
Kathon LX 1.5％             1.6           0.2
Tamol 1124                  5.5           0.6
Surfynol 104E               1.0           0.1
Igepal CTA-639W             1.0           0.1
BYK-022                     1.0           0.1
混合2分钟，然后加入：
Ti Pure-R 706               202.5         6.1
高岭土                      14.5          0.7
研磨6至7，然后加入：
丙二醇                      30.28         3.5
Rhoplex HG-700              618.1         70.0
水                          21.45         2.6
Texanol                     21.5          2.7
Triton X 405                3.5           0.4
氨                          1.0           0.1
在三之后预混合，然后加入
水                          22            2.6
Acrysol RM 5                22            2.4
BYK-024                     2.0           0.3
总量                        1031.5        100.0
在室内/室外光泽漆PVC-18.7中对比评价b/t UFI和Polygloss90
性质                   UFI             Polygloss90
粘度KU@77            94              95
pH                     8.4             8.4
C.Ratio 3密耳：        98.2            98.2
反射比                 94.5            94.5
白度：                 91.0            91.0
黄度：                 1.1             1.1
Hunter L：             98.0            98.0
Hunter a：             -0.8            -0.8
Hunter b：             0.9             0.9
光泽度@60度：          78.5            77.8
平光光泽@85度：        93.4            93.1
光泽度@20度：          52.3            51.5
实施例8
实施例8显示了光泽白瓷漆配制物。在另一高光泽漆用途中测试根据实施例3制成的UF 1。在另一苯乙烯丙烯酸瓷漆中，通过将漆料的PVC保持相同，将10％TiO2用一定体积量的UF 1增量。与具有100％TiO2的漆料相比，UF 1意外地表现出类似的不透明性和光泽性能。UF 1在漆料中还表现出比Polygloss90高的光泽度。
光泽白瓷漆PVC-17.6
                      对照物100％TiO2      通过高岭土的(-)10％TiO2
体积
原料                  量         加仑       量           加仑
水                    169.2      20.3       169.2        20.3
Kathon LX 1.5％       3.0        0.4        3.0          0.4
KTPP                  0.5        0.1        0.5          0.1
Tamol 1124            3.5        0.4        3.5          0.4
丙二醇                26.0       3.0        26.0         3.0
Surfynol 104H         1.0        0.1        1.0          0.1
BYK-022                  1.0         0.1         1.0         0.1
Acrysol TT 935           8.0         0.9         8.0         0.9
氨                       2.0         0.3         2.0         0.3
混合2分钟，然后加入
CR 828                   225.0       6.8         202.5       6.1
水合高岭土               0.0         0.0         14.5        0.7
研磨6至7，然后加入
Stordex PK 90            1.0         0.1         1.0         0.1
Ucar 471                 516.1       59.6        516.1       59.6
Texanol                  20.0        2.5         20.0        2.5
水                       20.7        2.5         20.7        2.5
Synthesizer 160          10.0        1.1         10.0        1.1
Acrysol RM 5             15.0        1.7         15.0        1.7
BYK-024                  2.0         0.3         2.0         0.3
总量                     1024.0      100.0       1016.0      100.0
在光泽白瓷漆PVC-17.6中对比评价b/t UFI和Polygloss90
                   100％TiO2  (-)10％TiO2   (-)10％TiO2
性质               对比         UFI            Polygloss90
粘度KU@77        96           97             95
pH                 8.6          8.5            8.5
C.Ratio 3密耳：    98.0         97.8           97.8
反射比             94.4         93.8           93.7
白度：             91.1         90.1           90.1
黄度：             0.5          0.7            0.7
Hunter L：         97.9         97.8           97.8
Hunter a：         -0.9         -0.9           -0.9
Hunter b：         0.8          1.0            1.0
光泽度@60度：      75.1         75.3           74.6
平光光泽@85度：    93.4         93.4           92.6
光泽度@20度：      39.2         38.1           37.2
实施例9
实施例9显示了两部分水性环氧涂料配制物。在另一高光泽漆用途中测试根据实施例3制成的UF 1。在高光泽水性环氧漆配制物中，与Polygloss90相比，UF 1具有改进的20度光泽度值。
两部分水性环氧涂料PVC-22.7，有效储存期-6小时
                        部分-A
原料                          磅              加仑
EPI-REZ树脂3520-WY-55         329.4           36.0
水                            116.3           14.0
部分A总量                     445.7           50.0
                        部分-B
原料                          磅              加仑
EPI-CURE固化剂8536-MY-60      160             19.3
Agitan 731                    2.0             0.2
TiO2-R 900                   250             7.5
高岭土-Polygloss90/UFI      30              1.4
高速研磨至5至7，然后加入
EPI-CURE固化剂8536-MY-60      22.5            2.7
冰醋酸                        2.3             0.3
水                            155.4           18.7
部分B总量                     622.2           50.0
复合混合物
部分-A                        445.7           50.0
部分-B                        621.9           50.0
部分A和B总量                  1067.6          100.0
在两部分水性环氧涂料PVC-22.7中对比评价b/t UFI和Polygloss90
性质                          UFI             Polygloss90
粘度KU@77                   118             119
C.Ratio 3密耳：           97.2               97.0
反射比                    90.3               90.2
白度：                    81.5               81.7
黄度：                    3.9                4.1
Hunter L：                97.1               97.1
Hunter a：                -1.2               -1.2
Hunter b：                2.5                2.7
光泽度@60度：             100                100
平光光泽@85度：           97.3               97.0
光泽度@20度：             98.8               97.7
尽管已经相对于某些实施方案解释了本发明，但要理解的是，在阅读说明书的基础上，本发明的各种修改对于本领域技术人员是显而易见的。因此，要理解的是，本文公开的本发明旨在覆盖落在所附权利要求范围内的修改。
图2
除粗砂系统       浮选系统       臭氧化系统
离心系统
                 测试器         处理器控制器
                                存储器

Claims (10)

1.加工高岭土的方法，包括依序地：
对包含超大量灰色高岭土的原高岭土进行浮选以提供二氧化钛含量降低了的高岭土；
将二氧化钛含量降低了的高岭土高速离心以提供粗粒流和细粒流，粗粒流包含其中至少大约70重量％具有2微米或更小粒度的高岭土，细粒流包含其中至少大约80重量％具有1微米或更小粒度的高岭土；和
将细粒流精制成超细高岭土颜料。
2.权利要求1的方法，其中高速离心包括使用大约1,000至大约10,000的“g”力。
3.权利要求1的方法，其中原高岭土包含至少大约75重量％的灰色高岭土。
4.权利要求1的方法，其中所述浮选将高岭土的二氧化钛含量降至低于大约1重量％。
5.权利要求1的方法，其中所述浮选包括泡沫浮选、超浮选和TREP浮选之一。
6.权利要求1的方法，进一步包括在对原高岭土进行浮选之前将高岭土除粗砂。
7.超细水合高岭土，其包含下述粒子：其中至少大约97重量％的粒子具有2微米或更小的粒度，至少大约96重量％的粒子具有1微米或更小的粒度，至少大约89重量％的粒子具有0.5微米或更小的粒度，至少大约67重量％的粒子具有0.3微米或更小的粒度，粒子的表面积为至少大约23平方米/克，且粒子亮度为至少大约91。
8.权利要求7的超细水合高岭土，其中至少大约98重量％的粒子具有2微米或更小的粒度，至少大约97重量％的粒子具有1微米或更小的粒度，至少大约90重量％的粒子具有0.5微米或更小的粒度，至少大约70重量％的粒子具有0.3微米或更小的粒度，且粒子的表面积为至少大约25平方米/克。
9.权利要求7的超细水合高岭土，其中粒子亮度大于92。
10.漆料组合物，包含：
主要量的漆料载体；和
次要量的权利要求7的超细水合高岭土。
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