CN101203375A - 用于形成颜料赝粒子的方法 - Google Patents

Abstract

本文公开一种由颜料粒子形成颜料赝粒子的方法，包括：利用气体使颜料粒子极化；以及使所述已被极化的颜料粒子集聚，以便形成颜料赝粒子。本文还公开一种颜料赝粒子，包括主要借助于某一感生水平的分子间静电吸引力而结合在一起的颜料粒子，其中所述赝粒子基本上无内部灰尘。此外，本文还公开一种用于由颜料粒子形成颜料赝粒子的设备，所述设备包括一个具有圆柱形内表面的空心容器、多个从所述内表面上向内延伸并沿所述空心容器的轴向长度定位的铲子，以及用于使颜料粒子穿过所述气体的装置。本文还公开了本发明的其它实施例。

Description

用于形成颜料赝粒子的方法

相关申请的交叉引用

本申请是2003年4月7日所提交的编号为10/407,334的美国申请的部分继续申请，该专利要求2002年4月22日所提交的编号为60/375,115美国临时申请的权益，其全部内容结合在本申请中作为参考，用于全部的目的。

技术领域

在此公开的本发明通常涉及一种由颜料粒子形成颜料赝粒子的装置和方法，以及由颜料粒子制成的颜料赝粒子。更特别地，所公开的本发明的实施例涉及使颜料粒子极化并使被极化的颜料粒子聚集，以便形成颜料赝粒子。

背景技术

二氧化钛颜料粒子、氧化铁颜料粒子、珠光颜料粒子、其它金属氧化物颜料粒子经常被用在化妆品、清洁剂、涂料、塑料以及其它产品和工业中，其中，希望向产品中添加颜色以及/或者使所需产品不透明化。这通常是通过在待染色的液体介质中强烈混合颜料球粒和/或粉末来完成的。对于颜料球粒，所期望的一些特性为颜料在整个应用系统中的分散能力、易于散装搬运、易于计量以及灰尘沾污颜料球粒的量。

为了增强在待染色介质中的分散能力，通常以精细分离的粉末形式来生产颜料，该粉末优选地由无机颜料粒子制成。这些粉末通常被喷射研磨、砂磨、锤式研磨或滚筒研磨，作为其生产过程的修整步骤，这有助于提高分散能力和光泽。然而，该领域中研磨过的颜料一般表现出较差的干燥流特性，并有极其多尘的缺点。在这些粉末的使用过程中，必须采取代价高昂的措施来减少灰尘的有害影响(比如工作场所安全性、生态问题、产品质量保证等)，从而消耗珍贵的时间、金钱和其它资源。此外，由这些粉末制成的球粒一般难于处理、储存、运输以及未经颗粒粉碎而引入到生产设备中。因而，获得良好颜料分散能力的产品往往不能提供良好的颜料稳定性，而已获得良好颜料稳定性的产品往往不能提供良好的颜料分散能力。

以往的工艺试图通过使用化学添加剂来解决这些问题中的一部分。例如，编号为4,285,984(“Pearce”)的美国专利讨论了一种工艺，其用于生产自由流动的无灰尘的颜料，该工艺包括将一种精细粉碎的蜡状合成物与一种粉末状颜料一起滚动研磨，以使蜡状物吸收该颜料，且集结的颜料包括喷雾冷却的(spray-chilled)蜡状合成物。并且，编号为4,375,520(“Pennie”)的美国专利讨论了具有固态低分子量聚合物和液态聚合物质的粒子的处理。

在处理大量粉末的过程中反复遇到的其它问题有结块、钻洞(ratholing)和桥接(bridging)。颜料稳定性对于良好的储存和运输是重要的，并期望当被储存的颜料长期经受热、湿和压力时，能够避免老化以及/或者颜料聚集成不希望的团块。加之与精细粉碎粉末相联系的关于灰尘的问题，常常期望颜料粒子形成颜料球粒。然而，颜料球粒还必须如此形成，以使它们易于在介质中分散，并且颗粒不会阻塞馈送藤(feed bines)，这会导致颜料流量减小以及其它问题。

在现有技术中已尝试解决这些问题中的一部分的技术方案。例如，编号为5,604,279(“Bernhardt”)的美国专利讨论了一种基本上由自由流动介质组成的着色剂合成物，其一种或多种着色剂精细地分散在无定形聚α烯烃中，该聚α烯烃由至少两种不同的具有至少25％重量百分比丁烯-1含量的单体组成。编号为5,199,986(“Krockert”)的美国专利讨论了一种利用无机颜料为建筑材料着色的工艺，该工艺包括向所述材料中加入呈粒化的颜料，该颗粒自由流动且无灰尘形成，其中该颜料颗粒通过后粒化(after-granulating)由喷射干燥的颗粒制成。

分散性是颜料能够均匀和均质地混合到介质中的容易程度的度量，而在介质中的分散不均会导致较大的团块，这些团块会造成结块、表面缺陷、颜色条纹、非均匀染色、以及/或者在介质中形成不完整的颜色。现有技术中的方法已试图通过颜料的表面处理来增强分散性或改善干燥流动特性，以便在颜料分散到比如涂层和/或塑料合成物中时，获得改进的性能。例如，编号为3,925,095(“Bockmann”)的美国专利讨论了一种可分散合成物，该合成物包括一种无机颜料或填充物以及羟烷基化烷撑二胺(hydroxyalkylated alkylene diamine)，而编号为4,056,402(“Guzi”)的美国专利讨论了一种颜料合成物，通过在存在非电离分散剂的条件下在水中研磨颜料，将研磨过的颜料分散物与纤维素醚混合，并从所形成的混合物中去除水分来制备。

编号为4,310,483(“Dorfel”)的美国专利讨论了一种利用添加剂和造粒辅助设备通过热滚筒粒化来生产颗粒的工艺，而编号为4,464,203的美国专利讨论了含有颜料和环氧乙烷的浓缩颜料配方。颜料还利用蜡状物、水溶液、聚合物等处理过。例如，编号为4,127,421(“Ferrill”)的美国专利讨论了一种含水浆体的形成，该浆体是由分散到易粉碎的烃树脂中的含有铬酸铅的颜料制成。此外，编号为4,762,523的美国专利讨论了混合一种通过浓缩制成的长链聚酯表面活性剂，以及添加一种基本上不挥发的液体，该液体从由矿物油和熔融蜡状物组成的群中选择。

另一种用于制作低灰尘自由流动粉末的方法可通过喷雾干燥来实现。这些产品一般表现出较差的着色特性，从而最终用户一般必须在自由流动、低灰尘、喷雾干燥、具有较差着色特性的颜料与多灰尘、研磨过的、具有较差流动特性的颜料之间作出选择。例如，编号为3,660,129(“Luginsland”)的美国专利讨论了涂敷含有水合氧化物的二氧化钛颜料，并用砂纸打磨(sanding)以及使颜料干燥。这导致具有高比例精细粒子的较小粒子尺寸，这些精细粒子并不是直接可用的球粒。而且，这种疏水的喷雾干燥后处理会产生具有某种良好流动特性的粒子，但会形成特别大量的灰尘。

其它关于喷雾干燥的专利包括以上讨论的Krockert的专利，以及编号为4,810,305(“Braun”)的美国专利和编号为5,035,748(“Burrow”)的美国专利，两者均讨论了有机硅氧烷的使用。此外，编号为5,733,365(“Halko”)的美国专利讨论了无机颜料的含水研磨(aqneous milling)、表面处理和喷雾干燥，编号为6,132,505的美国专利讨论了喷雾干燥和结块，而编号为5,908,498(“Kauffman”)的美国专利讨论了形成颜料与水的分散浆体，研磨该浆体，并在所述浆状的、已研磨过的颜料上沉积一种精制剂(treating agent)。

现有技术的各种方法和产品在其它性能提高的同时，在颜料所需的至少一种特性方面有缺陷。现有技术未能解决形成一种颜料球粒的问题，该颜料球粒应同时拥有极易粉碎、高度可分散性、流畅地排出、能够减轻桥接和钻孔、基本上无灰尘、易于计量、高度致密(dense)且耐压实的特性。

颜料粒子，比如二氧化钛，由于颜料的高粘结性，一般具有有害的结块特性，这些粒子在运输和存储时的运动过程中紧密地结块和结团。然而在使用中，二氧化钛形成精细粉末或灰尘，这些粉末或灰尘散布在空气中并进一步粘附到周围区域中。任何灰尘的减少都有着重要的健康益处，以及其它涉及国家职业安全与健康学会(NOSH)、劳动部和/或环境保护局所关注的益处。当这些团块被混入粉末涂层和塑料应用中时，还会有光学特性的损失。

在此公开的本发明的实施例利用静电学在颜料粒子之间产生吸引性结合力，克服了现有技术中存在的缺点。所公开的发明实施例拥有所需的着色特性，而不包含添加剂，且无需干燥喷雾。

发明内容

在此公开的是一种由颜料粒子形成颜料赝粒子的方法。该方法包括利用一种或多种气体使颜料粒子极化，并使所述已被极化的颜料粒子集聚，以便形成颜料赝粒子。在优选的实施例中，术语“集聚”在此用于指粒子尺寸的增大过程。小的精细粒子聚集成为用作最终产品的粒子团，其中所述团优选地大致为球形。术语“颜料赝粒子”在此用于指易粉碎的颜料粒子团，且颜料赝粒子特征在于具有比未集聚颜料粒子(比如粉末)集合体更高的密度。颜料赝粒子与传统球粒在两者都由大量粒子组成这方面是相似的。

颜料粒子优选地包括二氧化钛粒子，然而颜料粒子可由任意合适的粒子组成，非限制性地举例来说，包括合适的金属氧化物粒子。在本发明的优选实施例中，“颜料粒子”在本质上为微粒，在使用中不挥发，并/或典型地被称为惰性组分、填料、增补剂等。

术语“极化”，“被极化的”等一般指分子(和/或微粒)电荷密度大小和/或空间定位的变化，从而产生(1)分子(和/或粒子)带有更多负电荷的部分，以及(2)分子(和/或粒子)带有更多正电荷的部分。在优选的实施例中，被极化的颜料粒子在电荷上有足够大的变化，以便增加颜料粒子分子之间的范德瓦尔斯(van der Waal)结合力。在某些方面中，极化颜料粒子包括在每个颜料粒子中产生一个至少临时的偶极子。在某些方面中，极化颜料粒子包括使少于全部的颜料粒子分子极化。在某些实施例中，优选地通过从气体中去除电子来使颜料粒子带电。

该方法优选地包括使颜料粒子穿过位于空心容器内的气流。在优选的实施例中，该气流在颜料粒子之间穿过之后，还从颜料粒子中带走多余的热量。优选地，该气流的特点在于气流将带走不多于可忽略数量的颜料粒子。

在某些实施例中，使所述被极化过的颜料粒子集聚以形成颜料赝粒子，该过程包括在一堆被极化过的颜料粒子上沉积一部分被极化过的颜料粒子，所述堆具有一个大于所述堆放置角度的倾角。“放置角度”是指放置在一个平面上的颜料粒子能够保持静止时所述平面的最大倾角。在某些实施例中，颜料粒子集聚成大致的球形，其中每个形状优选地具有介于大约0.1毫米与大约5.0毫米之间的直径。使颜料粒子集聚优选地包括使所述颜料粒子集结。在某些方面中，当粒子通过气体坠落后着地时发生撞击固结。

在某些实施例中，颜料粒子被除去气体。优选地通过沿轴向转动一个具有内圆柱面的空心容器而使颜料粒子集聚，该容器容纳着所述被极化过的颜料粒子，从而导致所述被极化过的颜料粒子的反复崩坍(avalanching)。在某些方面中，所述空心容器的入口进料被振动，以除去颜料粒子中的气体，其中所述振动优选地处在介于大约60振次/分钟与大约20,000振次/分钟之间的频率。

由颜料粒子形成颜料赝粒子的方法优选地在电隔离条件下，在介于大约0摄氏度与大约100摄氏度之间的温度下，在介于大约0.25分钟与大约15分钟之间的持续时间内反复进行。在某些实施例中，例如通过向颜料赝粒子的表面上涂敷一层化学添加剂来对颜料赝粒子后处理。本发明的实施例包括根据由颜料粒子形成颜料赝粒子的方法所制成的颜料赝粒子、包括所述颜料赝粒子的涂料配方、以及/或者包括所述颜料赝粒子的母料(masterbatch)。

本文还公开一种由二氧化钛粒子形成颜料赝粒子的方法。该方法包括使颜料粒子流穿过位于空心容器内的气体，从而在颜料粒子之间产生吸引性静电力。该方法还包括在流动发生时，沿轴向转动空心容器，从而导致被极化过的颜料粒子的反复崩坍，所述被极化过的颜料粒子连同所述静电力一起使带电颜料粒子集聚成颜料赝粒子。该方法优选地还包括在流动发生时，沿轴向转动该空心容器，从而导致安装在空心管内表面上的一个铲子铲起一部分颜料粒子，轴向地携带该部分，并将该部分分配到流动中。该方法优选地还包括振动所述空心容器的入口进料，以便除去颜料粒子中的气体。在某些方面中，本发明的实施例包括根据本方法所制成的颜料赝粒子。

本发明的优选实施例包括一种颜料赝粒子，所述颜料赝粒子包括主要借助于某一感生水平(induced level)的分子间静电吸引力而结合在一起的颜料粒子，其中所述颜料赝粒子基本上无内部灰尘。其他的实施例包括一种基本上由颜料粒子组成的颜料赝粒子，所述颜料粒子借助于某一感生水平的分子间静电吸引力而结合在一起。在某些实施例中，本发明包括一种后处理过的颜料赝粒子，包括基本上由颜料粒子组成的颜料赝粒子，所述颜料粒子借助于某一感生水平的分子间静电吸引力而结合在一起，其中所述颜料赝粒子的至少一部分表面利用化学药品后处理过。

本文还公开一种由颜料粒子产生颜料赝粒子的方法，包括提供一个具有圆柱形内表面的倾斜空心容器、一个较高的入口端和一个较低的出口端，并提供多个铲子，所述铲子从圆柱形内表面上向内延伸并沿所述倾斜空心容器的轴向长度定位。在优选实施例中，颜料粒子定位在靠近入口端的圆柱形内表面的一部分上，并且一种或多种气流沿朝着较低的出口端方向穿过所述倾斜空心容器。所述倾斜空心容器被转动，以便利用所述铲子铲起颜料粒子，并通过沿轴向转动所述倾斜空心容器使颜料粒子由所述铲子来分配，从而使颜料粒子朝向更靠近内表面的圆柱形内表面的一部分坠落，同时被气体极化。倾斜空心容器还沿轴向转动，以使颜料粒子崩坍，从而使所述颜料粒子集聚成为颜料赝粒子。

本发明优选地包括用于由颜料粒子产生颜料赝粒子的设备，所述设备包括用于使颜料粒子极化的装置以及用于使被极化的颜料粒子集聚成颜料赝粒子的装置。所述设备优选地还包括用于去除颜料粒子中气体的装置。

本文还公开一种用于由颜料粒子产生颜料赝粒子的设备，包括一个空心容器、多个铲子和鼓风装置。该空心容器优选地具有内圆柱形表面、入口端和出口端，并适于以倾斜位置来定位，使入口端较高而出口端较低。多个铲子从所述内表面上向内延伸并沿所述空心容器的轴向长度定位，且所述鼓风装置用于使气流沿朝着出口端的方向穿过空心容器。该设备的优选实施例还包括用于振动空心容器的振动装置，从而去除颜料粒子中气体。该设备优选地包括一个装置，用于使内圆柱表面与颜料粒子和被极化的颜料粒子的至少其中之一之间的粘合力最小化。

使被极化的颜料粒子集聚成颜料赝粒子有很多益处。非限制性地举例来说，这些益处包括增加的容积密度(bulk density)、减小的包装尺寸和要求、更好的流动性、更少的结块和结团、更好的流量控制、更少的灰尘、组分均匀性、一致的尺寸和形状、易于计量、更好的可分配性(甚至在存储期间暴露于高温和高湿之后)、一致的产品性能以及更少的内部和表面灰尘。

本发明的这些以及其它特征和目的将通过以下优选实施例的详细描述而更完全地被理解，这些实施例应当参照附图来阅读。

附图说明

附图被结合并构成本说明书的一部分，示出了本发明的实施例，这些附图连同说明书一起用于阐明本发明的原理。在附图中：

图1是一个流程图，示出了利用旋转圆柱集聚器的工艺的一个实施例；

图2是一个右视横剖面图，示出了旋转圆柱集聚器的一个实施例；

图3是一个左视横剖面图，示出了旋转圆柱集聚器的另一个实施例；

图4a是一个沿图3中线A-A剖切的前视横剖面图，示出了图3中旋转圆柱集聚器的实施例；

图4b是一个沿图3中线A-A剖切的前视放大横剖面图，示出了图3中旋转圆柱集聚器的实施例；

图5a是一个顶视图，示出了一个桨片的实施例；

图5b是一个前视图，示出了图5a所示桨片的实施例；且

图6是一个前视横剖面图，示出了利用旋转圆柱集聚器的方法的一个实施例。

具体实施方式

在描述附图所示本发明优选实施例的过程中，为清晰起见，将使用特定的术语。然而，本发明并不旨在局限于如此选择的特定术语，而应当理解为，每个特定术语包括所有技术上等价的事物，这些等价的事物以类似的方式工作，以实现类似的目的。

优选的处理单元，在此被称为旋转圆柱集聚器，并一般地以150来表示，被设计用于在存在较小自然通风的条件下使粉末化的二氧化钛粒子集聚，该通风气流具有静电荷。该旋转圆柱集聚器利用吸引性范德瓦尔斯力来优选地使全部二氧化钛粒子集聚成人造粒子，该人造粒子优选地特征为球形赝粒子。

为了更好地理解优选的制造商链，主要地参照图1，该图示出了利用旋转圆柱集聚器150的示例性制造工艺的一个实施例。研磨机110用于形成一种包括颜料粒子(比如二氧化钛粒子)的粉末，然后该粉末被存储在进料斗120中。然后通过接合进料阀130，将颜料粒子供给到保持着所需进料速率的旋转圆柱集聚器150中。

下面将进一步详细讨论的旋转圆柱集聚器150将所供给的颜料粒子集聚成较大的赝粒子，该赝粒子利用吸引性范德瓦尔斯力结合在一起。可使用机械结合(比如压缩)和/或化学结合(比如添加剂)，但并不是必需的。下面将讨论的集聚工艺的一部分是旋转圆柱集聚器150进料口的振动，用于去除颜料粒子中的气体。为此目的，压缩机140将干空气供给到旋转圆柱集聚器150的进料口，用于操作该振动机构，该振动机构去除旋转圆柱集聚器150和/或加料口205上颜料粒子中的气体。当颜料粒子集聚成颜料赝粒子后，颜料赝粒子被传输到包装柜160，颜料赝粒子在该包装柜160中被包装以便运输。

主要地参照图2，该图示出了旋转圆柱集聚器的一个示例性实施例，并一般地表示为150a。加料口205以由进料阀130控制的速率传送来自进料斗120的颜料粒子。旋转圆柱集聚器150a包括一个倾斜空心容器210，用于接收来自加料口205的颜料粒子，并绕其中心轴线转动。旋转圆柱集聚器150a优选地以倾角α倾斜，该倾角α优选地小于与水平面呈20°夹角。倾斜空心容器210的内表面含有壁架(ledge)215。从而，当颜料粒子被供给到倾斜空心容器210中时，所述转动导致壁架215举起部分颜料粒子。当倾斜空心容器210继续转动时，由于重力的自然结果，颜料粒子从壁架处分配，并穿过空气坠落在其它颜料粒子上。

如图所示，壁架具有凹形曲面，这增加了铲起颜料粒子的效率，同时增加了颜料在从壁架上被配送时颜料被分散的程度。空气将颜料粒子极化，且被极化的颜料粒子通过倾斜空心容器210的进一步转动而集聚，从而形成颜料赝粒子，比如颜料球粒。这些赝粒子从倾斜空心容器210的出口220排出。

主要参照图3-图5，旋转圆柱集聚器的另一示例性实施例一般地表示为150b，现在将被详细讨论。使用旋转圆柱集聚器150的方法将主要参照图6来讨论。

主要地参照图3，旋转圆柱集聚器150b包括一空心容器，该容器优选地具有一内圆柱表面，且更优选地具有大致圆柱的形状。该空心容器一般地表示为335，并可为任意恰当长度和单一或模块式设计。然而，该空心容器335优选地为模块式，且图示为包括四区段处理管，在此标记为第一区段处理管335a、第二区段处理管335b、第三区段处理管335c和第四区段处理管335d。空心容器335能够绕其中心纵向轴线转动。所述处理管优选地通过法兰325彼此安装到一起。

旋转圆柱集聚器150b在一端上具有一进料口360和一进给锥轮(feed cone)355，用于将来自进料斗120的颜料粒子接收到第一区段处理管335a中。旋转圆柱集聚器150b在其另一端上具有排放口385，用于排出来自第四区段处理管335d的颜料赝粒子。空心容器335优选地相对于水平面成一定角度(在图3至图5中未示出)。空心容器335的倾角优选地等于高达大约10°，且更优选地大约为7°。当倾斜时，具有进料口360和进给锥轮355的那一端高于具有排放口385的那一端。该倾角可改变，以便增强颜料粒子在旋转圆柱集聚器150b中的传输或者延长在旋转圆柱集聚器150b中的停留时间。

继续主要地参照图3，旋转圆柱集聚器150b的空心容器被连接到驱动装置305，该驱动装置305优选地为一变速齿轮减速器驱动器，从而促使空心容器335转动。驱动装置305通过连接装置310驱动空心容器旋转，该连接装置310优选地为一柔性驱动连接。在优选实施例中，驱动装置305通过驱动盘315和320以及法兰325连接到第四区段处理管335d。旋转圆柱集聚器150b优选地包括框架365，该框架365将空心容器335支撑在耳轴(trunnions)370上，以易于空心容器的转动。撞击器330也被连接在空心容器335上，用于产生振动。这有助于使得内圆柱表面与颜料粒子和被极化的颜料粒子至少其中之一之间的任何粘结得以最小化。在某种程度上，颜料粒子粘结到内圆柱表面，由撞击器造成的振动有助于防止粒子粘结到内圆柱表面上。

主要地参照图4a和图4b，空心容器335的内部结构优选地包含多个桨片375。每个桨片375从所述内圆柱表面向内延伸，并优选地成组地聚集在一起(图中示出了三组桨片375)。每组桨片375优选地大致呈螺旋状沿内圆柱表面布置。空心容器335的内部结构优选地还包含推杆(lifters)380，用于促动撞击器330。推杆380借助于空心容器335的转动来触发，并绕空心容器335的圆周间隔地交错排列。因而，撞击动作是连续的(只要转动是连续的)和周期性的(依赖于推杆之间的间隔)。推杆380和撞击器330优选地为气动的，利用由压缩机供给的干空气来工作，优选地利用压缩机140(示于图1)，该压缩机140还向旋转圆柱集聚器150的加料口205供给干空气，以便操作振动机构，该振动机构用于去除颜料粒子中的气体。

现在将主要参照图5a和5b来讨论桨片375的优选实施例。从顶视图看，图5a显示出，桨片端部的曲率与桨片375的宽度w相关，其中半径R1优选地等于桨片375宽度w的一半。从前视图中看，图5b显示出，桨片长度的曲率与桨片375从一端到另一端的线段l成比例。曲率半径R2优选地通过测量与一个等边三角形最远点的距离来确定，该等边三角形具有线段l作为该三角形的一条边。因此，在优选实施例中，曲率半径等于线段l。

任意给定桨片375的结构形状被精心设计，以使当桨片375配送颜料粒子时，使得颜料粒子之间的空气量最大化。在内圆柱表面的转动过程中(比如在空心容器335的转动过程中)，桨片375将铲起颜料粒子，然后当继续转动且桨片375相对于地面的角度增加时，配送颜料粒子。当空心容器335发生转动时，桨片375相对于地面的角度增加，且重力开始将颜料粒子向下拖离桨片375。桨片375似铲的几何形状利用与颜料粒子相关的放置角度，使得在桨片375相对于地面的角度变化时，有更多颜料粒子更长时间地与桨片375在一起。

空心容器335的内圆柱表面和桨片375优选地由不锈钢构成，以便不污染颜料赝粒子。可使用较低级别的材料，例如钢，其中铁的污染或接触不会造成显著的后果。

现将主要参照图6来讨论利用旋转圆柱集聚器150b的方法的优选实施例。颜料粒子，优选地为二氧化钛，经由进料口360被供给到空心容器335中。在优选实施例中，还使自然通风605在进料口360处或其附近进入空心容器335，并经由排放口385离开。在优选实施例中，该通风是通过伴随一股热空气流将颜料粒子供给到进料口360中而产生的。颜料粒子借助于进给锥轮360和旋转圆柱集聚器150的倾斜被向前推进。

然后颜料粒子在空心容器335内进行极化和集聚，其中形成一种颜料粒子的运动，该运动对于粒子尺寸的增大是理想的。颜料粒子被桨片375举起，然后被配送到气体(例如空气)中，以便泻落和合并。当颜料粒子向下泻落时，颜料粒子优选地穿过空气自然通风605，从而被冷却，并且因而在某些情况下使颜料粒子带有电荷。通风605具有降低颜料粒子温度的效果。在某些方面中，当粒子在穿过气体坠落后着地时发生撞击固结。

桨片375的几何形状可促进在空心容器335内下降的颜料粒子的随机运动。当颜料粒子穿过空气坠落时，颜料粒子中分子的电子密度改变，从而在分子中以及颜料粒子中产生偶极子。每个分子中偶极子的存在引起颜料粒子之间升高的范德瓦尔斯吸引力。本发明的实施例并不要求颜料粒子利用粘合剂或其它化学药品来喷射。相反，桨片375的实施例优选地根据颜料粒子放置角度来设计。桨片375的弯曲端增强了颜料粒子下落之前在离开点处的分配。此外，桨片375呈大致螺旋形安装在空心容器335的内圆柱表面上，以便在沿轴向转动时，提供一个连续均匀的二氧化钛粒子(或其它颜料粒子)的下落帘幕。

桨片375的几何形状增大了表面积和直接暴露于气体(比如空气)的颜料粒子数量，从而增加了由气体极化的颜料粒子数量，颜料粒子穿过该气体而运动。这类似于穿过大气而下落的雨水，从而增强了存在于二氧化钛或其它颜料粒子中原已存在的自然静电吸引力。分子电荷分布的极化最终导致粒子的合并。

被极化的颜料粒子下落到其它颜料粒子的堆层上，包括已被极化的颜料粒子和/或尚待极化的颜料粒子。这种与堆垫的接触影响着并有助于粉末的固化。当内圆柱表面转动时，所述堆层爬上内圆柱表面的侧壁，最终跌落在其上。这种崩坍和“滚雪球”具有集聚已被极化的颜料粒子、以便无需使用压缩，即可形成光滑的、大致呈球形的颜料赝粒子的效果。翻滚生长、崩坍和/或滚雪球是集聚方法之一。在翻滚生长集聚过程中，小的粒子不规则地运动，并随机地在材料床层中碰撞，这导致它们由于吸引性范德瓦尔斯力而彼此粘结到一起，该范德瓦尔斯力是颜料粒子所具有的(特别是在粒子尺寸小于1微米时)。旋转圆柱集聚器150设计用于这种集聚和致密化(densification)工艺。

颜料赝粒子结构的一些方面还依赖于若干其它因素，包括影响堆层密度的除气量、给予堆层的高度、结合机构、处理时间等。已被除气的颜料粒子堆层，比如在旋转圆柱集聚器150中已被除气的堆层，产生更为致密的、更少孔隙的颜料赝粒子，这是因为已附接于其它粒子表面上的粒子或被再撕破，或移动到该工艺接触部分表面的另一位置。在某些实施例中，一旦形成颜料赝粒子核，当另外的颜料粒子再依附到所述表面上时，颜料赝粒子继续生长，从而继续形成集聚体。

在某些实施例中，向旋转圆柱集聚器150施加振动，以便减轻在内部零件上的粒子聚集。壁上的粒子聚集得以消除，并通过撞击器330来实现进一步的致密化，该撞击器330是通过转动推杆380来促动的，从而传递振动能量，以使任何初始的聚集物坠落，并从而振动干燥颜料中所带走的空气。

颜料赝粒子由旋转圆柱集聚器150的排放口385排出。所产生的赝粒子优选地为+12至+100粒度的不坚固的圆形光滑珠粒，且外观上与精制食盐或砂糖相似。

优选的颜料赝粒子特征在于以下事实：组成的颜料粒子主要借助于某一感生水平的分子间静电吸引力而结合在一起，且颜料赝粒子基本上无内部灰尘。赝粒子的优选实施例基本上由借助于某一感生水平的分子间静电吸引力而结合在一起的颜料粒子组成，仅有可忽略数量的灰尘存在。

所述结合优选地为范德瓦尔斯结合，该结合由每个颜料粒子中至少临时的偶极子-偶极子状态所产生，这种结合是由带静电气体的存在引起的。范德瓦尔斯结合典型地是在分子中原子的电子配置失去其对称电子配置时产生的。这使分子以及分子的整个颜料粒子极化。优选地，与自然发生的极化量相比，更多颜料粒子被极化。当颜料粒子穿过气体坠落时，颜料粒子可从气体中除去电子，从而使颜料粒子带电。

颜料赝粒子优选地可顺畅排出、低灰尘，具有更高的容积密度并易于分散；在存储过程中仅有可忽略数量的(如果确实有的话)钻洞、桥接、结团或固体压实。这不同于在本领域中通常的事实，即构成颜料赝粒子的颜料粒子预先通过例如研磨(比如研磨机110)、喷射研磨、砂磨、锤磨等进行微粉化。颜料赝粒子的优选实施例可用于为食品、化妆品、洗涤剂、涂料和塑料、墨水、弹性体、水泥、飞灰、粉末化食品、水泥、化妆品、聚四氟乙烯、粉末、滑石粉、粘土以及其它需要染色的恰当介质着色。

颜料赝粒子优选地具有比颜料粒子更大的容积密度(优选地大约大20％)和更低散装体积，从而降低了包装要求。在这方面，使用颜料赝粒子而不使用粉末化颜料粒子，可在包装中存储更多的颜料，从而提供了成本的节省，同时不存在常规颜料球粒通常所具有的分散性问题。颜料赝粒子优选地具有确定的形状，并特别适于与计量和进料装置一起使用。

如上所述，颜料赝粒子的优选实施例基本上由颜料粒子组成。不需要化学药品来将颜料粒子结合在一起。因而，最终产品(例如颜料赝粒子)优选地不是合成物或其它化学药品混合物，且并不具有化学粘合颜料球粒合成物所常见的特有的硬度和较低的分散能力。优选的赝粒子为光滑的、圆形、均匀集聚的颜料，具有较高的容积密度、更低的灰尘生成量，较高的自由流动能力和分散能力。圆形形状极大地提高了流动能力，并减少或消除了处理过程中的微细粉末或灰尘的生成，并抵抗存储和运输过程中的压实、结块和老化。

主要由于圆形形状和范德瓦尔斯力的利用，优选的颜料赝粒子在形成后具有最小的相互粘结力。因而，当优选的颜料赝粒子达到它们的最终尺寸时，不存在与其它较大粒子的显著吸引力。然而，由于不存在机械或化学结合，优选的颜料赝粒子保持着极高的易碎性和良好分散性的有益特征。更高的密度还意味着，例如，在相同重量的基础上，与常规未处理的颜料相比，颜料赝粒子占用更少的体积和更小的包装。

对比性例子

已经进行了某些试验尝试，并在下文中描述了对比性例子，显示出本发明实施例的效果。流量是通过测量从一个具有60°圆锥基部的圆柱形空心容器(容积50或100gm)经由一个确定孔(一般为10mm)以秒计量的排干时间来确定的。灰尘值是与粉末重量相比较的重量来评估的。粉末或球粒的灰尘特性可用Heubach Dustmeter来测量。从滚筒排出的精细灰尘是在玻璃纤维过滤器上利用重量分析来确定的，空气流以限定的速率流过该滚筒。通过在不同的暴露时间后进行测量，可将灰尘生成的分布绘制成机械载荷的函数。灰尘值是与粉末重量相比较的重量来衡量的。还以比较的方式，采用在容器之间传递时灰尘的视觉观察。通过Brabender Extruder和进入该聚合物膜的分散性比较与未经处理的编码标准颜料(code standard)一致。

对比性例子1

按重量计100份(parts)精细研磨的红色氧化铁颜料与按丙二醇的总重量计0.5至1.5份相同的种子颜料相混合。混合物被放置在旋转圆柱集聚器150的一个实施例中并混合。继续进行该过程，在大约0.10-15分钟内出现完全的赝粒子形成物，并得到顺畅排出的产品。

被处理过的颜料的容积密度增加大约36％。放置角度从55.6°下降到41.6°，下降了25％。被处理过的粉末的流速从0.8克/秒增加到5.0克/秒。介于4至6psi之间的48小时压缩试验导致当从旋转圆柱集聚器150中喷出时排出完全粉碎的颜料。未经处理的颜料是一种坚硬的单一物质，即使在喷出时也不破裂。可用的灰尘降低约60％。

对比性例子2

按重量计100份精细研磨的黑色氧化铁颜料与按聚二甲基硅氧烷的总重量计0.5至1份相同的种子颜料相混合。混合物在旋转圆柱集聚器150的实施例中进行混合。继续进行该过程，在大约0.25-15分钟内完成赝粒子的形成，并得到顺畅排出的产品。

被处理过的颜料的容积密度增加大约29％。放置角度从55.6°下降到38°，下降了32％。被处理过的粉末的流速从0.8克/秒增加到5.0克/秒。介于4至6psi之间的48小时压缩试验导致当从旋转圆柱集聚器150中喷出时排出完全粉碎的颜料。未经处理的颜料是一种坚硬的单一物质，即使在喷出时也不破裂。灰尘量降低约55％。

对比性例子3

按重量计100份通用级金红石二氧化钛在某温度下(attemperature)被混合到旋转圆柱集聚器150的一个实施例中。继续进行处理，在大约0.25-15分钟内完成赝粒子的形成，并得到顺畅排出的产品。

被处理过的颜料的容积密度增加大约15％。放置角度从52°下降到38.6°，下降了约26％。被处理过的颜料的流速从1.6克/秒增加到6.2克/秒。介于4至5psi之间的48小时压缩试验导致当从旋转圆柱集聚器150中喷出时排出完全粉碎的颜料。未经处理的颜料是一种坚硬的单一物质，即使在喷出时也不破裂。灰尘量降低约70％，且在汉克门细度计(Hegman scale)上的涂料分散性对比与未处理过的编码标准一致。

对比性例子4

按重量计100份疏水性塑料级金红石二氧化钛在某温度下被混合到旋转圆柱集聚器150的一个实施例中。继续进行处理，在大约0.1-15分钟内完成赝粒子的形成，并得到顺畅排出的产品。

被处理过的颜料的容积密度增加大约16％。放置角度从50.5°下降到38.3°，下降了约27％。被处理过的颜料的流速从1.9克/秒增加到8.3克/秒。介于4至5psi之间的48小时压缩试验导致当从旋转圆柱集聚器150中喷出时排出完全粉碎的颜料。未经处理的颜料是一种坚硬的单一物质，即使在喷出时也不破裂。灰尘量降低约80％。

根据本发明的优选实施例，顺畅排出的颜料赝粒子由球形人工粒子组成，该颜料赝粒子优选地为至少大约90％重量比的颜料粒子和高达99.9+％重量比的颜料粒子。所述赝粒子优选地用于要求低灰尘、良好材料流动性以及精确计量或供给特性的水性和/或非水性系统的染色。

二氧化钛粒子是优选的颜料粒子。举例来说，可进行所述工艺以提供赝粒子的二氧化钛粒子包括但不局限于任何适于表面涂敷(例如涂料)和/或塑料工业的白色或有色、乳浊化(opcifying)或非乳浊化的粒子颜料(或矿物颜料)。用于本发明工艺的二氧化钛颜料可为锐钛矿或金红石晶体结构或它们的组合。颜料可通过已知的商业工艺来生产，那些工艺对那些本领域中的技术人员来说很熟悉，但那些工艺并不构成本发明的任何部分。众所周知的硫酸化工艺或众所周知的四氯化钛气相氧化工艺可生产所述特定颜料。

由于二氧化钛粒子分子具有极强内聚性的事实，因此特别需要二氧化钛粒子，其内聚性是由高静电荷、粒子的两极倾向以及在极小粒子尺寸条件下存在的高范德瓦耳斯力造成的。这些二氧化钛粒子可包括锐钛矿和金红石晶体形式。除了利用二氧化钛粒子之外，还可利用其它颜料粒子，优选地其它无机氧化物颜料例如氧化铝、氧化镁和氧化锆。在某些实施例中，颜料粒子优选地平均直径小于大约1微米，且在某些实施例中，颜料粒子和/或种子粒子具有大约0.01至大约5.0微米的平均粒子尺寸。在某些实施例中，赝粒子优选地为直径大约0.01毫米的球形集聚物，而在其它实施例中，赝粒子优选地直径大约为0.1毫米至大约4毫米。

旋转圆柱集聚器150的实施例被特别地设计和优化，用于连续地处理二氧化钛粒子和其它颜料粒子，非限制性地举例来说，这些颜料粒子包括白色乳浊化颜料，比如碱性碳酸铅白、碱性硫酸铅白、碱性硅酸铅白、硫化锌、氧化锌、硫化锌和硫酸钡的复合颜料、氧化锑等等，白色体质颜料，比如碳酸钙、硫酸钙、陶瓷和高岭土、云母、硅藻土，以及着色颜料，比如氧化铁、氧化铅、硫酸镉、硒化镉、铬酸铅、铬酸锌、钛酸镍、三氧化二铬等等。

在某些实施例中，可通过向颜料赝粒子施加标准的表面处理来处理或涂敷颜料粒子。在某些实施例中，赝粒子的表面利用比如一种或多种金属氧化物或氢氧化物来后处理。非限制性地举例来说，这包括铝、锑、铍、铈、铪、铅、镁、铌、硅、钽、钛、锡、锌以及/或锆。二氧化钛或其它无机氧化物颜料可包含通过任意合适方法引进的铝，这些方法包括钛(或其它金属)卤化物的共氧化，以及作为氯化法中的铝，或者在硫酸盐工艺中煅烧之前添加铝的化合物。

尽管以上已经描述了根据本发明形成颜料赝粒子的装置和方法，用于说明本发明被有利地使用的方式，应当认为本发明并不局限于此。相应地，本领域技术人员所能想到的任何和所有修改、变型或等价装置应被认为属于如所附权利要求中所确定的本发明的范围之内。

Claims (63)

1.一种由颜料粒子形成颜料赝粒子的方法，包括：

利用气体使颜料粒子极化；以及

使所述已被极化的颜料粒子集聚，以便形成颜料赝粒子。

2.根据权利要求1的方法，其中使颜料粒子极化包括使二氧化钛粒子极化，集聚包括使所述极化的二氧化钛粒子集聚。

3.根据权利要求1的方法，其中极化包括将所述颜料粒子分散到气体中。

4.根据权利要求1所述的方法，其中使颜料粒子极化包括在每个颜料粒子中产生至少临时的偶极子。

5.根据权利要求1的方法，其中极化包括使每个颜料粒子中足够的分子极化，以便在所述颜料粒子之间产生增加的范德瓦尔斯的结合。

6.根据权利要求5的方法，其中极化所述颜料粒子包括使少于全部的颜料粒子分子极化。

7.根据权利要求1的方法，其中通过气体来使所述颜料粒子的至少一部分带电。

8.根据权利要求1的方法，包括使所述颜料粒子穿过所述气体。

9.根据权利要求8的方法，其中所述穿过步骤包括提供经过所述颜料粒子的气流。

10.根据权利要求8的方法，包括带走气流中多余的热量。

11.根据权利要求8的方法，包括带走气流中仅仅可忽略数量的颜料粒子。

12.根据权利要求1的方法，其中集聚包括在被极化的颜料粒子堆层上沉积一部分被极化的颜料粒子，所述堆层具有大于所述堆层放置角度的倾角。

13.根据权利要求1的方法，其中集聚包括使所述被极化的颜料粒子集聚成大致为球形的颜料赝粒子。

14.根据权利要求1的方法，其中集聚包括使所述被极化的颜料粒子集聚成大致为球形的颜料赝粒子，其中每个颜料赝粒子具有介于大约0.1毫米与大约5.0毫米之间的直径。

15.根据权利要求1的方法，其中集聚包括集结。

16.根据权利要求1的方法，包括除去所述颜料粒子中的气体。

17.根据权利要求1的方法，其中集聚包括沿轴向转动具有圆柱形内表面的容纳着所述被极化的颜料粒子的空心容器，从而导致所述被极化的颜料粒子的反复崩坍。

18.根据权利要求17的方法，其中包括振动所述空心容器的加料口，以除去所述颜料粒子中的气体。

19.根据权利要求18的方法，其中振动包括在介于大约60振次/分钟与大约20,000振次/分钟之间的振动频率振动加料口。

20.根据权利要求17的方法，包括振动所述空心容器以使所述内圆柱表面与颜料粒子和被极化的颜料粒子至少其中之一之间的粘合力减小。

21.根据权利要求1的方法，其中所述方法在电隔离条件下进行。

22.根据权利要求1的方法，其中所述方法在介于大约0摄氏度与大约100摄氏度之间的温度下进行。

23.根据权利要求1的方法，其中所述方法在介于大约0.25分钟与大约15分钟之间的持续时间内进行。

24.根据权利要求1的方法，包括对所述颜料赝粒子进行后处理。

25.根据权利要求24的方法，其中后处理包括向所述颜料赝粒子的表面上涂敷一层化学添加剂。

26.根据权利要求1的方法所制成的颜料赝粒子。

27.一种涂料配方，包括根据权利要求1所述的方法制造的所述颜料赝粒子。

28.一种母料，包括根据权利要求1所述的方法制造的所述颜料赝粒子。

29.一种由二氧化钛粒子形成颜料赝粒子的方法，包括：

提供一个中空容器，所述容器具有圆柱形内表面，并容纳有颜料粒子；

提供多个桨片，所述桨片从所述圆柱形内表面向内延伸；

使气流穿过所述圆柱形内表面；

沿轴向旋转所述圆柱形内表面，从而导致所述多个桨片提升一部分颜料粒子；

沿轴向旋转所述圆柱形内表面，从而使所述多个桨片配送所述被配送部分的所述颜料粒子，所述颜料粒子被气体极化并落在所述颜料粒子堆层上；并且

沿轴向旋转所述圆柱形内表面，从而导致被极化的颜料粒子的反复崩坍，将所述被极化的颜料粒子集聚成颜料赝粒子。

30.根据权利要求29的方法，其中提供所述多个桨片的步骤包括提供多个沿所述圆柱形内表面呈基本螺旋状排列的桨片。

31.根据权利要求29的方法，包括振动所述空心容器的加料口，以除去所述颜料粒子中的气体。

32.根据权利要求29的方法制造的颜料赝粒子。

33.一种颜料赝粒子，包括主要通过某一感生水平的分子间静电吸引力而结合在一起的颜料粒子，其中所述赝粒子基本上无灰尘。

34.一种颜料赝粒子，基本上由颜料粒子组成，所述颜料粒子通过某一感生水平的分子间静电吸引力而结合在一起。

35.一种后处理的颜料赝粒子，包括：

基本上由颜料粒子组成的颜料赝粒子，所述颜料粒子通过某一感生水平的分子间静电吸引力而结合在一起；

其中所述颜料赝粒子的至少一部分表面利用化学药品进行后处理。

36.一种由颜料粒子形成颜料赝粒子的方法，包括：

提供具有圆柱形内表面的倾斜空心容器、较高的入口端和较低的出口端；

提供多个桨片，所述桨片从所述圆柱形内表面上向内延伸并沿所述倾斜空心容器的轴向长度呈螺旋状排列来定位；

将所述颜料粒子在所述较高的入口端引入到所述倾斜空心容器；

使气流沿着朝向较低出口端的方向穿过所述倾斜空心容器；

通过沿轴向转动所述圆柱形内表面，利用所述桨片提起所述颜料粒子；

通过沿轴向转动所述圆柱形内表面，由所述桨片配送颜料粒子，从而使所述颜料粒子穿过气流朝向靠近出口端的圆柱形内表面的一部分坠落，而同时被所述气体极化；并且

通过沿轴向转动所述圆柱形内表面，使所述极化的颜料粒子集结成颜料赝粒子。

37.根据权利要求36的方法制造的颜料赝粒子。

38.一种用于由颜料粒子形成颜料赝粒子的设备，包括：

利用气体使所述颜料粒子极化的装置；以及

用于使被极化的颜料粒子集聚成颜料赝粒子的装置。

39.根据权利要求38的设备，包括用于去除颜料粒子中气体的装置。

40.根据权利要求38的设备，包括用于使圆柱形内表面与所述颜料粒子和所述被极化的颜料粒子至少其中之一之间的粘合力最小化的装置。

41.一种用于由颜料粒子形成颜料赝粒子的设备，包括：

空心容器，所述空心容器具有圆柱形内表面、入口端和出口端，其中所述空心容器适于倾斜定位，该倾斜定位使入口端较高而出口端较低；

所述空心容器中的气体；以及

多个铲子，所述多个铲子从所述圆柱形内表面上向内延伸并沿所述圆柱形内表面的轴向长度定位。

42.根据权利要求41的设备，其中所述气体包括一股从所述入口端朝向所述出口端的空气流。

43.根据权利要求41的设备，包括振动装置，其用于除去所述颜料粒子中的气体。

44.一种用于引起颜料粒子的静电结合以及集聚的设备，其包括：

空心容器，其适于沿轴向转动，并且具有用于容纳所述颜料粒子的圆柱形内表面；

多个桨片，其中每个桨片包括连接到所述圆柱形内表面上的连接端，远离连接端的配送端，以及在所述连接端和配送端之间的桨片片段，其中所述的桨片片段具有面向轴向的凹形曲面；

所述空心容器中的气体；以及

用于驱动所述空心容器转动的装置。

45.根据权利要求44的设备，其中所述连接端至少是被直接连接到所述圆柱形内表面上并通过中间部件连接到所述圆柱形内表面上的至少其中之一。

46.根据权利要求44的设备，其中所述空心圆柱形空心容器为模块式。

47.根据权利要求44的设备，包括用于在转动期间支撑所述空心容器的装置。

48.根据权利要求44的设备，其中用于支撑所述空心容器的装置包括耳轴。

49.根据权利要求44的设备，其中每个所述桨片都为铲形。

50.根据权利要求44的设备，其中所述片段的曲率半径基本上等于从所述连接端到所述配送端测量的直线距离。

51.根据权利要求50的设备，其中所述配送端包括凸形曲面，其曲率半径基本上等于所述片段宽度的一半。

52.根据权利要求44的设备，包括用于除去所述颜料粒子中气体的装置。

53.根据权利要求44的设备，包括用于使圆柱形内表面与所述颜料粒子和所述被极化的颜料粒子的至少其中之一之间的粘合力最小化的装置。

54.根据权利要求53的设备，其中所述用于使粘合力最小化的装置包括撞击器，所述撞击器适于撞击所述空心容器，从而导致所述空心容器振动。

55.根据权利要求54的设备，包括与所述空心容器的振动相关联而周期性地促动所述撞击器的装置。

56.根据权利要求44的设备，其中所述空心倾斜部相对于地面呈一角度定位。

57.根据权利要求44的设备，包括用于接收所述颜料粒子的入口和用于排出已集聚的颜料粒子的出口。

58.根据权利要求57的设备，其中所述空心倾斜部相对于地面呈一角度定位，所述入口高于所述出口。

59.根据权利要求58的设备，其中所述角度仅为约20°。

60.根据权利要求58的设备，其中所述角度大于大约0°，所述角度小于大约10°。

61.根据权利要求44的设备，其中所述多个桨片的连接端大致呈螺旋状沿圆柱形内表面定位。

62.根据权利要求44的设备，其中所述多个桨片包括至少一组桨片，一组桨片中的每个桨片的连接端大致呈螺旋状沿圆柱形内表面定位。

63.根据权利要求44的设备，其中所述多个桨片包括第一组桨片、第二组桨片和第三组桨片，其中第一组桨片中的每个桨片的连接端呈第一大致螺旋状沿圆柱形内表面定位，第二组桨片中的每个桨片的连接端呈第二大致螺旋状沿圆柱形内表面定位，第三组桨片中的每个桨片的连接端呈第三大致螺旋状沿圆柱形内表面定位。

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