CN113631258B - 高效功能添加剂产品 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及包含硅藻土的高效功能添加剂产品。更具体地，本发明涉及具有粒径分布的功能添加剂产品，该粒径分布使其在填充体系中作为功能添加剂更有效。相对于已经在公共领域中的硅藻土功能添加剂，通过降低标准光泽度和/或减少单位消耗量来证明更高的有效性。这种产品还可以具有高亮度、低色调和/或可以不存在可检测的结晶二氧化硅。

Description

高效功能添加剂产品
技术领域
本公开涉及包含硅藻土(Diatomite)的高效功能添加剂产品。更具体地，本公开涉及其粒径分布使它们在填充体系中作为功能添加剂以及作为抗粘连剂更有效的功能添加剂产品。相对于已经在公共领域中的硅藻土功能添加剂，通过减少光泽度和/或减少单位消耗量证明更高的有效性。
背景技术
硅藻土，有时也称为Diatomaceous earth(DE)或砂藻土(Kieselguhr)，是一种工业矿物，其包含称为硅藻(Diatom)的单细胞植物的骨骼残骸(称为硅藻骸(Frustule))。硅藻通常栖息在静止水体中，例如湖泊或海洋，是一种藻类，其形成复杂的蛋白石二氧化硅结构作为其细胞壁的一部分。随着硅藻死亡，它们的残骸沉入湖泊或海洋的底部，经过一段时间后，残骸不断积累。随着时间的推移，残骸的有机部分消失，但复杂的硅藻骸仍然存在并形成硅藻土沉积物。硅藻土是指一种沉积岩，其包括硅藻骸并且通常还包括其他矿物质。
根据硅藻土的组成和性质，可以对其进行加工以生产粉末或颗粒产品，其通常可以称为硅藻土或砂藻土产品。术语硅藻土和术语diatomaceous earth(DE)在本文中可互换使用。粉末产品通常包含尺寸范围从几微米到约300微米的颗粒，而包含硅藻土的颗粒产品的特征在于筛目尺寸，而不是微米尺寸。本公开涉及包含粉末硅藻土(砂藻土)的产品。
硅藻土的硅藻骸结构为包含硅藻土的产品提供了许多可贵的特性。硅藻骸包含亚微米孔隙开口和的大的孔隙体积。因此，粉末硅藻土产品的填充密度比大多数无机物质小得多。这提供了液体系统中的浮力、细颗粒容纳能力、光散射、不透明度和脱模特性。
在工业时代的大部分时间里，硅藻土已被开采并用于大量商业用途。在早期的工业用途中，硅藻土作为一种成分与硝化甘油一起用于炸药中。自1900年代初以来，粉末硅藻土的最大应用一直是液体加工应用，其中粉末硅藻土被用作过滤介质并通常被称为助滤剂，并且硅藻土的浮力和细颗粒保持能力具有优势。
大约自1950年代以来，粉末硅藻土的第二大应用一直是作为功能添加剂，特别是在油漆和涂料应用以及塑料膜和弹性体应用中。在这些应用中，硅藻土的浮力、光散射和脱模特性有助于硅藻土的采用。
在涂料中，硅藻土已广泛用作平光漆(或涂料)中的平光(或通常称为消光)添加剂。当用于平光漆时，硅藻土的主要作用是减少油漆表面反射的光量。两种反射度量通常用于测量涂料中硅藻土的平光或消光效果：光辉度(Gloss)和光泽度(Sheen)。光辉度是从油漆表面以60°角反射的光量的量度，而光泽度是从油漆表面以85°角反射的光量的量度。
本发明人已经发现，由功能添加剂产生的涂料的光辉度测量比光泽添加剂更稳定。换句话说，与涂料的光辉度的变化相比，功能添加剂的改性更有可能在涂料的光泽度的变化中可测量到。
由于硅藻土的有效密度和孔隙率在液体系统中提供浮力，因此这使得在油漆和涂料系统中，相比于大多数其他更致密并且更容易沉淀的无机颗粒材料，更可能使用更大的硅藻土颗粒。较大尺寸的DE颗粒及其不规则的表面结构被认为有助于硅藻土产品在油漆和涂料中作为平光剂和消光剂的有效性。
硅藻土功能添加剂目前用于或过去曾用于化妆品、牙膏、面膜和其他个人护理产品中。硅藻土在这些应用中的功能与其在涂料中的功能有一些重叠，这是由于该产品可提供光散射以及减少光泽度和光辉度。然而，在某些个人护理应用中，硅藻土功能添加剂还提供吸收和磨损以及表面擦洗作用。
粘合剂、密封剂和填缝剂是类似的填充体系，有时可能包含硅藻土产品。
硅藻土还被广泛用作塑料膜中的抗粘连剂，最显著的是在低密度和线性低密度聚乙烯膜中。硅藻土功能添加剂通常掺入塑料膜中以防止膜粘连或摩擦粘附。当用作抗粘连剂时，可在形成塑料膜之前将相对少量的硅藻土加入聚合物中，当硅藻土颗粒刚好在膜表面上方突起时，通常会发生抗粘连作用。当将硅藻土添加到弹性体以提供脱模时，会发生类似类型的现象，因为在弹性体产品表面上方的突起与模具表面接触并防止粘附，从而促进脱落。美国专利公开2009/0029171(Danvers等人)教导了用作塑料膜等的抗粘连填料产品的功能添加剂。Danvers等人试图将最大粒径(Danvers等人的D90)最小化，因为“经典理论表明，小于10微米的最大粒径提供最佳冲击[增强]强度[在聚合物中]，因为大于此值的颗粒会在聚合物基质内提供裂纹成核点”。Danvers等人的微粉化硅藻土填料产品的D90小于20微米且D50小于10微米，D90小于18微米且D50小于8微米，D90小于16微米且D50小于6微米，D90小于小于13微米且D50小于4微米，以及D90小于10微米且D50小于3微米。
硅藻土功能添加剂可以通过一系列工艺以粉末形式生产和使用，该工艺包括粉碎、研磨、干燥、热烧结和分散以及空气分级。硅藻土工业中采用两种类型的热烧结工艺：直接煅烧(Straight calcining)，其是在没有助熔添加剂的情况下，将粉末硅藻土加热至软化点，使颗粒团聚以形成比天然硅藻土更粗糙的粉末；和助熔煅烧(Flux calcining)，其是在助熔剂(通常是钠助熔剂，例如苏打灰(Sodaash))存在下，将颗粒加热至其软化点，颗粒通常团聚形成比直接煅烧的硅藻土更粗糙的粉末。在这些工艺中，功能添加剂产品传统上是作为硅藻土过滤介质的副产品生成的，但它们也可以作为初级产品生产，副产品很少或没有副产品。
直接煅烧通常使硅藻土颗粒变成粉红色，使它们不适合大多数功能添加剂应用。助熔煅烧通常会使硅藻土颗粒变成白色。因此，多年来，助熔煅烧产品功能添加剂应用中优选使用助熔煅烧产品。用于硅藻土的传统煅烧和助熔煅烧工艺的一个意外结果是，它们可以将硅藻骸的一部分蛋白石结构转化为方石英，一种结晶二氧化硅。在热处理过程中产生的方石英，连同在硅藻土矿石中天然存在且在加工过程中没有去除的任何二氧化硅，成为最终功能添加剂产品的组成组分。
Breese,O.Y.和Bodycomb,Frederick M.在工业矿物及岩石(IndustrialMinerals and Rocks)，第7版第433-450页中提供了硅藻土工业、生产工艺、矿床和产品的概述。
1987年，联合国下属的国际癌症研究机构(The International Agency forResearch on Cancer，IARC)确定了结晶二氧化硅在长时间吸入时可能是人类致癌物。后来IARC将该分类从可能的人类致癌物改为已知的人类致癌物。这些警告在1990年代引起了煅烧硅藻土产品和助熔煅烧硅藻土产品的用户、包括助熔煅烧硅藻土功能添加剂的用户的关注，并且当时油漆和涂料行业内出现了用天然硅藻土功能添加剂对助熔煅烧功能添加剂的大量替代。
天然硅藻土产品经过热处理以去除硅藻土的游离水分，但是，与煅烧硅藻土产品和助熔煅烧硅藻土产品不同，它们没有被加热到硅藻土的软化点并且不会发生颗粒的团聚。因此，天然硅藻土产品不含方石英，方石英是硅藻土产品中发现的结晶二氧化硅的两种主要形式之一。通过精心选矿，可以生产出不需要癌症危害警示标签或致癌风险警示的天然硅藻土功能添加剂。
因此，天然硅藻土产品在健康警告和感知的健康风险方面比助熔煅烧硅藻土产品享有优势。然而，天然硅藻土产品相对于助熔煅烧产品具有一些显著的性能缺点，特别是其具有较高的色调、较低的亮度以及减少光泽度效果较差。
PCT/US18/014514(“Lenz等人”)未公开的PCT申请教导了可以生产不含可检测结晶二氧化硅但具有优于天然硅藻土产品的色调、亮度和光泽度特性的助熔煅烧硅藻土产品。该应用利用了Lenz等人的教导。
无论硅藻土功能添加剂是煅烧的、助熔煅烧的还是天然的，目前的产品在其有效性方面都存在局限性。需要包含硅藻土的更高性能、更低单位消耗量的功能添加剂，尤其是具有有吸引力的色调和亮度并且不含可检测水平的结晶二氧化硅的产品。
包含硅藻土的功能添加剂产品可以通过多种方式来表征，包括通过粒径分布、Hegman细度值、密度(例如离心湿密度)、吸油量(Gardner Coleman吸油量)、色调或亮度。另一种表征硅藻土功能添加剂的有用方法是通过测量包含硅藻土产品的标准涂料配方的性能。
粒径分布的各种测量可用于描述粒径分布。根据应用，测量比特定尺寸更细的特定产品的百分比可能是有用的。包括在本申请中用于现有技术的硅藻土功能填料的许多样品和用于本公开的产品的D10、D50、D90和D95，表示特定产品的粒径(以微米为单位)，其中产品的以重量计的10％、50％、90％或95％比该粒径更细。
产品粒径分布的标准偏差(Standard deviation，SD)是粒径与中值粒径D50的差异的统计表示。粒径的标准偏差SD与D50的比率(R)提供了粒径分布的宽度的标准化指标。比率(R)可以计算如下：
R＝(SD)/(D50)
其中SD为产品的粒径分布的标准偏差，D50为50％的样品颗粒直径等于或小于该值时的粒径(值)。
低R(标准偏差SD与D50的比率)表示特定产品的粒径范围偏离其D50值的变化小于高R(粒径标准偏差SD与D50的比率)。
Hegman细度是功能添加剂产品和涂料产品的表面光滑度的量度并且广泛用于涂料工业中以鉴别适合目标涂料性能的功能添加剂产品。通常，用于涂料的两种功能添加剂产品应具有相似的Hegman值，以便被认为可能可以互换。如果Hegman值相似，则可以进一步考虑产品的其他特性，例如亮度、色调、耐磨性或耐擦洗性以及各种其他特性，以确定可互换性。
离心湿密度是硅藻土工业中常用的堆积密度的量度，以测量液体系统中硅藻土的有效密度。虽然最初开发用于硅藻土的过滤应用，但它是硅藻土单位消耗量的良好指标，它也已用于表征硅藻土过滤介质。
Gardner Coleman吸油量(GCOA)是包含硅藻土的产品或涂料中使用的其他产品对油的吸收的量度。这在一定程度上衡量了添加剂对涂料产品中树脂或粘合剂需求的影响。
光学特性包括各种色调和亮度量度，以及光辉度和光泽度。可以测量功能添加剂和配制产品(例如油漆)的色调和亮度。光辉度和光泽度以及有时在其他角度(例如20°)的反射是直接对涂料进行测量，而不是测量功能添加剂。然而，通过在相同的标准涂料配方中包含不同的功能添加剂，当将功能添加剂加入标准配方中时，可以获得由功能添加剂引起的光辉度和光泽度的测量。
本发明人已经发现，光泽度，特别是对于大多数涂料来说是重要的性质，对硅藻土功能添加剂的特性非常敏感，并且通过测量含有不同功能添加剂的涂料(每个都在标准配方中包含硅藻土)的光泽度，可以区分不同的添加剂。出于本公开的目的，我们将在标准配方中包含标准量的功能添加剂(例如包含硅藻土的功能添加剂)的涂料的光泽度称为功能添加剂(包含硅藻土)的“标准光泽度(Standard Sheen)”。
表1至表4包括现有技术的硅藻土功能添加剂的特性。这些表格包括由EPMinerals的研发实验室根据EP Minerals的产品样本以及其他领先的硅藻土功能添加剂生产商(包括Imerys和Ceca)研制出的数据。这些样品是使用标准测试方法进行测试的，并且从这些测试中得出的数据与其发展是一致的。
表5示出了制造商提供的公共领域产品的一些典型技术特性。可能已经使用与表1至表4中使用的方法类似的方法测量了这些性质，但公司文献中并未详细公开精确的方法。
通常在约0.5至约3.5的Hegman范围内的产品是工业中使用量最大的产品。在该Hegman范围内的助熔煅烧产品包括Celite 281、Celite 499、Clarcel DIF D和MW 27。在该Hegman范围内的天然硅藻土产品包括Diafil 525、Diafil 540、Celtix、CelaWhite和LCS-3。
如表1至表4所示，在1.0至2.0的Hegman范围内的现有技术的天然产品和助熔煅烧产品的标准光泽度(参见“标准配方的油漆性质的85°的值”)为0.6至1.4，以及在2.5至3.5的Hegman范围内的现有技术的天然产品和助熔煅烧产品的标准光泽度为0.9至2.3。在这些Hegman范围内，公共领域产品的比率(R)值分别为0.49至0.84和0.44至0.74。
在相等的Hegman值下，现有技术的助熔煅烧产品比天然产品具有更低的光泽度值，并且助熔煅烧产品比现有技术的天然产品具有更高的亮度和更低的色调。
表1：从IMERYS1选择的助熔煅烧硅藻土功能添加剂的典型性质
表1(续)：从IMERYS1选择的助熔煅烧硅藻土功能添加剂的典型性质
表1(续)：从IMERYS1选择的助熔煅烧硅藻土功能添加剂的典型性质
表2：从Ceca1选择的助熔煅烧硅藻土功能添加剂的典型性质
表3：从EP Minerals1选择的助熔煅烧硅藻土功能添加剂的典型性质
表3(续)：从EP Minerals1选择的助熔煅烧硅藻土功能添加剂的典型性质
表4：选择的天然硅藻土功能添加剂的典型性质
表5：如在技术数据表或手册中所述的从IMERYS选择的硅藻土功能添加剂的典型性质
表5(续)：如在技术数据表或手册中所述的从IMERYS选择的硅藻土功能添加剂的典型性质
在表8中，我们示出了当前公共领域中产品的结晶二氧化硅含量，如使用EPMinerals,LLC的正在申请专利的LH方法(测试方法)进行测试的。如表所示，公共领域的天然产品含有不可检测水平的方石英和石英(换言之，这种天然产品没有方石英和石英含量)。如使用LH方法测试的，表8中的这些天然产品不含总结晶二氧化硅，而表8中所有公共领域的助熔煅烧产品都含有显著水平的主要为方石英形式的结晶二氧化硅。
表8：公共领域中商品化硅藻土功能添加剂的结晶二氧化硅含量
表8(续)：公共领域中商品化硅藻土功能添加剂的结晶二氧化硅含量
发明内容
根据本公开的一个方面，公开了一种包含硅藻土的产品，其中该产品是粉末状的。该产品可以具有0.4至0.7的标准光泽度和0.5至3.5的Hegman。在一个实施方式中，该产品还可以具有0.34至0.52的比率(R)。在上述任一实施方式中，该产品还可以具有79至91的Y值和91至97的L*值。在上述任一实施方式中，该产品还可以具有-0.1至1.2的a*值。在上述任一实施方式中，该产品还可以具有1.0至5.0的b*值。在上述任一实施方式中，该产品还可以具有0.90至0.92的标准对比度。在上述任一实施方式中，该产品还可以具有19至36的D50和40至68的D95。在上述任一实施方式中，该产品还可以具有93％至99％的消光效率。在上述任一实施方式中，如根据LH方法测量的，该产品可以没有结晶二氧化硅总含量。在上述任一实施方式中，如根据LH方法测量的，该产品可以没有方英石含量。在上述任一实施方式中，如根据LH方法测量的，该产品可以没有石英含量。在上述任一实施方式中，硅藻土可以包括助熔煅烧硅藻土或者可以是助熔煅烧硅藻土。还公开了一种在油漆、涂料、个人护理产品、塑料膜、纸、纤维板、弹性体、粘合剂、填缝剂或密封剂中使用上述任一产品的方法。
根据本公开的另一个方面，公开了一种包含硅藻土的产品，其中该产品是粉末状的。该产品可以具有0.4至0.5的标准光泽度和1.0至2.0的Hegman。在一个实施方式中，该产品还可以具有0.35至0.52的比率(R)。在上述任一实施方式中，该产品还可以具有79至91的Y值和91至97的L*值。在上述任一实施方式中，该产品还可以具有-0.1至1.2的a*值。在上述任一实施方式中，该产品还可以具有1.0至5.0的b*值。在上述任一实施方式中，该产品还可以具有0.90至0.92的标准对比度。在上述任一实施方式中，该产品还可以具有27至36的D50和58至68的D95。在上述任一实施方式中，该产品还可以具有96％至99％的消光效率。在上述任一实施方式中，如根据LH方法测量的，该产品可以没有结晶二氧化硅总含量。在上述任一实施方式中，如根据LH方法测量的，该产品可以没有方英石含量。在上述任一实施方式中，如根据LH方法测量的，该产品可以没有石英含量。在上述任一实施方式中，硅藻土可以包括助熔煅烧硅藻土或者可以是助熔煅烧硅藻土。还公开了一种在油漆、涂料、个人护理产品、塑料膜、纸、纤维板、弹性体、粘合剂、填缝剂或密封剂中使用上述任一产品的方法。
根据本公开的另一个方面，公开了一种包含硅藻土的产品，其中该产品是粉末状的。该产品可以具有0.6至0.7的标准光泽度和2.5至3.5的Hegman。在另一个实施方式中，该产品还可以具有0.34至0.45的比率(R)。在上述任一实施方式中，该产品还可以具有79至91的Y值和91至97的L*值。在上述任一实施方式中，该产品还可以具有-0.1至1.2的a*值。在上述任一实施方式中，该产品还可以具有1.0至5.0的b*值。在上述任一实施方式中，该产品还可以具有0.90至0.92的标准对比度。在上述任一实施方式中，该产品还可以具有19至24的D50和40至46的D95。在上述任一实施方式中，该产品还可以具有93％至99％的消光效率。在上述任一实施方式中，如根据LH方法测量的，该产品可以没有结晶二氧化硅总含量。在上述任一实施方式中，如根据LH方法测量的，该产品可以没有方英石含量。在上述任一实施方式中，如根据LH方法测量的，该产品可以没有石英含量。在上述任一实施方式中，硅藻土可以包括助熔煅烧硅藻土或者可以是助熔煅烧硅藻土。还公开了一种在油漆、涂料、个人护理产品、塑料膜、纸、纤维板、弹性体、粘合剂、填缝剂或密封剂中使用上述任一产品的方法。
附图说明
图1示出了用于制造HEFAP的示例性工艺流程图；
图2示出了用于制造HEFAP的另一个示例性工艺流程图；
图3示出了用于制造HEFAP的另一个示例性工艺流程图；以及
图4示出了用于制造HEFAP的另一个示例性工艺流程图。
具体实施方式
本公开涉及包含硅藻土的功能添加剂产品(例如，填料、防粘连剂)。更具体地，本公开教导了包含硅藻土的高效功能添加剂产品(Highly Effective Functional AdditiveProduct，HEFAP)，与现有技术的硅藻土产品相比，该高效功能添加剂产品提供了降低的单位消耗量、更高水平的光泽度降低和在特定光泽度水平下更光滑的表面感觉。这种HEFAP还可以具有高亮度和低色调。HEFAP产品可以含有可检测或不可检测水平的结晶二氧化硅。
本文公开了一种包含硅藻土的产品，该产品可以具有0.4至0.7的标准光泽度和0.5至3.5的Hegman；该产品也可以是粉末状的(或呈粉末形式)。在另一个实施方式中，该产品还可以具有0.30至0.52的比率(R)。在上述任一实施方式中，该产品还可以具有以下一项或多项：79至94的Y值；91至98的L*值；-0.3至1.2的a*值；0至5.0的b*值；0.90至0.92的标准对比度；19至36的D50；40至68的D95；或93％至99％的消光效率。
本文还公开了一种包含硅藻土的产品，该产品可以具有0.4至0.5的标准光泽度和约1.0至约2.0(优选1.0至2.0)的Hegman；该产品也可以是粉末状的(或呈粉末形式)。在另一个实施方式中，该产品还可以具有0.30至0.52、或0.35至0.52的比率(R)。在前述任一实施方式中，该产品还可以具有以下一项或多项：79至94、79至91、或79至89的Y值；91至98、91至97、或91至95的L*值；-0.3至1.2、或-0.1至1.2的a*值；0至5.0、或1.0至5.0的b*值；0.90至0.92、或0.90至0.91的标准对比度；27至36、或28至35的D50；58至68、或59至67的D95；或96％至99％、或96％至97％的消光效率。
本文还公开了一种包含硅藻土的产品，该产品可以具有0.6至0.7的标准光泽度和约2.5至约3.5(优选2.5至3.5)的Hegman；该产品可以是粉末状的(或呈粉末形式)。在另一个实施方式中，该产品还可以具有0.30至0.45、或0.34至0.45的比率(R)。在前述任一实施方式中，该产品还可以具有以下一项或多项：79至94、79至91、或86至91的Y值；91至98、91至97、或92至97的L*值；-0.3至1.2、-0.1至1.2、或-0.1至0.5的a*值；0至5.0、1.0至5.0、或1.2至3.3的b*值；0.90至0.92、或0.90至0.91的标准对比度；19至24、或20至23的D50；40至46、或41至46的D95；或93％至99％、或94％至95％的消光效率。
在上述任一产品或实施方式中，该产品可以是硅藻土。
在上述任一实施方式中，硅藻土可以包括助熔煅烧硅藻土或者可以是助熔煅烧硅藻土。
在上述任一实施方式中，如根据区分Opal-C含量与方石英含量的LH方法测量的，该产品可以没有结晶二氧化硅总含量。
在上述任一实施方式中，如根据区分Opal-C含量与方石英含量的LH方法测量的，该产品可以没有总方石英含量。
在上述任一实施方式中，如根据LH方法测量的，该产品可以没有石英含量。
还公开了一种在油漆、涂料、个人护理产品、塑料膜、纸、纤维板、弹性体、粘合剂、填缝剂或密封剂中使用上述任一产品的方法。
如前所述，硅藻土功能添加剂，无论是煅烧的、助熔煅烧的还是天然的，都有原因尚不清楚的局限性。迄今为止，具有提高的性能(使得功能添加剂的单位消耗量降低)、所需的色调和亮度的产品还不为人所知。尚不知道具有此类特性且不含可检测水平的结晶二氧化硅的其他产品。
通过研究和仔细调查，本文教导的发明人发现，与其他因素相反，硅藻土功能添加剂的有效性出乎意料地与硅藻土功能添加剂的粒径分布有关。特别地，研究表明，包含特定尺寸范围颗粒的硅藻土的粉末功能添加剂产品的粒径分布比其他尺寸范围的颗粒在功能上更有效。经过一系列广泛的试验，本发明人开发了具有这样的粒径分布的产品：与现有技术的硅藻土功能添加剂相比，该粒径分布提供提供新颖的超低光泽度、降低的单位消耗量和更光滑的表面感觉。
本公开教导了包含硅藻土的组合物，该组合物是由本发明人广泛研究的结果产生的并且在本文中称为高效功能添加剂产品(HEFAP)。这种HEFAP将为工业提供显著的好处，因为这种产品可以替代其他功能添加剂，特别是包含DE的功能添加剂，这些功能添加剂需要更高的单位消耗量并提供更低水平的光泽度降低。与使用现有技术的硅藻土功能添加剂相比，HEFAP提供降低的单位消耗量、更高水平的光泽度降低和在特定光泽度水平下更光滑的表面感觉。
本公开还教导了一种或多种包含硅藻土并且含有结晶二氧化硅含量或没有结晶二氧化硅总含量的HEFAP产品。在一个实施方式中，包含硅藻土的HEFAP产品可以具有不可检测水平的方石英和/或不可检测水平的石英。如本文所用，当产品具有“不可检测”水平(或未检出水平)的物质时，认为该产品不含该物质。
本文教导的新型产品可以具有约0.5至约3.5范围内的Hegman，使它们成为工业中使用量最大的硅藻土功能添加剂产品的合适替代品。包含该产品的涂料表中的数据均基于标准油漆配方，如下表6和表7所示。在每种情况下，将相同量的(6.7wt％)公共领域硅藻土产品添加到标准配方中。这允许比较公共领域硅藻土产品以及包含本公开的硅藻土的功能添加剂之间的性能。
表6：标准油漆配方
表7：标准油漆配方的材料
表9和表10分别示出了本公开的产品的Hegman范围为1至约2和2.5至3.5的数据。如表所示，这些产品的标准光泽度(参见标准配方中85°时的油漆性能)低于公共领域产品的标准光泽度。Hegman范围为1至约2的产品具有0.4至0.5的光泽度值，而Hegman范围为2.5至3.5的产品具有范围为0.6至0.7的光泽度值。这些产品还具有窄的粒径分布、高的亮度和白度，并且含有不可检测的总结晶二氧化硅水平。
在填充系统中使用包含硅藻土的HEFAP可提供以下益处：如果HEFAP替代公共领域中的传统硅藻土产品，则降低光泽度；或者如果HEFAP的添加水平低于公共领域中的传统硅藻土产品，则单位消耗量减少但光泽度相同。
表11和表12示出了如果HEFAP替代目前在公共领域中最有效的平光剂，从光泽度减少的角度对标准配方的涂料光泽度的影响。如表所示，通过使用HEFAP，基于标准配方的硅藻土功能添加剂的单位消耗量可降低20％至40％。
表9：包含硅藻土并具有1.0至约2.0的Hegman细度的典型HEFAP实施例
表10：包含硅藻土并具有2.5至3.5的Hegman细度的典型HEFAP实施例
表11：展示包含硅藻土的HEFAP的光泽度平价指数(Sheen Parity Index)的实施例。这里使用的HEFAP是样品#38802。
表12：展示包含硅藻土的HEFAP的光泽度平价指数的实施例。这里使用的HEFAP是样品#38993。
表13：选择的包含硅藻土的HEFAP的结晶二氧化硅含量
表征高效功能添加剂产品的测试方法
在以下部分中详细描述表征本公开的高效功能添加剂产品的方法。
标准光泽度
术语“标准光泽度”在本文中用作包含硅藻土的HEFAP或包含硅藻土的另一种填料的特性。它是通过测量标准配方的涂料的85°光泽度获得的。换句话说，对添加HEFAP(包含硅藻土)的标准配方或添加包含硅藻土的另一种填料的标准配方所测得的85°光泽度值被认为是填料(HEFAP或其他填料)的标准光泽度测量值以及标准配方的涂料的标准光泽度测量值。在本公开中测试的所有填料使用一种涂料配方；该配方被定义为“标准配方”。标准配方是一种特定的水性乳胶漆配方，其颜料体积浓度(Pigment volume concentration，PVC)为49，占总固体的34.7vol％。
标准配方中的原料及其浓度列于表6和表7。标准配方中填料(包含硅藻土)的用量为6.7wt％。按照表6中的顺序和浓度将原料在容器中一一混合制成油漆。使用配备有“K”型Design A(The Paul N.Gardner Company)的直径为4.1cm的混合器叶片的油漆混合器来搅拌和充分混合材料。使用U.S.1品脱容器(罐高9.78cm，底部法兰直径8.60cm)或1夸脱通用混合容器(Home Depot)盛装混合材料。在研磨阶段使用至少800RPM的搅拌速度来有效润湿和解聚干的颜料，并使它们稳定在水分散体中。加入颜料(/>595)和增量剂(7和/>2)后，将混合材料以至少800RPM的速度研磨以分散固体，使研磨的材料显示出5或以上的Hegman细度值。据观察，10分钟至15分钟的研磨时间足以将颜料和增量剂分散至5Hegman或更高。之后，加入含有硅藻土的填料(HEFAP或现有技术填料)，然后以至少800RPM再研磨10分钟。
在调漆(Letdown)阶段，使用较低的搅拌速率，在这种情况下为580RPM。调漆或稀释阶段通常是研磨阶段之后的油漆制造过程的第二步。在这个阶段，粘性研磨液被剩余的配方成分稀释，这些成分通常比研磨混合物的粘性低。通常，乳胶树脂、任何预分散颜料和任何其他只需要混合和可能需要适度剪切的油漆材料，都在调漆阶段加入。在这种情况下，在加入所有剩余材料后，再搅拌10分钟以得到均匀的油漆。然后将油漆通过260μm过滤器(Gerson Elite Paint Strainer System)过滤以去除可能的污染物。
油漆制成后，然后使用具有152.4μm(6mil)切削深度和150mm膜宽度的Bird型涂抹器(The Paul N.Gardner Company)将湿膜厚度为76.2μm(3mil)的样品油漆浇注到Form 3B卡纸(Leneta Company)上来制备刮涂膜(Drawdown)。以约6cm/秒的速度以平滑的匀速运动手动制作刮涂膜。在制作刮涂膜时，纸质卡纸平放在玻璃板上。施涂后立即将刮涂膜水平放置在通风良好的无尘罩中，所有刮涂膜都彼此靠近以确保相同的干燥条件，并允许在室温(23±3℃)干燥至少40小时，然后测试。没有尝试控制罩中的湿度。根据美国国家海洋和大气管理局(National Oceanic and Atmospheric Administration)，在对标准光泽度进行所有测量的地区(内华达州，里诺)的年平均相对湿度为50.7％，范围为7月是36.2％到1月是68.0％。然而，相对湿度的变化对标准光泽度的测量没有显示出可观察到的影响。
干燥刮涂膜后，然后根据美国测试与材料学会(American Society of Testingand Materials，ASTM)方法D523镜面光泽度标准测试方法(Standard Test Method forSpecular Gloss)中的程序测量标准光泽度值。该方法总结如下。表面的光辉度或光泽度是指该表面在特定入射角(包括20°、60°和85°几何条件)下的光反射率。85°几何条件用于比较样本的光泽度或近抛光光泽(Near-grazing shininess)。当样本的60°光泽度值低于10时，最常使用。在本发明中，使用光泽计(micro-TRI-4520，Byk-Gardner，USA)测量标准光泽度(85°几何条件)值。在光泽计操作的每个周期开始和结束时，以及在操作期间以足够频繁的时间间隔，用高度抛光的平面黑色玻璃校准光泽计，以确保仪器响应几乎是恒定的。用于该光泽计的玻璃标准在20°、60°和85°几何条件分别具有92.7、95.2和99.4的指定值。校准后，然后在纸质卡纸的白色区域上涂覆的膜上测量标准光泽度值。对于每个刮涂膜，至少在三个位置测量光泽度并且到小数点后一位，计算其平均值并在此处报告。必须指出，本发明人在标准光泽度测量中观察到极好的可重复性和再现性。例如，在令人感兴趣的0.4至0.9标准光泽度范围内，在刮涂膜的不同位置处的对标准光泽度的多次测量几乎没有观察到差异或0.1单位差异。此外，在0.4至0.9标准光泽度范围内，对由相同人员使用包含硅藻土的相同填料在不同时间制备的样品油漆测量的标准光泽度没有观察到差异。此外，在0.4至0.9标准光泽度范围内，对由不同人员使用包含硅藻土的相同填料制备的样品油漆测量的标准光泽度没有观察到差异。与现有技术中包含硅藻土的其他填料相比，标准光泽度测量的极好的可重复性和再现性有助于更好地证明HEFAP(包含硅藻土)在消光方面的有效性。
当HEFAP(包含硅藻土)或包含硅藻土的另一种填料用于标准配方的涂料中时，使用标准光泽度的值来表征标准配方中使用的HEFAP或其它填料，尽管在技术上标准光泽度是用于测量标准配方涂料。
光泽度平价指数
使用光泽度平价指数来证明HEFAP相对于已进入公共领域的产品中最有效的产品在减少光泽度方面的相对有效性。尽管标准配方中填料(包含DE)的剂量为6.7wt％，但也使用减少剂量的HEFAP(包含硅藻土)来探索本公开中的这种产品将具有与Hegman细度相似的公共领域产品相似的光泽度值的剂量水平。因此，将这种降低的HEFAP剂量与标准配方中6.7wt％的比率定义为光泽度平价指数。光泽度平价指数为100表明当使用等量的材料时，两种被比较的材料在减少光泽度方面同样有效。当指数小于100时，表明较少量的HEFAP提供与现有技术的标准6.7％添加水平相同水平的光泽度降低。使用减少的HEFAP剂量制备油漆并测量其光泽度的程序与“标准光泽度”部分中描述的相同，除了将标准配方修改为减少的HEFAP剂量水平。
消光效率
定义为证明本文公开的HEFAP在减少光泽度方面的有效性的另一个术语是“消光效率”。消光效率计算如下：
其中Sref是不含包含DE的功能添加剂(填料)的油漆的85°光泽度，以及SDE是相同油漆但含有包含DE的功能添加剂(填料)的85°光泽度。在这种情况下，Sref是指不含包含DE的功能添加剂(填料)的改良标准配方(“改良标准配方”)的光泽度，经测量为11.9。每个SDE均使用含有包含DE的感兴趣的功能添加剂(填料)的标准配方进行测量。制作不含包含DE的功能添加剂(填料)的油漆并测量其光泽度的程序与“标准光泽度”部分中描述的相同，除了将标准配方修改为不含DE。
消光效率是功能添加剂(填料)降低涂料光泽度的量的量度。消光效率为100，表示通过使用功能添加剂(填料)消除了100％的光泽，是可以达到的最高值。消光效率被认为是功能添加剂(填料)的一个特性，尽管消光效率测量的是功能添加剂(填料)降低涂料光泽的量。
标准配方油漆的亮度、颜色和标准对比度
使用由国际照明委员会(Commission Internationale de I’Eclairage，CIE)定义的颜色空间作为L*a*b*颜色空间来表征加入各种包含硅藻土的填料的标准配方的油漆的光学性质。“L*”坐标是反射光强度的量度(0到100)。L*表示值为0时最暗的黑色和值为100时最亮的白色。“a*”坐标是红色(正值)或绿色(负值)的程度，而“b*”坐标是黄色(正值)或蓝色(负值)的程度。
除了L*a*b*颜色空间之外，CIE之前开发了一个色度坐标系(Yxy)，还用该坐标系定义产品的亮度和色度。“Y”值的范围从0到100，其是亮度或亮度因子，其中最亮的白色由值100表示。
在本公开中，使用KonicaChroma Meter CR-400测量样品的光学性质(L*a*b*和Y)。在色度计操作的每个周期开始时，使用具有86.05Y、0.3187x和0.3358y的校准板校准色度计。为清楚起见，当报告实施例和权利要求中的测量值时，填料产品(包含含有DE的HEFAP或含有DE的另一种填料)的亮度或亮度因子在本文公开的表和权利要求中称为Y值，而当测量标准配方涂料的亮度或亮度因子时，它被称为标准Y(值)。使用用于测量标准光泽度的相同的干燥刮涂膜来测量标准配方涂料(油漆)的L*a*b*和标准Y值。在纸质卡纸的白色区域的膜上进行测量，至少在三个位置测量，读取(标准Y)、L*、a*和b*的两位小数，并计算其平均值。在进行测量时，将刮涂膜放置在白色表面上。
对比度是油漆的不透明度或油漆“隐藏”下面的膜或基底的程度的量度。通常需要高对比度来减少完成油漆工作所需的涂层数量，以满足客户的需求。对比度测量的详细说明可在ASTM方法D2805用反射法测定油漆遮盖力的标准测试方法(Standard Test Methodfor Hiding Power of Paints by Reflectometry)中找到。对比度是通过以下计算的：将涂在Leneta卡纸的黑色区域的膜上测得的标准Y值除以涂在白色区域上的膜上的标准Y值：
测量涂在在Leneta卡纸的黑色区域的膜上的标准Y值的程序与上述白色区域的测量程序类似，除了在进行测量时将刮涂膜放置在黑色表面上。因此，针对添加HEFAP(包含硅藻土)或添加包含DE的另一种填料的标准配方进行测量的对比度值被定义为“标准对比度”。当HEFAP(包含硅藻土)或包含硅藻土的另一种填料用于标准配方的涂料中时，使用标准对比度的值来表征标准配方中使用的HEFAP或其它填料，尽管在技术上标准对比度是用于测量标准配方涂料。换句话说，对添加了HEFAP(包含硅藻土)的标准配方或添加了包含硅藻土的另一种填料所测得的标准对比度被认为是填料(HEFAP或其他填料)的标准对比度测量值以及标准配方涂料的标准对比度测量值。
粒径
使用可以测量0.02微米至2800微米范围内的球形和非球形粒径的激光衍射分析仪(S3500，Microtrac，美国)测量粒径(直径)。湿法测量使用蒸馏水作为液体并进行超声处理。使用D5、D10、D50、D90或D95值报告粒径，其中给定的D值对应于特定百分比(5％、10％等)低于该粒径时的粒径。中值粒径(D50)被确定为50％的样品颗粒的直径等于或小于该值时的粒径。包含硅藻土的功能添加剂的粒径分布
使用采用米氏散射理论(Mie scattering theory)的激光衍射仪器来测定包含硅藻土的填料的粒径分布(Particle size distribution，PSD)。使用采用动态光散射并配备三个固定激光器、两个检测器和超声波分散器的Microtrac S3500型号来分析。简而言之，将少量样品(一撮样品)放入Microtrac的样品池中，在其中使用温和的超声波处理10秒将其分散。随后，使激光照射在颗粒上，然后来自颗粒的散射光在检测器处被收集。使用自相关函数分析散射强度并确定平移扩散系数，该平移扩散系数用于确定粒径分布。1.48的折射率用于包含硅藻土的填料样品，该填料样品被视为具有不规则形状的透明颗粒。不同产品样品的PSD在本文中以体积基础报告，具有中值粒径(D50)和不同百分位的粒径(包括D10、D90和D95)，以及PSD的标准偏差(SD)。
包含硅藻土的功能添加剂的湿筛分析(+44μm)
湿筛分析提供了比分布中的特定点更粗或更细的粉末样品内颗粒质量的准确测量。在该测试中，将干燥基础上已知质量的粉末样品置于泰勒(Tyler)网孔为325目(44μm)的测试筛上。使用喷水将样品洗涤通过筛，直到通过筛的底流清澈为止。收集筛上残留物(比筛孔粗的材料)，在烘箱中在110℃(230°F)干燥并称重。干燥残留物的质量除以测试样品的原始质量得出大于筛尺寸的颗粒百分比的量度。
包含硅藻土的功能添加剂的Hegman细度
Hegman计量器和测试方法在ASTM方法D1210通过Hegman型计量器测定颜料-溶媒系统分散细度的标准测试方法(Standard Test Method for Fineness of Dispersion ofPigment-Vehicle Systems by Hegman-Type Gage)。Hegman计量器和相关的测试方法提供了颜料-溶媒系统中颜料(或其他功能添加剂粉末)的分散程度或研磨细度的量度。它用于确定功能添加剂是否具有合适的尺寸，以体现具有所需表面光滑度和其他性质的成品膜(油漆或塑料)。Hegman值范围从0(粗颗粒)到8(极细颗粒)，并且与取样粉末的粒径分布的较粗端有关。计量器本身是一根抛光钢棒，在其中加工了一个非常浅的深度递减的通道。通道在其边缘标记有对应于Hegman值(0到8)的刻度。在本公开中，使用手动混合将2g干燥的代表性粉末样品分散在12g液体溶媒(玉米油)中。将少量悬浮液倒在顶部的通道的深端，然后使用刮刀将悬浮液沿着通道的凹槽牵引向通道的浅端。悬浮液填充锥形凹槽。然后在反射光下目视检查计量器的通道，悬浮液首先显示斑点图案的点对应于测得的Hegman细度值。
包含硅藻土的功能添加剂的离心湿密度
过去已经使用各种方法来表征包含硅藻土的产品的湿密度。本公开中使用的方法是在现有技术中经常使用的离心湿密度(Centrifuged wet density，CWD)，例如Palm等人的美国专利No.6，712，898中描述的方法。在该方法中，首先将10ml去离子水加入15ml离心玻璃管中，并将已知干重(1g至2g)的粉末样品装入管中。使用Vortex-2振子将样品完全分散在水中。然后用几毫升水冲洗管的侧面以确保所有颗粒都处于悬浮状态并且内容物达到15毫升标记。然后将悬浮液在特定条件下离心，即在配备有221型摆斗转子的International Equipment Company/>MP-4R离心机上以2680RPM离心5分钟。离心后，通过在刻度标记处读数来记录沉降固体的体积水平。然后将样品的CWD计算为测试中使用的干燥样品的重量除以测量的沉降材料体积(g/ml)。应用转换因子62.428来获得以lb/ft3为单位的离心湿密度。
包含硅藻土的功能添加剂的Gardner Coleman吸油量
Gardner Coleman吸油量(GCOA)测试确定粉末样品的吸收能力。该测试给出了每单位质量固体粉末吸收的单位质量液体的指示。在本公开中，通过滴定管将玉米油滴定到已知质量的粉末中，同时轻轻地处理粉末直到达到目视终点(即粉末“闪烁(glistens)”)。然后基于用于使已知质量的粉末饱和的液体质量计算样品的GCOA。
然后通过以下方式计算GCOA：
其中SG是所用液体的比重；所用液体体积为V，所用样品质量为M。包含硅藻土的功能添加剂的亮度和色度
使用Konica色度仪CR-400表征包含DE的填料的光学性质(L*a*b*和Y)。将干燥的代表性样品(约2g或足以覆盖仪表的测量尖端)铺在白纸上并用平坦表面压制以形成紧密压在一起的光滑粉末的表面。将色度计压在粉末上并记录读数。各种高效硅藻土功能添加剂产品的光学测试结果显示在随后的产品实施例中。在色度计操作的每个周期开始时，使用具有86.05Y、0.3187x和0.3358y的校准板校准色度计。
包含硅藻土的功能添加剂的主体化学组成
材料的主体化学组成(bulk chemistry)或元素分析可以使用波长色散X射线荧光光谱法(Wavelength-dispersive x-ray fluorescence spectroscopy，WD-XRF)来确定。使用S4Explorer WD-XRF光谱仪或Bruker S8 Tiger WD-XRF确定本文所述样品的主体化学组成。
包含硅藻土的功能添加剂的烧失量
烧失量(Loss on ignition，LOI)测试提供了干燥硅藻土或其他材料的挥发物含量(按质量计)的估计。测试通过测量干燥样品在1000℃加热至少1小时之前和之后的质量来进行。该测试给出了DE样品或包含DE的样品的结合水含量的近似量度。
首先，通过将每个样品放入金属盘中干燥样品以去除水分。然后将装有样品的盘放入设定温度为110℃至130℃(230°F-266°F)的烘箱中2小时至8小时。对于某些样品，将干燥的样品在陶瓷罐中与陶瓷介质一起球磨10分钟。
随后，将约0.3克至1.0克干燥、研磨过的样品放入已知质量的预先点燃(温度高于约1000℃(1832°F))的陶瓷坩埚中。然后将装有样品的坩埚放入约1000℃(1832°F)马弗炉中一小时来“点燃”。之后，移出坩埚，在耐热表面上冷却2分钟至5分钟，然后转移到干燥器中。一旦冷却至室温(约22℃(72°F))，就重新称重装有样品的坩埚。然后通过将坩埚和燃烧前后的样品质量之差除以样品质量来计算LOI：
LOI,wt％＝100(mcs,i-mcs,f)/md
其中mcs,i＝预先点燃的坩埚和干燥样品的质量，mcs,f＝预先点燃的坩埚和点燃后样品的质量，md＝预先干燥的样品的质量。
包含硅藻土的功能添加剂的结晶二氧化硅含量
使用Lenz等人(PCT/US18/014514)描述的“LH方法”对本公开中报道的样品进行结晶二氧化硅分析。LH方法也在PCT/US2016/037830中有所描述，Lenz也是其中的发明者。在Lenz等人中，没有尝试区分蛋白石-C(opal-C)和蛋白石-CT(opal-CT)。如果两个相都存在，则将它们共同处理，就好像它们是一个相的一部分。因此，术语“Opal-C”在本公开中用于表示蛋白石-C和/或蛋白石-CT，除非在其使用的上下文中另有说明。
根据Lenz等人的说法，确定样品中不存在方石英的一种相对简单的方法是，将方石英标准参考物质(即美国国家标准与技术研究院(National Institute of Standardsand Technology，NIST)标准参考物质1879a)添加到样品中(添加已知量)，对加标样品进行X射线衍射(X-ray Diffraction，XRD)分析，然后比较原始未加标样品的衍射图谱和加标样品图谱。如果加标样品衍射图谱仅增加了主峰和第二峰的强度，但不显示位置偏移或显示额外峰，则原始样品很可能包含方石英。如果主峰移动并变得更尖锐(或分解为两个单独的峰)，并且出现第二峰或变得更清晰，则原始样品中存在Opal-C(蛋白石-C和/或蛋白石-CT)而不是方石英。
总之，为了确定包含硅藻土的产品的样品是否包含方石英或Opal-C(蛋白石-C和/或蛋白石-CT)，然后量化Opal-C(蛋白石-C和/或蛋白石-CT)和/或结晶二氧化硅含量涉及根据LH方法的若干个步骤。
可以通过高温LOI测试确定样品是否含有结合水。例如，可以获得样品的(代表性)第一部分并且可以对这样的第一部分进行LOI测试。
进行团块粉末X射线衍射(Bulk powder X-ray Diffraction)测定，并检查所得的(第一)衍射图谱。例如，优选地，获得样品的(代表性)第二部分，并且在该第二部分上进行团块粉末XRD。优选地，研磨第二部分然后进行XRD。分析所得的(第一)衍射图谱是否存在Opal-C(蛋白石-C和/或蛋白石-CT)和方石英。也可以用所得的(第一)衍射图谱分析样品的(代表性)第二部分中是否存在其他结晶二氧化硅相(例如，石英和鳞石英)。如果(第一)衍射图谱明显表明是Opal-C(蛋白石-C和/或蛋白石-CT)，则不需要进一步的分析来确定样品是否包含方石英或Opal-C(蛋白石-C和/或蛋白石-CT)。Opal-C(蛋白石-C和/或蛋白石-CT)衍射图谱与α-方石英的衍射图谱的不同之处在于以下方面：主峰(22°)和第二峰(36°)处于较高的晶面间距(d-spacing)(低2θ角度)，使用“半宽度”(Full Width at Half Maximum，FWHM)统计测定的Opal-C(蛋白石-C和/或蛋白石-CT)存在更宽的主峰，Opal-C(蛋白石-C和/或蛋白石-CT)在31.50°和28.49°2θ处具有定义不清的峰，以及更显著的非晶背景。
如果(第一)衍射图谱对于是否存在Opal-C(蛋白石-C和/或蛋白石-CT)和/或方石英而言存疑，则根据LH方法进行第二次XRD分析以确定是否存在Opal-C(蛋白石-C和/或蛋白石-CT)和/或方石英。这次，优选对添加了方石英标准参考物质(NIST 1879a)的样品的另一个代表性部分进行分析。例如，所得样品的(代表性)第三部分，然后添加方石英标准参考物质(NIST 1879a)，并在第三部分上进行XRD测定。分析来自第三部分的XRD的所得的(第二)衍射图谱。优选地，研磨第三部分然后进行XRD。如果原始样品(例如，代表性第二部分)包含Opal-C(蛋白石-C和/或蛋白石-CT)，则方石英标准物显著改变衍射图谱(与第二部分的衍射图谱相比)，在第三部分的(第二)衍射图谱中看到在22.02°和36.17°2θ具有可辨认的额外峰，以及在31.50°和28.49°2θ具有更突出的峰。如果原始样品(更具体地说，其第二部分)包括方石英，则方石英标准物的添加(向第三部分)仅导致与第二部分的(第一)衍射图谱相比峰值强度增加而没有其他显著变化(如在第三部分的(第二)衍射图谱中所见)。
量化硅藻土样品的Opal-C(蛋白石-C和/或蛋白石-CT)含量可能是复杂的，因为其衍射图谱是宽峰和非晶背景的组合，并且硅藻土产品除了蛋白石之外通常还包含其它非晶相。根据LH方法，通过将第一衍射图谱的Opal-C(蛋白石-C和/或蛋白石-CT)峰(如果存在两个相，则共同地)视为方石英，并相对于方石英标准(例如NIST 1879a)对其定量，来获得定量估计。这种量化Opal-C(蛋白石-C和/或蛋白石-CT)的方法(Lenz等人称为XRD方法)通常会低估Opal-C(蛋白石-C和/或蛋白石-CT)的含量，但对某些目的有效，例如制造质量控制。根据Lenz等人，这种XRD方法是umbrella LH方法的一部分。或者(在LH方法下)，通过在非常高的温度(例如，1050℃)下加热样品的代表性部分(例如，第四部分)较长时间(例如，24小时至48小时))直到该加热部分完全脱水来获得测量。这使蛋白石相完全脱水并形成方石英(减少非晶背景组分)。然后对第四部分进行XRD分析，并且可以相对于方石英标准物量化所得的第四部分的(第三)衍射图谱中的方石英，以估计原始Opal-C(蛋白石-C和/或蛋白石-CT)含量。优选地，研磨第四部分，然后进行XRD。只要在加热第四部分之前没有添加额外的助熔剂，并且温度保持在1400℃以下，则存在于第四部分中的任何石英都不会被转化为方石英。
为了根据LH方法获得样品的结晶二氧化硅总含量wt％，将已鉴定的方石英(若有)的重量百分比、石英(若有)的重量百分比和鳞石英(若有)的重量百分比加在一起，以计算样品中结晶二氧化硅含量的总重量百分比。为了获得在分析样品的第二部分的(第一)衍射图谱期间发现存在的石英或鳞石英的重量百分比，石英或鳞石英可以分别与其对应的标准(例如，石英使用NISTSRM1878b)对比来量化其含量，或通过使用内标(例如刚玉)和合适的相对强度比来定量。如果通过LH方法确定存在方石英，则可以将在样品的第二部分的(第一)衍射图谱中看到的方石英与其对应的标准(例如NIST 1879a)进行比较以量化其含量，或者通过使用内标(例如刚玉)和合适的相对强度比来定量。在存在Opal-C(蛋白石-C和/或蛋白石-CT)和方石英并且蛋白石-C和/或蛋白石-CT的主峰不能与方石英的主峰区分或分离的异常情况下，将Opal-C(蛋白石-C和/或蛋白石-CT)和方石英作为一个相来定量并报告为方石英。由此报告的方石英的量将高于样品中的实际量。因为样品是产品的代表性样品，所以样品中的结晶二氧化硅含量的总重量百分比被认为准确地代表产品(取样来源)中的结晶二氧化硅含量的总重量百分比。
本文中呈现的XRD扫描是使用由MDITM Datascan5软件控制的D5000衍射仪进行的。该衍射仪配备有Cu Kα、样品纺丝、石墨单色器和闪烁检测器。功率设置为50KV和36mA，步长通常为0.02°，停留时间为6秒。使用JADETM(2010)软件分析XRD扫描。样品制备包括用氧化锆研磨介质在氧化锆瓶中进行/>研磨。将刚玉作为内标加入样品中以校准仪器。
LH方法对于包含硅藻土的产品中的结晶二氧化硅相(例如方石英、石英或鳞石英)具有低至0wt％至0.5wt％的检测极限，这取决于DE的矿物学。例如，在LH方法下，对包含硅藻土的样品中方石英的检测极限可以低至0wt％至0.5wt％(取决于DE的矿物学)。类似地，在LH方法下，对包含硅藻土的样品中石英的检测极限可以低至0wt％至0.5wt％(取决于DE的矿物学)。如本文所用，术语“检测极限”是指材料(的样品)中一种物质的可与该材料(的样品)中不存在该物质区分开(通过测试方法)的最低量。因此，当使用LH方法(参见例如表8、表13、表14和表15)测试时，产品的方石英含量显示为ND(未检测到)时，通过LH方法在材料的样品中未检测到方石英。同样，当使用LH方法(参见例如表8、表13、表14和表15)测试时，产品的石英含量显示为ND(未检测到)时，通过LH方法在材料的样品中未检测到石英。
用于制备具有可控粒径分布的高效功能添加剂产品的方法
由于硅藻土的孔隙率和由此产生的有效低密度为液体系统提供浮力，因此这使得在油漆和涂料系统中，相比于大多数其他更致密并且更容易沉淀的无机颗粒材料，更可能使用更大的硅藻土颗粒。较大尺寸的DE颗粒及其不规则的表面结构已被认为有助于硅藻土产品在油漆和涂料中作为消光剂和去光剂的有效性。Hegman细度已广泛应用于油漆和涂料行业，用于测量功能添加剂产品和涂料产品的表面光滑度或分散程度(通常称为“研磨细度”)，并有助于识别适用于目标涂料性质的功能添加剂。通常，用于涂料的两种功能添加剂产品应具有相似的Hegman值，以便被认为可能可以互换。
虽然具有各种Hegman细度的DE填料在该行业中已使用了很长时间，但仍需要提高某些Hegman细度下的产品的消光有效性，以及创造更具成本效益的产品。本发明人已开发出一种理论使包含硅藻土的填料的有效性与其粒径分布相关联。具体而言，他们推论，在包含硅藻土的粉末功能添加剂产品的粒径分布内，某些尺寸范围的颗粒比其他尺寸范围的颗粒在功能上更有效。通过广泛的产品开发和系列产品试验，本发明人开发了这样的粒径分布的包含硅藻土的HEFAP：与现有技术教导的产品所提供的相比，提供新颖的超低光泽度、降低的单位消耗量和更光滑的表面感觉。本发明人还从Lenz等人在(PCT/US18/014514)中的教导中学习并制造了含有非结晶二氧化硅的这种HEFAP。
特别地，本文公开的HEFAP是这样制备的：如在特定Hegman细度下允许的，使最大尺寸最大化(如D95所示)，同时最小化粒径分布(PSD)的宽度(扩散)，如标准偏差与中值粒径(D50)的比率(R)所示。本发明人专注于两个Hegman范围：约1.0至约2.0(优选地，1.0-2.0)和约2.5至约3.5(优选地，2.5-3.5)。结果发现，仔细选择具有某些特性的进料，然后以某种方式控制粒径分布会产生HEFAP。
为了制备不含结晶二氧化硅(不可检测到结晶二氧化硅含量)的HEFAP，用适当的化学过程对矿石进行仔细的切片，随后通过加入较少的苏打灰和使用较低的温度(与生产含有结晶二氧化硅的常规产品所使用的条件相比)进行适当的助熔煅烧。
可以通过若干种方法制备包含硅藻土的HEFAP。图1至图4公开了用于制备各种示例性HEFAP的不同示例性方法。图1示出了示例性方法100，其利用一步空气分级来制备具有约1.0至约2.0(优选为1.0为2.0)或约2.5至约3.5(优选为2.5至3.5)的Hegman的示例性HEFAP。
在框110(也参见框210、框310和框410)中，选择进料。进料包括硅藻土。在优选的实施方式中，进料可以是硅藻土。硅藻土可以包括助熔煅烧硅藻土或者可以是助熔煅烧硅藻土。
进料在CIE Yxy颜色空间中的Y值可以在80至100的范围内，优选地，在87至94的范围内。进料在L*a*b*颜色空间中的b*值可以在0至5的范围内，优选地，在0至4的范围内。进料的D50可以在15μm至70μm的范围内，优选地，在25μm至40μm的范围内。进料的L*值可以在89至100的范围内，优选地，在95至98的范围内。进料的a*值可以在-0.7至1.6范围内，优选地，在-0.3至1.0范围内。关于进料，SD与D50的比率(R)可以在0.3至1.3的范围内，优选地，在0.6至1.3的范围内。
制备HEFAP的方法100倾向于降低进料的亮度并增加色调，因此在一个优选的实施方式中，进料包含具有高亮度(Y值为87至94)和低色调(b*值为0至4)的硅藻土。这种亮度值和色调值可以在助熔煅烧硅藻土中找到。然而，虽然材料的光学性质可能在进料的所需范围内，但如果该材料没有包含足够的落入要生产的HEFAP的所需PSD内的颗粒，则该材料可能不被接受用作进料。例如，包含较粗的熔煅烧硅藻土(例如FW40(EP Minerals的产品))的进料可能太粗而无法包含具有Hegman 2.5至3.5的所需PSD范围的颗粒。本发明人的产品开发表明，进料的D50应为15μm至70μm，优选在25μm至40μm的范围内。
在框120中，通过容积式进料器(例如AccuRate 304等)将进料送入到空气分级器中。优选地，容积式进料器的进料器速率设置为100L/h至200L/h(其经测量对于本公开中使用的进料为520g/h至1.4kg/h)，并且搅拌速率为约300至约400。
在框130中，进料可以通过空气分级器，例如Comex ACX-50分级器或其他类似的分级器进行分级。Comex ACX-50分级器配备有高速分级系统，包括分离器级和旋风级。在利用一步空气分级来生产HEFAP的示例性方法100中，分级器输出的细粒级是HEFAP产品。注入分级器的分级空气向内流动通过分级器并排出(材料的)细粒级。在使用分离器级随后使用旋风级的分级器(例如Comes ACX-50)中，(分级器的)分离器输出的细粒级流入(分级器的)旋风器中；旋风器输出的所得细粒级(D95为55μm至67μm，优选为59μm至67μm并且比率(R)为0.30至0.52的细颗粒，或D95为41μm至46μm并且比率(R)为0.30至0.45的细颗粒)是Hegman分别为1.0至2.0或2.5至3.5的HEFAP。被分级器剔除的粗粒级通过粗材料出口离开并且可以被认为是图1的示例性方法100的副产品或废品。如下所述，可以改变参数，例如分级速度和气流压力以获得所需产品。
为了生成具有(1)约1.0至约2.0(优选地，1.0至2.0)的Hegman和(2)0.4至0.5的标准光泽度值的HEFAP，分级速度可以为约3000RPM至约4500RPM，并且气流可以为25m3/h至55m3/h，优选为45m3/h。在一个实施方式中，HEFAP还可以具有以下一项或多项：0.30至0.52的比率(R)，优选为0.35至0.52；79至94的Y值，优选为79至91；91至98的L*值，优选为91至97；-0.3至1.2的a*值，优选为-0.1至1.2；0.0至5.0的b*值，优选为1.0至5.0；或0.90至0.92的标准对比度。
为了生成具有(1)约2.5至约3.5(优选地，2.5至3.5)的Hegman和(2)0.4至0.5的标准光泽度值的HEFAP，分级速度可以为约5000RPM至约7000RPM，并且气流可以为25m3/h至55m3/h，优选为45m3/h。在一个实施方式中，HEFAP还可以具有以下一项或多项：0.30至0.45的比率(R)，优选为0.34至0.45；79至94的Y值，优选为79至91；91至98的L*值，优选为91至97；-0.3至1.2的a*值，优选为-0.1至1.2；0.0至5.0的b*值，优选为1.0至5.0；或0.90至0.92的标准对比度。
根据进料，使用一步分级和两步(双)分级制备HEFAP。在一步分级方法中，旋风器中收集的细粒级是HEFAP，分离级中收集的粗粒级是副产品或废物。在两步双分级中，第一分级(在这种情况下在分离器级和旋风级之后)输出的细粒级用作第二分级的进料，该第二分级用于根据最终HEFAP的所需Hegman进一步去除一些细颗粒或粗颗粒并输出相应的细粒级或粗粒级作为产品，如下面所述和如图2所示。
图2示出了利用两步空气分级的示例性方法200，其产生：(1)具有约1.0至约2.0(优选地，1.0至2.0)的Hegman的示例性HEFAP；(2)具有约2.5至约3.5(优选地，2.5至3.5)的Hegman的HEFAP；或(3)(作为联产品)具有约1.0至约2.0(优选地，1.0至2.0)的Hegman的HEFAP和具有约2.5至约3.5(优选地，2.5至3.5)的Hegman的另一种HEFAP。
为了使用图2的示例性两步(双)分级方法制备具有约1.0至约2.0(优选地，1.0至2.0)的Hegman的HEFAP，第一分级输出的细粒级的目标为51μm至56μm的D95，因此收集的细粒级作为进料的下一次分级产生了D95为59μm至67μm的所需产品。第二分级还去除了细粒，使比率R最小化为0.35至0.52。对于这种制备程序，确定约4000RPM至约4500RPM(优选地，4200RPM至4300RPM)和约4000RPM至约7000RPM(优选地，5000RPM至6000RPM)的分级速度分别适合第一分级和第二分级。
为了使用图2的两步(双)分级制备具有约2.5至约3.5(优选地，2.5至3.5)的Hegman的HEFAP，第一分级中收集的细粒级的目标为35μm至37μm的D95，因此用收集的细粒级作为进料的下一次分级将产生所需的为41μm至46μm的D95。同时，第二分级还去除了细粒，使得比率R可以在0.34至0.45的范围内。对于这种制备程序，发现约4200RPM至约5700RPM(优选地，5500RPM至5700RPM)和约5000RPM至约7000RPM(优选地，6500RPM至7000RPM)的分级速度分别适合第一分级和第二分级。
在一些情况下，两步(双)分级可以产生具有约1.0至约2.0(优选地，1.0至2.0)的Hegman的HEFAP和具有约2.5至约3.5(优选地，2.5至3.5)的Hegman的另一种HEFAP，分别在第二分级中收集的具有约1.0至约2.0(优选地，1.0至2.0)的Hegman的粗粒级和具有约2.5至约3.5的Hegman(优选地，2.5至3.5)的细粒级。在这种情况下，51μm至56μm的D95仍然是第一分级中收集的细粒级的目标。发现约4200RPM至约4300RPM和约5000RPM至约5500RPM的分级速度分别适合第一分级和第二分级。
下面更具体地描述方法200。在框210(也参见框110、框310和框410)中，选择进料。进料包括硅藻土。在优选的实施方式中，进料可以是硅藻土。硅藻土可以包括助熔煅烧硅藻土或者可以是助熔煅烧硅藻土。
进料在CIE Yxy颜色空间中的Y值可以在80至100的范围内，优选地，在87至94的范围内。进料在L*a*b*颜色空间中的b*值可以在0至5的范围内，优选地，在0至4的范围内。进料的D50可以在15μm至70μm的范围内，优选地，在25μm至40μm的范围内。进料的L*值可以在89至100的范围内，优选地，在95至98的范围内。进料的a*值可以在-0.7至1.6范围内，优选地，在-0.3至1.0范围内。关于进料，SD与D50的比率(R)可以在0.3至1.3的范围内，优选地，在0.6至1.3的范围内。
制备HEFAP的方法200倾向于降低进料的亮度并增加色调，因此在一个优选的实施方式中，进料包含具有高亮度(Y值为87至94)和低色调(b*值为0至4)的硅藻土。这种亮度值和色调值可以在助熔煅烧硅藻土中找到。然而，虽然材料的光学性质可能在进料的所需范围内，但如果该材料没有包含足够的落入要生产的HEFAP的所需PSD内的颗粒，则该材料可能不被接受用作进料。例如，包含较粗的熔煅烧硅藻土(例如FW40(EP Minerals的产品))的进料可能太粗而无法包含具有Hegman 2.5至3.5的所需PSD范围的颗粒。本发明人的产品开发表明，进料的D50应为15μm至70μm，优选在25μm至40μm的范围内。
在框220中，通过容积式进料器(例如Schenckprocess AccuRate 304等)将进料送入到空气分级器中。优选地，容积式进料器的进料器速率设置为100L/h至200L/h(其经测量对于本公开中使用的进料为520g/h至1.4kg/h)，并且搅拌速率为约300至约400。
在框230中，进料可以通过空气分级器进行分级，例如Comex ACX-50分级器或其他类似的分级器。Comex ACX-50分级器配备有高速分级系统，包括分离器级和旋风级。与图1的方法类似，注入分级器底座的分级空气向内流动通过分级器并排出(材料的)细粒级。在使用分离器级随后使用旋风级的分级器(例如Comex ACX-50)中，(分级器的)分离器输出的细粒级流入旋风器中；从旋风器输出的所得细粒级(D95为51μm至56μm或D95为35μm至37μm的细颗粒)作为框230的第一分级的结果。制备Hegman为1.0至2.0的HEFAP时，第一分级中收集的细粒级的目标为51μm至56μm的D95。制备Hegman为2.5至3.5的HEFAP时，第一分级中收集的细粒级的目标为35μm至37μm的D95。制备Hegman为1.0至2.0的HEFAP和Hegman为2.5至3.5的另一种HEFAP的联产品时，第一分级中收集的细粒级的目标为51μm至56μm的D95。在第一分级中被分级器剔除的粗粒级通过粗材料出口离开并且可以被认为是方法200的副产品或废品。
为了生成具有(1)约1.0至约2.0(优选地，1.0至2.0)的Hegman和(2)0.4至0.5的标准光泽度值的粉末HEFAP，框230的分级速度可以在约4000RPM至约4500RPM范围内，优选为4200RPM至约4300RPM，并且气流可以在25m3/h至55m3/h范围内，优选为45m3/h。优选地，在框230的第一分级中收集的细粒级的D95在51μm至56μm的范围内，使得框250的下一分级将产生所需具有59μm至67μm的D95的粗粒级并且比率(R)为0.35至0.52。
为了生成具有(1)约2.5至约3.5(优选地，2.5至3.5)的Hegman和(2)0.6至0.7的标准光泽度值的粉末HEFAP，框230的第一分级的分级速度可以在约4200RPM至约5700RPM的范围内(优选为5500RPM至约5700RPM)，并且气流可以在25m3/h至55m3/h范围内，优选为45m3/h。优选地，在框230的第一分级中收集的细粒级的D95在35μm至37μm的范围内，使得框250的下一分级将产生所需具有41μm至46μm的D95的细粒级并且比率(R)为0.34至0.45。
为了生成从框250的第二分级输出的以下的联产品：(1)具有约1.0至约2.0(优选地，1.0至2.0)的Hegman和0.4至0.5的标准光泽度值的粉末HEFAP和(2)具有约2.5至约3.5(优选地，2.5至3.5)的Hegman和0.6至0.7的标准光泽度值的粉末HEFAP，框230的第一分级的分级速度可以在约4200RPM至约4300RPM范围内。
在框240中，容积式进料器，例如Schenckprocess AccuRate 304等，将框230的结果(细粒级)进料到第二分级工艺中。优选地，容积式进料器的进料器速率设置为100L/h至200L/h(其经测量对于本公开中使用的进料为520g/h至1.4kg/h)，并且搅拌速率为约300至约400。
在框250中，细粒级通过分级器，例如Comex ACX-50分级器或其他类似的分级器进行分级。与上述类似，注入Comex ACX-50机器底座的分级空气向内流动通过分级器并输出(材料的)细粒级和粗粒级。在使用分离器级随后使用旋风级的分级器(例如Comex ACX-50)中，(分级器的)分离器输出的细粒级流入旋风器中，并且从旋风器输出的所得细粒级作为框250的第二分级的结果。被分级器剔除的粗颗粒通过粗材料出口离开。
为了使用图2的两步双分级方法200制备具有约1.0至约2.0(优选地，1.0至2.0)的Hegman的HEFAP，框250的第二分级的分级速度可以在约4000RPM至约7000RPM的范围内(优选为5000RPM至约6000RPM)，并且气流可以在25m3/h至55m3/h范围内，优选为45m3/h。从分离器级输出的粗粒级是Hegman为约1.0至约2.0(优选为1.0至2.0)的HEFAP。框250的分级产生D95为59μm至67μm的Hegman为1.0至2.0的粗粒级。在一个实施方式中，HEFAP还可以具有以下一项或多项：0.30至0.52的比率(R)，优选为0.35至0.52；79至94的Y值，优选为79至91；91至98的L*值，优选为91至97；-0.3至1.2的a*值，优选为-0.1至1.2；0.0至5.0的b*值，优选为1.0至5.0；或在0.90至0.92范围内的标准对比度。
鉴于使用图2的两步双分级方法200制备具有约2.5至约3.5(优选地，2.5至3.5)的Hegman的HEFAP，框250的第二分级的分级速度可以在约5000RPM至约7000RPM的范围内(优选为6500RPM至约7000RPM)，并且气流可以在25m3/h至55m3/h范围内，优选为45m3/h。从旋风级输出的细粒级是Hegman为约2.5至约3.5(优选为2.5至3.5)的HEFAP。框250的分级产生D95为41μm至46μm的细粒级(Hegman为2.5至3.5)。在一个实施方式中，HEFAP还可以具有以下一项或多项：0.30至0.52的比率(R)，优选为0.34至0.45；79至94的Y值，优选为79至91；91至98的L*值，优选为91至97；-0.3至1.2的a*值，优选为-0.1至1.2；0.0至5.0的b*值，优选为1.0至5.0；或0.90至0.92的标准对比度。
当生成从框250的第二分级输出的以下作为联产品时：(1)具有约1.0至约2.0(优选地，1.0至2.0)的Hegman和0.4至0.5的标准光泽度值的粉末HEFAP和(2)具有约2.5至约3.5(优选地，2.5至3.5)的Hegman和0.6至0.7的标准光泽度值的粉末HEFAP，框250的第二分级的分级速度可以在约5000RPM至约5500RPM范围内。框250的分级产生D95为59μm至67μm的Hegman为1.0至2.0的粗粒级；这种粗粒级HEFAP还可以具有以下一项或多项：0.30至0.52的比率(R)，优选为0.35至0.52；79至94的Y值，优选为79至91；91至98的L*值，优选为91至97；-0.3至1.2的a*值，优选为-0.1至1.2；0.0至5.0的b*值，优选为1.0至5.0；或在0.90至0.92范围内的标准对比度。框250的分级产生D95为41μm至46μm的Hegman为2.5至3.5的细粒级；这种细粒级HEFAP还可以具有以下一项或多项：0.30至0.45的比率(R)，优选为0.34至0.45；79至94的Y值，优选为79至91；91至98的L*值，优选为91至97；-0.3至1.2的a*值，优选为-0.1至1.2；0.0至5.0的b*值，优选为1.0至5.0；或0.90至0.92的标准对比度。
另一种制备HEFAP的方法是通过仔细筛分进料。例如，可以使用离心筛分机(例如来自宾夕法尼亚州布里斯托尔(Bristol,Pa.)的Kemutec Inc的各种KEK型号)来去除进料中的粗颗粒并收集细粒级作为产品。
图3示出了示例性方法300，其利用筛分来制备具有约1.0至约2.0(优选为1.0至2.0)或约2.5至约3.5(优选为2.5至3.5)的Hegman的HEFAP产品。在框310(也参见框110、框210和框410)中，选择进料。进料包括硅藻土。在优选的实施方式中，进料可以是硅藻土。硅藻土可以包括助熔煅烧硅藻土或者可以是助熔煅烧硅藻土。
进料在CIE Yxy颜色空间中的Y值可以在80至100的范围内，优选地，在87至94的范围内。进料在L*a*b*颜色空间中的b*值可以在0至5的范围内，优选地，在0至4的范围内。进料的D50可以在15μm至70μm的范围内，优选地，在25μm至40μm的范围内。进料的L*值可以在89至100的范围内，优选地，在95至98的范围内。进料的a*值可以在-0.7至1.6范围内，优选地，在-0.3至1.0范围内。关于进料，SD与D50的比率(R)可以在0.3至1.3的范围内，优选地，在0.6至1.3的范围内。
制备HEFAP的方法300倾向于降低进料的亮度并增加色调，因此在一个优选的实施方式中，进料包含具有高亮度(Y值为87至94)和低色调(b*值为0至4)的硅藻土。这种亮度值和色调值可以在助熔煅烧硅藻土中找到。然而，虽然材料的光学性质可能在进料的所需范围内，但如果该材料没有包含足够的落入要生产的HEFAP的所需PSD内的颗粒，则该材料可能不被接受用作进料。例如，包含较粗的熔煅烧硅藻土(例如FW40(EP Minerals的产品))的进料可能太粗而无法包含具有Hegman 2.5至3.5的所需PSD范围的颗粒。本发明人进行的大量试验表明，进料的D50应为15μm至70μm，优选在25μm至40μm的范围内。
在框320中，通过容积式进料器(例如Schenckprocess AccuRate 304等)将进料送入到筛分机中。优选地，容积式进料器的进料器速率设置为100L/h至200L/h(其经测量对于本公开中使用的进料为520g/h至1.4kg/h)，并且搅拌速率为约300至约400。
在框330中，进料可以通过离心筛分机，例如KEK实验室离心筛分机进行筛分。用于制备Hegman为约1.0至约2.0(优选为1.0至2.0)的HEFAP或Hegman为约2.5至约3.5(优选为2.5至3.5)的HEFAP的筛孔尺寸分别为270目(53μm)或400目(37μm)。HEFAP产品是所得的细粒级。
为了制备Hegman为约1.0至约2.0(优选为1.0至2.0)、标准光泽度值为0.4至0.5的粉末HEFAP产品，筛孔尺寸为270目(53μm)。框330的筛分产生D95为59μm至67μm的Hegman为1.0至2.0的细粒级。在一个实施方式中，HEFAP还可以具有以下一项或多项：0.30至0.52的比率(R)，优选为0.35至0.52；79至94的Y值，优选为79至91；91至98的L*值，优选为91至97；-0.3至1.2的a*值，优选为-0.1至1.2；0.0至5.0的b*值，优选为1.0至5.0；或0.90至0.92的标准对比度。
为了生成Hegman为约2.5至约3.5(优选为2.5至3.5)、标准光泽度值为0.4至0.5的粉末HEFAP产品，筛孔尺寸为400目(37μm)。框330的筛分产生D95为41μm至46μm的细粒级(Hegman为2.5至3.5)。在一个实施方式中，HEFAP还可以具有以下一项或多项：0.30至0.45的比率(R)，优选为0.34至0.45；79至94的Y值，优选为79至91；91至98的L*值，优选为91至97；-0.3至1.2的a*值，优选为-0.1至1.2；0.0至5.0的b*值，优选为1.0至5.0；或在0.90至0.92范围内的标准对比度。
或者，可以使用空气分级和筛分的组合来制备HEFAP。在第一步中，可以使用筛分去除粗颗粒，可以收集细粒级作为后续分级的进料。例如，用这种方法制备具有约1.0至约2.0Hegman(优选为1.0至2.0)的HEFAP，第一步可以是通过配备有325目(44μm)筛网的Kemetuc KEK实验室离心筛分机进行筛分，以产生目标为50μm至55μm的D95的细粒级。然后可以将筛分后收集的细粒级用作空气分级的进料，例如，使用以约6000RPM的分级速度运行的Comex ACX-50分级器。
图4示出了示例性方法400，其利用筛分和空气分级的组合来制备具有约1.0至约2.0(优选为1.0至2.0)的Hegman的HEFAP。在框410(也参见框110、框210和框310)中，选择进料。进料包括硅藻土。在优选的实施方式中，进料可以是硅藻土。硅藻土可以包括助熔煅烧硅藻土或者可以是助熔煅烧硅藻土。
进料在CIE Yxy颜色空间中的Y值可以在80至100的范围内，优选地，在87至94的范围内。进料在L*a*b*颜色空间中的b*值可以在0至5的范围内，优选地，在0至4的范围内。进料的D50可以在15μm至70μm的范围内，优选地，在25μm至40μm的范围内。进料的L*值可以在89至100的范围内，优选地，在95至98的范围内。进料的a*值可以在-0.7至1.6范围内，优选地，在-0.3至1.0范围内。关于进料，SD与D50的比率(R)可以在0.3至1.3的范围内，优选地，在0.6至1.3的范围内。
制备HEFAP的方法400倾向于降低进料的亮度并增加色调，因此在一个优选的实施方式中，进料包含具有高亮度(Y值为87至94)和低色调(b*值为0至4)的硅藻土。这种亮度值和色调值可以在助熔煅烧硅藻土中找到。然而，虽然材料的光学性质可能在进料的所需范围内，但如果该材料没有包含足够的落入要生产的HEFAP的所需PSD内的颗粒，则该材料可能不被接受用作进料。本发明人进行的大量试验表明，进料的D50应为15μm至70μm，优选在25μm至40μm的范围内。
在框420中，通过容积式进料器(例如Schenckprocess AccuRate 304等)将进料送入到筛分机中。优选地，容积式进料器的进料器速率为约100L/h至约200L/h(其经测量对于本公开中使用的进料为520g/h至1.4kg/h)，并且搅拌速率为约300至约400。
在框430中，进料通过离心筛分机，例如使用Kemutec KEK实验室离心筛分机进行筛分。用于制备Hegman为约1.0至约2.0(优选为1.0至2.0)的HEFAP的筛孔尺寸为325目(44μm)筛网，以产生D95为50μm至55μm的细粒级。筛分输出的所得的细粒级随后被送入分级器进行进一步处理。
在框440中，容积式进料器，例如Schenckprocess AccuRate 304等，将框430的结果(细粒级)进料到分级器中。优选地，容积式进料器的进料器速率为约100L/h至约200L/h(其经测量对于本公开中使用的进料为520g/h至1.4kg/h)，并且搅拌速率为约300至约400。
在框450中，细粒级通过分级器，例如Comex ACX-50分级器或其他类似的分级器进行分级。与上述类似，注入Comex ACX-50机器底座的分级空气向内流动通过分级器并输出(材料的)细粒级和粗粒级。在使用分离器级随后使用旋风级的分级器(例如Comex ACX-50)中，(分级器的)分离器输出的细粒级流入旋风器中，并且从旋风器输出的所得细粒级作为框450的分级的结果。被分级器剔除的粗颗粒通过粗材料出口离开。
为了使用图4的筛分和空气分级方法400制备具有约1.0至约2.0(优选地，1.0至2.0)的Hegman的最终产品HEFAP，框450的分级的分级速度在约4000RPM至约7000RPM的范围内，优选为5000RPM至约6000RPM，并且气流可以在25m3/h至55m3/h范围内，优选为45m3/h。从分离器输出的粗粒级是Hegman为约1.0至约2.0(优选为1.0至2.0)的HEFAP，细粒级是该方法400的副产品或废品。框450的分类将产生D95为59μm至67μm的粗粒级。在一个实施方式中，HEFAP还可以具有以下一项或多项：0.30至0.52的比率(R)，优选为0.35至0.52；79至94的Y值，优选为79至91；91至98的L*值，优选为91至97；-0.3至1.2的a*值，优选为-0.1至1.2；0.0至5.0的b*值，优选为1.0至5.0；或0.90至0.92的标准对比度。
分级和筛分是工业用于生产DE功能添加剂的技术。例如，窑炉排出的助熔煅烧材料可以进行机械或空气分级，以去除10wt％至30wt％的细粒级作为DE填料产品，可以在旋风器中收集粗粒级作为具有显著增强的渗透性的快流速助滤剂。然而，与现有技术的教导不同，本文的处理通过最大化D95和最小化比率R来控制PSD以制备HEFAP。HEFAP和现有技术之间的PSD的比较突出了差异。例如，虽然一些Celite 81产品(参见表1，样品#20022、#38816、#9103、#37072和#39569)与具有1.0至2.0Hegman的HEFAP(参见表9)共享相似的D95范围(即59μm至68μm)，但与HEFAP的0.35至0.52相比，它们具有0.72至0.84的大比率R，这对其消光有效性产生负面影响。也可以在来自加利福尼亚州隆波克的Celite 499(表1，样品#20023)和具有2.5至3.5Hegman的HEFAP(表10)之间进行类似的比较。
另一方面，具有低比率R但没有最大化的D95的产品也不会表现出高的消光有效性。例如，Hegman范围为2.5至3.5的一些Celite 281(表1，样品#32083和#27626)和Celite499(表1，样品#22222)的比率R为0.44至0.47，而Hegman为2.5至3.5的HEFAP显示出比率R为0.34至0.45。然而，它们的D95值远小于HEFAP的D95值(26μm至36μm与41μm至46μm)。
包含硅藻土并且具有不可检测的结晶二氧化硅含量(没有可检测的结晶二氧化硅含量)的HEFAP的制备
如前所述，进料包括硅藻土。在优选的实施方式中，进料可以是硅藻土。硅藻土可以包括助熔煅烧硅藻土或者可以是助熔煅烧硅藻土。进料在CIE Yxy颜色空间中的Y值可以在80至100的范围内，优选地，在87至94的范围内。进料在L*a*b*颜色空间中的b*值可以在0至5的范围内，优选地，在0至4的范围内。进料的D50可以在15μm至70μm的范围内，优选地，在25μm至40μm的范围内。进料的L*值可以在89至100的范围内，优选地，在95至98的范围内。进料的a*值可以在-0.7至1.6范围内，优选地，在-0.3至1.0范围内。关于进料，SD与D50的比率(R)可以在0.3至1.3的范围内，优选地，在0.6至1.3的范围内。
可以通过制备包含助熔煅烧硅藻土的进料(用于框110、210、310和410)来实现期望的明亮光学性质。在一个实施方式中，进料可以具有结晶二氧化硅含量；在这样的实施方式中，所得的HEFAP也将具有结晶二氧化硅含量。在一个替代实施方式中，进料可以不含可检测的结晶二氧化硅含量(有时被描述为具有不可检测的结晶二氧化硅含量)并且可以使用与上文关于图1至图4所述的相同的分级和/或筛分方法来制备这种HEFAP：不含可检测的结晶二氧化硅(根据LH方法测量)并具有所需的明亮光学性质。为了做到这一点，制备在图1至图4的分级和/或筛分方法的框110、框210、框310和框410(“选择进料”)中使用的进料，使得它们不含可检测的结晶二氧化硅含量(或不含所有可检测的结晶二氧化硅)，如使用本文所述的LH方法测量的。
Lenz等人未公开的PCT专利申请(PCT/US18/014514)教导了不含可检测的结晶二氧化硅(换言之，它们具有0wt％的结晶二氧化硅含量)并且可以被选择作为进料(参见图1至图4的方法的框110、210、310、410)的合适的进料。Lenz等人教导的这种材料可以包括助熔煅烧硅藻土(或者可以是助熔煅烧硅藻土)并且还可以具有例如84至93的Y值、93至97的L*、-0.5至1.6的a*、2.4至4.8的b*、25μm至40μm的D50、和22至28的Opal-C含量的性质。
在一些实施方式中，虽然不是所有实施方式，但在框110、210、310和410中使用的进料可以包括硅藻土(或者可以是硅藻土)，该硅藻土可以：(1)已经由具有约79.0wt％至约89.0wt％范围的SiO2、约0.5wt％至约4.4wt％范围的氧化铝(Al2O3)和约0.1wt％至约2.5wt％范围的氧化铁(Fe2O3)的硅藻土矿石制备；和(2)不含可检测的结晶二氧化硅含量(或不含所有结晶二氧化硅含量)，如通过LH方法测定的。
为了制备助熔煅烧硅藻土，首先将矿石粉碎以减小原矿材料的尺寸，从而制备用于煅烧的硅藻土矿石。粉碎的矿石同时进行研磨和快速干燥，以实现块状颗粒的解聚以产生流化粉末。为确保煅烧产品保持其明亮的光学特性，对闪蒸干燥的材料进行重矿物和杂质分离，从而实现纯化。这种方法是在机械分离器、空气分离器或离心筛分机的帮助下进行的。通过将纯化硅藻土与一种或多种精细研磨的助熔剂通过流化方式充分混合以达到最佳混合，来制备用于助熔煅烧的纯化的硅藻土矿石进料。一种或多种助熔剂可以包括碱金属氧化物助熔剂、苏打灰、钾碱、硼砂、氧化锂或其混合物。
混合的进料可以在回转窑中进行热处理以实现煅烧。助熔煅烧过程可以在直燃窑中进行，其中硅藻土产品与来自窑燃烧器的火焰和加热的窑耐火材料直接接触。或者，可以使用间接燃烧的窑，其中从外部加热窑壳并且硅藻土不与燃烧器火焰进行任何直接接触并且通过窑耐火材料的热传导实现煅烧。
为了制备不含可检测的结晶二氧化硅含量的进料，可以选择助熔煅烧工艺条件，使得所得的助熔煅烧硅藻土具有Opal-C含量(蛋白石-C和/或蛋白石-CT)并且进一步具有以下所需光学性质：在80至100范围内的Y值，优选地，在87至94的范围内，和在0至5的范围内的b*值，优选地，0至4。硅藻土的D50在15μm至70μm的范围内，优选地，在25μm至40μm的范围内。硅藻土的L*值可以在89至100的范围内，优选地，在95至98的范围内。硅藻土的a*值可以在-0.7至1.6范围内，优选地，在-0.3至1.0范围内。SD可以在0.3至1.3的范围内，优选地，在0.6至1.3的范围内。不含可检测的结晶二氧化硅含量的进料在815℃至1204℃(1500°F至2200°F)的温度范围内进行15分钟至60分钟。煅烧操作的合适温度主要取决于硅藻土矿石的来源，但通常在870℃至1200℃的范围内，这取决于矿石组成，例如有机物含量。
用于产生具有所需光学性质的产品的助熔剂的总量在约3wt％至约8wt％的范围内，这取决于纯化的进料矿石的主体化学组成。一种或多种助熔剂(例如苏打灰)的聚集体与进料中的氧化铝和氧化铁含量的化学计量比为100％至400％。通常，当化学计量比在100％至200％的范围内时，会生成含有Opal-C的助熔煅烧产品。
助熔煅烧后，对窑排放物通常进行机械或空气分级以去除10wt％至30wt％或更多的细粒级(通常作为填料产品)，粗粒级被收集在旋风器中(通常用作具有显著增强的渗透性的快流速助滤剂)。收集的粗粒级，也称为“主仓(main bin)”级分，可用于图1至图4的分级和/或筛分过程的进料(参见框110、210、310和410)。这种主仓级分可用于进料中以制备不含所有可检测的结晶二氧化硅的HEFAP(如果主仓级分不含所有可检测的结晶二氧化硅含量)，或者可用于进料中以制备具有结晶二氧化硅含量的HEFAP(如果主仓级分具有结晶二氧化硅含量)。
实施例
包含硅藻土并具有约1.0至约2.0的Hegman细度的HEFAP实施例
表9示出了包含硅藻土并具有1.0至约2.0的Hegman细度的HEFAP实施例。
样品#38800和#38799
样品#38800和#38799是根据图2的方法200通过两步双空气分级制备的。来自EPMinerals的FW14助滤材料用作第一级分级器的进料。该进料包含这样的助熔煅烧硅藻土，其具有：(1)以下光学性质：Y值为93.36、L*值为97.37、a*值为-0.27和b*值为2.93；和(2)以下粒径分布：D10＝12.57、D50＝31.67、D90＝94.93和D95＝136.5。第一分级和第二分级使用COMEX ACX-50分级器。
对于样品#38800，通过Schenckprocess AccuRate 304容积式进料器将进料送入第一空气分级。进料器速率设置为200L/h，测得约为1.4kg/h，以及搅拌速率为400。
使用Comex ACX-50分级器进行第一空气分级。Comex ACX-50分级器配备有高速分级系统，包括分离器级和旋风级。第一空气分级的分级速度为4300RPM，气流为45m3/h。在第一分级(框230)中收集的细粒级具有以下PDS：D10：10.98μm；D50：23.26μm；D90：45.13μm；和D95：55.57μm。
通过Schenckprocess AccuRate 304容积式进料器将来自第一空气分级的细粒级送入第二空气分级。进料器速率设置为200L/h，测得约为1.4kg/h，以及搅拌速率为400。
使用Comex ACX-50分级器进行第二空气分级。Comex ACX-50分级器配备有高速分级系统，包括分离器级和旋风级。第二空气分级的分级速度为6000RPM，气流为45m3/h。HEFAP是由第二空气分级(框250)产生的粗粒级，其具有：(1)以下光学性质：Y值为84.17，L*值为93.53，a*值为0.29，以及b*值为1.15；和(2)以下PDS：D10：21.04μm；D50：33.45μm；D90：53.17μm；D95：62.55μm。
对于样品#38799，通过Schenckprocess AccuRate 304容积式进料器将进料送入第一空气分级。进料器速率设置为200L/h，测得约为1.4kg/h，以及搅拌速率为400。
使用Comex ACX-50分级器进行第一空气分级。Comex ACX-50分级器配备有高速分级系统，包括分离器级和旋风级。第一空气分级的分级速度为4300RPM，气流为45m3/h。在第一分级(框230)中收集的细粒级具有以下PDS：D10：10.98μm；D50：23.26μm；D90：45.13μm；和D95：55.57μm。
通过Schenckprocess AccuRate 304容积式进料器将来自第一空气分级的细粒级送入第二空气分级。进料器速率为200L/h，以及搅拌速率为400。
使用Comex ACX-50分级器进行第二空气分级。Comex ACX-50分级器配备有高速分级系统，包括分离器级和旋风级。第二空气分级的分级速度为5500RPM，气流为45m3/h。HEFAP是由第二空气分级(框250)产生的粗粒级，其具有：(1)以下光学性质：Y值为84.10，L*值为93.50，a*值为0.10，以及b*值为1.40；和(2)以下PDS：D10：21.41μm；D50：34.85μm；D90：56.08μm；和D95：66.65μm。
样品#38992
样品#38992也是根据图2的方法200通过两步双空气分级制备的，但硅藻土进料不含可检测的结晶二氧化硅(进料的化学性质参见表14)。该进料包含这样的助熔煅烧硅藻土，其具有：(1)以下光学性质：Y值为89.74、L*值为95.89、a*值为0.21和b*值为3.41；和(2)以下粒径分布：D10＝15.02、D50＝36.02、D90＝71.29以及D95＝125.5。
表14：用于制备包含硅藻土且具有不可检测的结晶二氧化硅含量(不含结晶二氧化硅含量)的HEFAP(包括样品#38992、#39149、#39146、#38993、#39148和#39147)的主仓进料的化学性质
对于样品#38992，通过Schenckprocess AccuRate 304容积式进料器将进料送入第一空气分级。进料器速率设置为200L/h，测得约为1.4kg/h，以及搅拌速率为400。
使用Comex ACX-50分级器进行第一空气分级。Comex ACX-50分级器配备有高速分级系统，包括分离器级和旋风级。第一空气分级的分级速度为4200RPM，气流为45m3/h。在第一分级(框230)中收集的细粒级具有以下PDS：D10：12.30μm；D50：23.58μm；D90：42.31μm；和D95：51.18μm。
通过Schenckprocess AccuRate 304容积式进料器将来自第一空气分级的细粒级送入第二空气分级。进料器速率设置为200L/h，测得约为1.4kg/h，以及搅拌速率为400。
使用Comex ACX-50分级器进行第二空气分级。Comex ACX-50分级器配备有高速分级系统，包括分离器级和旋风级。第二空气分级的分级速度为5000RPM，气流为45m3/h。该过程产生了联产品。由第二空气分级(框250)产生的粗粒级是(第一)HEFAP，其具有：(1)以下光学性质：Y值为84.81、L*值为93.80、a*值为-0.07和b*值为2.04；和(2)以下粒径分布(PSD)：D10：20.60μm；D50：32.04μm；D90：50.49μm；和D95：59.33μm。由第二空气分级(框250)产生的细粒级提供本文之后讨论的(第二)HEFAP(样品#38993)。
样品#39149和#39146
使用相同的进料制备样品#39149和#39146；但是，#39149是根据图1的方法100从一步空气分级制备的，而#39146是根据图3的方法300使用Kemutec KEK实验室离心筛分机筛分制备的。该进料包含这样的助熔煅烧硅藻土，其具有：(1)以下光学性质：Y值为89.74、L*值为95.89、a*值为0.21和b*值为3.41；和(2)以下粒径分布：D10＝15.02、D50＝36.02、D90＝71.29以及D95＝125.5。该硅藻土是不含可检测的结晶二氧化硅的主仓材料(进料的化学性质参见表14)。
对于样品#39149，将进料通过Schenckprocess AccuRate 304容积式进料器送入到空气分级器中。进料器速率设置为200L/h，经测量为约1.4kg/h并且搅拌速率为400。
使用Comex ACX-50分级器进行空气分级。Comex ACX-50分级器配备有高速分级系统，包括分离器级和旋风级。空气分级的分级速度为3500RPM，气流为45m3/h。
HEFAP是由空气分级(框130)产生的细粒级并且具有：(1)以下光学性质：Y值为86.85，L*值为94.68，a*值为-0.05，以及b*值为2.37；和(2)以下PDS：D10：13.64μm；D50：28.75μm；D90：53.87μm；和D95：65.80μm。
对于样品#39146，通过Schenckprocess AccuRate 304容积式进料器将进料送入离心筛分机。进料器速率设置为100L/h，测得约为520g/h，以及搅拌速率为300。
进料用离心筛分机(Kemutec KEK实验室离心筛分机)筛分，筛孔尺寸设置为270目。所得的细粒级是具有以下的HEFAP：(1)以下光学性质：Y值为88.54，L*值为95.39，a*值为0.03，以及b*值为2.66；和(2)以下PDS：D10：14.02μm；D50：30.36μm；D90：55.16μm；和D95：66.79μm。
样品#38462
使用含有不可检测的结晶二氧化硅含量(不含结晶二氧化硅含量)的类似进料来制备样品#38462(进料的化学性质参见表15)。然而，使用筛分和空气分级的组合(根据图4中所示的方法400)来制备该样品。该进料包含这样的助熔煅烧硅藻土，其具有：(1)以下光学性质：Y值为87.99、L*值为95.16、a*值为0.83和b*值为3.88；和(2)以下粒径分布：D10＝11.87、D50＝27.60、D90＝70.85和D95＝97.23。该硅藻土是不含可检测的结晶二氧化硅的主仓材料(进料的化学性质参见表15)。
表15：用于制备包含硅藻土且具有不可检测的结晶二氧化硅的HEFAP(包括样品#38462和#38802)的主仓进料的化学性质
对于样品#38462，通过Schenckprocess AccuRate 304容积式进料器将进料送入离心筛分机。进料器速率设置为100L/h，测得约为520g/h，以及搅拌速率为300。
进料用离心筛分机(Kemutec KEK实验室离心筛分机)筛分，筛孔尺寸设置为325目。所得的细粒级具有以下PDS：D10：10.88μm；D50：23.20μm；D90：44.24μm；和D95：54.19μm。
然后将细粒级通过Schenckprocess AccuRate 304容积式进料器送入空气分级器。进料器速率设置为200L/h，测得约为1.4kg/h，以及搅拌速率为400。
使用Comex ACX-50分级器进行空气分级。Comex ACX-50分级器配备有高速分级系统，包括分离器级和旋风级。空气分级的分级速度为6000RPM，气流为45m3/h。
HEFAP是由空气分级(框450)产生的粗粒级并且具有：(1)以下光学性质：Y值为79.20，L*值为91.32，a*值为1.16，以及b*值为4.81；和(2)以下PDS：D10：19.69μm；D50：31.74μm；D90：50.81μm；和D95：59.92μm。
在如上定义的标准配方(参见表6和表7)中，表9中列出的HEFAP实施例的标准光泽度值范围为0.4至0.5。相比之下，其他包含DE且处于公共领域的Hegman细度为1.0至2.0的功能填料产品，对于助熔煅烧，其范围为0.6至0.8(参见表1、表2、表3)以及对于天然级，其范围为1.3至1.4(参见表4)。这种比较证明了HEFAP的高消光效率。
包含硅藻土并具有约2.5至约3.5的Hegman细度的HEFAP实施例
样品#38993
表10示出了具有2.5至约3.5的Hegman细度的HEFAP实施例。
样品#38993的Hegman细度为3.0，并且是通过图2所示的双空气分级方法制备的联产品，除了样品#38993是由框250的第二空气分级得到的细粒级提供的HEFAP之外，在前面与样品#38992相关的地方进行了描述。
由第二空气分级(框250)产生的细粒级提供的HEFAP具有：(1)以下光学性质：Y值为86.11，L*值为94.36，a*值为0.00，以及b*值为1.20；和(2)以下PDS：D10：11.31μm；D50：20.03μm；D90：35.04μm；和D95：42.33μm。
样品#39148和#39147
使用与样品#38993相同的进料(参见表14)制备样品#39148和#39147；但是，#39148是根据图1的方法100由一步空气分级制备的，而#39147是根据图3所示的方法300使用Kemutec KEK实验室离心筛分机筛分制备的。
样品#39148
对于样品#39148，通过Schenckprocess AccuRate 304容积式进料器将进料送入空气分级器。进料器速率设置为200L/h，测得约为1.4kg/h，以及搅拌速率为400。
使用Comex ACX-50分级器进行空气分级。Comex ACX-50分级器配备有高速分级系统，包括分离器级和旋风级。空气分级的分级速度为5200RPM，气流为45m3/h。
HEFAP是由空气分级(框130)产生的细粒级并且具有：(1)以下光学性质：Y值为87.64，L*值为95.01，a*值为-0.06，以及b*值为1.65；和(2)以下PDS：D10：11.84μm；D50：21.59μm；D90：37.87μm；和D95：45.89μm。
样品#39147
对于样品#39147，通过Schenckprocess AccuRate 304容积式进料器将进料送入离心筛分机。进料器速率设置为100L/h，测得约为520g/h，以及搅拌速率为300。
进料用离心筛分机(Kemutec KEK实验室离心筛分机)筛分，筛孔尺寸设置为400目。所得的细粒级是具有以下的HEFAP：(1)以下光学性质：Y值为90.64，L*值为96.23，a*值为0.00，以及b*值为2.17；和(2)以下PDS：D10：11.79μm；D50：20.54μm；D90：34.81μm；和D95：41.76μm。
样品#38802
根据图2所示的方法200，通过使用COMEX ACX-50分级器进行双空气分级，使用含有不可检测的结晶二氧化硅含量(不含结晶二氧化硅含量)的类似进料来制备样品#38802(进料的化学性质参见表15)。该进料包含这样的助熔煅烧硅藻土，其具有：(1)以下光学性质：Y值为87.99、L*值为95.16、a*值为0.83和b*值为3.88；和(2)以下粒径分布：D10＝11.87、D50＝27.60、D90＝70.85和D95＝97.23。该硅藻土是不含可检测的结晶二氧化硅的主仓材料。
对于样品#38802，通过Schenckprocess AccuRate 304容积式进料器将进料送入第一空气分级。进料器速率设置为200L/h，测得约为1.4kg/h，以及搅拌速率为400。
使用Comex ACX-50分级器进行第一空气分级。Comex ACX-50分级器配备有高速分级系统，包括分离器级和旋风级。第一空气分级的分级速度为5700RPM，气流为45m3/h。在第一分级(框230)中收集的细粒级具有以下PDS：D10：10.21μm；D50：17.87μm；D90：30.73μm；和D95：36.98μm。
通过Schenckprocess AccuRate 304容积式进料器将来自第一空气分级的细粒级送入第二空气分级。进料器速率设置为200L/h，测得约为1.4kg/h，以及搅拌速率为400。
使用Comex ACX-50分级器进行第二空气分级。Comex ACX-50分级器配备有高速分级系统，包括分离器级和旋风级。第二空气分级的分级速度为7000RPM，气流为45m3/h。HEFAP是由第二空气分级(框250)产生的粗粒级，其具有：(1)以下光学性质：Y值为81.64，L*值为92.42，a*值为0.49，以及b*值为3.27；和(2)以下PDS：D10：15.13μm；D50：22.85μm；D90：36.35μm；和D95：42.99μm。
在如上定义的标准配方(参见表6和表7)中，表10中列出的HEFAP实施例的标准光泽度值为0.6至0.7。相比之下，公共领域中的Hegman细度为2.5至3.5的DE功能填料产品，对于助熔煅烧，其范围为0.9至1.2(参见表1、表2、表3)以及对于天然级，其范围为1.2至2.3(参见表4)。这种比较证明了HEFAP的高消光效率。
包含硅藻土的HEFAP的光泽度平价指数
HEFAP在消光或光泽度控制方面的高效性也可以通过光泽度平价指数(参见上文定义)来证明。虽然标准配方中包含硅藻土的填料的标准剂量为6.7wt％，但与已经在公共领域中的产品相比，使用包含硅藻土的HEFAP以获得相同的消光或光泽度降低可以实现降低的单位消耗量。
表11和表12中示出了光泽度平价指数的两个实施例。在表11中，HEFAP样品#38802显示出标准光泽度为0.7，而具有类似Hegman细度和D95的商业产品，如来自Imerys的Celite 499(样品#20023和#39570)显示出标准光泽度值为1.0至1.2。当在其他方面相同的标准配方中使用减少20％和40％的剂量时，减少剂量的样品#38802显示出标准光泽度值为0.7和1.1。因此，在这种情况下，HEFAP样品#38802的光泽度平价在80％到60％之间，因为HEFAP只需要标准剂量的80％至60％即可实现与公共领域的产品相同的消光或光泽度降低。对于HEFAP样品#38993也观察到类似的光泽度平价指数，如表12所示。
包含硅藻土并且具有不可检测的结晶二氧化硅含量(没有结晶二氧化硅含量)的HEFAP
使用LH方法测量由含有不可检测的(总)结晶二氧化硅(换言之，不含可检测的结晶二氧化硅)的进料制成的所选的HEFAP的结晶二氧化硅含量并显示在表13中。在所选的HEFAP中没有发现可检测水平的石英、方石英或鳞石英或其他的结晶二氧化硅多晶型。作为比较，在公共领域中已经存在的助熔煅烧产品中发现了大量的结晶二氧化硅相(主要是方石英)(参见表8)。
工业应用性
无论硅藻土功能添加剂是煅烧的、助熔煅烧的还是天然的，目前的产品在其有效性方面都存在局限性。本文公开的包含硅藻土的HEFAP具有功能添加剂所需的色调和亮度，并且可以为工业提供显著的益处，因为这种HEFAP可以替代需要更高的单位消耗量并提供更低水平的光泽度降低的其他功能添加剂(包括DE的)。与使用现有技术的硅藻土功能添加剂相比，HEFAP提供降低的单位消耗量、更高水平的光泽度降低和特定光泽度水平下更光滑的表面感觉。本公开还教导了包含硅藻土并且具有可检测的或不可检测水平(不含)的结晶二氧化硅(总)含量的HEFAP产品。本文教导的新型产品可以具有约0.5至约3.5范围内的Hegman，使它们成为工业中使用量最大的硅藻土功能添加剂产品的合适替代品。

Claims (12)

1.一种硅藻土功能添加剂，其中，所述硅藻土功能添加剂是粉末状的并且具有：
(a)0.4至0.5的标准光泽度、1.0至2.0的Hegman和0.35至0.52的比率(R)，或
(b)0.6至0.7的标准光泽度、2.5至3.5的Hegman和0.34至0.45的比率(R)；
其中所述比率(R)是所述硅藻土功能添加剂的粒径分布的标准偏差与所述硅藻土功能添加剂的D50的比率。
2.根据权利要求1所述的硅藻土功能添加剂，其中，所述标准光泽度为0.4至0.5以及所述Hegman为1.0至2.0，其中所述硅藻土功能添加剂还具有0.35至0.52的比率(R)。
3.根据权利要求1所述的硅藻土功能添加剂，其中，所述标准光泽度为0.6至0.7以及所述Hegman为2.5至3.5，其中所述硅藻土功能添加剂还具有0.34至0.45的比率(R)。
4.根据权利要求1所述的硅藻土功能添加剂，其中，所述硅藻土功能添加剂还具有79至91的Y值和91至97的L*值。
5.根据权利要求1所述的硅藻土功能添加剂，其中，所述硅藻土功能添加剂还具有-0.1至1.2的a*值。
6.根据权利要求1所述的硅藻土功能添加剂，其中，所述硅藻土功能添加剂还具有1.0至5.0的b*值。
7.根据权利要求1所述的硅藻土功能添加剂，其中，所述硅藻土功能添加剂还具有0.90至0.92的标准对比度。
8.根据权利要求1或2所述的硅藻土功能添加剂，其中，所述硅藻土功能添加剂包括助熔煅烧硅藻土，
其中所述标准光泽度为0.4至0.5以及所述Hegman为1.0至2.0，
其中所述硅藻土功能添加剂还具有27至36的D50和58至68的D95。
9.根据权利要求1或3所述的硅藻土功能添加剂，其中，所述硅藻土功能添加剂包括助熔煅烧硅藻土，
其中所述标准光泽度为0.6至0.7以及所述Hegman为2.5至3.5，
其中所述硅藻土功能添加剂还具有19至24的D50和40至46的D95。
10.根据权利要求1或2所述的硅藻土功能添加剂，其中，所述硅藻土功能添加剂包括助熔煅烧硅藻土，
其中所述标准光泽度为0.4至0.5以及所述Hegman为1.0至2.0，并且
其中所述硅藻土功能添加剂还具有96％至99％的消光效率。
11.根据权利要求1或3所述的硅藻土功能添加剂，其中，所述硅藻土功能添加剂包括助熔煅烧硅藻土，
其中所述标准光泽度为0.6至0.7以及所述Hegman为2.5至3.5，
其中所述硅藻土功能添加剂还具有93％至99％的消光效率。
12.一种在油漆、涂料、个人护理产品、塑料膜、纸、纤维板、弹性体、粘合剂、填缝剂或密封剂中使用权利要求1的硅藻土功能添加剂的方法。
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