專利名稱：粒度分布很窄的煅燒高嶺土的制作方法
本申請(qǐng)對(duì)2003年3月19日提交的題為《粒度分布很窄的煅燒高嶺土》的第60/455,571號(hào)美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的利益提出要求，該申請(qǐng)整體在此引作參考。
本發(fā)明涉及含有窄粒度分布煅燒高嶺土的組合物。該組合物可以具有許多應(yīng)用，比如作為涂料、塑料、聚合物、造紙和涂布組合物的填料或補(bǔ)充劑。更一般說(shuō)，本發(fā)明的產(chǎn)品可用于一切使用煅燒高嶺土之處。
顆粒狀的高嶺土以含水的形式天然存在，并且作為含有羥基官能團(tuán)的晶體結(jié)構(gòu)存在。通過(guò)加熱的方法，可以將顆粒狀的高嶺土轉(zhuǎn)化為煅燒的形式。這樣的方法引起顆粒狀高嶺土脫羥基。在煅燒的過(guò)程中，含水的高嶺土從晶體轉(zhuǎn)化為無(wú)定形的形式。再有，在煅燒的過(guò)程中，通常要發(fā)生凝聚。
可以使用煅燒高嶺土來(lái)改善顏料的不透明性，其作為顏料在涂料、塑料、橡膠、密封劑中和作為陶瓷、水泥產(chǎn)品和其它涂布組合物的原料都得到廣泛的應(yīng)用。比如，煅燒高嶺土可以在顏料(paint)和涂料(coating)中用作平光劑(或消光劑)。它有助于控制干燥的最終涂布膜(coating film)表面的光澤和輝度。至于光學(xué)涂布膜的性能，它會(huì)賦予其不透明性、白度和其它所需的性能。它還可以部分代替二氧化鈦和其它更昂貴的顏料作為補(bǔ)充劑，同時(shí)使白度或不透明性的損失最小。
一般說(shuō)來(lái)，含水的和煅燒的高嶺土的性能都取決于許多與顏料相關(guān)的屬性，比如單個(gè)顆粒及其凝聚體的粒度(用粒度分布，即PSD表示)、形狀和結(jié)構(gòu)。典型的煅燒高嶺土具有相當(dāng)寬的粒度分布。這些高嶺土是從含水的原料制備的，這種原料甚至具有比煅燒高嶺土更寬的粒度分布。
然而，仍然有需要使顏料(pigment)能夠提供許多改善的物理性能中的至少一個(gè)，比如對(duì)涂料(paint)的不透明性、白度和光澤/輝度的控制。
本發(fā)明的一個(gè)方面提供一種含有煅燒高嶺土的組合物，該煅燒高嶺土具有如下的粒度分布(累積質(zhì)量＜80％的粒度)/(累積質(zhì)量＜20％的粒度)≤3；再有，在這里煅燒高嶺土的中值粒度為從至少約1μm至約3μm，相對(duì)于組合物的總重量，組合物中堿金屬和堿土金屬的總含量少于或等于約1.0wt％。
本發(fā)明的另一方面提供煅燒高嶺土的制備方法，該方法包括(a)提供具有如下粒度分布的含水高嶺土(累積質(zhì)量＜80％的粒度)/(累積質(zhì)量＜40％的粒度)≤3.5；(b)將此含水高嶺土加熱到至少約500～約1,200℃的溫度持續(xù)足夠的時(shí)間，以使此含水高嶺土至少部分脫羥基；和(c)得到含具有如下粒度分布的高嶺土的組合物(累積質(zhì)量＜80％的粒度)/(累積質(zhì)量＜20％的粒度)≤3；本發(fā)明的再一方面提供一種含有煅燒高嶺土的組合物，該煅燒高嶺土具有如下的粒度分布(累積質(zhì)量＜80％的粒度)/(累積質(zhì)量＜20％的粒度)≤3；而且該組合物是由巴西Rio Capim地區(qū)得到的含水高嶺土制造的。
本發(fā)明的另一方面提供一種煅燒高嶺土的制備方法，該方法包括(a)提供具有如下粒度分布的含水高嶺土(累積質(zhì)量＜80％的粒度)/(累積質(zhì)量＜40％的粒度)≤3.5；和(b)將此含水高嶺土加熱到至少約500～約1,200℃的溫度持續(xù)足夠的時(shí)間，以使此含水高嶺土至少部分脫羥基，而且該含水高嶺土是從巴西的Rio Capim地區(qū)得到的；本發(fā)明的再一方面提供一種含有煅燒高嶺土的組合物，該煅燒高嶺土具有如下的粒度分布(累積質(zhì)量＜80％的粒度)/(累積質(zhì)量＜20％的粒度)≤3；而且其中相對(duì)于組合物的總重量，組合物中堿金屬和堿土金屬的總含量少于或等于約1.0wt％，而且其中該煅燒高嶺土是由含水高嶺土形成的；以及在沒(méi)有精制(defining step)的步驟存在下將此煅燒高嶺土精制。
本發(fā)明的另一方面提供一種煅燒高嶺土的制備方法，該方法包括
(a)提供具有如下粒度分布的含水高嶺土(累積質(zhì)量＜80％的粒度)/(累積質(zhì)量＜40％的粒度)≤3.5；(b)將此含水高嶺土加熱到至少約500～約1,200℃的溫度持續(xù)足夠的時(shí)間，以使此含水高嶺土至少部分脫羥基；以及(c)形成含有煅燒高嶺土的組合物，其中無(wú)需精制步驟將該組合物精制。
本發(fā)明的再一方面提供一種含有煅燒高嶺土的組合物，該煅燒高嶺土具有如下的粒度分布(累積質(zhì)量＜80％的粒度)/(累積質(zhì)量＜20％的粒度)≤3；而且其中該組合物的中值粒度至少是約1μm，而且該組合物的油吸收度至少為約100％。
一般說(shuō)來(lái)，在涂料(coating)中將高嶺土用作填料，或者用來(lái)賦予涂料不透明性。涂布膜的不透明性與光線通過(guò)兩種或多種不同材料時(shí)發(fā)生的散射有關(guān)，特別是當(dāng)不同的材料具有顯著不同的折射率時(shí)。在含有高嶺土的組合物中，高嶺土的顆粒和空穴或孔隙都能夠散射光線。因此希望在基質(zhì)中高嶺土顆粒和空穴或孔隙的排列使得顏料和空穴或孔隙的光散射能力達(dá)到最大。
意外地發(fā)現(xiàn)，具有很窄粒度分布的煅燒高嶺土能夠使高嶺土顆粒和空穴或孔隙在基質(zhì)中達(dá)到最佳排列，從而導(dǎo)致改善的光散射，因此導(dǎo)致改善的不透明性。
經(jīng)常用“浸漬度系數(shù)”來(lái)表征顆粒狀材料的粒度分布(psd)。浸漬度來(lái)源于psd曲線的斜率，此曲線是以顆粒的直徑為X軸，以顆粒的累積重量百分?jǐn)?shù)為Y軸做出的。寬的粒度分布具有比較低的浸漬度的數(shù)值，而窄的粒度分布使浸漬度系數(shù)變高。
本發(fā)明的一個(gè)方面涉及具有窄粒度分布，即具有高浸漬度系數(shù)的煅燒高嶺土，此浸漬度系數(shù)是以通過(guò)Sedigraph 5100測(cè)定的(1)顆粒的累積質(zhì)量小于80％的粒度和(2)顆粒的累積質(zhì)量小于20％的粒度的比值測(cè)量出來(lái)的。具體說(shuō)，用如下的方程式表征粒度分布(累積質(zhì)量＜80％的粒度)/(累積質(zhì)量＜20％的粒度)≤3；此比值也稱為80/20相對(duì)粒度比(RPR)。
在本發(fā)明中所涉及的粒度和其它的粒度性能都是用公知的方法測(cè)量的，比如使用Micromeritics Corp.公司提供的儀器SEDIGRAPH5100，測(cè)量在水性介質(zhì)中充分分散的條件下，顆粒狀材料的沉降。所給定顆粒的尺寸用通過(guò)該懸浮液沉降的當(dāng)量直徑的球體直徑，即當(dāng)量球直徑或esd來(lái)表示。在此處測(cè)量和報(bào)道的所有粒度，包括在實(shí)施例中的粒度，都是用已知的方法測(cè)量的，測(cè)量是在水中，在34.9℃的標(biāo)準(zhǔn)溫度下進(jìn)行的。在此的所有百分比和量，都是以重量表示的。在此所表示的所有量、百分比和范圍都是近似的。
在一個(gè)方面，通過(guò)Sedigraph 5100測(cè)量的煅燒高嶺土的中值粒度至少是約1μm。在另一方面，煅燒高嶺土組合物的中值粒度從至少約1μm至約3μm。
在本文中使用的“煅燒高嶺土”，指的是通過(guò)熱方法，從相應(yīng)的(天然存在的)含水高嶺土轉(zhuǎn)化為脫羥基形式的高嶺土。在其它性能當(dāng)中，煅燒將高嶺土的結(jié)構(gòu)從晶體變成無(wú)定形。
煅燒是用任何已知的方法，比如在從500℃至1,200℃的溫度范圍內(nèi)，比如從800℃至1,200℃的溫度范圍內(nèi)對(duì)粗的或細(xì)的含水高嶺土進(jìn)行熱處理來(lái)進(jìn)行的。
含水高嶺土在晶型上改變的程度可能取決于含水高嶺土所受到加熱的熱量。最初，當(dāng)含水高嶺土曝露在熱之下時(shí)就能夠發(fā)生脫羥基。在溫度低于最高約850～900℃的溫度下，經(jīng)常將產(chǎn)物看作是實(shí)質(zhì)上脫除了羥基的，所產(chǎn)生的無(wú)定形結(jié)構(gòu)一般指的是偏高嶺土。在此溫度下的煅燒經(jīng)常指的是“部分煅燒”，而產(chǎn)品也可稱作“部分煅燒高嶺土”。進(jìn)一步加熱到約900～950℃的溫度以上，能夠進(jìn)一步導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生進(jìn)一步的變化，比如致密化。在此更高溫度下的煅燒，一般被看作是“充分煅燒”，而產(chǎn)物一般被稱為“充分煅燒的高嶺土”。
額外再進(jìn)行煅燒可能會(huì)引起形成富鋁紅柱石。相對(duì)于按照本發(fā)明組合物總重量約2wt％至約3wt％濃度的富鋁紅柱石，在某些終端應(yīng)用中可能是有用的，比如在陶瓷催化劑基材，如在堇青石基材中。在其它方面，相對(duì)于組合物的總重量，富鋁紅柱石在組合物中的含量可大于約2％，大于約5％或者大于約8％，這樣它們也可以用在某些終端應(yīng)用中。
因此，正如在本文中所使用的，“煅燒的”(或“煅燒”)可以包括任何程度的煅燒，包括部分(偏)煅燒和/或充分煅燒和/或快速煅燒。
有效的煅燒操作包括但不限于浸漬煅燒(soak calcining)和快速煅燒(flash calcining)。在浸漬煅燒時(shí)，如在本文中所述，含水的高嶺土被加熱到500～1,200℃的溫度，比如800～1,200℃、850～900℃或900～950℃達(dá)足以使高嶺土脫羥基的時(shí)間(比如至少1min～5h，或更長(zhǎng)的時(shí)間)。在快速煅燒時(shí)，將含水高嶺土迅速地加熱短于1sec的時(shí)間，一般短于0.5sec。
用來(lái)進(jìn)行含水高嶺土煅燒的加熱爐、窯或其它加熱設(shè)備可以是任何一種已知的設(shè)備。已知適合于進(jìn)行浸漬煅燒的裝置包括高溫烤爐和轉(zhuǎn)窯和立窯。已知進(jìn)行快速煅燒的裝置包括比如在WO 99/24360中所述的螺旋管流體加熱裝置，該專利的內(nèi)容在此引作參考。
以前已經(jīng)有人提出過(guò)，可以由具有堿金屬和/或堿土金屬化合物的含水高嶺土來(lái)制備具有窄粒度分布的煅燒高嶺土。這些金屬化合物可以是在含水高嶺土中天然存在的，也可以是在煅燒之前添加到含水高嶺土中以促進(jìn)所謂“熔融(fluxing)”方法的(參見(jiàn)比如美國(guó)專利6,136,086)。熔融方法包括添加融合劑，比如堿金屬化合物和堿土金屬化合物，以引起高嶺土永久性的強(qiáng)結(jié)合。然而，作為熔融方法的結(jié)果，堿金屬或堿土金屬被保留在煅燒高嶺土中，在某些應(yīng)用中成為污染雜質(zhì)。
因此，本發(fā)明的另一方面提供一種基本上不含堿金屬化合物和堿土金屬化合物的，具有窄粒度分布的煅燒高嶺土組合物。本發(fā)明避免了在煅燒之前添加堿金屬或堿土金屬化合物，這就導(dǎo)致具有更高純度的煅燒高嶺土。在一個(gè)方面，“基本上不含堿金屬或堿土金屬化合物”指的是相對(duì)于該組合物總重量，其堿金屬和堿土金屬含量小于約1wt％的煅燒高嶺土，即相對(duì)于該組合物的總重量，存在于該組合物中的全部堿金屬和堿土金屬化合物不超過(guò)約1.0wt％。在另一方面，相對(duì)于該組合物的總重量，在該組合物中存在的堿金屬和堿土金屬化合物的總量不多于約0.75wt％，比如不多于約0.6wt％，不多于0.5wt％，或不多于約0.25wt％。
在一個(gè)方面，該煅燒高嶺土具有最佳的油吸收性能。油吸收性能指的是100g顏料所吸收的油的克數(shù)(單位是g/g，表示為a％)，這是顏料總孔隙率的指示，油吸收性能取決于顆粒結(jié)構(gòu)和粒度。油吸收性能越高，會(huì)導(dǎo)致更大的不透明性。在一個(gè)方面，煅燒高嶺土具有至少約100％的油吸收性能，比如油吸收性能為至少約110％。
本發(fā)明的另一方面提供具有窄粒度分布的煅燒高嶺土的制備方法，該方法包括(a)提供具有如下粒度分布的含水高嶺土(累積質(zhì)量＜80％的粒度)/(累積質(zhì)量＜40％的粒度)≤3.5；以及(b)將此含水高嶺土加熱到至少約500℃～約1,200℃的溫度持續(xù)足夠的時(shí)間，以使此含水高嶺土至少部分脫羥基。
在(a)中的比值也稱為80/40相對(duì)粒度比(RPR)。因此，在(a)中要選擇具有比較窄的psd的含水高嶺土。在一個(gè)方面，在(a)中的含水高嶺土具有至少約0.5μm至約2μm的中值粒度。在(a)中的含水高嶺土可以商購(gòu)?；蛘?，在(a)中的含水高嶺土也可以通過(guò)精制天然存在的高嶺土，比如通過(guò)離心和/或精制而得到。天然存在的高嶺土的例子包括從美國(guó)(比如Georgia州)、巴西(比如Rio Capim地區(qū))、澳大利亞和英國(guó)得到的高嶺土。
在一個(gè)方面，含水高嶺土是其形狀系數(shù)(shape factor)為至少約10的，比如形狀系數(shù)至少是約20的片狀高嶺土。
在步驟(b)之前，該高嶺土要經(jīng)受一次或多次已知的精選，以除去不希望的雜質(zhì)。比如，可以將高嶺土的水懸浮液進(jìn)行泡沫浮選處理的操作，以除去在泡沫中的含鈦雜質(zhì)。在一個(gè)更特定的實(shí)施例中，可以用油酸來(lái)調(diào)理泥漿，以包在浮選室中產(chǎn)生的空氣泡的外面。二氧化鈦礦物質(zhì)粘結(jié)在空氣泡上，從高嶺土泥漿中被浮選出去。在Cundy的美國(guó)專利3,450,257中敘述了這樣的浮選法的例子，該專利在此被引作參考。此方法能夠改善高嶺土顏料的亮度，即亮度增益(brightnessgain)從約0.1至約3個(gè)單位。
按照另外的方式，或者除此以外，可以在步驟(b)之前，使高嶺土以懸浮液的形式通過(guò)一個(gè)高強(qiáng)度磁性分離器以除去含鐵的雜質(zhì)。可以使用標(biāo)準(zhǔn)的高強(qiáng)度濕法磁性分離器。此方法也可以導(dǎo)致從約0.1至約3.0個(gè)單位的亮度增益。
也是任選地，可以在步驟(b)之前對(duì)高嶺土進(jìn)行選擇性的絮凝處理，在此操作中將雜質(zhì)從懸浮液中絮凝出去，而在懸浮液中保留下高嶺土。在一個(gè)實(shí)施例中，可以使用分子量超過(guò)一百萬(wàn)的，或者分子量在約一千萬(wàn)至約一千五百萬(wàn)的高分子量陰離子聚合物。此陰離子聚合物可以是聚丙烯酰胺的共聚物或兩性聚電解質(zhì)?？梢詫?duì)精制過(guò)的粘土漿液進(jìn)行臭氧處理、浸濾(漂白)和/或過(guò)濾。然后可以對(duì)粘土進(jìn)行酸絮凝和干燥，或者重新在后面的槽中分散，或者進(jìn)行噴射干燥。在Chapman和Anderson的美國(guó)專利4,227,920和Yuan等人的美國(guó)專利5,685,900中能夠看到特定選擇性絮凝法的細(xì)節(jié)。
在步驟(b)中加熱含水高嶺土指的是上面所討論的煅燒方法中的任何一種。加熱到至少一個(gè)溫度可以包括只在一個(gè)溫度下、在兩個(gè)或多個(gè)不同溫度下或在一個(gè)溫度范圍加熱含水高嶺土。根據(jù)加熱時(shí)間和溫度，可以在部分或全部煅燒含水高嶺土的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行加熱。比如，在一個(gè)方面，在步驟(b)中加熱足以部分煅燒含水高嶺土的時(shí)間；在另一個(gè)方面，在步驟(b)中加熱足以完全煅燒含水高嶺土的時(shí)間。
本發(fā)明的煅燒高嶺土組合物可用于其中希望增加不透明性、白度或控制輝度/光澤的各種應(yīng)用中。比如，本發(fā)明的煅燒高嶺土產(chǎn)品可用于希望這些特征中任何一項(xiàng)的涂布組合物中。本發(fā)明的產(chǎn)品還可以用于只要使用高嶺土的應(yīng)用中，比如用來(lái)制造填充的塑料、橡膠、密封劑和電纜，或者它們可用于制造陶瓷制品、水泥制品和紙制品以及紙涂料。
本發(fā)明可以在制造各種級(jí)別紙張時(shí)使用，從超輕涂料紙到涂覆的或填充的紙板。紙產(chǎn)品和紙板產(chǎn)品可以帶有能夠改善最終紙張或紙板亮度或不透明性的涂層。
本發(fā)明的產(chǎn)品還可以用作補(bǔ)充劑，部分替代昂貴的二氧化鈦填料，而不會(huì)喪失不透明性或色調(diào)強(qiáng)度。補(bǔ)充劑材料可用于紙、聚合物、涂料等中，或者作為涂覆紙、紙板、塑料、橡膠等的涂覆顏料或顏色成分。
因此，本發(fā)明的一個(gè)方面提供制造涂敷紙張或紙板的方法。該方法包括，用具有如下粒度分布的煅燒高嶺土涂布纖維質(zhì)的基體(累積質(zhì)量＜80％的粒度)/(累積質(zhì)量＜20％的粒度)≤3；本發(fā)明的其它方面包括含有具有如上所述粒度分布的煅燒高嶺土的紙張或紙板涂料(coating)或顏料(paint)。
如在本文中所述，含有煅燒高嶺土和任選含有選自增稠劑、分散劑和殺蟲(chóng)劑的至少一種成分的涂布組合物還可以含有至少一種選自聚合物粘合劑、初級(jí)顏料(比如二氧化鈦)、二級(jí)顏料(比如碳酸鈣、硅石、霞石正長(zhǎng)巖、長(zhǎng)石、白云石、硅藻土和熔融煅燒硅藻土)的附加成分。對(duì)于水基的這些涂布組合物，可以使用任何一種可水分散的粘合劑，比如聚乙烯醇(PVA)和丙烯酸類物質(zhì)。本發(fā)明的涂布組合物還可以含有其它常用的添加劑，包括但不限于表面活性劑、增稠劑、消泡劑、潤(rùn)濕劑、分散劑、溶劑和凝聚劑。
按照本發(fā)明的紙張涂層，除了如上所述的煅燒高嶺土以外，可以包括一般用來(lái)制造紙張涂料和紙張?zhí)盍系牟牧稀Ｔ摻M合物可以包括粘合劑和顏料，比如TiO2。按照本發(fā)明的涂層可以任選地包括其它添加劑，這些添加劑包括但不限于分散劑、交聯(lián)劑、保水助劑、粘度改性劑或增稠劑、潤(rùn)滑性或砑光助劑(calendering aid)、抑泡劑/消泡劑、亮光油墨保持劑、改善干或濕摩擦或耐磨損添加劑、改善干或濕粘輥性能添加劑、光學(xué)增白劑或熒光增白劑、染料、殺蟲(chóng)劑、流平劑或平整助劑、耐油脂添加劑、耐水添加劑和/或阻溶劑。
在本發(fā)明中可以使用任何一種先有技術(shù)認(rèn)可的粘合劑。作為粘合劑的例子，包括但不限于來(lái)源于已知植物源，比如小麥、玉米、馬鈴薯或木薯等天然淀粉的粘合劑，以及合成粘合劑，這包括丁苯膠乳、丙烯酸膠乳、醋酸乙烯酯膠乳或苯乙烯丙烯酸膠乳、干酪素、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯或它們的混合物。
根據(jù)在涂布紙產(chǎn)品上將要印刷的類型不同，紙張涂層具有非常不同的粘合劑含量?；谒Ｍ淖罱K產(chǎn)品的適當(dāng)?shù)恼澈蟿┯昧?，?duì)于本領(lǐng)域的專業(yè)人員是不言而喻的?？梢詫?duì)粘合劑的用量進(jìn)行控制，以使表面接受油墨而不受損害。對(duì)于紙張涂層，膠乳粘合劑的用量一般為約3％至約30％。在按照本發(fā)明的一個(gè)方面，在紙張涂層中存在的粘合劑的量是從約3％至約10％。在按照本發(fā)明的另一方面，在涂層中存在的粘合劑的量是從約10％至約30％。
在另一方面，本發(fā)明提供一種含有在本文中所述煅燒高嶺土組合物的聚合物。在另一方面，本發(fā)明包括含有在本文中所述的煅燒高嶺土組合物的電線或電纜皮。在另一方面，本發(fā)明提供一種含有在本文中所述的煅燒高嶺土組合物的橡膠組合物。
本發(fā)明的另一方面提供一種用于催化劑用途，比如自動(dòng)催化轉(zhuǎn)化器或在催化裂解應(yīng)用中的具有窄psd的煅燒高嶺土。在自動(dòng)催化轉(zhuǎn)化器中，可以使用煅燒高嶺土作為催化金屬，比如鉑或鈀的薄層的負(fù)載結(jié)構(gòu)。因此，本發(fā)明的一個(gè)方面提供一種含有如上所述的煅燒高嶺土的用于自動(dòng)催化劑載體的組合物。煅燒高嶺土還用來(lái)制造催化裂解用的沸石，既可作為催化劑使用，也可以與催化劑一起使用。因此，本發(fā)明的另一方面提供一種含有如上所述煅燒高嶺土的用于催化裂解的組合物。
在一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種陶瓷原料，其中該原料含有如在本文中所述的煅燒高嶺土。該陶瓷可用于負(fù)載催化劑，比如用于催化轉(zhuǎn)化器的催化劑。在另一方面，該陶瓷包含該催化劑。
提供下面的非限制性實(shí)施例使本發(fā)明更加清晰，它們僅僅用來(lái)舉例說(shuō)明本發(fā)明。
實(shí)施例在這些實(shí)施例當(dāng)中，粒度都是用Sedigraph 5100測(cè)量的。
實(shí)施例1煅燒高嶺土的粒度分布如下面表1中所示。在此實(shí)施例中，將從含水高嶺土A和B制備的煅燒高嶺土的粒度分布與通常的煅燒高嶺土進(jìn)行比較。選擇含水高嶺土A和B，使之具有窄的粒度范圍，從而使得到的80/40相對(duì)粒度比(RPR)小于3.5。反之，通常的煅燒高嶺土原料的80/40RPR是6.0，遠(yuǎn)大于3.5。
將含水高嶺土A和B，以及商購(gòu)煅燒高嶺土原料都在1,050℃下煅燒，直至充分煅燒。表1還列出得到的煅燒高嶺土的粒度分布。通常的煅燒高嶺土的80/20RPR大于3.0。與此相反，本發(fā)明的煅燒高嶺土A和B具有窄的粒度分布，其80/20RPR值分別是2.9和2.4。
表I
180/40RPR＝相對(duì)粒度比＝(累積質(zhì)量＜80％的粒度)/(累積質(zhì)量＜40％的粒度)280/20RPR＝相對(duì)粒度比＝(累積質(zhì)量＜80％的粒度)/(累積質(zhì)量＜20％的粒度)實(shí)施例2在此實(shí)施例中，比較從含有堿金屬化合物和堿土金屬化合物的含水高嶺土制備的煅燒高嶺土與來(lái)自實(shí)施例1的本發(fā)明煅燒高嶺土A和B的粒度分布。表II列出了實(shí)施例1的樣品A和B的以及本實(shí)施例的含有堿金屬的高嶺土的含水和煅燒高嶺土的粒度分布。
表II
180/40RPR＝相對(duì)粒度比＝(累積質(zhì)量＜80％的粒度)/(累積質(zhì)量＜40％的粒度)280/20RPR＝相對(duì)粒度比＝(累積質(zhì)量＜80％的粒度)/(累積質(zhì)量＜20％的粒度)含有堿金屬的含水樣品，其80/40RPR剛好大于3.5。然而，在1,050℃將含水高嶺土充分煅燒，不能使80/20RPR低于3.0。與此相反，無(wú)須在原料含水高嶺土中加入任何堿金屬雜質(zhì)的步驟，正如低于3的80/20RPR所證實(shí)，本發(fā)明的煅燒A和B樣品具有很窄的粒度分布。因此，得到的煅燒高嶺土產(chǎn)品比用熔融法得到的具有更高的純度。表III列出在本發(fā)明的煅燒A和B中，以及在用熔融法制備的煅燒高嶺土中存在的金屬雜質(zhì)的量。
表III
本發(fā)明的煅燒A和B所含的堿金屬和堿土金屬雜質(zhì)的總量少于0.55％。反之，含有堿金屬的煅燒產(chǎn)物所含的堿金屬和堿土金屬雜質(zhì)至少是2.1％。
實(shí)施例3在下面的表IV中顯示出實(shí)施例1的煅燒高嶺土產(chǎn)物的物理性能。
表IV
吸油率是通過(guò)Spatula Rub-out油吸收測(cè)定方法(ASTM D-281)測(cè)定的。雖然本發(fā)明的煅燒A和B顏料的吸油率高于商品顏料的吸油率。
如在表V的配方中所示，制備PVC(顏料體積濃度)為44％的含有本發(fā)明煅燒A和B，以及含有商品高嶺土的配方。
表V
1Hegman國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)表VI匯總了44％PVC配方的涂布膜性能表VI
1Hunt Pro-3光澤計(jì)2Hunter Ultrascan XE光澤和輝度是用Hunter Pro-3光澤計(jì)，按照已知的方法測(cè)量的。ASTM-E-313-白和黃是使用Hunter Ultrascan XE儀器，對(duì)不透明薄膜涂料的白度和接近白色的黃度進(jìn)行的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量。a、b和L是在HunterUltrascan XE儀器所測(cè)量的色彩空間度標(biāo)上的色彩分量值。“+a”是紅色色調(diào)的度量；“-a”是綠色色調(diào)的度量；“+b”是黃色色調(diào)的度量；而“-b”是藍(lán)色色調(diào)的度量；“L”是白色的度量。
從表VI中可以看出，從由本發(fā)明的顏料制備的配方得到的涂布膜提供了可與從商品含水高嶺土制備的顏料相比的光澤和輝度。再有，本發(fā)明的組合物提供了改善的白度、亮度和反差比。
由通過(guò)在100加侖涂料中添加當(dāng)量的11磅(重量)酞菁藍(lán)分散染料得到的44％PVC涂料制造帶顏色的薄膜。表VII匯總了從44％PVC配方得到的帶顏色涂布膜的性能。
表VII
111磅酞菁藍(lán)分散染料/100加侖2Hunter Ultrascan XE參數(shù)E是色調(diào)強(qiáng)度的度量，由公式ΔE＝(ΔL2+Δa2+Δb2)1/2給出。本發(fā)明的組合物顯示出優(yōu)異的總色調(diào)強(qiáng)度。
如表VIII的配方所示，制備含有本發(fā)明的煅燒樣品A和煅燒樣品B的和含有商品煅燒高嶺土的65％PVC配方。
表VIII
1Hegman國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)表IX匯總了65％PVC配方的涂布膜的性能。
表IX
1Hunt Pro-3光澤計(jì)2Hunter Ultrascan XE使用本發(fā)明的組合物制造的涂布膜提供可與從商品煅燒高嶺土制備的涂料相比的光澤和輝度，并顯示出優(yōu)異的白度和亮度性能。
表X匯總了從65％PVC配方得到的帶顏色薄膜的性能。
表X
111磅酞菁藍(lán)分散染料/100加侖2Hunter Ultrascan XE本發(fā)明的組合物在65％PVC的涂料中再次提供比商品煅燒產(chǎn)物更為優(yōu)異的色調(diào)強(qiáng)度。
除非另有說(shuō)明，所有表示成分量、反應(yīng)條件和在說(shuō)明書(shū)與權(quán)利要求中使用的數(shù)字，在所有情況下都是用術(shù)語(yǔ)“約”修飾的。因此，除非相反指出，在下面的說(shuō)明和所附權(quán)利要求中的數(shù)字參數(shù)都是近似的，它們可以根據(jù)將要由本發(fā)明所尋求的所需性能而變化。
權(quán)利要求
1.一種含有煅燒高嶺土的組合物，該煅燒高嶺土具有如下的粒度分布(累積質(zhì)量＜80％的粒度)/(累積質(zhì)量＜20％的粒度)≤3；其中，該煅燒高嶺土的中值粒度從至少約1μm至約3μm；而且相對(duì)于該組合物的總重量，在該組合物中所含的堿金屬和堿土金屬的總量小于或等于約1.0wt％。
2.如權(quán)利要求1的組合物，其中該煅燒高嶺土是由具有如下粒度分布的含水高嶺土制造的(累積質(zhì)量＜80％的粒度)/(累積質(zhì)量＜40％的粒度)≤3.5
3.如權(quán)利要求2的組合物，其中該含水高嶺土的中值粒度是從至少約0.5μm至約2μm。
4.如權(quán)利要求2的組合物，其中該含水高嶺土的形狀系數(shù)至少是約10。
5.如權(quán)利要求1的組合物，其中相對(duì)于該組合物的總重量，在該組合物中的堿金屬和堿土金屬的總量小于或等于約0.5wt％。
6.如權(quán)利要求1的組合物，其中該組合物的吸油率至少為約100％。
7.如權(quán)利要求6的組合物，其中該組合物的吸油率至少為約110％。
8.如權(quán)利要求1的組合物，其中該煅燒高嶺土含有富鋁紅柱石。
9.如權(quán)利要求8的組合物，其中相對(duì)于該組合物的總重量，在該組合物中富鋁紅柱石的含量至少為約2wt％。
10.如權(quán)利要求9的組合物，其中相對(duì)于該組合物的總重量，在該組合物中富鋁紅柱石的含量至少為約5wt％。
11.如權(quán)利要求10的組合物，其中相對(duì)于該組合物的總重量，在該組合物中富鋁紅柱石的含量至少為約8wt％。
12.如權(quán)利要求1的組合物，其中該煅燒高嶺土含有偏高嶺土。
13.含有如權(quán)利要求1的組合物的涂料。
14.含有如權(quán)利要求1的組合物的聚合物。
15.含有如權(quán)利要求1的組合物的電纜外套。
16.含有如權(quán)利要求1的組合物的橡膠。
17.含有如權(quán)利要求1的組合物的陶瓷原料。
18.一種負(fù)載催化劑的陶瓷，其中該陶瓷是由如權(quán)利要求17的原料得到的。
19.一種含有陶瓷的催化劑，其中該陶瓷是由如權(quán)利要求17的原料得到的。
20.如權(quán)利要求1的組合物，其用于催化裂解。
21.含有如權(quán)利要求1的煅燒高嶺土的紙涂布組合物。
22.一種制造涂料紙的方法，該方法包括用漿液涂布纖維質(zhì)基體，該漿液含有如權(quán)利要求1的組合物。
23.一種制造煅燒高嶺土的方法，該方法包括(a)提供具有如下粒度分布的含水高嶺土(累積質(zhì)量＜80％的粒度)/(累積質(zhì)量＜40％的粒度)≤3.5；(b)將此含水高嶺土加熱到至少約500℃～約1,200℃的溫度達(dá)足夠的時(shí)間，以使此含水高嶺土至少部分脫羥基；以及(c)形成含具有如下粒度分布的煅燒高嶺土的組合物(累積質(zhì)量＜80％的粒度)/(累積質(zhì)量＜20％的粒度)≤3。
24.如權(quán)利要求23的方法，其中步驟(a)中的含水高嶺土的中值粒度為從至少約0.5μm至約2μm。
25.如權(quán)利要求23的方法，其中相對(duì)于該組合物的總重量，在步驟(c)中的含煅燒高嶺土的組合物中存在的堿金屬和堿土金屬的總量小于或等于約1.0wt％。
26.如權(quán)利要求23的方法，其中在步驟(b)以前，該含水高嶺土經(jīng)受至少一次精選方法。
27.如權(quán)利要求26的方法，其中該至少一次精選方法選自泡沫浮選、磁性分離、選擇性絮凝和瀝濾。
28.如權(quán)利要求23的方法，其中在步驟(b)中加熱足夠的時(shí)間，使含水高嶺土充分脫羥基。
29.如權(quán)利要求23的方法，其中在步驟(b)中的加熱包括快速煅燒。
30.如權(quán)利要求23的方法，其中在步驟(c)中的組合物含有完全煅燒的高嶺土。
31.如權(quán)利要求30的方法，其中完全煅燒的高嶺土含有富鋁紅柱石。
32.如權(quán)利要求31的方法，其中相對(duì)于該組合物的總重量，在該組合物中富鋁紅柱石的含量為至少約2wt％。
33.如權(quán)利要求32的方法，其中相對(duì)于該組合物的總重量，在該組合物中富鋁紅柱石的含量為至少約5wt％。
34.如權(quán)利要求33的方法，其中相對(duì)于該組合物的總重量，在該組合物中富鋁紅柱石的含量為至少約8wt％。
35.如權(quán)利要求23的方法，其中在步驟(c)中的該組合物含有偏高嶺土。
36.如權(quán)利要求23的方法，其中在步驟(c)中含有煅燒高嶺土的組合物的中值粒度為從至少約1μm至約3μm。
37.一種含有煅燒高嶺土的組合物，該煅燒高嶺土具有如下的粒度分布(累積質(zhì)量＜80％的粒度)/(累積質(zhì)量＜20％的粒度)≤3；和其中，該組合物是由從巴西的Rio Capim地區(qū)得到的含水高嶺土形成的。
38.如權(quán)利要求37的組合物，其中該含水高嶺土的中值粒度為至少約0.5μm至約2μm。
39.一種制備煅燒高嶺土的方法，該方法包括(a)提供具有如下粒度分布的含水高嶺土(累積質(zhì)量＜80％的粒度)/(累積質(zhì)量＜40％的粒度)≤3.5；和(b)將此含水高嶺土加熱到至少約500℃～約1,200℃的溫度達(dá)足夠的時(shí)間，以使此含水高嶺土至少部分脫羥基；其中該含水高嶺土是從巴西的Rio Capim地區(qū)得到的。
40.如權(quán)利要求39的組合物，其中該含水高嶺土的中值粒度為至少約0.5μm至約2μm。
41.一種含有煅燒高嶺土的組合物，該煅燒高嶺土具有如下的粒度分布(累積質(zhì)量＜80％的粒度)/(累積質(zhì)量＜20％的粒度)≤3；而且其中相對(duì)于組合物的總重量，組合物中堿金屬和堿土金屬的總含量少于或等于約1.0wt％；而且其中該煅燒高嶺土是由含水高嶺土形成的；以及在沒(méi)有精制步驟存在下將此煅燒高嶺土精制。
42.一種制備煅燒高嶺土的方法，該方法包括(a)提供具有如下粒度分布的含水高嶺土(累積質(zhì)量＜80％的粒度)/(累積質(zhì)量＜40％的粒度)≤3.5；(b)將此含水高嶺土加熱到至少約500～約1,200℃的溫度達(dá)足夠的時(shí)間，以使此含水高嶺土至少部分脫羥基；以及(c)形成含有煅燒高嶺土的組合物，其中無(wú)需精制步驟將該組合物精制。
43.如權(quán)利要求42的組合物，其中在步驟(a)中的含水高嶺土具有至少約10的形狀系數(shù)。
44.一種含有煅燒高嶺土的組合物，該煅燒高嶺土具有如下的粒度分布(累積質(zhì)量＜80％的粒度)/(累積質(zhì)量＜20％的粒度)≤3；而且其中該組合物的中值粒度為至少約1μm；以及該組合物的吸油率為至少約100％。
45.如權(quán)利要求44的組合物，其中該組合物的吸油率為至少約110％。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有特別窄粒度分布的煅燒高嶺土。該煅燒高嶺土可以具有如下的粒度分布(累積質(zhì)量＜80％的粒度)/(累積質(zhì)量＜20％的粒度)＜3；該煅燒高嶺土可以從具有如下粒度分布的含水高嶺土制備(累積質(zhì)量＜80％的粒度)/(累積質(zhì)量＜40％的粒度)≤3.5。該煅燒高嶺土可以用于許多應(yīng)用中，比如涂料和紙或紙板的涂布組合物，更一般地，本發(fā)明的產(chǎn)品可用于只要使用煅燒高嶺土的場(chǎng)所。
文檔編號(hào)C04B33/04GK1697787SQ200480000689
公開(kāi)日2005年11月16日 申請(qǐng)日期2004年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月19日
發(fā)明者E·J·薩雷, T·L·阿德金斯 申請(qǐng)人:英默里斯高嶺土公司