專利名稱：由偽層狀硅酸鹽制備易分散流變級(jí)產(chǎn)品的方法,這樣得到的產(chǎn)品和使用該產(chǎn)品的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明在流變添加劑、懸浮劑和增稠劑領(lǐng)域的范圍內(nèi)，尤其在基于海泡石-坡縷石族的特種粘土的流變添加劑的范圍內(nèi)。
發(fā)明現(xiàn)有技術(shù)狀態(tài)特種粘土，屬于層狀頁(yè)硅酸鹽(phylosilicate)的那些如蒙脫石和鋰蒙脫石以及屬于偽層狀(pseudolaminar)硅酸鹽的那些如海泡石和凹凸棒石，在加入較少量時(shí)由于它們改變不同液體體系的流變或流動(dòng)行為的能力而用作流變添加劑。這樣，這些粘土用作增稠劑增加體系的粘度，用作懸浮劑防止體系懸浮液中顆粒的沉降，和作為提供特定流變行為的添加劑，特定流變行為如例如假塑性(粘度隨剪切速度降低)或觸變性(對(duì)于恒定剪切速度，粘度隨剪切時(shí)間增加)。
這些粘土用作流變添加劑的能力來(lái)自于其顆粒的膠體尺寸、它們的形狀和這些顆?？稍诩尤胨鼈兊捏w系的液體組分中形成的結(jié)構(gòu)。因而，頁(yè)硅酸鹽如蒙脫石和鋰蒙脫石的顆粒具有層狀形式，該形式在薄層表面上具有來(lái)自于結(jié)構(gòu)內(nèi)同形體取代的負(fù)剩余電荷。這種負(fù)電荷透過(guò)吸引被靜電力保持的陽(yáng)離子來(lái)補(bǔ)償，并可與其它陽(yáng)離子交換，這些陽(yáng)離子因此被稱為交換陽(yáng)離子。
這些頁(yè)硅酸鹽的層狀顆粒被排列堆積，其中交換陽(yáng)離子占據(jù)薄層之間的空間或?qū)娱g空間和外表面。當(dāng)通過(guò)層狀顆粒的這些堆積形成的粘土顆粒被分散在水中時(shí)，水可根據(jù)交換陽(yáng)離子更大或更小程度地滲透到層間空間內(nèi)，產(chǎn)生層狀顆粒的自發(fā)分離。
如果陽(yáng)離子為Na+，則水可自發(fā)地在薄層之間滲透，并造成蒙脫石顆粒的自發(fā)溶脹，和利用最小的機(jī)械攪拌這種粘土就能容易地分散在水中。一旦粘土被分散成它的單獨(dú)顆粒，這些顆粒就可在液體內(nèi)形成類似于卡片屋的結(jié)構(gòu)，其通過(guò)帶負(fù)電薄層的表面和帶正電邊緣之間的吸引靜電力被穩(wěn)定。
另一方面，如果交換陽(yáng)離子為Ca2+，則這種陽(yáng)離子的較大正電荷密度能保持蒙脫石薄層更強(qiáng)地結(jié)合到一起，并且在水中不會(huì)發(fā)生蒙脫石顆粒的自發(fā)分離。因而，在鈣蒙脫石情況下，代替鈉蒙脫石出現(xiàn)的單獨(dú)層狀顆粒，它具有通過(guò)不定數(shù)量的層狀顆粒連接的層狀顆粒堆垛，其通過(guò)Ca2+陽(yáng)離子結(jié)合到一起。這意味著對(duì)于相同重量的粘土，在鈣蒙脫石情況下，為了在液體內(nèi)形成“卡片屋”結(jié)構(gòu)而參與的單獨(dú)顆粒的數(shù)量大大少于用鈉蒙脫石或膨潤(rùn)土的情況，因此它們作為流變添加劑的效果被大大降低。出于這個(gè)原因，通常使用鈉蒙脫石作為流變添加劑，或在鈣蒙脫石情況下，為了提高它們的流變特性，預(yù)先將鈣陽(yáng)離子交換成鈉陽(yáng)離子。
此外，粘土通常呈現(xiàn)出被其它礦物如長(zhǎng)石、石英、碳酸鹽如方解石和白云石等污染。這些礦物污染物在一些情況下可占大的百分比，不具有粘土的膠體性質(zhì)并且稀釋了后者作為流變添加劑的特性。另外，這些其它礦物通常具有其它不合需要的特征，如比粘土大得多的粒度和較大的硬度，這使它們?cè)谑褂谜惩磷鳛榱髯兲砑觿┑脑S多應(yīng)用中不受歡迎，如例如在油漆中。因而，為了消除這些礦物雜質(zhì)，通常對(duì)粘土進(jìn)行純化處理，所述純化處理由于消除了這些會(huì)稀釋粘土效果的組分，在避免上述問(wèn)題的同時(shí)也提高了作為流變添加劑的性能。
尤其常用作流變添加劑的另一類粘土為海泡石和凹凸棒石。這兩種粘土屬于偽層狀硅酸鹽族，特征在于它們的顆粒形狀不是層狀而是針狀，為平均長(zhǎng)度為1-2μm的微纖維的形式，在海泡石情況下，其被發(fā)現(xiàn)在例如Vallecas-Vicálvaro沉積物(Madrid，Spain)中，在凹凸棒石情況下，例如在美國(guó)發(fā)現(xiàn)。這些顆粒在它們的結(jié)構(gòu)內(nèi)還具有大大小于蒙脫石情況下的同形體取代程度，因此它們的表面電荷較少，它們的陽(yáng)離子交換容量小得多，與蒙脫石的100meq/100g的典型值相比，為大約10-20meq/100g。因此，海泡石和凹凸棒石不會(huì)象蒙脫石一樣在水中自發(fā)溶脹。由于這個(gè)原因，海泡石和凹凸棒石的針狀顆粒實(shí)質(zhì)上以形成微纖維顆粒的大的團(tuán)聚體或束的形式出現(xiàn)，其需要通過(guò)施加機(jī)械能量和使用高剪切進(jìn)行分散處理以設(shè)法將束解聚成它們的單獨(dú)顆粒。
已描述使用分散劑分散粘土和純化粘土以去掉礦物污染物。例如，專利申請(qǐng)WO 02/00350描述了可使用分散劑如TSPP分散凹凸棒石和其它粘土的顆粒，以便得到凹凸棒石的流變產(chǎn)品。然而，同一專利申請(qǐng)WO 02/00350指出，盡管事實(shí)上這些分散劑能分散除了凹凸棒石以外的粘土顆粒，但這些其它粘土尤其是提到的蒙脫石、綠土和海泡石沒(méi)有與凹凸棒石相同的流變特性，因此它們對(duì)用凹凸棒石得到的產(chǎn)品的效果有負(fù)面影響。因而，專利申請(qǐng)WO 02/00350描述了使用分子量在4000和5000之間的聚丙烯酸酯作為分散劑的純化方法，以便選擇性分散凹凸棒石，并能分離不僅僅非粘土污染物而且還有凹凸棒石以外的其它粘土如海泡石，當(dāng)按照迄今描述的方法使用分散劑處理它們時(shí)它們不能有效作為流變添加劑。專利申請(qǐng)EP-A-170299同樣描述了使用分散劑純化海泡石去掉礦物污染物，是通過(guò)制備固體濃度5％-25％的海泡石在水中的懸浮液然后借助離心或沉降去除污染物。在這種情況下，需要以后在過(guò)濾或固/液分離階段前加入絮凝劑。
專利申請(qǐng)EP-A-0170299描述了基于濕微粉化過(guò)程得到海泡石流變級(jí)產(chǎn)品的方法，其允許得到尺寸小于10μm的海泡石顆粒，進(jìn)行研磨并在濕狀態(tài)下分選，例如使用水力旋流器。這種濕研磨過(guò)程允許束被解聚，得到自由針狀顆粒而不會(huì)影響它們的“長(zhǎng)徑比”，即它們的長(zhǎng)度/直徑比，這對(duì)它們有效作為流變添加劑是必需的。按粒度分選的階段以及分離未解聚的束還允許從其它礦物如方解石、白云石、石英、長(zhǎng)石等中去除污染物。由于漿中的粘度度，所以這種方法非常昂貴，因?yàn)樗枰獙?duì)具有低固體濃度(小于10％)的懸浮液工作才能允許用水力旋流器分選。另外，該方法在能量方面非常昂貴，因?yàn)橛镁哂械凸腆w濃度的漿進(jìn)行濕研磨階段，然后不得不進(jìn)行固/液分離以便從稀釋的懸浮液中分離微粉化的粘土。
由于粘土漿的低過(guò)濾性，這增加了困難，導(dǎo)致使用壓濾機(jī)時(shí)非常長(zhǎng)的過(guò)濾周期。得到具有非常高的殘留水分(達(dá)55％)的濾餅，為了干燥這需要高的能量成本。簡(jiǎn)言之，專利申請(qǐng)EP-A-170299中描述的方法是一種非常昂貴的方法。
盡管通過(guò)使用能降低懸浮液粘度的分散劑和允許用水力旋流器對(duì)較大的固體濃度進(jìn)行分選，可以提高粘土懸浮液的濃度，但對(duì)能在水力旋流器中進(jìn)行分選的最大漿濃度存在限制。另外，仍存在后續(xù)的過(guò)濾和干燥問(wèn)題，為了能過(guò)濾懸浮液和分離粘土，需要使用絮凝劑。為了降低粘土漿的粘度和允許通過(guò)去除其它礦物污染物來(lái)純化粘土而使用分散劑，以及為了得到細(xì)的控制粒度的產(chǎn)品而去除粘土的團(tuán)聚體顆粒，在現(xiàn)有技術(shù)中都已經(jīng)進(jìn)行過(guò)描述并已知。例如，專利US-A-3399068和US-A-3596760描述了使用分散劑如TSPP和NaOH用于純化凹凸棒石去除污染物，和在專利申請(qǐng)EP-A-170299中為了純化海泡石描述了分散劑如六偏磷酸鈉和TSPP的使用。專利申請(qǐng)WO02/00350還描述了使用分子量在4000和5000之間的聚丙烯酸鈉用于分散凹凸棒石和通過(guò)去除其它粘土和污染物礦物來(lái)純化它。
發(fā)明描述本發(fā)明的目的是利用使用分散劑的方法得到選自海泡石、凹凸棒石和其組合的偽層狀硅酸鹽的流變級(jí)產(chǎn)品，其中使用分散劑的方法比目前的這些粘土的濕微粉化方法簡(jiǎn)單得多和便宜，并允許得到在使用這類產(chǎn)品的大多數(shù)工業(yè)應(yīng)用中能有效作為同等或更好的流變添加劑的產(chǎn)品。
為了達(dá)到這個(gè)目的，本發(fā)明利用分散劑，不是用于純化偽層狀硅酸鹽的粘土，而是與漿或糊形式的該硅酸鹽強(qiáng)烈混合，以得到不需要使用如專利申請(qǐng)EP-A-170299中描述的針對(duì)低固體濃度的濕微粉化方法的海泡石和/或凹凸棒石流變級(jí)產(chǎn)品，并因此體現(xiàn)出方法的簡(jiǎn)化和其成本相當(dāng)大的降低。同樣，本發(fā)明的方法允許得到在高離子力介質(zhì)中作為流變添加劑(增稠劑或懸浮劑)具有同等或更大效力的產(chǎn)品。
本發(fā)明的方法包括以下階段在第一階段中，通過(guò)任何常規(guī)研磨方法研磨海泡石和/或凹凸棒石族中的海泡石和/或凹凸棒石含量為至少50％的粘土至低于1mm并優(yōu)選150μm的粒度。
然后在強(qiáng)力混合器中使粘土與水以及由一種或多種分散劑組成的分散組分混合。
混合物的水含量可在粘土重量的35％和85％之間，并優(yōu)選在45％和80％之間變化。至于分散劑，可使用能被吸附在粘土表面上并產(chǎn)生粘土顆粒靜電斥力的聚電解質(zhì)或帶電聚合物。這些分散劑的一些例子為多磷酸和它們的鹽如六偏磷酸鈉、焦磷酸四鈉，具有低分子量?jī)?yōu)選低于6000并更優(yōu)選在2000和5000之間的聚丙烯酸鈉，膦酸和次膦酸衍生物如二膦酸(diphosphonic acid)和它們的鹽，以及膦酸的鹽。膦酸的衍生物具有比無(wú)機(jī)多磷酸鹽對(duì)水解更穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)。
也能用作分散劑的是堿如鈉、銨和鉀氫氧化物、碳酸鈉等，它們?cè)黾觩H到9以上，在粘土表面上產(chǎn)生OH-基的吸附或粘土表面上存在的硅烷醇基的電離以及顆粒靜電斥力。
由一種或多種分散劑組成的分散組分的加入百分比可在粘土重量的0.1％和7％之間變化，并優(yōu)選在0.3％和6％之間。當(dāng)使用幾種分散劑時(shí)，它們的總比例也在這些范圍內(nèi)。
在本發(fā)明的有利實(shí)施方案中，使用由第一分散劑和第二分散劑組成的分散組分，并與水和至少一種偽層狀硅酸鹽混合，其中第一分散劑對(duì)應(yīng)于能提高包含偽層狀硅酸鹽礦物、分散劑和水的糊的pH到9以上的pH的堿，例如氫氧化鈉、氫氧化銨和/或氫氧化鉀，第二分散劑對(duì)應(yīng)于至少一種無(wú)機(jī)聚電解質(zhì)如上述那些。
優(yōu)選將粘土分散在分散組分在水中的水溶液中，但也可將粘土和水混合到一起然后加入分散組分，或混合粘土和分散組分然后加入水。使用能使粘土在水中的所得混合物被勻化的混合系統(tǒng)完成粘土、水和分散組分的混合物，強(qiáng)力混合器或葉輪式混合器是尤其有效的，如雙σ混合器或Ldige型犁狀轉(zhuǎn)子混合器。在這些條件下，分散組分和通過(guò)顆粒間摩擦產(chǎn)生的內(nèi)部剪切產(chǎn)生偽層狀硅酸鹽單獨(dú)顆粒的強(qiáng)烈解聚，這對(duì)產(chǎn)生具有流變性質(zhì)的產(chǎn)品是重要的。
然后，可根據(jù)偽層狀硅酸鹽和水的濃度處理水、偽層狀硅酸鹽和分散組分的混合物。當(dāng)偽層狀硅酸鹽的濃度在15％和35％之間、水的濃度在85％和65％之間、分散組分的濃度為硅酸鹽重量的0.1％和7％之間時(shí)，得到的混合物具有粘度可變的流體漿的外觀，取決于硅酸鹽和分散組分的含量，其是穩(wěn)定的并不會(huì)沉降。這種流體漿可直接用作最終產(chǎn)品，作為各種應(yīng)用中的流變添加劑，因?yàn)楫?dāng)這種漿被加入到具有電荷或溶解鹽的液體系統(tǒng)中時(shí)，偽層狀硅酸鹽漿產(chǎn)生增加的液體系統(tǒng)粘度，并為它提供假塑性和/或觸變性流變行為，提高了它的穩(wěn)定性和不同組分的均勻性。在漿形式下，這種產(chǎn)品尤其能很好地作為用于直接加入到建筑配方如填充砂漿、濕噴射混凝土、注射砂漿或游泳池噴射水泥漿的流變添加劑。漿形式的這種產(chǎn)品產(chǎn)生稠度的快速增加，它賦予觸變性能，減少了噴射混凝土情況下的回彈，防止了扯開，提高了表面光潔度，避免了滲出，提高了可泵送性等。
當(dāng)偽層狀硅酸鹽的濃度在65％和35％之間、水的濃度在35％和65％之間、分散組分的濃度為硅酸鹽重量的0.1％和7％之間時(shí)，得到具有糊狀外觀的非流體混合物。干燥偽層狀硅酸鹽糊正常至水分含量小于20％，并通常低于12％，并研磨至應(yīng)用需要的最終尺寸。
可通過(guò)工業(yè)中任何常用方法使用例如流化床干燥設(shè)備完成偽層狀硅酸鹽糊、水和分散組分的干燥過(guò)程。接著，利用常用的礦物研磨設(shè)備進(jìn)行研磨，優(yōu)選使用利用錘或尖頭的沖擊研磨機(jī)。然后，進(jìn)行顆粒分選以便得到所需的粒度。
取代依次進(jìn)行干燥和研磨，優(yōu)選使用“閃蒸干燥器”設(shè)備同時(shí)完成，“閃蒸干燥器”設(shè)備如Micron Hosokawa制造的Micro FlashDryer，其允許在單次操作中進(jìn)行最終產(chǎn)品的干燥、研磨和分選。
對(duì)于最終產(chǎn)品，優(yōu)選具有小于250μm并通常低于44μm的干粒度。盡管這種干粒度相當(dāng)粗，但一旦流變產(chǎn)品被分散在水中最終粒度就小得多，在這些條件下，超過(guò)80％的顆粒習(xí)慣上具有小于44μm的尺寸，超過(guò)75％的顆粒具有小于5μm的尺寸。
具有較粗的干粒度是有益的，因?yàn)樗黾恿朔勰┬问降漠a(chǎn)品的表觀密度，因此產(chǎn)品運(yùn)輸更便宜。此外，更密的干產(chǎn)品在裝卸中產(chǎn)生較少的環(huán)境灰塵，這也是有利的。
按照這種方法由硅酸鹽糊、水和分散組分得到的產(chǎn)品尤其是流變級(jí)海泡石在使用低剪切時(shí)就能被容易地分散在水中，它們?cè)跓o(wú)電解質(zhì)的水中產(chǎn)生具有較低粘度的分散體，但盡管如此，當(dāng)存在電解質(zhì)時(shí)即增加離子力時(shí)，它們能容易地恢復(fù)它們的粘度。在這些條件下，介質(zhì)中存在的陽(yáng)離子由于分散組分的作用而用作帶負(fù)電的粘土顆粒之間的橋，并且它們?cè)试S在液體介質(zhì)中形成粘土顆粒結(jié)構(gòu)，從而粘度增加。在存在能被偽層狀硅酸鹽顆粒尤其是流變海泡石顆粒吸附的其它電荷和顏料時(shí)也出現(xiàn)這種效應(yīng)，并且它還允許恢復(fù)介質(zhì)中由其它電荷和流變偽層狀硅酸鹽的顆粒形成的結(jié)構(gòu)。
通過(guò)本發(fā)明的方法得到的偽層狀硅酸鹽尤其是海泡石的產(chǎn)品通常比通過(guò)專利申請(qǐng)EP-A-170299中描述的方法產(chǎn)生的那些更有效，盡管事實(shí)上該方法更簡(jiǎn)單和更廉價(jià)，因?yàn)樗鼈儾恍枰魏问褂玫蜐舛葷{的濕微粉化過(guò)程，該過(guò)程然后需要用壓濾機(jī)的固/液分離階段以便增加漿固體濃度從3％直到45％，然后是干燥階段以便降低水分含量從55％到＜10％。
在本說(shuō)明書描述的方法中，得到用作最終產(chǎn)品而不需要進(jìn)行任何固/液分離的漿，或得到一般水分含量為45％的糊，其可被直接干燥因而不需昂貴的固/液分離階段，大大減少了水消耗和由于減少需要被蒸發(fā)的水量而降低了能量成本。
盡管方法更簡(jiǎn)單，但在這種方法中得到的產(chǎn)品作為高離子力介質(zhì)或帶電介質(zhì)中流變添加劑的特性等于或好于按照專利申請(qǐng)EP-A-170299得到的那些，而且使用低剪切設(shè)備它也分散更好。
按照這種方法得到的偽層狀硅酸鹽尤其是海泡石在用作流變添加劑時(shí)的高效率是令人驚奇和預(yù)料不到的。
因而，盡管現(xiàn)有技術(shù)的教導(dǎo)涉及使用分散組分不允許海泡石顆粒被充分分散和得到基于海泡石的流變產(chǎn)品的事實(shí)，但已發(fā)現(xiàn)當(dāng)對(duì)海泡石進(jìn)行使用分散劑的本發(fā)明方法時(shí)，可得到比按照現(xiàn)有技術(shù)(專利申請(qǐng)EP-A-170299)描述的其它方法得到的產(chǎn)品甚至更有效的流變產(chǎn)品。
上述內(nèi)容對(duì)于凹凸棒石也是如此。
這種方法中的關(guān)鍵階段是使用強(qiáng)烈混合系統(tǒng)混合偽層狀硅酸鹽和至少一種分散組分，尤其是添加量為0.1％-7％，優(yōu)選0.3-6％，以便形成水含量為35％-85％并優(yōu)選在45％和80％之間的在水中的混合物。在這些條件下，化學(xué)分散組分和顆粒間摩擦產(chǎn)生的內(nèi)部剪切的聯(lián)合導(dǎo)致偽層狀硅酸鹽單獨(dú)顆粒的解聚而不影響基本顆粒的長(zhǎng)徑比或長(zhǎng)度/直徑比。使用能作為提高pH到9以上并離子化位于海泡石表面上硅烷醇基的堿的聚電解質(zhì)分散劑或帶電荷聚合物型分散劑達(dá)到這種效果。一種或多種分散組分和在具有35％-85％、并優(yōu)選45％和80％之間的高濃度粘土的糊的混合中獲得的內(nèi)部剪切的聯(lián)合，產(chǎn)生比專利申請(qǐng)EP-A-170299中描述的使用高剪切設(shè)備但漿具有較低粘土濃度得到的解聚作用有效得多的解聚作用。因此，根據(jù)本發(fā)明的方法得到的產(chǎn)品作為帶電荷介質(zhì)中或在電解質(zhì)存在時(shí)的流變添加劑比專利申請(qǐng)EP-A-170299中描述的產(chǎn)品有效得多。利用分散組分/強(qiáng)烈混合的聯(lián)合獲得的這種更大效力是未曾預(yù)料到的，事實(shí)表明，專利申請(qǐng)EP-A-170299中描述了用于純化海泡石的分散劑(專利申請(qǐng)的方法II)和具有60％和30％之間的高海泡石濃度的充分混合物(專利申請(qǐng)的方法III)的單獨(dú)使用，但它沒(méi)有描述分散劑和強(qiáng)烈混合的結(jié)合使用，因?yàn)樗鼪](méi)有預(yù)料到改進(jìn)這兩個(gè)單獨(dú)階段的結(jié)果。
根據(jù)本申請(qǐng)的方法得到的產(chǎn)品可用作不同應(yīng)用中的流變添加劑，用于改變液體體系的流變行為，條件是分散體中存在電荷或溶解鹽。這些應(yīng)用的例子為在用于動(dòng)物飼料尤其是豬飼料的液體食品中作為懸浮劑，作為懸浮液中肥料的懸浮劑，作為建筑、砂漿、瀝青組合物等的流變添加劑。
附圖簡(jiǎn)述作為說(shuō)明書的整體部分，本說(shuō)明書包括顯示不同飼料樣品的流度指數(shù)的比較的圖，不同的飼料樣品對(duì)應(yīng)于沒(méi)有流變添加劑的對(duì)照樣品，具有按專利申請(qǐng)EP-A-170299的實(shí)施例1制備的流變級(jí)海泡石的樣品，和加入按本發(fā)明的方法制備的流變海泡石的樣品。
發(fā)明的實(shí)施方式實(shí)施例1將海泡石純度為85％和水分含量為30％的海泡石礦物研磨至95％小于150μm和30％小于44μm的粒度。然后使64.2重量份的這種研磨海泡石與35.7重量份的水混合，預(yù)先向水中加入0.63重量份的50％的NaOH溶液。
在Ldige型葉輪式混合器中混合形成的糊6分鐘。在混合階段中，分散劑和由于顆粒間摩擦產(chǎn)生的內(nèi)部剪切的結(jié)合效應(yīng)產(chǎn)生相當(dāng)大的尺寸減小，這可從表1中看出。
表1.用分散劑攪和前和后海泡石的粒度

將形成的海泡石濃度為45％的糊輸送到閃蒸干燥器中，干燥、研磨并分選直到得到當(dāng)濕潤(rùn)時(shí)95％的小于44μm和85％的小于5μm的粒度的產(chǎn)品。
將得到的最終產(chǎn)品以6％的濃度分散在用NaCl飽和的水中，在2700rpm下的攪拌器中攪拌10分鐘，在5rpm下測(cè)定布氏粘度。
表2匯總了得到的最終產(chǎn)品的特征。
表2.實(shí)施例1中得到的產(chǎn)品的特征

重要的是觀察到在具有電解質(zhì)的水中得到的粘度為44600cP，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于當(dāng)使用專利申請(qǐng)EP-A-170299中描述的方法處理海泡石時(shí)得到的指明為10000cP-34000cP的粘度。
另外，必須記住得到作為流變添加劑的這種高效率，而不用進(jìn)行純化過(guò)程以從其它礦物中消除污染物，在專利申請(qǐng)EP-A-170299描述的方法中則需要進(jìn)行。
實(shí)施例2進(jìn)行類似于實(shí)施例1中所述過(guò)程的過(guò)程，但在干燥、研磨和分選的最后階段，調(diào)整分選機(jī)至不同的速度以便得到不同尺寸的最終顆粒。
表3顯示了最終顆粒的特征和在用NaCl飽和的水中得到的粘度。
可看出，可得到不同粒度的產(chǎn)品，但它們?cè)诰哂懈唠x子力的介質(zhì)中都表現(xiàn)出良好的行為。
表3.實(shí)施例2中得到的產(chǎn)品的特征

實(shí)施例3將海泡石純度為85％和水分含量為26％的海泡石礦物研磨至95％小于150μm和30％小于44μm的粒度。然后使65.6重量份的這種研磨海泡石與33.6重量份的水混合，預(yù)先向水中加入0.80重量份的50％的NaOH溶液。在Ldige型葉輪式混合器中混合形成的糊6分鐘。將形成的海泡石濃度為45％的糊輸送到閃蒸干燥器中，干燥以控制的方式解聚，并分選直到得到干燥時(shí)99％小于75μm和80％小于44μm的粒度的產(chǎn)品。這種產(chǎn)品1的特征示于表4中。對(duì)于產(chǎn)品1，重復(fù)所述的過(guò)程，但這次不向葉輪式混合器中的混合物中預(yù)先加入NaOH溶液。得到的產(chǎn)品2的特征示于表4。
可看出，在用NaCl飽和的水溶液中可獲得的最終粘度在用分散劑得到的產(chǎn)品1的情況下明顯高于按相同方式處理但沒(méi)有分散劑的產(chǎn)品2的情況。
表4.實(shí)施例3中得到的產(chǎn)品的特征(攪拌速度10000rpm，10分鐘)

如果在低剪切條件下完成在用NaCl飽和的水中的分散，則產(chǎn)品1和2之間的差異甚至更明顯。表5顯示了使用不同時(shí)間和攪拌速度的產(chǎn)品1和2在用NaCl飽和的水中的粘度?？煽闯觯梅稚┑玫降漠a(chǎn)品1允許在短時(shí)間和/或低攪拌速度條件下得到比產(chǎn)品2明顯高的粘度。在低剪切條件下用產(chǎn)品1得到的高粘度表明這種產(chǎn)品能比沒(méi)有分散劑的產(chǎn)品被更好地分散。
表5.不同攪拌條件下實(shí)施例3中得到的產(chǎn)品在用NaCl飽和的水中的6％懸浮液的粘度

實(shí)施例4將海泡石純度為85％和水分含量為32％的海泡石礦物研磨至95％小于150μm和30％小于44μm的粒度。
然后使65.6重量份的這種研磨海泡石與33.6重量份的水混合，預(yù)先向水中加入0.80重量份的50％的NaOH溶液。在Ldige型葉輪式混合器中混合形成的糊6分鐘。將形成的海泡石濃度為45％的糊輸送到閃蒸干燥器中，干燥、以控制的方式解聚，并分選直到得到在干燥時(shí)粒度在大約850μm和75μm(99％小于850μm和20％小于75μm)之間，但一旦分散在水中，濕潤(rùn)時(shí)84.8％小于44μm和78％小于5μm的粒度的產(chǎn)品。這種產(chǎn)品的特征示于表6中。
表6.實(shí)施例4中得到的產(chǎn)品的特征

一旦分散在水中，這種產(chǎn)品就用作作為豬液體飼料的玉米、大麥和大豆的飼料中的懸浮劑。由于這種飼料的粗的粒度，因此有相當(dāng)大的沉降趨勢(shì)。為了防止沉降，加入干飼料重量1％的海泡石產(chǎn)品。
在實(shí)施例3的過(guò)程中得到的產(chǎn)品與按專利申請(qǐng)EP-A-170299描述的過(guò)程得到的并稱為“海泡石產(chǎn)品1”的產(chǎn)品比較。為了評(píng)價(jià)沉降，計(jì)算通常所說(shuō)的“流度指數(shù)”(F1)，其通過(guò)制備在水中的懸浮液形式的飼料并倒入到250ml預(yù)先標(biāo)定(T10)的試管中來(lái)測(cè)定。稱量整個(gè)試管(T11)。靜置5分鐘，測(cè)量脫水收縮體積或保留為上清液的游離水體積(Vs)，然后以45°的角度傾斜至水平，使飼料排水1.5分鐘并稱量(T12)。計(jì)算“流度指數(shù)”(FI)FI＝(100(T11-T12)/(T11-T10))-S其中S＝100(Vs/250)“流度指數(shù)”為飼料在水中的分散體的穩(wěn)定性的度量，F(xiàn)I越高，穩(wěn)定性越好。

圖1顯示了沒(méi)有添加劑的對(duì)照樣中不同干飼料材料的FI，所述對(duì)照樣采用的是按專利申請(qǐng)EP-A-170299的實(shí)施例1描述的沒(méi)有分散劑的過(guò)程得到的產(chǎn)品“海泡石產(chǎn)品1”。可以證實(shí)，按實(shí)施例4所述得到的產(chǎn)品在干飼料材料含量更低時(shí)允許得到好得多的穩(wěn)定性。
實(shí)施例5將海泡石純度為85％和水分含量為30％的海泡石礦物研磨至95％小于150μm和30％小于44μm的粒度。然后使64.2重量份的這種研磨海泡石與35.7重量份的水混合，預(yù)先向水中加入0.27重量份的50％的NaOH溶液。在Ldige型葉輪式混合器中混合形成的糊6分鐘。將形成的海泡石濃度為45％的糊輸送到閃蒸干燥器中，干燥、研磨并分選直到得到在干燥時(shí)93％小于44μm的粒度和一旦分散在水中濕潤(rùn)時(shí)98％小于44μm和86％小于5μm的粒度的產(chǎn)品。將得到的最終產(chǎn)品以6％濃度分散在用NaCl飽和的水中。得到的產(chǎn)品的特征示于表7中。
表7.實(shí)施例5中得到的產(chǎn)品的特征

使用這個(gè)實(shí)施例中得到的產(chǎn)品作為膠泥中的流變添加劑，作為用作保水劑的纖維素衍生物(Tylose 60001)的部分替代物。膠泥中得到的特征示于表8中。
表8.得到的膠泥的組成和特征

可以證實(shí)，海泡石產(chǎn)品與纖維素衍生物的結(jié)合使用允許得到相同的稠度值和抗水性，提高了新調(diào)制時(shí)砂漿的和易性和它的粘著性。另外，用海泡石產(chǎn)品部分代替纖維素衍生物允許大大降低保水體系的成本。
實(shí)施例6為了提高乳液的穩(wěn)定性和降低它的成本，在陰離子瀝青乳液中也使用實(shí)施例5中得到的海泡石產(chǎn)品，部分代替使用的乳化劑。
使用的配方和它的特征示于表9。
表9.得到的陰離子瀝青乳液的組成和特征

可以證實(shí)，用海泡石產(chǎn)品部分代替乳化劑允許增加乳液的粘度，這導(dǎo)致更好的穩(wěn)定性，同時(shí)降低了乳化劑體系的成本。還可觀察到更好的抗水性，并減少了再乳化。
實(shí)施例7將凹凸棒石純度為75％和水分含量為22％的凹凸棒石礦物研磨至47％小于44微米和89％小于150微米的粒度。然后使53.1重量份的這種研磨凹凸棒石與46.9重量份的水混合，預(yù)先向水中加入0.63重量份的50％的NaOH溶液。在Ldige型葉輪式混合器中混合形成的糊6分鐘。將形成的凹凸棒石濃度為45％的糊輸送到閃蒸干燥器中，干燥、研磨并分選直到得到干燥時(shí)33％小于44微米的粒度和一旦分散在水中濕潤(rùn)時(shí)95％小于44微米和88％小于5微米的粒度的產(chǎn)品。將得到的最終產(chǎn)品以6％濃度分散在用NaCl飽和的水中。得到的產(chǎn)品的特征示于表10中。
表10.實(shí)施例7中得到的產(chǎn)品的特征

實(shí)施例8將凹凸棒石純度為75％和水分含量為22％的凹凸棒石礦物研磨至47％小于44微米和89％小于150微米的粒度。
然后使53.1重量份的這種研磨凹凸棒石與46.9重量份的水混合，預(yù)先向水中加入0.45重量份的焦磷酸四鈉(TSPP)。在Ldige型葉輪式混合器中混合形成的糊6分鐘。
將形成的凹凸棒石濃度為45％的糊輸送到閃蒸干燥器中，干燥研磨并分選直到得到干燥時(shí)30％小于44微米的粒度和一旦分散在水中濕潤(rùn)時(shí)95％小于44微米和90％小于5微米的粒度的產(chǎn)品。
將得到的最終產(chǎn)品以6％濃度分散在用NaCl飽和的水中。
得到的產(chǎn)品的特征示于表11中。
表11.實(shí)施例8中得到的產(chǎn)品的特征

實(shí)施例9將海泡石純度為85％和水分含量為33％的海泡石礦物研磨至95％小于150微米和30％小于44微米的粒度。
然后使52.5重量份的這種研磨海泡石與47.4重量份的水混合，預(yù)先向水中加入0.52份的焦磷酸四鈉(TSPP)和0.7份的50％NaOH溶液。將得到的海泡石濃度為35％的組合物在Ldige型葉輪式混合器中混合30分鐘。這樣得到的漿在5rpm下具有6720cP的布氏粘度和11.7的pH，它是流動(dòng)的、易處理的，和不會(huì)表現(xiàn)出任何沉降和水的釋放。
將海泡石濃度為35％的17份這種漿與83份NaCl的飽和溶液混合，最終海泡石濃度為6％。得到的粘度為47800cP，這表明在這個(gè)實(shí)施例中得到的海泡石漿當(dāng)加入到高離子力系統(tǒng)中時(shí)具有增稠能力。
使用在這個(gè)實(shí)施例中得到的海泡石濃度為35％的漿作為標(biāo)準(zhǔn)砂漿中稠度恢復(fù)的流變添加劑，向標(biāo)準(zhǔn)砂漿中加入過(guò)量20％的水，利用標(biāo)準(zhǔn)砂漿的振動(dòng)臺(tái)測(cè)量具有過(guò)量水的砂漿和具有過(guò)量水并加入0.6％的實(shí)施例9產(chǎn)品的砂漿的稠度。
表12.得到的砂漿的特征和組成

實(shí)施例9的漿的加入允許標(biāo)準(zhǔn)砂漿的稠度被恢復(fù)，使用10.5升/m3砂漿的配料比，這意味著稠度恢復(fù)的高度有效性。盡管摻入過(guò)量20％的水，但砂漿沒(méi)有滲出。
實(shí)施例10將海泡石純度為85％和水分含量為30％的海泡石礦物研磨至95％小于150微米和30％小于44微米的粒度。
然后使35.8重量份的這種研磨海泡石與64.1重量份的水混合，預(yù)先向水中加入0.5份Dequest 2016(Degussa供應(yīng))和0.65份的50％NaOH溶液。將得到的海泡石濃度為25％的混合物在Ldige型葉輪式混合器中混合30分鐘。最終漿在5rpm下的布氏粘度為2750cP和pH為12.33。漿是流動(dòng)的并且沒(méi)有表現(xiàn)出任何沉降。使用在這個(gè)實(shí)施例中得到的漿作為標(biāo)準(zhǔn)砂漿中稠度恢復(fù)的流變添加劑，向標(biāo)準(zhǔn)砂漿中加入過(guò)量10％的水。表13顯示了用振動(dòng)臺(tái)測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)砂漿、具有過(guò)量水的砂漿和具有過(guò)量水并加入0.3％的實(shí)施例10漿的砂漿的稠度。
表13.得到的砂漿的特征和組成

當(dāng)存在過(guò)量10％的水時(shí)，實(shí)施例10的漿的加入允許標(biāo)準(zhǔn)砂漿的稠度被恢復(fù)，使用6.4升/m3砂漿的配料比，這意味著稠度恢復(fù)的高度有效性。盡管摻入過(guò)量的水，但砂漿沒(méi)有滲出。
權(quán)利要求
1.一種制備偽層狀硅酸鹽流變產(chǎn)品的方法，其中包括微纖維束的至少一種偽層狀硅酸鹽礦物被濕磨，特征在于過(guò)程包括第一階段，包括研磨偽層狀硅酸鹽含量為至少50％和水分含量小于40％的選自海泡石礦物、凹凸棒石礦物和其組合中的偽層狀硅酸鹽礦物至小于1mm的粒度，以便得到研磨的偽層狀硅酸鹽礦物；第二階段，包括混合研磨的偽層狀硅酸鹽礦物和由至少一種分散劑組成的分散組分的水溶液，使得最終水含量在35％和85％之間，分散組分的含量在偽層狀硅酸鹽礦物重量的0.1％和7％之間，以便得到由偽層狀硅酸鹽礦物、分散劑組分和水組成的第一混合物；第三階段，包括強(qiáng)力混合在第二階段中得到的第一混合物直到解聚偽層狀硅酸鹽的微纖維束，以便得到在與分散劑和水均勻混合的分散體中的流變產(chǎn)品，其包括偽層狀硅酸鹽礦物重量的0.1-7％的分散組分；總重量15-65％的流變產(chǎn)品；和水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，特征在于在第二階段中，使研磨的偽層狀硅酸鹽礦物與分散組分的溶液混合，使得最終水含量在35％和65％之間，分散組分的含量在偽層狀硅酸鹽礦物重量的0.1％和7％之間，以便得到糊形式的第一混合物，其包括偽層狀硅酸鹽礦物重量的0.1-7％的分散組分；總重量35-65％的流變產(chǎn)品；和水；并且特征在于該方法包括第四階段，該階段由干燥第三階段中得到的糊，以便得到干材料，研磨干材料和分選研磨的干材料以得到水分含量小于20％和一旦分散在水中濕粒度小于250μm的偽層狀硅酸鹽流變產(chǎn)品構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，特征在于加入百分比在偽層狀硅酸鹽礦物重量的0.3％和2％之間的分散組分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，特征在于使偽層狀硅酸鹽與水混合直到最終水含量在偽層狀硅酸鹽重量的45％和55％之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，特征在于在第二階段中，使研磨的偽層狀硅酸鹽礦物與分散組分的溶液混合，使得最終水含量在65％和85％之間，分散組分的含量在偽層狀硅酸鹽礦物重量的0.1％和7％之間，以便得到漿形式的第一混合物，其包括偽層狀硅酸鹽礦物重量的0.1-7％的分散組分；總重量15-35％的流變產(chǎn)品；和水。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，特征在于加入百分比在偽層狀硅酸鹽重量的1％和6％之間的分散組分。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6的方法，特征在于使偽層狀硅酸鹽與水混合直到最終水含量在偽層狀硅酸鹽礦物重量的70％和80％之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任何一項(xiàng)的方法，特征在于在第三階段中，混合糊至少5分鐘。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任何一項(xiàng)的方法，特征在于分散組分為至少一種無(wú)機(jī)聚電解質(zhì)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，特征在于無(wú)機(jī)聚電解質(zhì)選自多磷酸、多磷酸的堿鹽、膦酸和次膦酸的混合物和衍生物、由膦酸和次膦酸得到的鹽和它們的混合物。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10的方法，特征在于無(wú)機(jī)聚電解質(zhì)選自六偏磷酸、三聚磷酸、焦磷酸、多硅酸和這些酸的鹽、1-羥基乙基-1，1-二膦酸和它的鹽、亞乙基二胺四(亞甲基膦)酸和它的鹽、六亞甲基二胺四(亞甲基膦)酸和它的鹽、二亞乙基三胺五(亞甲基膦)酸和它的鹽，和它們的組合。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任何一項(xiàng)的方法，特征在于分散組分為分子量小于6000的帶電荷聚合物。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，特征在于分散組分為分子量在2000和5000之間的帶電荷聚合物。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13的方法，特征在于分散組分為選自聚丙烯酸鈉的帶電荷聚合物。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任何一項(xiàng)的方法，特征在于使用的分散組分為能提高包括偽層狀硅酸鹽礦物、分散組分和水的糊的pH到pH 9以上的至少一種堿。
16.根據(jù)權(quán)利要求1或15的方法，特征在于使用的分散組分為選自氫氧化鈉、氫氧化銨和氫氧化鉀的至少一種堿。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至14中任何一項(xiàng)的方法，特征在于分散組分包括選自能提高第三階段中得到的分散體的pH到pH 9以上的堿中的第一分散劑和選自無(wú)機(jī)聚電解質(zhì)的第二分散劑。
18.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任何一項(xiàng)的方法，特征在于在第三階段中使用強(qiáng)力混合器或葉輪式混合器制備在與分散組分和水均勻混合的分散體中的流變產(chǎn)品。
19.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任何一項(xiàng)的方法，特征在于第三階段中的混合時(shí)間為5-30分鐘。
20.根據(jù)權(quán)利要求2至4中任何一項(xiàng)的方法，特征在于使用閃蒸干燥設(shè)備進(jìn)行第四階段。
21.根據(jù)權(quán)利要求2至4和20中任何一項(xiàng)的方法，特征在于使用“閃蒸”干燥設(shè)備在單一步驟中完成第四階段中的干燥、研磨和分選。
22.根據(jù)權(quán)利要求20或21的方法，特征在于干燥設(shè)備為MicronFlash Dryer。
23.根據(jù)權(quán)利要求1至22中任何一項(xiàng)限定的方法得到的偽層狀硅酸鹽的流變級(jí)產(chǎn)品，特征在于它能在低剪切條件下容易地分散在水中，并在高離子力體系中或在帶電體系中提供高粘度，偽層狀硅酸鹽的所述流變產(chǎn)品當(dāng)以6％的濃度分散在用NaCl飽和的水中時(shí)，5rpm下的布氏粘度在流變產(chǎn)品為流變海泡石時(shí)大于30000cP，在流變產(chǎn)品為流變凹凸棒石時(shí)大于15000cP。
24.使用根據(jù)權(quán)利要求1至22中任何一項(xiàng)限定的方法得到的偽層狀硅酸鹽的流變級(jí)產(chǎn)品的方法，特征在于它包括加入流變產(chǎn)品到選自帶電荷體系、具有電解質(zhì)的體系和其組合的體系中，以便控制選自在包括至少一種無(wú)機(jī)粘合劑的建筑配方中在懸浮液中的稠度、流變性和保持性中的至少一種特性。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，特征在于無(wú)機(jī)粘合劑選自水泥、灰泥、砂漿和它們的組合。
26.使用根據(jù)權(quán)利要求1至22中任何一項(xiàng)限定的方法得到的偽層狀硅酸鹽的流變產(chǎn)品的方法，特征在于它包括加入流變產(chǎn)品到選自帶電荷體系、具有電解質(zhì)的體系和其組合的體系中，以便控制選自在懸浮液飼料配方中的在懸浮液中的稠度、流變性和保持性中的至少一種特性。
27.使用根據(jù)權(quán)利要求1至22中任何一項(xiàng)得到的偽層狀硅酸鹽的流變產(chǎn)品的方法，特征在于它包括加入流變產(chǎn)品到選自帶電荷體系、具有電解質(zhì)的體系和其組合的體系中，以便控制選自在肥料懸浮液中的在懸浮液中稠度、流變性和保持性中的至少一種特性。
28.使用根據(jù)權(quán)利要求1至22中任何一項(xiàng)得到的偽層狀硅酸鹽的流變產(chǎn)品的方法，特征在于它包括加入流變產(chǎn)品到選自帶電荷體系、具有電解質(zhì)的體系和其組合的體系中，以便控制選自在瀝青乳液中的在懸浮液中稠度、流變性和保持性中的至少一種特性。
29.根據(jù)權(quán)利要求24至28中任意一項(xiàng)的方法，特征在于流變產(chǎn)品為流變海泡石。
全文摘要
本發(fā)明涉及由包括微纖維束的偽層狀硅酸鹽制備流變產(chǎn)品的方法。本發(fā)明的方法包括以下步驟，在于研磨選自海泡石礦物、凹凸棒石礦物和其組合中的偽層狀硅酸鹽礦物，其中偽層狀硅酸鹽濃度為至少50％，水分小于40％和粒度小于1mm；混合研磨的偽層狀硅酸鹽礦物和包括至少一種分散劑的分散組分的水溶液，以便得到包括35％和85％之間的水以及相對(duì)于偽層狀硅酸鹽礦物重量0.1％和7％之間的分散劑的第一混合物；和強(qiáng)烈混合第二步中得到的第一混合物直到分散偽層狀硅酸鹽微纖維束以得到在與分散劑和水均勻混合的分散體中的流變產(chǎn)品。
文檔編號(hào)C01B33/36GK1926063SQ200480041346
公開日2007年3月7日 申請(qǐng)日期2004年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月3日
發(fā)明者J·桑塔倫羅姆, E·阿圭拉迪茨, A·阿爾瓦雷斯貝倫格, J·J·阿拉貢馬丁內(nèi)斯 申請(qǐng)人:托爾薩公司