專利名稱：干磨煅燒高嶺土用的干助磨劑和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及改進(jìn)型煅燒高嶺土產(chǎn)品的制備方法。更具體地說，本發(fā)明涉及干磨煅燒高嶺土粉末用的干助磨劑和其制備方法。該方法提高了磨機(jī)的產(chǎn)率和所制成的漿狀高嶺土產(chǎn)品的赫爾克里斯高剪切粘度，因此提高了按粘土產(chǎn)品的流變性測定的最終產(chǎn)品的質(zhì)量。
背景技術(shù)：
眾所周知，在造紙和類似產(chǎn)品，包括紙板等的制備過程中，要向纖維織物中加入一定量的無機(jī)材料，目的是提高制成產(chǎn)品的質(zhì)量。長期以來，已知有許多無機(jī)材料能有效地實(shí)現(xiàn)該目的，例如二氧化鈦，可向紙中加入銳鈦礦或金紅石形式的二氧化鈦。但是二氧化鈦是已知填料中最昂貴的一種物質(zhì)。因此，近年來，人們主要致力于開放令人滿意的二氧化鈦的代用品。
在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的、可作紙?zhí)盍嫌玫牟牧现?，主要是無水高嶺土。這類材料通常通過部分或充分煅燒原始高嶺土來制備，所用原始高嶺土事先已經(jīng)過精選，以除去某些雜質(zhì)，例如旨在提高最終產(chǎn)品的亮度。
“含水”高嶺土一般是指未經(jīng)過煅燒的高嶺土，或者更確切地說，是未加熱到約450℃溫度以上的高嶺土。
術(shù)語“無水”一般是指已經(jīng)進(jìn)行煅燒，加熱到450℃或更高溫度一段時(shí)間，以除去羥基，由此破壞高嶺土晶體結(jié)構(gòu)的高嶺土。“充分煅燒”高嶺土是指已經(jīng)加熱到約980℃以上的高嶺土，與已經(jīng)僅提供“變高嶺石”的不同。與此有關(guān)的一些參考文件是Proctor的US3014836和Fanselow等人的US3586823，它們是現(xiàn)有技術(shù)中與充分煅燒高嶺土有關(guān)的部分參考文件的代表。
“煅燒”高嶺土是指無水高嶺土，例如本發(fā)明受讓人的ALPHATEX產(chǎn)品。該產(chǎn)品基本上是無水的白色高嶺土顏料，在紙板和類似的紙產(chǎn)品中用作填料時(shí)具有獨(dú)特的效果。該顏料也用作紙的涂覆顏料，和用作油漆和其它填充系統(tǒng)中的顏料。一般來說，它們由無水高嶺土顆粒的聚集體組成，當(dāng)將它們作為填料加入到紙中時(shí)，呈現(xiàn)出極好的高光散射和遮光特性。
A.D.McConnell等人的US4381948和W.H.Dunaway等人的US5261956中進(jìn)一步公開了ALPHATEX產(chǎn)品，這兩項(xiàng)專利均轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人。
煅燒高嶺土產(chǎn)品，例如ALPHATEX產(chǎn)品經(jīng)常要進(jìn)行處理、裝運(yùn)和/或用作含水漿料(例如當(dāng)涂覆紙時(shí))，即用水將煅燒高嶺土制成漿料，例如固含量或多或少地達(dá)到約40-60％。產(chǎn)品粘度越高，通常越難處理和使用。在過去，這的確是個(gè)問題，尤其是漿料的固含量超過約50％(重量)時(shí)。
對于含水粘土來說，降低粘土粘度的一般問題通常包括通過添加劑進(jìn)行化學(xué)控制或省去一種易于帶來粘度問題的物質(zhì)。煅燒粘土漿料的粘度控制經(jīng)常包括一些研磨步驟，可以進(jìn)行濕磨或干磨或粉碎煅燒物料。
濕磨包括將煅燒高嶺土漿料的流體懸浮液加入到研磨介質(zhì)中，由此逐漸添加煅燒高嶺土，連續(xù)進(jìn)行研磨，直到漿料的粘度降低。實(shí)施該過程的輸入功為200馬力-小時(shí)/噸，從工藝的角度來看，該過程極為困難，需要極為復(fù)雜和精細(xì)的控制步驟。
在本發(fā)明受讓人的US4593860和4693427中，公開了煅燒高嶺土的干磨法，其中煅燒高嶺土是在磨機(jī)中經(jīng)過摩擦處理或通過介質(zhì)研磨到至少+5目，以降低其粘土-水的粘度和粘合性?，F(xiàn)有技術(shù)的輸入功按每噸干粘土計(jì)為5-40馬力-小時(shí)。現(xiàn)有技術(shù)的方法改進(jìn)了處理粘土疏散材料處理系統(tǒng)的加工特性，但是仍需改善的涂覆顏料。
US4868228公開了使用充分中和的酸性丙烯酸聚合物作為原始礦物原料含水懸浮液的濕助磨劑，例如碳酸鈣。通常使用一價(jià)和多價(jià)中和劑制備這些濕助磨劑。參考文件則未公開或建議使用干助磨劑用于煅燒高嶺土。也未公開或建議使用聚丙烯酸銨作為干助磨劑。
在常規(guī)的紙涂覆應(yīng)用中，人們常常注重顏料的特性，包括高光澤、良好的可印性、良好的不透明性和高亮度。在使用煅燒高嶺土?xí)r，制造商通常喜歡使用紙涂覆組合物(“涂覆顏料”)，每100份重量的煅燒高嶺土中需要摻入15-20份的顏料，來代替更昂貴的顏料例如二氧化鈦。為了更為有效，涂覆顏料應(yīng)該包括約60-63％(重量)的固含量。就現(xiàn)有技術(shù)的煅燒顏料而言，所有這些要求都不易實(shí)現(xiàn)。尤其是，要實(shí)現(xiàn)煅燒高嶺土具有60-63％固態(tài)的涂覆顏料，通常要求用戶能使用或處理其固含量相當(dāng)于60％的高嶺土顏料，即漿料的液體中固體所占(即粘土)的重量百分比。也就是說，總的要求是當(dāng)含水漿料的固含量至少為60％時(shí)，高嶺土顏料具有良好的流變性，而且當(dāng)涂覆時(shí)，還提供了完全可接受的不透明性、光澤、亮度和可印性。當(dāng)現(xiàn)有技術(shù)的顏料能形成這類高固含量的漿料時(shí)，傾向于具有極高的觸稠性，因此，流變性較差。在致力于使用現(xiàn)有技術(shù)煅燒顏料的過程中，可使用較低的固體，但是，這易于使涂覆顏料中存在過量的水，造成涂覆時(shí)流出。
現(xiàn)有技術(shù)煅燒顏料(降低了作為涂覆顏料使用的價(jià)值)的另一個(gè)特性是由其組分結(jié)構(gòu)的多孔、高附聚性產(chǎn)生的。盡管這些特性對高的不透明性，即良好的遮光性有促進(jìn)作用，但是，當(dāng)將顏料用于涂覆時(shí)，它們對光澤有不利的影響。
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中煅燒顏料的某些缺陷，上述US5261956公開了改進(jìn)煅燒高嶺土產(chǎn)品流變性的方法。所制成的產(chǎn)品在市場上可以買到，由ECC國際公司銷售，商標(biāo)為DELTATEX，它們與ALPHATEX產(chǎn)品和本發(fā)明受讓人的產(chǎn)品相同。DELTATEX產(chǎn)品是煅燒高嶺土涂覆顏料，它們在含水漿料的固含量極高時(shí)，例如59％，具有良好的流變性，從而使得它們便于在涂覆和涂覆顏料的制備中使用，而且使使用該顏料的紙具有高光澤、高亮度、良好的不透明性和可印性。
眾所周知，在現(xiàn)有技術(shù)中，添加聚丙烯酸銨分散劑來中和用水?dāng)嚢杵陂g粘土顆粒表面上的電荷。在濕磨期間，為了分散粘土塊，以便更好地釋放出高嶺土漿料粘土顆粒中夾帶的雜質(zhì)，必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆稚?。還需要進(jìn)一步地進(jìn)行適當(dāng)?shù)募庸?，使其具有流變性，便于泵送或在罐中?chǔ)存高嶺土漿料。
DELTATEX產(chǎn)品是用作紙顏料和紙板涂覆領(lǐng)域中極為合適的市售商品，它們最大的優(yōu)點(diǎn)是能提高該產(chǎn)品的產(chǎn)率。據(jù)信提高產(chǎn)率的一個(gè)缺點(diǎn)是要通過介質(zhì)磨進(jìn)行干的研磨。假定由于干的煅燒粘土粉末細(xì)顆粒的緣故，在干介質(zhì)磨中的靜電常常降低粉末通過磨機(jī)的流動(dòng)度，從而阻塞和/或閉塞磨機(jī)，或使粘土粘到磨機(jī)中使用的介質(zhì)球上和/或磨機(jī)的側(cè)壁上，造成磨機(jī)停機(jī)。
本發(fā)明概況本發(fā)明提供了一種新型干助磨劑和有關(guān)的干研磨方法，提高了煅燒高嶺土粉末的產(chǎn)率，其中在干介質(zhì)磨中加工粉料，制備造紙或紙板產(chǎn)品用的涂覆顏料。當(dāng)用該方法生產(chǎn)的煅燒高嶺土粉末制成高固含量的含水漿料時(shí)，具有極高的剪切流變性。
因此，細(xì)顆粒的高嶺土粉末是通過常規(guī)技術(shù)來煅燒的，PSD表明的顆粒大小為小于0.5微米的占80％以上，優(yōu)選地小于0.5微米的占88-91％。然后將得到的煅燒高嶺土產(chǎn)品在介質(zhì)磨中進(jìn)行干磨，每噸干粘土的輸入功為100-160馬力-小時(shí)。在對煅燒產(chǎn)品進(jìn)行干磨前，借助于加料裝置加入有效量的干助磨劑，優(yōu)選地通過噴霧將助磨劑加入到煅燒高嶺土產(chǎn)品中。該助磨劑通常是常規(guī)的聚丙烯酸鹽，例如選自聚丙烯酸鹽類，包括聚丙烯酸鈉和聚丙烯酸銨的分散劑。優(yōu)選地使用聚丙烯酸銨作為干助磨劑。合適的聚丙烯酸銨的實(shí)例是Colloid102，由Rhone-Poulenc，Marietta，Georgia獲得。該產(chǎn)品按干基計(jì)含有約60-64％的活性物質(zhì)，重均分子量為3400。
盡管不希望受任何理論的制約，但是，據(jù)信干助磨劑中和了粘土顆粒表面上的電荷，由此減少了系統(tǒng)中的靜電，降低了研磨過程中由細(xì)顆粒引起的磨機(jī)的阻塞和/或閉塞。有效地提高了介質(zhì)磨機(jī)的總效率。因此，隨著助磨劑的加入，向煅燒高嶺土施加的輸入功就越大，而無需施加額外的馬力或無需采用額外的設(shè)備。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種方法，提高或改進(jìn)干磨煅燒高嶺土粉末的產(chǎn)率，同時(shí)改善或保持高固含量含水漿料可接受的高剪切流變性，由此使它們便于在涂覆和制備涂覆顏料中使用。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種干磨細(xì)顆粒煅燒高嶺土產(chǎn)品的改進(jìn)方法，所述顆粒的大小為小于0.5微米的占50％以上，優(yōu)選地小于0.5微米的占55-60％，由此提高磨機(jī)的供料速率并保持所制備的市售產(chǎn)品作涂覆顏料使用時(shí)所要求的特性。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種干磨細(xì)顆粒煅燒高嶺土粉末用的助磨劑，所述煅燒產(chǎn)品的顆粒大小為小于0.5微米的占15-25％。更優(yōu)選地，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種常規(guī)分散劑在生產(chǎn)干顆粒高嶺土產(chǎn)品中的新用途。
通過下面對單個(gè)附圖
的描述和所附的權(quán)利要求書，本發(fā)明的這些和其它目的對于本領(lǐng)域中那些熟練的技術(shù)人員來說將更易于理解和領(lǐng)會(huì)。
附圖和簡要說明單個(gè)附圖是說明本發(fā)明磨機(jī)的布局簡圖。
本發(fā)明的詳細(xì)描述本發(fā)明涉及一種制備煅燒高嶺土粉末的改進(jìn)方法，所述產(chǎn)品在高固含量含水漿料(例如58-63％固體)的情況下，具有改善的高剪切流變性，包括a)煅燒高嶺土粉末；b)在進(jìn)行干磨前，向步驟a)的煅燒高嶺土粉末中加入有效量的干助磨劑；和c)干磨步驟a)的煅燒高嶺土粉末，由此改善其通過干研磨磨機(jī)的流動(dòng)性，提高所述磨機(jī)的產(chǎn)率，其中助磨劑選自聚丙烯酸鹽分散劑。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及制備煅燒高嶺土產(chǎn)品的改進(jìn)方法，所述產(chǎn)品在高固含量含水漿料的情況下具有改善的高剪切流變性，由此便于它們在紙涂覆和制備涂覆顏料中使用，并使使用該顏料的紙具有高光澤、高亮度、良好的不透明性和可印性，這種改進(jìn)包括在干磨前，向煅燒高嶺土中加入有效量的選自聚丙烯酸鹽分散劑的干助磨劑。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及用作涂覆顏料的煅燒高嶺土產(chǎn)品的制備方法，這種改進(jìn)包括使用有效量的丙烯酸鹽分散劑作為干助磨劑，優(yōu)選的分散劑是聚丙烯酸銨。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及在生產(chǎn)煅燒高嶺土粉末的過程中，在水平的介質(zhì)磨機(jī)中，提高產(chǎn)率的方法，這種改進(jìn)包括在向所述的介質(zhì)磨機(jī)中加入所述煅燒高嶺土產(chǎn)品之前或與此同時(shí)向煅燒高嶺土產(chǎn)品中加入有效量的選自聚丙烯酸鹽分散劑的干助磨劑。
本發(fā)明還涉及用于涂覆紙的涂覆顏料，它們使得使用該涂覆顏料的紙產(chǎn)品具有高的光澤、高的亮度、良好的不透明性和可印性，所述涂覆顏料含有已經(jīng)在有效量干助磨劑存在下在介質(zhì)磨中進(jìn)行干磨的煅燒高嶺土粉末，所述干助磨劑選自聚丙烯酸鹽分散劑。另外，本發(fā)明改善了干顆粒高嶺土產(chǎn)品高固含量(例如按重量計(jì)為58-63％固體，優(yōu)選地按重量計(jì)約60％固體)含水漿料的流變性。
正如本文使用的，術(shù)語“有效量”是指改善高嶺土研磨性和/或改善處理粘土赫爾克里斯高剪切粘度所需的干助磨劑量。更具體地說，每噸干磨物料中應(yīng)加入0.1-10.0磅，優(yōu)選0.5-3.0磅的分散劑(按活性物質(zhì)計(jì))。通常在將干磨物料加入到介質(zhì)磨中之前，向干磨物料中加入干助磨劑。
尤其是，本發(fā)明助磨劑是一種分散性聚合物，選自聚丙烯酸鹽分散劑，例如聚丙烯酸鈉和聚丙烯酸銨，按光散射技術(shù)測定的數(shù)均分子量為3000-4000。優(yōu)選地，這些分散劑選自聚丙烯酸銨。這些助磨劑可用常規(guī)的聚合技術(shù)制備。例如，參見上述的US4868228，該專利公開了用作濕磨助劑的聚丙烯酸鹽分散劑的制備。通常這類聚丙烯酸鹽是市售的水溶液，含有35-45％的聚合物固體。Colloid-102分裝成固含量為39.5-40.5％。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，助磨劑是聚丙烯酸銨，優(yōu)選地在將磨料加入到用于干磨過程的介質(zhì)磨中之前，將它們噴霧到磨料中。
在本發(fā)明實(shí)施例中使用的聚丙烯酸銨是Colloid-102，如上所述，由Rhone-Poulenc，Marietta，Georgia獲得。該聚丙烯酸銨最好是一種水溶液，按干活性物質(zhì)計(jì)含有60-64％聚合物固體。COLLOID-102通常分裝成固含量為39.5-40.5％，其活性為24-26％，按光散射技術(shù)測定的重均分子量為3400。
助磨劑可以以干基形式獲得，然后將它們與水混合，制成所需的溶液，或?qū)⑺鼈冾A(yù)混合并以所需溶液形式購得。
本發(fā)明的煅燒高嶺土產(chǎn)品與DELTATEX產(chǎn)品類似或相當(dāng)，具有特定的實(shí)用性，它們按上述US5261956的技術(shù)生產(chǎn)。該專利引入本文作為參考。US5261956的DELTATEX產(chǎn)品含有多孔的無水高嶺土細(xì)顆粒的附聚體，通常至少50％(重量)附聚體的等效球直徑(ESD)小于0.5微米。該顏料的標(biāo)準(zhǔn)散射低于640，空隙率小于0.90厘米3/克。
正如上述US5261956所教導(dǎo)的，為了生產(chǎn)這種產(chǎn)品，將細(xì)顆粒的高嶺土粉末在足夠高的溫度下煅燒足夠長的時(shí)間，以破壞它們的結(jié)晶度并基本上保持粉末的無定形結(jié)構(gòu)。然后將所制得的煅燒產(chǎn)品在介質(zhì)磨中進(jìn)行干磨，每噸干粘土使用的輸入功為100-160馬力-小時(shí)。介質(zhì)磨如磨機(jī)，在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的，它們包括用于研磨高嶺土粉末的介質(zhì)，例如球、橢圓體、棒或柱體，主要是進(jìn)一步降低顆粒的大小。正如現(xiàn)有技術(shù)中眾所周知的，繼干磨步驟后可以進(jìn)行粉磨步驟。粉磨步驟在眾所周知的Hurricane磨的裝置中是有效的，Hurricane磨是Chicago，Illinois，C.E.Bauer公司的產(chǎn)品并且是一種高能沖擊磨。
參見該單個(gè)附圖，在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，采用了干磨煅燒高嶺土粉末的干介質(zhì)磨布局10。研磨過程通常在水平球磨機(jī)12中進(jìn)行，例如由Patterson設(shè)備公司銷售的類型。磨球通常是小的陶瓷球，球徑為1/4英寸-2英寸。更優(yōu)選地為1-2英寸。這類磨機(jī)通常配有水平供料螺旋漿14，用于向磨機(jī)中輸送磨料(例如高嶺土粉末)。有效量的重均分子量為約3400的聚丙烯酸銨助磨劑水溶液通過泵16，采用可調(diào)節(jié)的流量計(jì)(未示出)從運(yùn)輸箱18泵送到噴嘴20處，將助磨劑均勻地提供給粘土粉末。雖然借助于適當(dāng)?shù)脑O(shè)備可使用干的聚合物，但是也可使用水溶液形式的助磨劑。這類溶液通常含有35-45％按活性聚合物計(jì)的聚合物固體。優(yōu)選地，向每噸磨料中提供0.5-3.0磅按活性物質(zhì)計(jì)的聚合物。
盡管在單個(gè)附圖中未示出，但是如上所述和根據(jù)US5261956中所教導(dǎo)的，從磨機(jī)12排出的高嶺土產(chǎn)品可通過高能沖擊磨進(jìn)行粉磨，以除去不希望有的大顆粒，通常為325目以上的顆粒。粉磨步驟中的輸入功按每噸干粘土計(jì)優(yōu)選至少為30馬力-小時(shí)，更優(yōu)選地為50-75馬力-小時(shí)。
通過加入干助磨劑，提高了處理粘土顆粒用的磨機(jī)的效率，致使磨機(jī)的生產(chǎn)能力或生產(chǎn)率增加，和/或基本上提高了赫爾克里斯高剪切粘度，由此改善了占一定百分比固體含水漿料的最終產(chǎn)品的流變性。試驗(yàn)表明赫爾克里斯高剪切粘度始終要比現(xiàn)有技術(shù)中標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)值的高。
實(shí)施例下面的實(shí)施例旨在說明本發(fā)明將市售的聚丙烯酸銨(商標(biāo)為Colloid-102)與早期提及的DELTATEX產(chǎn)品一起用作干助磨劑。Colloid-102的pH為7.0-7.5，Brookfield粘度為25-50厘泊，比重為1.16-1.19。本發(fā)明人不是想通過這些實(shí)施例來限制本發(fā)明。
收集與煅燒爐有關(guān)的過去用水平球磨機(jī)加工的磨料產(chǎn)品和本發(fā)明受讓人擁有的指定置于傳統(tǒng)高嶺土廠的2、6和4號水平磨機(jī)加工的數(shù)據(jù)。該水平球磨機(jī)是由Patterson設(shè)備公司銷售的。試驗(yàn)步驟和結(jié)果下列表1給出了該數(shù)據(jù)的平均試驗(yàn)結(jié)果。當(dāng)未在球磨機(jī)中使用聚丙烯酸銨時(shí)，采集了大約1.5個(gè)月期限內(nèi)的過去的數(shù)據(jù)，和按所示計(jì)量在球磨機(jī)中使用聚丙烯酸銨時(shí)大約1個(gè)月的時(shí)間期限的試驗(yàn)結(jié)果。通常在對2、6和4號水平球磨機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，每噸粘土使用按活性物質(zhì)計(jì)約3磅的聚丙烯酸銨水溶液，其它的試驗(yàn)是在6號球磨機(jī)中進(jìn)行的，每噸粘土使用約2磅的聚丙烯酸銨水溶液。實(shí)施例1--2號磨機(jī)在2號水平磨機(jī)中，對31個(gè)試樣的過去期限進(jìn)行分析。在這31個(gè)試樣中，30個(gè)試樣經(jīng)實(shí)驗(yàn)都落在固含量為59+/-0.5％，對DELTATEX產(chǎn)品產(chǎn)生的高剪切進(jìn)行試驗(yàn)的范圍內(nèi)，只有一個(gè)試樣未滿足該要求，即占試樣的3.2％不滿足該要求。一般來說，如果產(chǎn)品的固含量落在59+/-0.5％的范圍內(nèi)，并且在18達(dá)因時(shí)具有的赫爾克里斯值在300-1700之間，那么產(chǎn)品即被認(rèn)為是DELTATEX產(chǎn)品。如果該值不在該范圍內(nèi)，那么就不滿足DELTATEX產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)。
根據(jù)該相同期限的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，從磨機(jī)中取出33個(gè)試樣，使所有33個(gè)試樣都落在實(shí)驗(yàn)室固含量為59+/-0.5％，對DELTATEX產(chǎn)品進(jìn)行高剪切試驗(yàn)的范圍內(nèi)。這在表1中用0％WNM表示?？梢员容^的過去和試驗(yàn)期間的其它數(shù)據(jù)結(jié)果是用磨機(jī)加工煅燒高嶺土產(chǎn)品時(shí)，每噸每小時(shí)(TPH)的產(chǎn)率，其值分別為2.2和2.57噸/小時(shí)。使用聚丙烯酸銨，在2號水平球磨機(jī)中加工粘土?xí)r產(chǎn)率增加了0.37噸/小時(shí)。落在過去期限內(nèi)的30個(gè)試樣的赫爾克里斯高剪切粘度在18達(dá)因時(shí)平均為207rpm，其中在磨機(jī)中未使用聚丙烯酸銨。而對于試驗(yàn)期限來說，對試樣進(jìn)行的粘度試驗(yàn)在18達(dá)因時(shí)為226rpm。這里，該實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)主要是提高了小時(shí)噸位。即使這里示出的不明顯，但是球磨機(jī)中的聚丙烯酸銨可提高赫爾克里斯高剪切粘度，因而當(dāng)將漿料用于進(jìn)一步處理和加工時(shí)，改善了最終DELTATEX產(chǎn)品的流變性。實(shí)施例2--6號磨機(jī)當(dāng)在6號水平球磨機(jī)中，每噸產(chǎn)品使用3磅水溶液形式按活性物質(zhì)計(jì)的聚丙烯酸銨時(shí)，表1中示出了按本發(fā)明獲得的類似結(jié)果。用磨機(jī)加工煅燒高嶺土的產(chǎn)率從過去數(shù)據(jù)的3.4噸/小時(shí)增加到試驗(yàn)數(shù)據(jù)的3.85噸/小時(shí)，赫爾克里斯高剪切粘度在18達(dá)因時(shí)增加了約1437rpm，從過去18達(dá)因時(shí)的平均值450rpm增加到18達(dá)因時(shí)的試驗(yàn)平均值1887rpm?？梢钥闯鍪褂帽景l(fā)明的產(chǎn)品改進(jìn)了DELTATEX產(chǎn)品，與過去數(shù)據(jù)的19.2％相比，只有1.5％的試樣未落入該范圍。當(dāng)每噸產(chǎn)品使用2磅水溶液形式和活性基的聚丙烯酸銨時(shí)，用磨機(jī)加工的煅燒高嶺土產(chǎn)品的產(chǎn)率從過去數(shù)據(jù)的3.4噸/小時(shí)提高到試驗(yàn)數(shù)據(jù)的3.81噸/小時(shí)，赫爾克里斯高剪切粘度從過去18達(dá)因時(shí)的平均值450rpm增加到18達(dá)因時(shí)的試驗(yàn)平均值1300rpm?？梢钥闯鍪褂帽景l(fā)明的產(chǎn)品改進(jìn)了DELTATEX產(chǎn)品，與過去數(shù)據(jù)的19.2％相比，只有12.5％的試樣未落入該改進(jìn)范圍。
過去和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的亮度和Breuning磨損值略有差異。即過去數(shù)據(jù)的亮度值為92.79，試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別為92.77和92.86，過去數(shù)據(jù)的磨損值為21.85，而試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別為22.99和23.2。本發(fā)明產(chǎn)品的剩余百分率明顯增加，但這不認(rèn)為太成問題，因?yàn)镈ELTATEX產(chǎn)品通常是以用作涂覆的漿料形式出售的，因此，在分裝前，要進(jìn)行篩分，以除去不希望有的大顆粒，一般為325目以上的顆粒。
如上所述和根據(jù)上述US5261956的教導(dǎo)，在水平磨機(jī)中進(jìn)行干磨步驟之后，通常要將產(chǎn)品在高能沖擊磨中進(jìn)行粉磨。據(jù)信繼干磨步驟后，進(jìn)行粉磨步驟，生產(chǎn)能力提高，更易于使剩余百分率增加，因?yàn)榭偟哪C(jī)體系僅能生產(chǎn)4噸/小時(shí)，由此水平介質(zhì)磨噸位的提高更易于降低粉磨磨機(jī)的效率。
對評價(jià)實(shí)際產(chǎn)率的6號水平球磨機(jī)進(jìn)行的其它試驗(yàn)的所有數(shù)據(jù)為3.9-4.0噸/小時(shí)，它們在設(shè)計(jì)和容量范圍內(nèi)，并仍能生產(chǎn)符合質(zhì)量的DELTATEX產(chǎn)品。如果在整個(gè)研磨過程中存在阻塞現(xiàn)象，那么似乎是會(huì)發(fā)生在水平球磨步驟后，即粉磨步驟中。實(shí)施例3--4號磨機(jī)4號水平球磨機(jī)的試驗(yàn)結(jié)果與本發(fā)明目的一致，產(chǎn)率從4.5噸/小時(shí)增加到5.3噸/小時(shí)，赫爾克里斯粘度從18達(dá)因處的平均670rpm增加到18達(dá)因處的1537rpm，生產(chǎn)了符合質(zhì)量的DELTATEX產(chǎn)品。對所有的試樣，可比較它們過去和試驗(yàn)期間落入DELTATEX產(chǎn)品質(zhì)量范圍內(nèi)的試樣的百分率，實(shí)際上，都落在該范圍內(nèi)。這在表1中用0％WNM表示。結(jié)果表明4號水平球磨機(jī)在使用聚丙烯酸銨前運(yùn)行的很好，但是，當(dāng)使用聚丙烯酸銨時(shí)，即便試樣的過去和試驗(yàn)數(shù)據(jù)均落入DELTATEX產(chǎn)品的范圍內(nèi)，結(jié)果則并不好，只有試驗(yàn)數(shù)據(jù)的產(chǎn)率提高。
4號水平球磨機(jī)的運(yùn)行率高達(dá)6.0噸/小時(shí)，但是，在該運(yùn)行率下，DELTATEX產(chǎn)品的量似乎是明顯下降，無疑約為5.4噸/小時(shí)。盡管2號水平球磨機(jī)在進(jìn)行試驗(yàn)和采集試樣的3臺磨機(jī)中的生產(chǎn)容量最低，但是，當(dāng)使用本發(fā)明的技術(shù)時(shí)，產(chǎn)率仍然提高。
表12號水平磨機(jī)過去值 試驗(yàn)值赫爾克里斯207RPM@18D226RPM@18D試樣 31 33落入試樣 30 33試樣WNM 1 0％WNM3.2％ 0％TPH 2.22.576號水平磨機(jī)過去值 試驗(yàn)值3磅/噸 2磅/噸赫爾克里斯450RPM1887RPM1300RPM@18D試樣13067 8落入試樣10566 7試樣WNM 25 1 1％WNM 19.2％ 1.5％ 12.5％TPH 3.43.853.81亮度92.79 92.77 92.86磨損21.85 22.99 23.20％剩余 0.0103％ 0.0251％0.0059％4號水平磨機(jī)過去值 試驗(yàn)值赫爾克里斯 679RPM@18D1537RPM@18D試樣 21 15落入試樣 21 15試樣WNM 0 0％WNM0％0％TPH 4.55.3TPH是在進(jìn)行預(yù)磨前稱重帶記錄的噸位。通過水平磨機(jī)的實(shí)際TPH約為記錄噸位的78％。％WNM是未落在QC試驗(yàn)室，固含量為59+/-0.5％，所進(jìn)行的高剪切試驗(yàn)范圍內(nèi)的偏移復(fù)合試樣的百分率。
本發(fā)明人確信造成2號、6號和4號磨機(jī)不同的主要原因多半是由于各個(gè)磨機(jī)的機(jī)械特性，例如其直徑、長度、球量、和/或運(yùn)行情況。6號磨開始設(shè)計(jì)的是生產(chǎn)DELTATEX產(chǎn)品。
從上述數(shù)據(jù)可以看出在向煅燒高嶺土中加入聚丙烯酸銨后，赫爾克里斯粘度基本上增加。這使得具有高固含量含水漿料的最終產(chǎn)品的流變性增加，而含水漿料的固含量從58％提高到63％。甚至當(dāng)氣候惡劣，例如寒冷和/或潮濕時(shí)，在正常條件下，幾乎不能生產(chǎn)或不能生產(chǎn)符合質(zhì)量的DELTATEX產(chǎn)品，而受讓人廠的水平球磨機(jī)則能生產(chǎn)符合質(zhì)量的產(chǎn)品和滿足DELTATEX產(chǎn)品要求的產(chǎn)品。
按本發(fā)明技術(shù)生產(chǎn)的產(chǎn)品的試驗(yàn)表明當(dāng)赫爾克里斯粘度值增加時(shí)，孔體積變小。這正是人們所期望的，但是，認(rèn)為對紙的質(zhì)量沒有影響，這是因?yàn)镈ELTATEX產(chǎn)品通常被用作紙產(chǎn)品的涂料，而不是用作紙產(chǎn)品的填料，在后一種情況下，紙產(chǎn)品的孔體積明顯地大。
人們將意識到即使在產(chǎn)生上述試驗(yàn)結(jié)果的試驗(yàn)中，將聚丙烯酸銨用作助磨劑，本發(fā)明也不僅限于該化學(xué)品，也可使用其它的化學(xué)品或分散劑，例如聚丙烯酸鈉、六偏磷酸鈉或丙烯酸共聚物或它們的鹽。在現(xiàn)有技術(shù)中，眾所周知，在漿料中將聚丙烯酸銨用作分散劑，以防止固體絮凝和沉降。
本發(fā)明人同樣要指出的其它重要結(jié)果是當(dāng)使用助磨劑時(shí)，6號水平磨機(jī)在運(yùn)行期限內(nèi)不用停機(jī)。而先前在1.5個(gè)月內(nèi)，要停機(jī)37.6小時(shí)，這通常損害了公司的利益。停機(jī)的原因是由于磨機(jī)的阻塞，很顯然使用本發(fā)明的技術(shù)則避免和減少了這種情況。
由于為了滿足DELTATEX產(chǎn)品的要求，進(jìn)行了上述試驗(yàn)，在6號磨機(jī)中每噸產(chǎn)品使用了1.5磅活性基聚丙烯酸銨，在2和4號磨機(jī)中每噸產(chǎn)品使用了2.0-2.5磅活性基聚丙烯酸銨，因?yàn)樗瞥傻漠a(chǎn)品“非常好”，最終產(chǎn)品含水漿料的最高固含量為60-63％。在某些情況下，還需向DELTATEX產(chǎn)品中摻入上述US4381948和5261956的ALPHATEX產(chǎn)品，以降低最終漿料產(chǎn)品的赫爾克里斯高剪切粘度，因?yàn)镈ELTATEX產(chǎn)品的赫爾克里斯粘度值太高，不能滿足用戶的要求?？梢允褂没旌袭a(chǎn)品和有關(guān)球磨機(jī)和粉磨的知識來制備煅燒粘土漿料，使其在固含量為63％，或許更高時(shí)具有可接受的流變性。
盡管在本發(fā)明的實(shí)施方式中具體地說明了本發(fā)明，但是應(yīng)該清楚在許多情況下，許多的改變對于本領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員來說是明顯的，這種改變?nèi)栽诒景l(fā)明的范圍內(nèi)。因此，本發(fā)明進(jìn)行了概括地說明，其范圍僅由所附權(quán)利要求書的范圍來限定。
權(quán)利要求
1.一種煅燒高嶺土粉末的制備方法，所述粉末具有改善的高固含量含水漿料的高剪切流變性，包括a)煅燒高嶺土粉末b)在干磨前，向步驟a)的煅燒高嶺土粉末中加入有效量的干助磨劑，和c)干磨步驟a)的所述煅燒產(chǎn)品，由此通過所述的研磨，改善所述煅燒產(chǎn)品的流動(dòng)性，提高磨機(jī)的生產(chǎn)率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中至少在所述的干磨步驟之前，向所述煅燒產(chǎn)品中加入所述助磨劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述助磨劑是選自聚丙烯酸鹽分散劑的分散劑聚合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述助磨劑是選自聚丙烯酸銨類的分散劑聚合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中所述分散劑聚合物是聚丙烯酸銨。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述助磨劑的有效量按每噸需加工煅燒高嶺土粉末計(jì)為0.1-10磅(基于活性物質(zhì))。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述助磨劑的有效量按每噸需加工煅燒高嶺土粉末計(jì)為0.5-3.0磅(基于活性物質(zhì))。
8.一種煅燒高嶺土粉末的制備方法，其中所述粉末的高固含量含水漿料具有良好的高剪切流變性，由此滿足了它們在涂覆和涂覆顏料的制備中的應(yīng)用，并使使用該顏料的紙具有高光澤、高亮度、高的不透明性和可印性，改進(jìn)包括在介質(zhì)磨機(jī)中研磨煅燒高嶺土產(chǎn)品之前，加入有效量的選自聚丙烯酸鹽分散劑的干助磨劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中向所述的煅燒高嶺土產(chǎn)品中加入所述的助磨劑。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，在將所述煅燒高嶺土產(chǎn)品輸送到所述介質(zhì)磨中時(shí)，向所述煅燒高嶺土產(chǎn)品中加入所述助磨劑。
11.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述助磨劑是聚丙烯酸銨。
12.在介質(zhì)磨機(jī)中提高煅燒高嶺土粉末產(chǎn)率的方法，改進(jìn)包括在將所述煅燒高嶺土產(chǎn)品輸送到所述介質(zhì)磨中時(shí)，向所述煅燒高嶺土產(chǎn)品中加入有效量的選自聚丙烯酸鹽分散劑的助磨劑。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述加入步驟包括向所述煅燒高嶺土產(chǎn)品中噴入所述干助磨劑。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述干助磨劑是聚丙烯酸銨。
15.涂覆紙的涂覆顏料，使使用該顏料的紙具有高光澤、高亮度、良好的不透明性和可印性，其中含有在有效量選自聚丙烯酸鹽分散劑的干助磨劑的存在下，在介質(zhì)磨中干磨的煅燒高嶺土粉末。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的涂覆顏料，其中所述的助磨劑是聚丙烯酸銨。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的涂覆顏料，其中所述干助磨劑的所述有效量按每噸需加工所述煅燒高嶺土粉末計(jì)為0.5-3磅(基于活性物質(zhì))。
18.根據(jù)權(quán)利要求15的涂覆顏料，其中所述干助磨劑的所述有效量按每噸需加工所述煅燒高嶺土粉末計(jì)為0.1-10.0磅(基于活性物質(zhì))。
全文摘要
一種干磨煅燒高嶺土的改進(jìn)方法包括使用有效量的聚丙烯酸銨干助磨劑,所述助磨劑在干磨前被加入到煅燒高嶺土產(chǎn)品中。通過研磨改善了產(chǎn)品的流動(dòng)性,提高了研磨效率,因此,提高了磨機(jī)的產(chǎn)率。最終產(chǎn)品的赫爾克里斯高剪切粘度提高,因此,提高了固含量極高的含水漿料,尤其是涂覆紙和紙板產(chǎn)品的含水漿料流變性。
文檔編號C08K7/00GK1240412SQ97180582
公開日2000年1月5日 申請日期1997年11月7日 優(yōu)先權(quán)日1997年11月7日
發(fā)明者W·H·保普, R·B·邁克尼利 申請人:Ecc國際有限公司