具有受控粒度的霞石正长岩粉末及其新型制备方法

摘要

由预处理的霞石正长岩粉末原料制备的超细霞石正长岩粉末。所述粉末具有小于约20微米的“受控”最大粒度D95或D99以及在2～8微米范围内的“受控”最小粒度D5，并且粒度跨度D5-D95小于约12微米。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2007年7月9日提交的美国临时申请系列号60/958,757(UMEE 200090P)的优先权，将该申请引入本申请作为参考。

本发明涉及作为在霞石正长岩工业中的范畴的微粒霞石正长岩粉末，更具体地，涉及具有受控粒度的新型“超细”霞石正长岩粉末以及这种新型超细霞石正长岩粉末的制备方法。使用该新型超细霞石正长岩粉末的涂料和膜构成了本发明的另一方面。

尤尼明公司(Unimin Corporation，康涅狄格新迦南)是矿物原料霞石正长岩的主要来源，其是由几种矿物形成的天然岩石，且仅发现在世界上有限区域的沉积物中。霞石正长岩工业已经开发了用于研磨和压碎原料霞石正长岩岩石，然后将该颗粒状的霞石正长岩转化为有用的微粒粉末的技术。因此，本发明所属技术领域是霞石正长岩工业和将霞石正长岩矿物转化为商品粉末的可用形式的技术。在约2001年，尤尼明公司(Unimin Corporation)在充分研究和开发之后，发明了超细霞石正长岩粉末，该粉末被认为是可在市场上得到且在经济上可制备的最小霞石正长岩粉末。这是第一种超细霞石正长岩粉末，且以商标名Minex 10销售。该粉末具有实质上大于15微米的最大颗粒或微粒粒度D99。然而，将其分级为“超细”霞石正长岩粉末，是因为其具有小于约20微米的最大粒度。然而，在一些情况下，最大粒度是指D95值。Minex 10多年来都是在市场上可得到的最小霞石正长岩粉末。这种“超细”霞石正长岩粉末具有在市场上可得到的最小粒度。在尤尼明公司(Unimin Corporation)的多年研究和开发之后，再次使用在其雇员多年工作的非常高成本下获得的专业知识和技术诀窍，发明了新型超细霞石正长岩粉末。这种新的霞石正长岩粉末具有小于10微米的最大粒度D99，其是当时被认为商业制备中不能达到的粒度。这种新开发的超细霞石正长岩粉末实际上具有小于约6微米的最大粒度D99。这种更小粒度的超细霞石正长岩粉末被发现能够在某些商品(例如涂料和膜)中产生显著不同的物理特征和性质。因此，给很多成品赋予改进但不同的物理特征和性质的最近发明的霞石正长岩粉末被认为是霞石正长岩粉末的极限，特别是对于涂料和膜而言。这种粉末产生使用天然材料的新领域，这是本发明所针对的领域。该新霞石正长岩粉末是“超细的”，且具有小于10微米的最大颗粒或微粒粒度。事实上，该目标粒度D99为约6微米。这种新开发的超细霞石正长岩粉末现在已经以商标名Minex 12引入市场。在Minex 12之前，在市场上可获得的唯一其他的超细霞石正长岩粉末是以Minex 7或Minex10销售的粉末。Minex 7具有约20微米的最大粒度D99，如在此处所用且在本发明的领域中所用的该术语那样，其是“超细的”。Minex 7、Minex 10和Minex 12被分类为超细霞石正长岩粉末，其都是在市场上可以得到的霞石正长岩粉末，本发明是对其的改进。

大于“超细”等级的较大霞石正长岩粉末是具有约40微米的最大粒度D99和约60微米的D99.9粒度的Minex 4。所有这些在市场上可得到的霞石正长岩粉末都将限定为本发明的现有技术，并构成了本发明所涉及的背景技术。该领域是作为在霞石正长岩工业中的技术领域的霞石正长岩粉末。在将具有约6微米的最大粒度D99(小于10微米的粒度D99)的Minex 12作为商品霞石正长岩粉末引入之后，可以确定该极小的超细霞石正长岩粉末为多种商品(包括涂料、膜和油墨，仅举几个例子)引入了实质性的优点。通过使用本发明也实现了这些相同的性质。为使该霞石正长岩粉末领域的背景完整，将2007年5月11日提交的在先美国专利申请序列号11/803,093(UMEE 200075)作为“超细”霞石正长岩粉末的多种应用的背景信息引入此处，其使本发明涉及的粉末的分级。本发明是在霞石正长岩粉末领域中和在是具有通常小于约20微米的最大粒度D99的“超细”霞石正长岩粉末子领域中的改进和实质性发展。考虑到这一背景，本申请涉及用于制备新型超细霞石正长岩粉末的特定方法，该新颖的粉末用于被发现由超细霞石正长岩粉末独特改进的几种应用中，例如作为透明的、紫外固化的、硬的、半透明的和粉末型的涂料的应用。本申请公开了新颖的“超细”霞石正长岩粉末、制备该新颖的超细霞石正长岩粉末的新颖方法和使用该新颖的超细霞石正长岩粉末的涂料和膜。

霞石正长岩背景信息

本发明涉及霞石正长岩粉末领域，然而，在描述构成本申请发明的优点之前，如专利技术证实的对霞石正长岩工业本身的一般理解将描述以一般霞石正长岩工业与本发明的具体领域的差别，该领域是商品级霞石正长岩粉末，且特别是超细霞石正长岩粉末。

颗粒状的标准磨碎的霞石正长岩很多年来已经是商品。事实上，颗粒状的霞石正长岩粉末广泛用于制备工业化合物以及用于在液体涂料、陶瓷、玻璃等中增加改进的性质。为举例使用标准处理的颗粒霞石正长岩的代表性产品或化合物，通过参考将以下美国专利引入此处。因此，不需要重复使用现有的霞石正长岩颗粒的一般性质和程序。

Koenig    2,261,884    用作陶瓷中的熔剂

Lyle      2,262,951    玻璃中的颜色组分

Thiess    2,478,645    瓷釉

Hummel    2,871,132    釉化合物

Huffcut   3,389,002    耐热和腐蚀涂料

Weyand    3,486,706    用于研磨剂的粘合剂

Waters    3,917,489    陶瓷熔剂

Harris    3,998,624    金属铝硅酸盐的来源

Brown     4,028,289    无机填料

Chastant  4,130,423    用于造渣的天然硅酸盐

Funk      4,183,760    氧化铝陶瓷

Aishima   4,242,251    水合硅酸铝填料

Seeney    4,396,431    无机粘合剂

Drolet    4,468,473    SiO₂来源

Shoemaker 4,639,576    电极涂料

Goguen    4,640,797    聚合物填料

Vajs      4,743,625    玻璃化材料

Holcombe  5,066,330    耐火填料

Kohut     5,153,155    非塑性填料

Slagter  6,569,923    聚合物水泥

White    6,790,904    液体涂料

最近建议了标准的磨碎的霞石正长岩的其他应用。霞石正长岩的这些更新应用的代表性实施例公开于以下美国专利公开文件中：

Schneider  2002/0137872    防刮擦涂料涂料

Zarnoch    2002/0173597    树脂粉末中的填料

Fenske     2003/0056696    用于聚合物水泥的填料

Burnell    2003/0085383    悬浮填料

Burnell    2003/0085384    可热固化的树脂

White      2003/0224174    液体涂料中的填料

Schneider  2003/0229157    防刮擦的粉末涂料

Giles      2004/0068048    用于橡胶的填料

Finch      2005/0059765    用于塑料涂料的填料

Adamo      2005/0214534    用于可固化组合物的补充剂

Duenckel   2006/0081371    烧结助剂

Schneider  2006/0160930    防腐蚀涂料

Dorgan     2006/0235113    用于聚合物的填料

磨碎的霞石正长岩和较大颗粒的霞石正长岩粉末用作颜料、涂料、塑料和纸中的填料或补充剂。其是所需的材料，因为其基本不包含游离的二氧化硅以及有效用作游离二氧化硅基填料或补充剂。该材料是具有与该游离二氧化硅基填料或补充剂类似的机械特征的无机氧化物，其用作多种工业的替代品。磨碎的霞石正长岩的这些机械性质是通过使用霞石正长岩的微粒颗粒形式实现的，其有时是具有大于约15～60微米粒度的粉末。这些已知的磨碎和粉末状的霞石正长岩产品对制造设备具有相当的磨损。因此，该粒状霞石正长岩具有高的磨损倾向，相当快速地侵蚀用于处理该多种化合物的设备，甚至包括现有技术的微粒粉末的化合物。已经确定的是，通过降低任何无机氧化物材料(例如霞石正长岩)的微粒粒度，降低了该材料的磨损性质。通常提供具有相对小粒度的磨碎的霞石正长岩，其目的是使借助于使用霞石正长岩粉末的该产品能够有效分散。在几个专利中讨论了将微粒霞石正长岩分散在该载体产品中的优点，例如Gundlach 5,380,356；Humphrey 5,530,057；Hermele 5,686,507；Broome6,074,474；和McCrary公开号US 2005/0019574。这些代表性的专利公开文件显示了微粒霞石正长岩，并通过参考作为关于本发明的背景信息引入此处。这些公开内容描述了提供这种非常微细粒度的无机氧化物用于多种应用的优点。在美国专利公开2005/00019574中，讨论了微晶二氧化硅是塑料中的优选填料。因此来自尤尼明公司(Unimin Corporation，New Canaan，Connecticut)的磨碎霞石正长岩提供微细铝硅酸钠钾形式的微粒二氧化硅缺乏的硅酸盐。该霞石正长岩的颗粒被磨碎并具有在约2～约60微米范围内的粒度。具有该粒度和宽粒度分布的广泛使用的商品已经作为提供霞石正长岩性质的添加剂销售。

发明背景

在“超细”霞石正长岩粉末领域，通过控制定义为D99.9或更通常为D99的最大粒度，已经制备了商品级超细粉末，例如Minex 7、Minex 10和Minex 12。这些粉末已经用于多系列的产品中，如通过参考引入此处的申请和专利中所述的。构成了本发明最近背景(但不必须是现有技术)的最新超细霞石正长岩粉末是具有小于10微米的最大粒度D99.9，更具体地小于约6微米的D99的Minex 12。Minex 7、Minex 10和Minex 12是在市场上可得到的且构成了本发明的一般背景的超细霞石正长岩粉末。具有约70微米的最大粒度的工业级75霞石正长岩粉末和具有约30微米的最大粒度D99和约45微米的D99.9的Minex 4。这些粉末在技术上并不是超细霞石正长岩粉末，而是公众可获得的在制备本发明的新粉末中的用作预处理霞石正长岩粉末的商品霞石正长岩粉末。在本发明之前，霞石正长岩粉末用于涂料和膜的应用仅包括此处公开的在市场上可获得的霞石正长岩粉末及该粉末的等价物。该霞石正长岩粉末的说明构成了本发明的一般背景。

定义

霞石正长岩是粉末状的岩石，其构成铝硅酸钠钾形式的微粒二氧化硅缺乏的硅酸盐。此处所用的最大粒度是定义为D95或D99的目标值，此处所用的最小粒度是定义为D1或D5的目标值。该粉末的实际最大粒度实际上被定义为粒度D99，最小值为粒度D1。除非另外指出，术语“最大”和“最小”微粒或颗粒粒度表示目标值。这是小粉末工业中通常使用的。霞石正长岩粉末在涂料或膜中的填充量被定义为该填料在接受基体中的重量百分比。

发明综述

本发明涉及用于涂料和膜的硬质填料，该填料具有受控的最小粒度(即例如目标D5粒度)，且是具有受控最大粒度的“超细”霞石正长岩粉末。当将其处理在涂料或膜中时，对霞石正长岩粉末的最大粒度的控制用于实质降低该填料的磨损性质。对最小粒度的精确控制用于降低该涂料或膜的光泽度，改进透明度并减少发黄。本发明的霞石正长岩粉末具有较低的光泽度或消光光洁度和对处理或应用设备较低的磨损。本发明的硬质填料的性质改进了该涂料的硬度和该涂料本身的耐磨损性。这些性质是使用本发明的新型超细霞石正长岩粉末的结果。当用于涂料中时，本发明的新型粉末降低了光泽度，提高了耐指纹性(特别是在粉末涂料中)，并提高了60％的光泽度降低。该新粉末降低了光泽度，但保持了透明度。事实上，具有15微米的受控最大粒度和4～7微米的受控最小粒度的粉末的光泽度降低了50％。

本发明的新型霞石正长岩粉末具有在最大受控粒度D95和最小受控粒度D5之间变窄的粒度。该范围通常为10～12微米，但限定为小于约12微米。因此，由于该窄粒度分布，如此处定义和要求保护的本发明的且由该新颖工艺制备的超细霞石正长岩粉末的粒度分布对该涂料和膜引入了非常特别的特征。事实上，本发明的新型超细霞石正长岩粉末具有受控的最大粒度D95和受控的最小粒度D5，使得该受控的最大粒度和该受控的最小粒度之间的粒度分布通常小于约12微米。该窄范围的粒度分布为使用本发明的新型超细霞石正长岩粉末作为填料的涂料或膜引入了特别且均匀的物理性质。

依照本发明，提供了具有2～8微米的受控最小粒度D5的“超细”霞石正长岩粉末(D99小于约20微米)，以提供小于约12微米的窄粒度范围。该窄范围是由粉末的D99和D1或D5粒度确定的。在该替代方式中，该范围是在D99和D5粒度之间的。该新型窄范围概念对于这些定义是相同的。本发明是具有由控制D1或D5粒度所产生的受控窄粒度分布的“超细”霞石正长岩粉末。

依照本发明，该“超细”霞石正长岩粉末具有受控最大粒度和受控最小粒度，以为使用本发明的新型粉末的涂料或膜引入特别的、非常独特的性质。本发明的主要方面是具有特别控制的最小粒度的“超细”霞石正长岩粉末。为了得到D5～D95和D5～D99之间的窄粒度范围，通过控制霞石正长岩粉末的最小粒度，得到非常窄的分布范围，以给涂料和膜赋予独特且可重复的物理特征。

对新型超细霞石正长岩粉末的最小颗粒或微粒粒度D5的控制不包括仅除去通常称作“微粒”的小颗粒。这种小颗粒具有基本小于约1～2微米的粒度。对最小粒度的控制涉及空气分级器的主要操作以除去在粒度分布(PSD)的最低端的目标小颗粒。通过分级器的主要功能去除的颗粒具有例如2～8微米的功能粒度。

依照本发明的另一方面，该超细霞石正长岩粉末不仅包括大于约2微米的受控最小粒度D5，而且包括精确控制的最大粒度D95或D99。通过控制所述“超细”霞石正长岩粉末的较高和较低粒度，产生了前述窄受控粒度范围。这是与在市场上可得到的“超细”分级或较大粉末的霞石正长岩粉末的显著区别。本发明的另一方面是，所述具有受控最小粒度和/或受控最大粒度的新型霞石正长岩粉末是由具有小于约100微米(事实上在20～150微米范围内)的最大粒度的预处理的霞石正长岩粉末的原料制备的。因此，本发明包括对先前经过处理的霞石正长岩粉末(通常是可在市场上得到的粉末)进行处理。本发明的这些通常方面限定了本发明，如进一步由处理所述新型超细霞石正长岩粉末的独特方法和如后附权利要求中所限定的对该新型粉末本身的其他限定来限定。在一些现有技术的霞石正长岩粉末中，通过去除这种非常小的颗粒，该最小粒度D5小于约2微米，然而，这些小粒度与最大粒度的结合不能提供在D5～D95或D99之间的窄粒度分布，这种窄范围限定了依照本发明制备的粉末。所述新粉末是“超细的”，且具有大于2微米的受控最小粒度D5，以得到小于约12微米的创造性窄粒度范围。

依照本发明的一个方面，提供了由具有小于约100微米的最大粒度D99的预处理的霞石正长岩粉末原料制备的新型超细霞石正长岩粉末。该原料优选是商品级预处理的霞石正长岩粉末，这样的粉末是Minex 4、工业级75或较大的“超细”霞石正长岩粉末，例如Minex 7和Minex 10。本发明的新型超细霞石正长岩粉末具有小于0.8wt％的水分含量和窄粒度范围D5-D99。依照本发明，所述粒度分布范围小于约10～12微米，即小于12微米。因此，所述颗粒分布是非常窄的范围，以为使用所述新型超细霞石正长岩粉末的涂料和膜提供一致且含义明确的物理特征。依照本发明的另一方面，该粒度D50是粒度D99的35～55％。对于“超细”粉末，所述窄粒度分布是通过提供大于约2微米的目标值的受控最小粒度而得到的。所述新型霞石正长岩粉末是基本不含水分的，这意味着水分含量小于1.0％，通常小于0.8％。在优选实施方式中，所述水分含量小于约0.4％。

过去，霞石正长岩粉末并不是制备具有与受控最大粒度结合的受控最小粒度，从而制造出构成本发明的所述新型粉末的窄粒度分布。尽管对于“超细”粉末将最小粒度控制到大于2微米的水平是本发明的第一个新颖性特征，但实际上，第二个且重要的新颖性特征是将最大粒度D99控制到小于约15～20微米的目标值。因此，本发明的新型“超细”粉末具有受控的最大粒度和受控的最小粒度，以产生具有非常窄的含义清楚的粒度分布的粉末。术语“目标值”是依照本发明的实际应用赋予最小粒度和最大粒度的值。精确的最小粒度和最大粒度可能从用于限定本发明的边界或范围的目标值无意地改变。

依照本发明的另一方面，本发明的新型超细霞石正长岩粉末是由包括商品霞石正长岩粉末的原料制备的，该原料使用空气分级器处理的。事实上，所述新型超细霞石正长岩粉末是由多种工艺形成的，一种工艺包括空气分级，另一种是一系列空气分级器，再一种是磨机和空气分级器串联构成连续工艺。依照本发明的一个方面，在用于制备所述新型超细霞石正长岩粉末的一种方法中所用的磨机是使用对向空气喷射类型的空气喷射磨机。当在用于制备所述新型超细霞石正长岩粉末的方法中使用一系列空气分级器时，一种空气分级器阶段去除最大粒度以使该粉末“超细”，另一个空气分级器阶段去除最小粒度以制备具有受控最大值和受控最小值之间非常窄的粒度范围的“超细”霞石正长岩粉末。

所述新型超细霞石正长岩粉末是在由其将商品级霞石正长岩粉末原料通过一系列空气分级器阶段的连续工艺或其中将商品级霞石正长岩粉末原料在对向喷射磨机中磨碎然后在内部和外部分级的间歇工艺中制备的。用于制备所述新型霞石正长岩粉末的所有这些各种方法都是独立开发的发明，迄今为止都没有用于制备本发明的超细霞石正长岩粉末。

依照本发明的另一主要方面，提供了包括具有在10～20微米范围内的受控最大粒度D99和在约2～7(或2～8)微米范围内的受控最小粒度D5的超细霞石正长岩粉末的涂料或膜。构成本发明的该方面的涂料或膜中的所述超细霞石正长岩粉末以该涂料或膜重量的5～25％的含量添加到该涂料或膜中。

霞石正长岩粉末是天然形成的岩石，其构成了Na长石、K长石和霞石(NaAlSiO₄)的混合物。其具有低含量的游离二氧化硅。该材料能够描述为正长岩或正长岩长石。因此，本发明可应用于霞石正长岩，还可应用于其他具有非常低的游离二氧化硅的正长石材料。霞石正长岩的一般描述适用于理解本发明，并且用于限定构成实施本发明中所用的材料的霞石正长岩岩石。本发明包括独特的“超细”霞石正长岩粉末、新型且新颖的制备所述粉末的方法、这种粉末作为涂料或膜的填料的用途以及使用所述新型粉末的涂料或膜。

本发明涉及控制霞石正长岩颗粒系统中的粒度分布、粒度最高限和粒度最低限。尽管在现有技术中已经进行了努力以制备具有通常减小粒度的霞石正长岩粉末，但是就已知的，技术人员没有认识到由霞石正长岩粉末系统中的最高和最低粒度能够实现很多优点和物理性质。

本发明提供了具有低磨损性的霞石正长岩粉末系统。该颗粒系统具有8～11微米的D50粒度、2～8微米的D5粒度和15～19微米的D99粒度，显示出180～200的艾因勒纳尔值(Einlehner value)。

本发明提供了具有低光泽度的霞石正长岩颗粒系统。该颗粒系统具有8～11微米的D50粒度、2～8微米的D5粒度和15～19微米的D99粒度，并且具有小于50的20度光泽度。

本发明提供了制备具有相对窄的粒度分布的霞石正长岩颗粒的制备方法。该方法包括提供霞石正长岩颗粒的颗粒状原料。该方法还包括提供磨碎机。而且，该方法另外包括在该磨碎机中处理所述霞石正长岩原料，由此制备具有小于15微米的中间粒度和相对窄的粒度分布的霞石正长岩粉末系统，其中D90粒度和D1粒度之差小于9微米，或D99到D5粒度之差小于约12微米。

本发明还涉及可以通过使用此处描述的霞石正长岩粉末系统制备的多种产品和应用。使用和引入此处所述的多种颗粒系统提供了霞石正长岩粉末、正长岩材料或岩石的新策略和应用。

本发明的主要目的是提供用于涂料和膜的填料，所述填料是由具有小于约100微米的最大粒度的预处理粉末所制成的“超细”霞石正长岩粉末。在所述新型粉末中，将最高或最大微粒或颗粒粒度控制到给定值，由此降低该填料的磨损性能。还控制最低或最小微粒或颗粒粒度以降低光泽度、改进透明度和减少涂料或膜中的发黄。所述超细霞石正长岩粉末表现出低的光泽度和消光光洁度以及对处理或应用设备的较少磨损性。由于所述“超细的”粒度、受控的最小和最大粒度以及在受控的最大水平和受控的最小水平之间的非常窄的颗粒分布，依照本发明的主要目的所制备的所述新型填料的这些性质改进了所述涂料的硬度和所述涂料的耐磨损性，并且在该涂料或膜中产生了独特的性质。该粒度分布范围通常小于约10～12微米。因此，依照本发明构造的新型粉末在添加到涂料和/或膜中时具有独特和可重复的物理特征。

本发明的另一目的是提供具有受控的最大粒度和受控的最小粒度以制造显著窄的且含义清楚的粒度分布的新型超细霞石正长岩粉末的独特且新颖的方法。

本发明的另一目的是提供使用如上所述的新型霞石正长岩粉末的填料，该填料用于涂料和/或膜中以产生具有独特物理特征的新型涂料或膜。

本发明的另一目的是提供具有由受控的最大颗粒或微粒粒度和受控的最小颗粒或微粒粒度定义的新型受控粒度分布的新型超细霞石正长岩粉末和使用该新型超细霞石正长岩粉末的涂料或膜。

本发明的另一目的是提供使用所述新型超细霞石正长岩粉末的涂料或膜，以获得迄今为止未能达到的物理性质，该物理性质由于所述新型霞石正长岩粉末的受控粒度是可重复的。

本发明的另一目的是提供用于形成上述超细霞石正长岩粉末的方法。典型地，这些粉末的特征在于具有相对小的中间粒径或粒度和相对窄的粒度分布。

本发明的另一目的是提供具有相对低磨损度的超细霞石正长岩粉末，由此降低设备(例如处理设备或材料处理的材料)的磨损。所述新型霞石正长岩粉末特征为受控的粒度，其获得小于200，优选小于100的艾因勒纳尔磨损值(Einlehner Abrasive Value)。

本发明的另一目的是提供具有受控粒度分布的超细霞石正长岩粉末，其是非常亮的材料，可用于透明涂料中的填料应用和/或作为例如聚合物材料的材料中的防堵塞剂。这种独特的新型霞石正长岩粉末能够制成浓缩物，然后分散到涂料或其他基质材料中。

本发明的另一目的是提供具有受控粒度分布的超细霞石正长岩粉末，当该粉末用于紫外、透明或半透明的涂料时，其产生与可竞争的填料相比更优越的透明度，能够以不超过20或25％的装填量使用，是UV透明的，容易分散到低粘度系统中，并且提高膜的硬度和耐刮擦性。通过将粒度分布控制到低水平，涂料中的这些性能是独特的，且通过随后使用本发明的所述新型且定义清楚的粒度控制的超细霞石正长岩粉末能够重复。

本发明的另一目的是此处所述的超细霞石正长岩粉末，当该粉末用于涂料中时，保持如较大颗粒的粉末那样的风化耐久性，提高用于厨房和器具应用的硬度和抗粘着性，提供比较大粒度霞石正长岩粉末更高的光泽度，同时保持有益的物理性质和体积密度特征。所述新型超细霞石正长岩粉末具有受控的最大粒度以使磨损和设备磨损最小化，且与昂贵的“纳米”填料相比具有更优越的成本/性能平衡。本发明的新型超细霞石正长岩粉末的使用是成本降低的，由于较高装填量的可能性而增强了所述成本降低。

本发明的另一目的是提供包含所述新型超细霞石正长岩粉末的涂料，其是透明的、硬质的和耐刮擦性的，并且是相对廉价的。这种涂料可通过暴露于紫外辐射而固化(即是可UV固化的)。因此，由于本发明的受控粒度分布，使用所述新型超细霞石正长岩粉末的涂料容易固化，且可以重复方式固化。

本发明的所有这些目的和优点和概述已经经过试验确定，且经过测试以可以描述由所述新型超细霞石正长岩粉末赋予被产品(例如涂料和膜)的物理特征。由于所述超细的霞石正长岩粉末的窄粒度分布，这些性质是可重复的，并且由于这种非常小的霞石正长岩粉末能够容易地以高含量分散在涂料和膜中，因此其是廉价的。此外，该新型粉末基本没有游离二氧化硅，这是应用该新型“超细”霞石正长岩粉末的另一优点。这对于超细霞石正长岩粉末是特别重要的，因为这样的粉末能够在随后的应用中变成空气传播的。

另一目的是提供用于填料的超细粉末，该填料具有受控的最小和最大粒度且由天然形成的岩石形成。

这些和其他目的和优点是本发明公开内容的一部分，且在结合附图进行的下面描述中将变得更显而易见。

附图简述

图1是示意性描述用于制备所述新型超细霞石正长岩粉末的方法的第一优选实施方式的流程图；

图2是由Minex 4或Minex 7制备所述新型超细霞石正长岩粉末的方法的框图；

图3是制备一种型式的本发明的超细霞石正长岩粉末的方法的框图，其中原料具有所希望的受控最大粒度；

图4是示意性描述一种型式的超细霞石正长岩的制备方法的框图；

图5是由图1中示意性描述的装置进行制备的方法的示意性流程图；

图6是几种超细霞石正长岩粉末样品(包括依照本发明的霞石正长岩粉末)的目标粒径表，该表列出了D1～D99.9的粒度分布，其中所述目标值是样品的D5和D99；

图7是描述图6的表中所述的样品的标称粒度，并且描述了包括本发明的新型粉末的超细霞石正长岩样品的目标粒度的图；

图8是如图7和图6的表中所限定的样品中那样没有受控最小粒度的霞石正长岩颗粒的多种粒度分布的图；

图9是具有标称2微米最小粒度的新粉末的样品的粒度分布图；

图10是类似于图9的图，显示了具有4～6微米的受控最小粒度的超细霞石正长岩粉末；

图11是具有几种已知的和本发明的优选实施方式的涂层的黑色和白色测试板的平均对比率图；

图12是具有几种已知的和本发明的优选实施方式的粉末涂料的20°光泽度图；

图13是用于制备具有本发明的新型粉末特征的超细霞石正长岩粉末的创造性方法的第二优选实施方式的框图；

图13A是在实施图13中描述的方法中所使用的类型的对向空气喷射磨机的示意图；

图14是显示了用于制备本发明的超细霞石正长岩粉末的第二优选方法的类似图13的框图，其显示使用了一般干式磨机和另外的工艺以制备Minex 12；

图15是示意性描述制备具有5×15或者6×15的目标粒度的本发明新型霞石正长岩粉末的另一种方法的框图；

图16是类似于图14的框图，其描述了用于制备超细霞石正长岩粉末的方法，其中目标粒度为5×15，以及其中通过从具有所需受控最大粒度的原料中仅除去最小粒度来制备该粉末；

图17是表示通过图16中所公开的方法制备的超细霞石正长岩粉末的图；

图18是类似于图17的图，其描述了由使用图15中示意性描述的方法制备的超细霞石正长岩粉末；

图19是显示样品(9)-(11)的粒度分布曲线的图；

图20是目标最大和最小粒度为5×15粉末的超细霞石正长岩粉末的粒度分析表；

图21是示意性地描述用于实施本发明的优选实施方式(类似图13的实施方式以及图1和5中所述的优选方法的实际替代方式)的框图；

图21A是用于图21中所示的第二优选实施方式的工业级75粉末的粒度分布曲线；

图21B是表示图21A中所阐述的粒度分布数据的表；

图22是限定用于实施图21中所示的第二优选实施方式的流化床喷射磨机的操作参数的表；

图22A是用于实施图21中所示的第二优选实施方式的磨机和分级器输出的粒度分布曲线；

图22B是其最大粒度被控制到15微米的目标粒度的产品的粒度分布曲线(如图22A中所示)的表；

图23是图22中所公开的类型的表，其描述了图21中所示的本发明第二优选实施方式中的空气分级器的操作；

图23A是由图21中所公开的方法的空气分级阶段流出的产品的粒度分布曲线，其中所述产品的最小粒度减小到5微米的目标水平；

图23B是图23A中所述的粒度分布曲线的表，以定义由图21中所述的第二优选方法所制备的产品；

图24是由图20～23B中所定义的方法制备的新型粉末产品的规格表。

这样定义附图之后，下面将描述本发明的其他特征。

本发明的优点，即具有特定粒度分布的新型“超细”霞石正长岩粉末是除了本发明的引言部分中所讨论的优点之外的优点，有时候是这些优点的重复。该公开内容建立了本发明的多个方面的优点。事实上，将此处描述的霞石正长岩粉末和系统用于某些涂料和其他产品中存在显著的优点。具有小于15微米的粒度的霞石正长岩粉末是已知的，但是如此处所述的控制该粒度分布是未知的。很少知道由新型粒度分布和对本发明的粒度的控制的产品对性质和特征的结合的巨大影响。在本发明作出之前，没有寻求本发明所述的控制霞石正长岩粉末的粒度的概念，也未认识到其优点。

优选的颗粒系统

解释此处描述的某些名称和术语是有益的。除非另外指出，粒度是以微米(10-6米)给出的。正如本领域技术人员理解的那样，粒度是以直径表示的。尽管直径意味着球形或圆形的形状，但此处所用的术语直径也表示并非球形的颗粒的跨距或最大宽度。典型地，记录了粒度的范围或粒度分布。例如，对于2～10微米的范围，典型地使用“2×10”的名称。而且，如果对于所述范围没有给出粒度下限，那么颗粒的集合体被称作“负”，且记录粒度的上限。因此，例如，对于具有没有粒度下限且粒度上限为5微米的颗粒集合体，使用“负5”或“-5”的名称。此处使用的其他名称是“D_n”，其中n是0～100的一些数值。该数值表示具有特定最大直径的颗粒的比例和百分比。例如，在具有0～18微米的目标粒度的颗粒群中，例如，中间最大直径(D50)可以是2.5微米，99％的该群中的最大直径(D99)可以是16微米，1％的该群中的最大直径(D1)可以为0.1微米。这些数值，特别当集体获得时，提供了关于该颗粒系统中的粒度“分散”和分布的表示。该分散优选为D95～D5，但其能够是D5～D99和D1～D99。本发明是小于约12微米的分散，然而使用目标粒度定义该分散。

依照本发明，发现了具有特定粒度分布和特征的某些霞石正长岩颗粒系统。优选实施方式的霞石正长岩颗粒系统是2×10系统、4×15系统、5×15系统和6×15系统。这些系统表现出令人惊奇和未曾预期的有益物理性质，包括但不局限于：降低的磨损性、降低的光泽度、和增加的硬度和降低的摩擦力、对更高负荷和更好流变能力降低的吸油率。下面列出的表1～4呈现了依照本发明的各种优选实施方式霞石正长岩颗粒系统的典型的、优选的和最优选的D1、D50和D99粒度特征值。所有的粒度都以微米给出。

表1.2×10优选实施方式的颗粒系统

  D₁  D₅₀  D₉₉  典型的  0.2-2.6  2.9-4.7  8.1-10.9  优选的  0.3-2.3  3.3-4.3  8.5-10.5  最优选的  0.8-1.8  3.8  9.0-10.0

表2.4×15优选实施方式的颗粒系统

  D₁  D₅₀  D₉₉  典型的  0.9-3.7  7.9-9.7  14.3-17.1  优选的  1.3-3.3  8.3-9.3  14.7-16.7  最优选的  1.8-2.8  8.8  15.2-16.2

表3.5×15优选实施方式的颗粒系统

  D₁  D₅₀  D₉₉  典型的  3.3-6.1  8.4-10.4  14.6-17.5  优选的  3.7-5.7  8.9-9.9  15.1-17.1  最优选的  4.2-5.2  9.4  15.6-16.6

表4.6×15优选实施方式的颗粒系统

  D₁  D₅₀  D₉₉  典型的  3.1-5.9  9.1-11.1  16.5-19.4  优选的  3.5-5.5  9.6-10.6  16.9-18.9  最优选的  4.0-5.0  10.1  17.4-18.4

在一方面，本发明涉及具有特殊粒度范围的颗粒系统，其表现出独特的未曾预期的性质。通过使用具有较小粒度作为粒度上限和相对“紧密的”粒度分布的颗粒系统，能够得到霞石正长岩颗粒系统的显著降低的磨损性。例如，在优选实施方式颗粒系统中，该系统具有8～11微米的中间或D50粒度、2～5微米的粒度下限或D1粒度，和15～19微米的粒度上限或D99粒度。该优选实施方式颗粒系统表现出180～200的艾因勒纳尔值(Einlehner value)。在另一优选实施方式颗粒系统中，该系统具有3～4微米的D50粒度、1～2微米的D1粒度下限和9～10微米的D99粒度上限。该系统表现出70～90的艾因勒纳尔值(Einlehner value)。

在另一方面，本发明涉及具有特定粒度范围的霞石正长岩颗粒系统，其表现出其他独特且令人惊奇的性质。通过使用此处所述的某种优选实施方式颗粒系统，能够实现显著降低的光泽度且通常仍保持透明。具有8～11微米的D50粒度、2～5微米的D1粒度和15～18微米的D99粒度的优选实施方式颗粒系统表现出小于50(优选40～50)的20度光泽度，以及小于95(优选80～95)的60度光泽度。

尽管此处已经确定并描述了多种颗粒系统，但本发明包括了具有受控上限和/或下限的颗粒系统。

用于制备粉末的设备

此处所述的多种颗粒系统的制备方法是使用垂直搅拌的球磨机，在工业中有时也称作磨碎机。这种磨机可以从联合加工磨碎机公司(Union ProcessAttritor Co.，Akron，Ohio)购买得到，且描述于诸如美国专利号4,850,541和4,979,686的美国专利中，将这些专利引入本文作为参考。

通常，可以得到三种类型的磨碎机：间歇磨碎机、连续磨碎机和循环磨削磨碎机。

间歇磨碎机是由填充有磨碎介质的加套容器构成的。热或冷水或低压蒸汽流过特定涉及的夹套用于温度控制。

制备尺寸的磨碎机装备有安装在内部的泵系统，其在磨碎过程中保持循环用于加速磨碎和均匀性。该泵也能够用于卸料。

在间歇磨碎机中，将材料供给到该加套罐中，并且将其磨损，直至达到分散和所需的粒度。不需要预混，因为其在磨碎腔中完成。能够在任何时候添加成分。在该磨碎过程中能够进行检查和公式校正，而不需要停机。

由联合加工磨碎机公司(Union Process Attritor Co.)购买的Model 01磨碎机是非常有用的测试多种配方和磨碎条件的研究工具。实验室用Model 1-S是能够用于精确按比例扩大的测试机器。最重要的因素是保持外周端速度稳定以及保持介质与浆液之比大约相同。通常，在1-S中，介质∶浆液比为1∶3/4，但在制备单元中，其是1∶1，因此在较大型机器(例如200-S和400-S)中，磨碎时间略长一些。

另一种系统是连续磨碎机(C或H型机器)，其最适用于连续的大量制备。该连续磨碎机具有高且窄的加套罐，将预混好的浆液通过底部泵入其中，并在顶部排出。位于该机器的底部和顶部的栅格保持该介质。

经处理的材料的细度取决于滞留时间或“停留时间”，其被定义为待处理的材料在该磨碎腔中保持的时间长度。

该停留时间是由泵送速率控制的。泵送速率越慢，停留时间就越长，因此粉碎度就越细。

停留时间是通过用孔隙体积除以泵送速率而计算的。孔隙体积是该罐的全部体积减去介质和搅拌轴和壁。因此，对“C”型机器的按比例放大是通过计算特定产品的停留时间并将其分成较大单元的孔隙体积而确定的。这是假设对两个单元具有相同的端速的。对于快速按比例放大，人们可以按比例放大罐的毛容量。

连续磨碎机的一种先决条件是其需要混合好的、均匀的均相原料。而且需要好的计量泵，例如齿轮或轴流泵。

能够串联安装连续磨碎机。通过在装备有大开口的栅格的第一单元中使用较大的介质，该系统能够接受较粗的原料粒度。随后的单元能够具有较小的介质，导致较细的粉碎度。

另一种制备新型粉末的系统使用称作循环研磨磨碎机(Q型机器)的装置，是近几年来开发的。这种系统是磨碎机和通常是磨碎机的10倍尺寸的大储罐的组合。该磨碎机填充有介质，且包含栅格，如在连续磨碎机系统中那样，其保持介质，同时允许浆液通过。

Q型磨碎机的基本需求之一是高循环(泵送)速率。储罐的整个容量为每7¹/₂分钟通过该磨碎机至少一次，或每小时至少8次。

该高泵送速率导致较快的研磨和较窄的粒径分布。这种现象是由优选磨碎的原理解释的。快速泵送的物流通过该搅拌介质床使得该Q型机器的磨碎腔作为动力筛或过滤器，使细粒通过并快速运动通过，而较粗的颗粒沿更曲折的路径通过该介质床。

使用该循环工艺，与具有浆液形成一次通过的连续磨碎机不同，该材料进行很多次通过该磨碎腔，直至得到所需要的粒度。

通常，使用齿轮泵，其是好的计量泵。然而，对于研磨和高粘度浆液，使用隔膜泵或轴流泵。

也可以优选在制备此处所述的优选实施方式颗粒系统时，在某些应用中使用一种或多种助磨剂。这种颗粒系统的代表性实例包括但不局限于：三乙醇胺、乙醇、乙酸、硅酮乙二醇表面活性剂及其组合物。其中优选三乙醇胺。

使用磨碎机制备能够用于实施本发明的粉末。将输出的粉末处理成具有相对小粒度的霞石正长岩颗粒的系统，并且能够生产相对窄的粒度分布。优选地，所得到的霞石正长岩颗粒系统具有小于15微米的中间(即D50)粒度，例如9～11微米或8～10微米，和相对窄的粒度分布。例如，所得到的相对窄的粒度分布能够表示为确定D90和D1粒度之差。优选地，此处所述的颗粒系统表现出小于9微米的“D90-D1”差值，更优选小于约6微米，最优选小于5微米。依照工业实践和标准，最大和最小粒度(或微粒)分别是指定为D95和D5的那些粒度。

产品和应用中的优点

已经发现此处描述的霞石正长岩粉末系统大大降低了机械设备的磨损。因此，在一方面，本发明提供了具有新型颗粒或微粒粒度分布，由此极大降低磨损的霞石正长岩粉末。

本发明的霞石正长岩粉末大大降低了使用该新型无机矿物粉末加工该产品的设备的磨损。通过提供迄今为止尚未获得的霞石正长岩粉末的粒度分布，艾因勒纳尔磨损值(Einlehner Abrasive Value)(EAV)基本小于200，或约100以下。此处描述的某些粉末系统表现出180～200、70～90和15～20的艾因勒纳尔磨损值。

本发明的另一个新颖方面是其在多种应用中用于获得仅归因于该新颖的霞石正长岩粉末的性质。该新型粉末比在市场上可得到的超细霞石正长岩粉末对设备具有低得多的磨损作用。

还发现了此处所述的霞石正长岩粉末系统容易分散在树脂系统中，大大降低了沉降，并且显示出高的亮度。通过使用构成本发明的一方面的具有颗粒或微粒粒度分布的粉末，可以通过受控的特别含量的霞石正长岩颗粒系统能够产生涂料，以增加透明性、提高对光泽度的影响以及涂料的稳定性。因此，已经发现具有新型粒度分布的霞石正长岩粉末以目前可得到的较大粒度的霞石正长岩粉末所不能得到的方式提高了涂料的特征。

具有较大的颗粒或微粒粒度的霞石正长岩粉末已经用作颜料、涂料、塑料、橡胶和其他材料中的填料和/或增充剂。所述霞石正长岩粉末为这些系统引入了多种物理性质和技术强化，例如涂料中的改进的防擦洗和磨损性。已经发现具有开发作为本发明的一个方面的受控粒度分布的新型霞石正长岩粉末提供了对光学性质令人惊奇的改进水平，同时保持了涂料的其他关键性能性质。因此，该新型霞石正长岩粉末特别有利于透明涂料和膜。

具有此处所述的颗粒或微粒粒度分布的粒度材料已经证明成功用于使用该粉末作为填料或填充剂的涂料、透明涂料、熟化涂料、木涂料、包括透明涂料的粉末涂料、汽车透明涂料、线圈涂料、密封剂、用于照片和其他结构的层压纸和油墨中。所有这些产品已经提高了基于使用具有新型粒度分布的霞石正长岩粉末的物理特性。

本发明获得另一组新产品，通过使用含量为10～25wt％或更高的具有特定粒度分布的霞石正长岩粉末对其进行了改进。这些产品已经使用了基本较大的粒度的霞石正长岩，例如磨碎的霞石正长岩。因为其具有高含量的具有受控粒度分布的霞石正长岩粉末，其具有改进的特征。这类包括紫外固化的涂料、硝基纤维素漆、丙烯酸漆、溶剂基固化清漆、含水涂料(例如漆)、丙烯酸氨基甲酸乙酯和其他氨基甲酸乙酯涂料和100％固态物涂料。通过使用此处所述的霞石正长岩粉末改进了这些涂料。这类通过使用该霞石正长岩粉末改进的物品中的非涂料的其他产品是粘合剂、密封剂、油墨和用于模拟家具木材的层压纸、膜、涂料和其他结构。因为它们使用了具有受控粒度分布的霞石正长岩粉末，所述它们其是新型且新颖的。

依照本发明的另一方面，所述新型霞石正长岩粉末用于提供选自由以下构成的类别的产品：透明涂料、密封剂、层压纸、含水涂料、溶剂基涂料、UV固化涂料、具有不含树脂的颜料膏的水基涂料、硝基纤维素透明漆、丙烯酸漆、透明的溶剂基酸固化的清漆、含水清漆、丙烯酸氨基甲酸乙酯涂料、含水透明PUD氨基甲酸乙酯涂料、100％固态物透明UV涂料和粉末涂料。而且，所述新型霞石正长岩粉末用于“浓缩物”中，例如加入到用作涂料、塑料或橡胶制品的聚合物系统中的膏或预分散体。添加到最终产品中的粉末的含量或百分比是由这种产品中的浓缩物达到的。

已经发现此处所述的霞石正长岩颗粒系统在加入到涂料或其他配方中时能够显著提高该涂料的硬度和耐受性。通过使用构成本发明另一方面的特别粒度分布的粉末，能够产生具有受控粒度分布的涂料，以提高抗粘着和抗磨损性，并提高硬度以及其他特征。

本发明还在透明涂料、粉末涂料、紫外固化涂料和其他应用中提供了基本的物理优点，在与使用在市场上可得到的霞石正长岩粉末或其他商品填料的各种产品相比较时，已经意识到了这种优点。已经发现通过使用本发明的新型霞石正长岩粉末充分获益的一种应用是粉末涂料，其可以是透明或有色的。

依照本发明的另一方面，提供了另一组包括具有受控粒度分布的霞石正长岩粉末的商品或最终产品。该组由透明液体木涂料、用于柔性物质的透明液体涂料、用于刚性物质的透明液体涂料、指甲油、玻璃、冶金炉渣、耐火填料和用于制备涂料的颜料膏构成。

本发明的另一方面是现在包括具有特定粒度分布的特定霞石正长岩粉末的新产品。该产品选自由以下类型：透明液体涂料、厚度小于10微米的涂层、油墨、粉末涂料、陶瓷体、釉料、塑料填料、橡胶填料、色母料或膏和密封剂。这些产品使用所述霞石正长岩粉末来生产此处所述的改进的物理特征和性质。

磨损分析

在艾因勒纳尔磨损测试机(Einlehner abrasion tester)上评价具有4×15微米、5×15微米、6×15微米、2×10微米的受控粒度的霞石正长岩样品、BlueMountain Minex 12和Apodaca Minex 12。这些结果列于表5中。存在如下清楚的关系：Minex颗粒的最高尺寸的降低使其磨损性降低。在处理ApodacaMinex 12过程中添加助磨剂似乎降低了该样品的艾因勒纳尔值(Einlehnervalue)。

表5.艾因勒纳尔测试结果

  样品 艾因勒纳尔#(Einlehner#)  Minex 4  329.7  4×15微米  195.6

  样品 艾因勒纳尔#(Einlehner#)  5×15微米  177.8  6×15微米  184.3  2×10微米  80.6  Blue Mtn Minex 12  70.4  Apodaca Minex 12  31.9

特别地，用艾因勒纳尔磨损测试机AT-1000(Einlehner Abrasion Testermodel AT-1000)测试矿物填料。该测试方法是通过用900g水分散100g填料以制备1000g浆液而进行的。用单刀片螺旋桨以1450rpm混合浆液5分钟。洗涤黄铜圆测试筛网洗涤，并在炉子中在110℃下干燥15分钟。然后将该筛网浸没在2-丁醇中并再次在110℃下干燥15分钟。然后记录重量并将其置于测试腔中。然后将所得到的浆液灌入该测试腔中，并以174,000转数进行测试。一旦完成，将浆液倒出，取出筛网，清洁并置于炉子中在110℃下干燥15分钟，然后将其浸没在2-丁醇中并在110℃下的炉子中干燥15分钟。然后称重该测试筛网，记录初始重量和最终重量之差。

艾因勒纳尔值(Einlehner value)是按照如下方式计算的：

Einlehner#＝(A-B)*1000，其中：

A＝测试筛网的初始重量

B＝测试筛网的最终重量

Einlehner#被记录为在所用特定转数下的mg损失量。

如表5中所示，随着样品的最大尺寸变细，艾因勒纳尔值(Einlehner value)降低。4×15、5×15和6×15样品都具有实质相同的结果，其差别落入实验误差的范围内。一种有趣的结果是Apodaca Minex 12和Blue Mountain Minex12之间的差别。在Apodaca样品中添加助磨剂能够解释这种差别。

可以在下表6中发现样品的粒度分布：

表6.粒度分布

如表5中的艾因勒纳尔结果所示，Minex的最高尺寸的减少降低了该填料的磨损性。颗粒系统4×15、5×15和6×15令人惊奇地显示出低艾因勒纳尔值(参见表6)，特别是当与表现出329.7的艾因勒纳尔值的Minex 4相比。而且，如与Minex 4测试样品相比以及表6中所示的那样，颗粒系统4×15、5×15和6×15令人惊奇显示出低艾因勒纳尔值。表6中所示的2×10微米颗粒系统显示出超低的艾因勒纳尔值，即80.6。

如表6中所见到的，颗粒系统4×15、5×15和6×15分别具有8.8、9.4和10.1微米的中间粒度。而且，这些系统还分别显示出2.3、4.7和4.5微米的小粒度或“低值”，即D1。这些中间和低值粒度的对应组可与Minex4的中间和低值粒度相比，作为测试的样品，其分别显示出7.2微米和1.0微米的中间粒径和低值粒径。然而，颗粒系统4×15、5×15和6×15的艾因勒纳尔值分别为195.6、177.8和184.3，其令人惊奇且未曾预期地远低于Minex 4的艾因勒纳尔值(为329.7)。这种显著的差异被认为是由于对4×15、5×15和6×15系统的最高粒度的控制和选择。在这些系统中，各自的D99分别为15.7、16.1和17.9微米。这些数值显著小于Minex 4的D99(为30.0)。类似地，4×15、5×15和6×15三种系统的D99.9分别为17.1、17.1和18.6。Minex 4的D99.9为36.0。

此外，将颗粒系统2×10与由蓝上及奥泊大科(Blue Mountain andApodaca)获得的Minex系统进行比较也是有益的。该2×10系统表现出分别为3.8微米和1.3微米的D50和D1粒度。给出的Minex 12系统分别具有1.9、2.0；和0.2、0.1的D50和D1粒度。然而，该2×10系统表现出80.6的艾因勒纳尔值，其仅比两种Minex 12系统的70.4和31.9数值略高。令人惊奇的是，具有9.5微米的D99的2×10系统接近于Minex 12系统的D99粒度(5.0)的两倍，然而该2×10系统表现出相当的艾因勒纳尔值。

光学性质分析

在Reichhold Chemicals公司(Reichhold Chemicals，Durham，NC.)的标准透明丙烯酸粉末涂料中配制将现有和新型的粒度分布。使用Minex 10和Minex12和新的粒度范围。测试的新粒度分布为2×10、2×6、4×15和6×15微米。这用于确定粒度对透明度和光泽度的影响。如下所述，关于光泽度降低和透明度，中等粒度范围4×15和6×15微米表现最好，其应用代表了降低透明丙烯酸粉末涂料的光泽度同时保持好的透明度的新型且新颖的趋势。以前，粉末配方人员不得不使用例如蜡的材料以牺牲性能来降低光泽度。较细的粒度如期望的那样显示最好的光泽度，但也具有增加的变黄，这是不能接受的。用受控的粒度分布将光泽度降低50％而同时保持透明度的能力具有开启霞石正长岩的新应用领域的趋势。

在相等重量的基础上比较填料。将配方在Hentchell FM-10磨机中以2000rpm预混合2分钟。这是粉末涂料的最初磨碎和混合阶段。然后，将该混合物在具有110℃的区域#1和80℃的区域#2的W&P ZSK 30mm双螺杆挤出机中进一步混合并熔融。该材料排出挤出机到激冷辊筒上，并且类似于带状物。然后将该材料在Retsch Brinkman磨机中研磨并且过-170目筛。然后将170材料用作颜料。将该涂料喷涂到冷轧钢和不透明钢板(steel penopac panel)上，目标最终厚度为1.5～2.0密耳(0.0015-0.0020英寸)。然后将该板在204℃的最高金属温度下焙烧10分钟。

通过使用涂覆并使用Macbeth Coloreye 3000测定的黑色和白色不透明板(penopac panel)确定对比率。对比率表示对黑色和白色上测定的反射系数的差值。将该测定值用作透明涂层中的混浊度的度量。在透明粉末涂料配方中测试新型且新颖的粒度的霞石正长岩产品。在表7中能够发现测试的优选实施方式产品的粒度。图11中提供了对测试样品测定的对比率。总的来讲，多种优选实施方式系统表现出与Minex 10和Minex 12的系统相当或更好的对比率。研究了粒度对透明度和光泽度的影响，且在图12和表8中能够发现这种影响。

表7.优选产品的粒度分布

表8.透明测试涂料的光泽度和图像值深度

参照图12，该光泽度符合通常可接受的趋势，即较细粒度(0×2和0×4微米)将制备较高的光泽度，但也显示出一点发黄，如TAPPI亮度测定中较高的b^*值所证实的。TAPPI亮度通常用作测定纸的反射系数。TAPPI亮度的光学和几何条件规定在TAPPI Method of Test T452，“Brightness of pulp，paper，and paperboard(directional reflectance at 457nm)”中，将其引入本文作为参考。中等范围等级的4×15和6×15微米在透明度和光泽度上都给出优异的结果。在这种情况下，较低的光泽度是有利的，因为透明的涂料通常无法使用例如蜡的添加剂来降低其光泽度。这是重要的进展，因为在降低光泽度的同时保持透明度是透明粉末染料的重要前进步骤。从2×10和2×6微米产品的数据中也可以显然看到其最佳产品将是在4×15～6×15微米范围内的产品。

所有涂料都显示出仅有略微差别的图像深度结果(参见表8)。也如预期的那样，未加填料的系统具有最高的图像深度(DOI)读数。

在粉末涂料配方中，通常难于同时降低光泽度和保持透明度。然而，使用依照本发明的新型和新颖的粒度部分4×15和6×15微米，可以在将光泽度比无填料系统降低多达50％的同时保持优良的透明度。对于较细的颗粒尺寸范围，会产生一些发黄，这在本申请中是不可接受的。

对一种实施方式的最初开发工作

进行程序以制备具有约15微米的目标最大粒度D99和5微米的目标最小粒度D5的新型超细霞石正长岩粉末的一种实施方式。使用该5×15粉末作为功能填料。用于制备本发明的这种特定实施方式的制备方法是关于附图20～24公开的主题，下面将对其进行更详细的描述。然而，以下是对用于制备具有约15微米的受控最大粒度D99或D95和5微米的受控最小粒度D5的新型超细霞石正长岩粉末的最初开发工作的描述。因此，在该最初程序中，最大粒度目标为15微米，最小粒度目标为5微米。后面将通过描述导致用于制备本发明的“超细”霞石正长岩粉末的制备方法的后续程序的附图(附图20～24)的细节增加对这种最初程序的描述。

在最初的开发计划中，将预处理的霞石正长岩工业级#75的块状样品经过三种不同类型的商业超细磨碎磨机。下面列出了这些磨机和销售商：

1.VibroKinetic球磨机(VibroKinetic Ball Mill)(MicroGrinding Systems有限公司，Little Rock，AR)

2.硫化床对流喷射磨机(Fluid Bed Opposed Flow Jet Mill)(Hosokawa-Alpine Micron Powder Systems公司，Summit，NJ)，参见Konetzka6,543,710，将其引入本文作为参考。

3.垂直搅拌球磨机(Vertical Stirred Ball Mill(VSB-M)，也称作磨碎机(Attrition Mill)(Union Process Attritor公司，Akron，OH)，参见Szeavari的4,979,686，将其引入本文作为参考。

使用各磨机制备两种产品：1)5×15微米，平均粒度为7.5微米；和2)-5微米，平均粒度为约1.2微米。下面讨论测试程序中的差别和所面临的独特障碍。后面的粉末是用于限制粒度分布的受控最小粒度粉末。

用Beckman Coulter LS 13 320粒度分析仪对测试产品进行激光散射尺寸分析。使用“Nepheline Syenite”光学模型代替“Fraunhofer”光学模型。此外，对各产品进行BET表面积测试和Tappi亮度测试。还对选定产品拍摄扫描电子显微照片(SEM)。

Vibro-Kinetic球磨机-该Vibro-Kinetic球磨机是在具有空气分级器的封闭循环中操作的。

硫化床对流喷射磨机(Fluid Bed Opposed Flow Jet Mill)-Hosokawa-Alpine制备了该-5和2×15微米产品，通过在该喷射磨机中磨碎至＜15微米，并将该产品空气分级，以除去-5微米材料。

VSB型磨机(也称作磨碎机)-能够进行湿式或干式磨碎研磨。该工作是湿式进行的，对两种不同类型的磨碎机进行测试：1)Model 1-S型磨机和2)Q-2型磨机。该1-S型磨机是间歇模式操作的，用于制备较细的(-5微米)产品。该Q-2型磨机是以循环模式操作的。这意味着研磨产品从该磨机的底部再循环到其顶部。由于较细的颗粒沿着较少曲折的路径向下通过该介质，而较粗的颗粒在该磨机中保持较长时间，并优先被磨碎。通常得到较窄的粒度分布。将该磨机用于制备-15微米产品。联合加工磨碎机公司(the Union ProcessAttritor Co.)没有用于将-5微米材料从-15微米产品中分选出来以制备5×15微米产品的装置，因此使用分级器。

图9中显示了所得到的产品的粒度分布。样品5和6表现出比其他样品显著“更紧密”或更窄的分布。表10中显示了Tappi亮度、L^*、a^*、b^*色值和BET表面积值。

表9.经处理的霞石正长岩的粒度分析

  样品  磨碎  D_99.99  D₉₇  D₉₅  D₉₀  D₇₅  D₅₀  D₂₅  D₁  平均  1  Vibro(-5μm)  26.29  16.48  14.30  10.29  4.90  2.32  1.05  0.42  3.93  2  Vibro(-15μm)  61.63  22.72  18.36  13.22  6.04  2.34  0.87  0.37  5.14  3  Jet(-5μm)  5.53  4.06  3.83  3.49  2.92  2.29  1.71  1.10  2.27  4  Jet(-15μm)  11.60  8.30  7.82  7.00  5.55  4.09  2.98  2.31  4.40  5  VSB-M(-5μm)  2.64  1.81  1.66  1.43  0.93  0.52  0.34  0.26  0.69  6  VSB-M(-15μm)  11.49  6.43  5.09  3.40  1.99  1.13  0.53  0.32  1.60

表10.超细产品的颜色和表面积分析

  样品  磨碎  Tappi亮度  L^*  a^*  b^*  BET表面积  1  Vibro(-5μ)  81.50  92.240  -0.182  3.874  NA  2  Vibro(-15μ)  78.20  91.324  0.067  4.580  NA  3  Jet(-5μ)  87.80  94.312  -0.066  0.452  3.5  4  Jet(-15μ)  87.85  94.075  -0.088  0.511  2.3  5  VSB-M(-5μ)  92.44  96.625  -0.125  0.743  17.1  6  VSB-M(-15μ)  88.41  94.660  -0.195  0.996  19.0

Vibro-Kinetic球磨机-由该磨机制备的产品都没有适合的粒度分布(表9)。最高尺寸过粗，而总体分布过宽。亮度结果(表10)显示出，尽管对磨机和旋风分离器管道进行了几种改变来防止这种情况，但该材料仍脱色。

硫化床对流喷射磨机(Fluid Bed Opposed Flow Jet Mill)-该-5微米产品(表9中的样品3)具有适合的最大尺寸，但具有比最初设定的1.2微米的目标值更大的平均粒度(2.3微米)。该产品的亮度接近88％。该-15微米产品(表9中的样品4)具有适合的最大尺寸，但具有比最初设定的7.5微米的目标值更小的平均粒度(4.4微米)。该产品的亮度也是88％。

VSB型磨机(也称作磨碎机)-标称-5和-15微米产品(表9中的样品5和6)结果远比目标的更细。在该新分散方法中中提高的置信度以及BET表面积测定(表10)证实了两种产品未曾预期的细度。得到的亮度值(表10)也大于用喷射研磨产品得到的那些。

上述的研究和开发计划产生了确定可由制造技术的适当选择获得该新型霞石正长岩粉末的新技术水平。所报道的最初研究和开发计划产生了对图1和5中通常公开的特殊工艺和在图20～24中通常公开的优选工艺的发现。优选方法的选择是霞石正长岩领域的主要发展，且最终导致能够经济地制备具有具有非常窄粒度分布的受控最大粒度和受控最小粒度的新型霞石正长岩粉末。发现该产品必须具有小于该粉末重量的0.8％的水分含量。因此，终于得知事实上能够制得5×15粉末，且更重要地能够以成为商品超细霞石正长岩粉末的方式制得。上面讨论的研究和开发项目开发了制备该新型超细霞石正长岩粉末的技术，其包括发现了该新型粉末的最小粒度最终将包括最终的空气分级器阶段以在较慢进料速率下进行的关键因素。此外，对该选择和发明的用于制备所需霞石正长岩粉末的方法的转化还需要其他工艺改进。制备-5微米产品将包括对空气分级器的一些改变。还预期了球磨机能够容易地制备-5产品。可能会需要更小的颗粒。该磨机具有几个使其优于更早一代的滚磨机的系统特征：1)其控制系统，其中测压元件恒定测定介质改变和负荷，和2)其开路空气系统，其尽管价格更昂贵，但通过将空气保持在较低的水平以及较高的湿度水平而提高了分级器的效率。

助磨剂-考虑了七(7)种可能的助磨剂。将该添加剂与用对照样品得到的结果进行比较，其中测定磨碎速率和观察到在磨机衬里(1.5小时)和研磨介质(2.0小时)形成颗粒涂料的时间。还记录了发生颗粒聚集的时间(3.0小时)。结果如下：

三乙醇胺是最好的添加剂。其提供了比对照样品快得多的磨碎速率，在磨碎2.5小时之后在磨机衬里或介质上都没有观察到涂料。其也是所考虑的最廉价的添加剂，会适用于磨碎所有粒度范围。使用该添加剂也能够提高空气分级器效率。

其他显示出有希望的添加剂是乙醇和乙酸和硅酮多元醇表面活性剂的混合物。

一种添加剂(乙二醇)实际上对磨碎具有负面作用。

在该研究和开发项目中，目标是制备特定的窄粒度范围的涂料填料样品以能够研究粒度对光泽度、消光性和抗磨损性的影响(特别是在粉末涂料中)。

使用图1和5的方法制备了粉末涂料填料样品。使用装备有用于在0.5～20微米的非常细到超细的尺寸范围中分级的细转子的Nissin工程有限公司(Nissin Engineering，Inc.)的TC-15-NS型涡轮分级器(Model TC-15-NS TurboClassifier)。如图1中所示，该分级器还具有提供对操作条件的自动计算的微处理器。操作者通过触摸屏面板输入所需的切削粒度(微米)和该矿物的密度(g/cm³)。然后，该微处理器计算该分级器转子速度(rpm)和所需的分级器空气(m³/min)。作为实例，2.7-g/cm³霞石正长岩的5微米切削需要8,479rpm的转子速度和1.2m³/min的空气流速。图1和5中显示了分级工艺的示意图。

如图7中所示制备11种标称粒度分布。

表11中总结了用TC-15-NS型分级器制备的产品的粒度分布(PSD)结果，并分组如下：a)没有最小最低粒度的PSD，b)具有标称2微米最低粒度的PSD，和c)具有4微米～6微米的标称最低粒度的PSD。图8～10中分别描绘了这些组的完整的PSD，显示了相应的样品ID。

表11.目标产品的实际粒度分布

空气分级器确实在制备目标切削中进行了相当好的工作。制备了11种不同样品用于粉末涂料研究。

图1的Nissin工程公司的TC-15-NS是优秀的实验室和小规模试验性分级器。其精确、准确且相当容易操作。然而，图21中所述的方法已经发现最适用于生产运行。

优选实施方式

如所公开的那样，本发明包括具有非常窄的粒度分布以使在产品(例如但不局限于涂料，透明且紫外线固化的粉末涂料)中产生显著的、可重复的物理改进的新型超细霞石正长岩。此外，具有窄粒度分布的新型超细霞石正长岩用于多种显著不同的填料和添加剂。该新型超细霞石正长岩粉末具有受控的最小粒度。该受控最小粒度降低了吸油率，允许在涂料和膜中的更高含量，并产生具有更少黄色和更好透明度的更好颜色。事实上，具有4～6微米的最小粒度和具有约15微米的最大粒度的本发明的实施方式改进了流变性。

该新型“超细”霞石正长岩粉末的创造性方面是所制备的粉末的最小粒度或粒度D5优选被控制到大于约2微米的数值，且优选被控制到在约2～7微米的范围内的数值。这种控制产生了小于约12微米的窄颗粒分布。这些是用于限定产品的目标值，即使因为这种低数值的粒度导致某些粒度偏差，最大粒度或颗粒尺寸可以从该目标值发生略微的变化。对最小粒度的控制以产生受控窄颗粒分布是独特的。这种受控粒度降低了光泽度、改进了透明度并减少了黄色。使用该具有受控最小粒度的新型霞石正长岩粉末的涂料或膜具有低的光泽度或消光光泽。这些是硬填料(例如霞石正长岩粉末)的性质，其也将提高该涂料或膜的硬度和该涂料或膜的抗磨损性。霞石正长岩粉末的莫氏硬度在6.0-6.5范围内，这对于填料是相当硬的，为该涂料或膜引入了硬度。霞石正长岩粉末的这种特征与霞石正长岩粉末实质上没有游离二氧化硅的事实使该粉末相当适用于涂料和膜。通过控制该最小粒度以引入与使用该新型超细霞石正长岩粉末作为填料的涂料和膜相关的所述特征的本发明，大大提高了这种适用性。这种粉末能够用在较高的含量水平，例如20～25wt％，以降低该涂料或膜的整体成本。这种能力是使用本发明的另一优点。该受控最大粒度降低了该新型霞石正长岩粉末的磨损性质，因为其用于提高该涂料和/或膜的物理性质，如迄今为止所描述的那样。在进一步研究和开发之后，已经发现能够制备通过两种优选类型的粉末制备方法来制备该新型超细霞石正长岩粉末，如迄今为止所描述以及如本申请的多幅附图中详细提出的那样。第一种类型的用于制备所需的本发明的超细霞石正长岩粉末的创造性方法已经有过描述，更详细地描述于附图1～12中。第二种优选的制备方法通常也已有过描述，更详细地呈现在附图13～24中。

分级方法(附图1～12)

为了制备本发明的窄粒度的霞石正长岩粉末，第一种优选类型的制备方法包括使用空气分级器来控制该霞石正长岩粉末的最小粒度。对最小粒度的控制是霞石正长岩工业的霞石正长岩领域中的新概念。最初的研究和开发项目导致使用如图1中所示的TC-15-N-S型Nissin工程涡轮分级器(Nissin EngineeringTurbo Classifier Model TC-15-N-S)的方法。发现这种以独特方式操作的空气分级器能够制备构成本发明的创造性方面的所需的霞石正长岩粉末。分级器10装备有基于该矿物的比重和用于制备所需超细霞石正长岩粉末的一个极端的切削点“x”来计算操作条件。图1中所公开的方法A使用涡轮分级器10，将包括预处理的霞石正长岩粉末(例如商品粉末或之前经过处理的粉末)的原料供给其中。事实上，该原料能够是该分级器的在先阶段。将该原料由原料供给装置或方框12所示引入。在该优选实施方式中，将预处理的霞石正长岩粉末如管线14所示引入分级器10中。在一种操作中，通过管线14来自供给装置12的初始原料是Minex 7，其具有大于20微米的受控最大颗粒或微粒粒度，但在这种情况下，小于约45微米。将具有受控最大粒度的该预处理的商品霞石正长岩粉末引入分级器10用于制备多种霞石正长岩粉末，第一轮次具有目标最大粒度(D99)分布，以及随后的轮次中“x”是目标最小粒度D5。这种程序制备了样品(5)-(11)，如图6的第一栏所示。依照本发明制备的这些新型超细霞石正长岩粉末样品具有被分级器10控制的从收集器40中除去的最小粒度(D5)以及在之前轮次中制备且从收集器50中除去的最大粒度。第一轮次通过分级器10制备的中间粉末用于最小粒度轮次。

使用分级器10的方法A包括数据输入方框20，其中操作者输入该霞石正长岩粉末的比重。将最大粒度D99和然后的最小粒度D5作为数值“x”选择性输入。来自方框20的数据通过管线22被引入微处理器阶段30。微处理器阶段30设定分级器空气流量和该分级器的转子速度。将选定的信息通过管线32提供给分级器以操作分级器10，用于首先控制最终粉末的最高粒度，然后控制最低粒度。在第一轮次中，分级器10的旋风分离器部分分离出大于微处理器30设定的所需粒度值x的颗粒。该中间粉末通过管线42沉积到收集器或方框40中。具有受控最大粒度的中间粉末从收集器40中除去，并引入供给装置12中用于被具有在目标最小粒度D5的设定粒度“x”的分级器10再次处理。在该程序中，最终新型超细霞石正长岩粉末通过管线52沉积到收集器或方框50中。这种第二次操作需要多于一次通过该分级器，可以连续降低该粒度值“x”。将小微粒从分级器10中通过管线62排放到方框60中。

分级器10使用依照标准技术的分级器圆盘和旋风分离器来处理通过管线14进入分级器的原料。对于这种已知技术的代表性描述，参见英国4,885,832。微处理器30控制用于分布和用于方框70所示的分级器的空气。因此，将微处理器30设定确定的粒度“x”，该粒度是由旋转的转子圆盘和该分级器的旋风分离器控制的。因此，在实践中，通过使用分级器圆盘和旋风分离器的组合的涡轮分级器10对霞石正长岩原料进行分级。通过调节该圆盘的转度速度和在圆盘上的空气流速计算机控制粒度D99和D5。当设定特定粒度D99或D5时，收集三个部分。小于设定值“x”的部分引入收集器或方框40，大于设定值的大尺寸部分被该涡轮分级器10的圆盘分离出来并将“x”沉积到收集器50中。将废料部分引向方框60，并主要包含非常细微的颗粒以及未被分离器圆盘收集的大颗粒。将该废料排出。

操作者通过数据输入在阶段或方框20中设定分级器10，以控制分级器圆盘和旋风分离器空气，以将设定的粒度“x”分离出，如方框40、50所示。如果分级器设定到所需的目标最小粒度D5，在方框50中收集该粉末。如果该收集粉末具有最大颗粒或微粒粒度，之前或随后将其再次通过该分级器，进入方框20的数据是最大粒度。从方框40中收集粉末。因此，通过用分级器10对粒度进行最小切削和最大切削，制备该新型的超细霞石正长岩粉末。方法A也公开于图5中，其中Minex 4是引入进料斗或方框12用于分级器10A、10B的第一轮次的原料。Minex 4具有控制在约60微米的最大粒度。然而，也预期了具有约40微米的最大粒度的可替代的预处理的霞石正长岩粉末初始原料(Minex 7)。Minex 4和Minex 7并未定义为“超细”霞石正长岩粉末，其是具有小于约20微米的粉末。近来已经发现了“超细”霞石正长岩粉末的基本优点，并在现有技术中是已知的，特别是在将该超细霞石正长岩粉末用作涂料或膜中的填料时。

图1和5所述的方法A的操作用于制备具有多种如图6中的新样品(5)-(11)中所提出的目标粒度的超细霞石正长岩粉末。该目标粒度导致图6的表中记录的实际粒度分布。方法A是发现可用于实施本发明的工艺类型的第一种优选实施方式，该发明涉及具有受控最小粒度D5且在本发明的实际实施方式中具有受控的最大粒度D99的超细霞石正长岩粉末。现在参照图6中所述的目标样品(5)-(11)的实际粒度分布，有11种不同粉末样品，如样品(1)-(11)确定。方法A处理的第一种四个样品(1)-(4)粉末具有目标最大粒度D99，但没有受控最小粒度D5。能够用方法A中所用的分级器制备样品(1)-(4)，但其不构成在本发明定义内的粉末。这些相关样品(即样品(1)-(4))具有记录在图6中且显示于图8中的曲线中的粒度分布。本发明的粉末是通过所述的干法制备的。

如本说明书中所示，该新型超细霞石正长岩粉末的最宽范围是对最小粒度的控制以产生窄粒度分布。本发明的第二方面是控制最大粒度。图6的样品(5)-(8)是新型超细霞石正长岩粉末的实施方式。该样品的最小粒度设定为2微米，产生的分布小于约12微米(例如实施例5)。然而，该样品具有设定在表6中且显示于图9的曲线中的实际分布。所有这些新型霞石正长岩粉末具有2微米的目标最小粒度D5。分级器10精确控制该最小粒度，但在仅将该粉末任意逐渐降低到如样品(1)-(4)的0值D1中则较不精确。样品(5)-(11)已经经过方法A的处理，以具有最大受控粒度D95或D99，这是本发明的第二方面。对样品的最高和最低粒度的控制导致控制了本发明的窄粒度分布。样品(5)具有15微米的目标最大粒度。其他样品(6)-(8)具有2微米的受控最小粒度和分别为10、6和4微米的受控最大粒度D95或D99。这些样品显示于图9的曲线中。依照本发明的优选实施方式，将最小粒度控制在4～7微米的通常范围内，如图6的样品(9)-(11)中设定的那样。然而，在本发明下该最小粒度在2～7微米范围内。本发明的这些优选实施方式样品(9)-(11)具有约15微米的受控最大粒径并具有如表6的表格和图10的图表中所示的实际粒度分布。总的来讲，该分级器10能够用于仅控制该霞石正长岩粉末的最大粒度，如样品(1)-(4)中所示；然而，依照本发明，分级器10用于方法A中以制备其中控制最小粒度以得到窄粒度分布的超细霞石正长岩粉末，该最小尺寸控制是本发明的重要方面。这种控制该霞石正长岩粉末的最小粒度的新概念与控制该霞石正长岩粉末的最大粒度相结合，如样品(5)-(11)中所示。样品具有目标粒度和图6中提供且在图9和10的粒度分布曲线中所述的实际粒度分布。

在图7的表中显示了本发明的另一方面，其图示了图6的表中确定的样品(1)-(8)的目标粒度。本发明包括控制该霞石正长岩粉末的最小粒度的新概念。如果通过管线14来自料斗12的进料原料具有非常小的受控最大粒度，例如15微米，即Minex 10，那么通过仅用方法A的分级器确定该最小粒度的目标，就能够实现窄粒度分布。使用该程序制备样品(12)-(15)，如图7中所示。控制该最大粒度，但其仅是该进料原料的受控最大粒度。因此，分级器10用于仅控制这些样品中的最小粒度。之前已经描述了图7中所示的其他样品。

总的来讲，图1和5中图示的方法A已经开发用于制备本发明的新型超细霞石正长岩粉末，其中控制最小粒度以产生具有受控最小粒度以形成窄粒度分布的超细霞石正长岩粉末(小于约20微米的粉末)。此外，作为本发明的第二方面，也控制最大粒度(D95或D99)以降低商品原料的粒度，并由此调节并建立超细霞石正长岩粉末的窄粒度分布。在可以由进料的预处理原料建立的最大粒度D99和由方法A的分级器10制备的最小受控粒度之间的窄分布小于12微米。

能够操作方法A以通过进行图2和3中提出的步骤来制备该新型超细霞石正长岩粉末。使用图2中所示的方法A来制备图6和7中公开的样品(5)-(11)。具有大于约30或40微米的最大颗粒或微粒粒度的商品等级霞石正长岩粉末作为原料引入料斗10中，如方框100所示。由于这种可以是Minex 4或Minex 7的原料具有相对大的受控最大粒度，因此首先将其通过分级器10，如方框102所示，以控制最小粒度。然后，将其通过分级器10，以控制最大粒度，如方框104所示。该程序制备如方框110所示的粉末。这两个分级阶段通常是可逆的。如果该新型超细霞石正长岩粉末需要15微米的受控最大粒度，那么能够使用商品的预处理粉末Minex 10作为商品原料，如图3中的方框112所示。该原料具有所需的最大粒度，且仅将其通过设定以取出较小颗粒的该分级器。如图3的方框114所似乎建立最小粒度。该程序制备样品(12)-(15)，如关于图6和7所述的那样。用进料商品原料(即Minex 10)的固有组大粒度控制该最大粒度。该原料本身具有所需要的约15微米的受控最大粒度。现在回到图4中公开的可替代方法，使用分级器10仅通过去除给定值以上的粒度来制备超细的霞石正长岩粉末。这种粉末并不导致本发明所需要的具有受控最小粒度的超细霞石正长岩粉末的产生。在本发明中并不对全部粉末进行控制。公开了图2～4，因为其呈现了方法的多种操作以制备超细霞石正长岩粉末。如果需要仅除去低于最小值的粒度，那么用进料商品原料的最大颗粒或微粒粒度确定该最大受控粒度。因此，Minex 4或Minex 7不能用作这种方法的商品原料。在该方法中，该商品原料必须具有最终粉末所寻求的最大粒度。这在图3中所示出。

为了显示本发明的性质，将图6和7中公开的霞石正长岩粉末配置在透明丙烯酸粉末涂料中。这是用于确定本发明的粉末的粒度对光泽度或透明度的影响。关于光泽度降低和透明度，具有4的最小粒度和15的最大粒度(4×15)或6的最小粒度和15的最大粒度(6×15)的粉末性能最好，代表了用于降低透明丙烯酸粉末涂料的光泽度同时保持好的透明度的新型且新颖的方法。以前，形成填料的粉末必须与例如蜡的材料相结合以降低光泽度。这样损失了性能。用受控的粒度分布将光泽度降低多达50％同时保持透明度的能力，如在本发明中的那样，导致开启了霞石正长岩粉末的新应用领域。为了抵消在丙烯酸粉末涂料中降低光泽度同时保持透明度的效果，将多种具有本发明的新特征的粉末与丙烯酸粉末涂料中的其他填料进行比较。将本发明的粉末与Minex 10和Minex 12得到的数值进行比较。Minex 10和Minex 12都是“超细”霞石正长岩粉末，但其对最小粒度都没有控制。在该测试程序中，将具有多种填料的涂料喷涂到冷轧钢上。制备具有1.5-2.0密耳的目标最终厚度的涂层的钢板。将该具有多种涂料的板各自在204℃焙烧10分钟。通过使用黑色和白色板测定对比率，将其涂覆并用Macbth Coloreye 3000测试。对比率是对在黑色和白色上测定的反射系数的差值的度量。将该测定值用作透明涂层中的混浊度的度量。在透明粉末涂料配方中测试新型且新颖的粒度的霞石正长岩产品。如前所述的中等粒度粉末给出了透明度和光泽度的优秀结果。如此处所述，较低的光泽度在透明涂料中是有利的，因为其通常必须使用例如蜡的添加剂来降低光泽度。这是重要的开发，因为保持透明度同时降低光泽度是透明粉末涂料的重要前进步骤。图11和12中显示并在图8中已经描述了这些对比的结果。总的来讲，该新霞石正长岩粉末保持优秀的透明度，同时光泽度从无填料系统降低多达50％。发现这些样品在用作填料时，与没有受控最大粒度的粉末相比有了实质的改进，例如图6和7中所示的样品2和3。这些组合物示于图11和12的图中。因此，具有大于2微米的受控最小颗粒或微粒粒度的超细霞石正长岩粉末在降低光泽度的同时保持透明度，这是透明粉末涂料中的重大改进。将具有小于约20微米的最大粒度的霞石正长岩粉末确定为“超细的”。因此，具有大于2微米的受控最小粒度的“超细的”霞石正长岩粉末是具有其值小于约20微米的受控最大粒度的霞石正长岩粉末。

研磨和分级方法(图13-24)

本发明的超细霞石正长岩粉末包括对已经由预处理的商品粉末转化的原料的最小粒度和最大粒度的控制。如前所述，制备这种新粉末的优选方法包括使用对向空气喷射磨机(opposed air jet mill)，其随后是分级器或以干式模式操作的磨碎机，其随后是空气分级器。该干式磨机将进料的预处理霞石正长岩粉末原料磨碎成具有降低的最大粒度的粉末。这是磨机的标准操作，然而，依照本发明，用于降低该最大粒度的磨机用于制备其最大粒度是小于约20微米的值的粉末。因此，所得到的双处理霞石正长岩粉末是“超细的”。将这种随后研磨的预处理粉末原料转化为具有受控最大粒度的中间粉末。然后将该中间粉末通过空气分级器以得到目标最小粒度，以使所得到的粉末是新的，且是具有受控最大粒度和受控最小粒度的超细霞石正长岩。该方法产生了窄的粒度分布。这种双重工艺产生了具有新粉末的有利改进特征的粉末。在调查以制备新霞石正长岩粉末的技术中，第一种优选的实施方式是图1和5中所公开的分级方法A。已经发现本发明的优选实施方式包括使用研磨机干式磨碎具有基本大于20微米且小于100微米的受控粒度的预处理的霞石正长岩粉末原料。

本发明的第二种优选实施方式或实践方式是图13中公开的方法B。方法B包括使用具有约60微米的受控最大粒度的工业级75预处理霞石正长岩原料，如图21A和图21B的表中所公开的那样。该原料的最大粒径D99约为60微米，以制备该霞石正长岩粉末的受控粒度。工业等级75没有受控最小粒度，但该原料的D1粒度接近于0。方法B包括使用来自Hosokawa Alpine并作为AFG Model 400销售的喷射磨机。该对向空气喷射磨机202是用于实施本发明的第二种优选磨机，并显示为用于图13中所示的方法B的磨机。这种磨机示意性地示于Zampini的5,423,490和Konetzka的6,543,710中，通过参考将其引入此处。该流化床对向喷射磨机(fluidized bed opposed jet mill)使用空气喷射磨机磨碎该原料。随着压缩空气离开内喷嘴，其被加速到非常高的速度。在膨胀中，压缩空气中包含的能量转化为动能。离开一个或多个Laval喷嘴的空气速度超过声速。该空气是研磨气体。作为空气喷射的颗粒间碰撞的结果，来自流化床的气体和粉末被粉碎，特别是在对向喷射交叉的区域。该流化床对向喷射磨机具有动态偏转轮分级器，因此，该颗粒的细度是轮子速度的函数。对于喷射喷嘴设计，参见Zampini的5,423,490。用设定到在所示的实施方式中为15微米的目标最大粒度的磨机202磨碎该原料。该对向喷射磨机公开在附图13A中，并将磨碎的霞石正长岩粉末通过管线202a引向空气分级器204，在优选实施方式中，其是Alpine Model 200ATP。随着分级器空气流动通过旋转的分级轮，原料进入该分级器。该轮子将细粒取出并用空气将其传送出该分级器。用分级器轮将粗材料排出并离开用于具有受控最小粒度的较低的卸料阀。该空气分级器经设定以除去具有小于该目标最小粒度的粒度的颗粒。收集通过管线204a的产品，如方框或收集器210所示。方法B主要开发用于制备确定为图6中所示的样品(5)-(11)的新型超细霞石正长岩粉末。在图13中所示的方法B的代表性应用中，制备5×15样品(10)。然而，方法B还可用于体积的其他实施例，以及事实上，用于制备图6和7中提出的本发明的其他样品。具有受控最大粒度和最小粒度的任何粉末样品只要是该样品，就是“超细的”和窄粒度分布的。

对向空气喷射磨机执行图13中方框202的干式磨碎功能。该装置在图13A中示意性地示作对向空气喷射器220。磨机220接收来自方框或供给装置200的预处理霞石正长岩原料，并将该原料引入料斗222中。该原料具有之前给予该商品原料粉末的最大粒度。该最大粒度在20～150微米的通常范围内。该商品原料通过进料斗或漏斗222进入磨机220，然后用来自压缩空气或气体供给装置226的入口压缩空气或气体224将其输送到该磨机中。为了磨碎进料原料，将压缩的磨碎空气通过连接到压缩磨碎空气源232的入口230引入该磨机中。依照这种类型的在市场上可获得的磨碎机，如已经描述的那样，有其中将原料经过高速空气喷射的研磨腔240。该腔具有可更换的衬里242和研磨空气歧管或再循环空气腔244。来自原料的具有降低的粒度的磨碎颗粒引向旋涡溢流管262周围的出口260。该磨碎颗粒P的尺寸从进料原料FS大大降低。用腔240内的对向空气射流进行整流或磨碎。在磨机220的一种使用中，从出口260离开的颗粒具有所需的最大粒度，即目标D99尺寸。在磨机220的另一种使用中，有设定在最大粒度的分级器以及离开出口260的磨碎粉末较大，但随后分级到所需的最大粒度。在方法B中所用的设备中，磨机220具有可变速度的内分级器轮，对其调节以分离出小于所需目标粒度的粒度。该分离的颗粒通过重力经过管线202a离开到收集器202b中。在本发明的所示实施方式中显示的管线202a中的颗粒具有15微米的最大粒度。而是从出口260进入分级器270的具有较大粒度的颗粒进过管线272被引回到在漏斗或料斗222处具有进料原料FS的研磨腔中。来自该分级器轮的粉末进入管线202a，并沉积在收集腔202b中。该粉末具有受控的最大粒度。然后将其包装并引入空气分级器204中，如虚线202c所示。该对向空气喷射磨机是用于实施在图13中所示的方法B中所用的优选干式磨机。将参照附图20～24详细描述使用方法B的试验实施例。然而，在图13中所示的方法B的实施方式的公开内容之前，该方法的通常变型是图14中所示的方法C。

方法C使用具有小于约45微米的最大收集粒度的预处理商品原料。该原料在市场上可作为Minex 7获自尤尼明公司(Unimin Corporation)。来自供给装置300的原料通过供给管线302引入干式磨机304中。该磨机能够是在封闭回路中的磨损垂直搅拌干式磨机，或优选图13中所示的本发明第二优选实施方式中所用的对向控制喷射磨机。因此，方法C是一般型式，使用制备具有符合选定最大目标粒度的最大粒度的粉末的干式磨机304。将该中间粉末转移到管线306。通常与空气分级器相结合并具有粗颗粒的该干式磨机返回，如管线304a示意性地所示。作为替代方式，磨机304磨碎该原料，并将其引导输出到内分级器，然后到管线306。无论方法C的干式研磨步骤304如何，该干式磨机和/或空气分级器的输出是管线306中的中间粉末，将该中间粉末引向空气分级器308，其除去小于目标最小粒度的粒度。在所示的实施方式中，该D5目标是5微米。从空气分级器308中将所需的超细霞石正长岩粉末通过管线308a引入收集器310中。该产品被证实为具有15微米的目标最大粒度D99和5微米的目标最小粒度D5的5×15粉末。事实上，工艺C是图13中所示的优选实施方式的一般型式，然而其也包括辅助工艺操作。Minex 12具有约6微米的最大粒度。来自空气分级器308的细霞石正长岩粉末通过管线308b被引入设定以取出大于5～6微米的最大粒度的颗粒的空气分级器322中。因此，分级器322主要将来自管线308b的材料引入收集器320中，用于随后用作Minex 12。

开发用于制备本发明的新型超细霞石正长岩粉末的第一和第二优选方法是方法A和B中所用的工艺的类型，后一种一般地公开为方法C。为了完整性，该研究和开发项目还发明了用于制备该新型超细霞石正长岩粉末的可替代方法。这些可替代方法构成了霞石正长岩工业的霞石正长岩粉末领域的另外进展。图15中公开了一种替代方式。方法D使用预处理的商品霞石正长岩粉末原料，例如具有约45微米的受控最大粒度。来自供给装置330的商品原料通过管线332被传送到第一空气分级器340中，其依照在从原料中分离出具有示为15微米的目标值的最大粒度中的一些标准实践操作。空气分级器的该操作产生了中间产品，通过管线342将其输送到第二空气分级器350中。空气分级器350是第二分级阶段并除去具有小于示为5微米的目标最小粒度的粒度的颗粒。通过使用方法D的两级空气分级器概念，将所需的新型超细霞石正长岩粉末经过管线362引向收集器360。通过使用该双级或两级空气分级器方法，制备了所需的新型霞石正长岩粉末，并沉积在收集器360中。在实践中，该空气分级器340、350是Alpine Model 200ATP。另一种适合的分级器示于Saverse的4,551,241和英国4,885,832中。通过参考将这些专利引入此处。将来自管线342的中间粉末引入第二空气分级器350的给料入口空气流管线中。因此，来自该第一级空气分级器340的中间粉末移动到第二级空气分级器350中。该中间粉末被引入分级器350的分级腔中，在其中较轻的小颗粒向上浮动进入可变速度的分级器轮中，并被丢弃掉。该粗材料向下落入收集鼓筒或收集器360中。因此，收集器360中的产品是具有目标最大粒度和目标最小粒度的产品，导致本发明的开发项目的其他方面示意性地示于图15中。方法D如图所示改变以进行方法D’。在该改进程序中，用第二级空气分级器350a替换第二级空气分级器350，其被设定到不同的目标最小粒度D5。这种设定为4微米和所公开的6微米。方法D的另一种改变被描述为方法D”。在该可替代方法中，将两个单独的分级器370、380串联操作以逐渐提高最终沉积在收集器360中的该新型粉末的最小粒度。方法D、D’和D”都是用于制备新霞石正长岩粉末的多级分级器方法，如迄今为止描述且在图6和7中一般性提出的那样。图13和14中描述的方法B现在是优选用于制备图6和7中示出且特别描述为图18中的样品(20)和(21)的类型的具有目标最小粒度和目标最大粒度的样品。为了解释如方法A、B和C中所示对该最大粒度进行“控制”，图18的样品(20)和(21)具有切削到特定最大粒度的上限粒度。对样品(20)-(21)的最大粒度的这种控制示为管线280和282。

图7的表中列出的粉末样品(12)-(15)已经描述为能够仅除去小于目标最小粒度D5的颗粒制备的粉末；然而，在实际中，这些粉末事实上也是通过控制最大粒度的方法制备的。换言之，前述样品(12)-(15)，确定为仅控制最小粒度，优选是由对最小粒度和最大粒度的控制制备的。样品(12)-(15)能够通过切削最高和最低粒度或通过以超细商品粉末为原料且仅切削最低粒度而制备。后一种方法显示为图17中的样品(16)-(19)。总的来讲，通过以具有约15微米的受控最大粒度的预处理的商品超细霞石正长岩粉末(例如Minex 10)为原料来制备具有受控最小粒度的超细霞石正长岩粉末是在本发明的最宽范围内。这通常公开于图7中，并特别呈现于图17中。为了完整本说明书，通过仅控制最小粒度而实施本发明工艺的方法公开为图16中的方法E。该进一步的方法包括使用特定的已经是“超细的”且具有在13～18微米范围内的受控最小粒度的商品霞石正长岩原料。将具有15～20微米的受控最大粒度的Minex 10由供给装置370通过管线372引入分级器380中。分级器380设定以除去较小的颗粒，以控制该粉末的最小粒度。将这种粉末通过管线382引入收集器390中。因此，在该特定的可替代方法中，仅用去除所有粒度小于x微米的颗粒的分机器处理超细霞石正长岩粉末。在图17中所示的样品中，该设定粒度为4、6或8微米。在该替代性方法的所示实施方式中，设定的粒度为5微米。这些新型霞石正长岩粉末的样品是由方法E制成的。如果该最大粒度需要控制颗粒，那么对这些样品使用方法A～D。在图19中的曲线中提出了特别的新型超细霞石正长岩粉末(4×15、5×15和6×15)的优选样品，分别构成了图6中的样品(9)-(11)。在这些曲线中，D50粒度小于10微米。这提供了较小的沉淀趋势和高透明度。

代表性运行(图20-24)

在控制超细霞石正长岩粉末(具有小于20微米的“受控的”最大粒度的粉末)的最小粒度的新概念的开发过程中，开发并且已经描述了几种新方法。本发明的优选实施方式使用图13中所公开的方法B。该方法的代表性试验运行用于制备具有15微米的目标最大粒度D99和5微米的目标最小粒度D5的霞石正长岩粉末。所得到的粉末的希望粒度分布曲线被记录在图20的表中。在该代表性运行中使用图21中所示的方法P来制备具有5微米的受控最小粒度和15微米的受控最大粒度的超细霞石正长岩粉末。该原料是具有60～100微米的受控最大粒度的预处理的工业级75霞石正长岩粉末。该原料没有受控最小粒度。来自方法P的供给装置400的商品原料的粒度分布示于图21A中，并且公开在图21B的表中。将该预处理原料通过管线402引入具有内分级器的AFG Model 400流化床对向喷射磨机中，如方框410所示。将来自该喷射磨机的粉末通过管线412引向Alpine Turboplex ATP Model 200空气分级器320。从该空气分级器中将所需的产品通过管线422传送并且沉积在收集器430中。在使用图21中所述的设备的方法P的代表性运行中，该目标最小粒度D5为x微米，其是该空气分机器420的设定值。受控最大粒度D99是y微米，其是方法P的喷射磨机410的输出值。在该运行中，x等于5微米，y等于15微米。具有内分级器的Alpine AFG Model 400喷射磨机制备了具有小于15微米的粒度的霞石正长岩。然后，用Turboplex空气分级器420除去具有小于5微米的粒度的颗粒。将该原料手动添加到K-Tron定容螺杆进料机中，其将该原料通过双平板阀输送到图13A中所示的磨机的磨碎腔中。用位于该磨碎腔的侧面上的三个对向喷射喷嘴进行磨碎。所述三个对向喷射的喷嘴使用压缩空气(可变压力)将颗粒加速到焦点。空气的垂直流动将该磨碎的颗粒在气流中运送到图13A中也公开的可变速度的内分级器轮中。该分级器轮将粗颗粒或未磨碎的颗粒排出并返回到所述流化床中继续磨碎。非常小足以被该分级器加速的颗粒被空气运送到图13A中所示的收集器202b中。将这些颗粒通过双平板阀从该灰尘收集器中排出。通过使用图22中设定的参数改变磨碎空气压力、新尺寸的床高度和分级器速度，来控制所述测试运行的粒度和容量。通过将该材料手动添加到K-Tron的料斗中，将管线412中的中间粉末引入空气分机器420中。该进料器将该中间粉末通过旋转空气锁传送到原料入口气流管线中。从该气流管线中，将来自该Model 400AFG喷射磨机的中间粉末传送到分级器420的分级腔中。随着该中间材料或粉末接近该分级器，二级上升空气(GF气流)将该材料分配以提高该分级器的效率。较轻的细颗粒向上漂浮到分级器轮。粗材料或粉末配方到收集转鼓或收集器430中。将非常小足以通过该可变速度分级轮的颗粒丢弃掉。使用激光衍射(laser defraction)(Beckman-CoulterLS 230)测定粒度分布(PSD)，使用异丙醇作为代表性的试验运行，将预处理的霞石正长岩粉末原料降低为用于随后被分级器420空气分级的-15微米中间材料或粉末。图22～24中公开了该试验运行的分级器阶段的参数和结果。

在该代表性的试验运行中，具有约240磅/小时的进料速率的Model 400AFG喷射磨机的参数与列于图22的表410a中的粒度分布一起列表。该操作在管线412中提供了具有图22A的图和图22B的表中所示的粒度或分布的中间霞石正长岩粉末。用使用图22的表410a中列出的参数的研磨机和内分级器处理过的中间材料引入空气分级器中，所述分级器被设定到图23的表中所列出的参数。在这些参数下操作，该200ATP空气分级器420制备了记录在图23的表420a中且具有在图23A和图23B的表中所示的曲线或图形所示的粒度分布。该代表性试验运行的最终产品具有14.15微米的受控最大粒度D99，其中98.7％的粉末具有小于15微米的粒度。本发明包括对最小粒度的控制，其中最小粒度D4为5.78微米的，并且约0.5％的颗粒具有小于5微米的粒度。该代表性的试验运行制备了具有约5微米的受控最小粒度和约15微米的受控最大粒度以及具有图24的产品说明的新型超细霞石正长岩粉末。使用相同的方法制备此处描述和公开的新型霞石正长岩粉末的其他样品。

在与使用方法P相关的本申请的附图中提出了代表性试验运行；然而，对使用串联空气分级器(尤其是Alpine Model 200ATP)也进行了研究和开发。其在控制该超细霞石正长岩粉末的最小粒度中被证明是成功的。对最小粒度的这种控制在霞石正长岩粉末领域中是独特的。无论该新粉末是否具有新颖性，但在图13和21的方法的开发和使用中具有实质性的技术进展。该方法本身是具有创造性的，因为将其以不为霞石正长岩粉末领域所知的方式结合并用于控制霞石正长岩粉末的最小粒度以及最大粒度。

能够将在几种方法中的工业步骤或操作相结合并改进来制备所述新型超细霞石正长岩粉末。这些组合是具有新颖性和创造性的。并且不打算将本发明所公开的实施方式或所述新型霞石正长岩粉末的特别实施例限定于实际的实施例或样品，而且，所述的本发明包括人们一旦阅读和理解了该几种发明的详细描述就会作出的这种改进和变化。此外，本发明包括了使用权利要求中所限定的所述新型“超细”霞石正长岩粉末的涂料。