由矿物或岩石材料形成的具有受控的粒度分布的阻热膜用粉末的制作方法

专利名称：由矿物或岩石材料形成的具有受控的粒度分布的阻热膜用粉末的制作方法
由矿物或岩石材料形成的具有受控的粒度分布的阻热膜用
粉末相关申请的交叉引用本申请要求2008年4月17日提交的美国临时申请系列号61/124,498 (UMEE 2 00099P⑴)的优先权，这里将其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细晶粒霞石正长岩粉末，更具体 地，特别涉及被设计用于阻热膜(thermal film)的具有受控粒度的新型超细霞石正长岩粉 末。使用该新型超细霞石正长岩粉末的阻热膜构成了本发明的另一方面。虽然本发明优选的实施方式是霞石正长岩粉末，但本发明还可用于设计其它阻 热膜中使用的矿物或岩石材料的粒度分布(particle size distribution, PSD)。这样的具有 新型的选定的PSD的粉末还可用于其它膜或涂料的应用。不考虑矿物天然存在的材料设 计的PSD的宽泛的定义，本说明书将集中于使用霞石正长岩的优选的实施方式，所述的 霞石正长岩是岩石组合物或材料。霞石正长岩粉末的背景康涅狄格外丨新迦南的尤尼明公司(Unimin Corporation of New Canaan, Connecticut)是矿物原料霞石正长岩的主要来源，霞石正长岩是由几种矿物形成的天然存 在的岩石，且仅在世界上有限区域内的沉积物中发现。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，然后将该颗粒化的霞石正长岩转化为可用的细晶粒粉 末的技术。因此，本发明所针对的技术领域是霞石正长岩工业和将作为矿物的霞石正长 岩转化为商品粉末的可用形式的技术。在约2001年，尤尼明公司在大量研究和开发之 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生产的 最小霞石正长岩粉末。该超细粉末具有基本上大于20微米的最大颗粒或晶粒粒度D99。 然而，分级为“超细”的霞石正长岩粉末，是因为其具有小于约20微米的最大粒度。 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。大约在这个时候，尤尼 明公司发明了具有约20微米的最大粒度和小于1-2微米的最小粒度的霞石正长岩粉末， 其是通过去除非常小的颗粒或微粉得到的。开发这种粉末用作防粘连剂(anti-blocking agent),并且以商标MINBLOC HC 1400销售。MINBLOC HC1400的粒度分布为在D95和 D5粒度之间超过15微米，如

图14和图15所示。这样的防粘连剂和其它被命名为“超 细”并仅具有受控的最大粒度的霞石正长岩粉末是与本发明的超细粉末最接近的现有技 术的霞石正长岩粉末。使用本发明的阻热膜本发明的新型的霞石正长岩粉末具有被开发使之成为优良的阻热膜用填料的 性质。这样的膜用在用于栽培植物(例如作物和树)的室或温室的透光天篷(light transmitting canopy)中。温室具有包括阻热膜的天篷。光辐射通过包括阻热膜的温室天 篷，从而光温暖了温室内部并促进了植物生命吸收太阳光线。太阳辐射穿过包括阻热膜 的天篷，所述的阻热膜达到所述的膜具有透明度的程度。光和热的量取决于膜的透射比 (transmittance) 晚上，温室内的温度随着经过阻热膜而透射回去的能量的量而下降。温度大幅的下降可造成植物遭受某种生理损伤。因而，将阻热膜用于天篷，目的是在白天 允许来自太阳的能量透射到温室中，然后在晚上(即太阳不加热温室时)使脱离温室的热 能的量降低。白天期间，来自太阳的电磁辐射透过所述阻热膜。太阳能量的组成是可见光、 较小量的紫外和近红外辐射。晚上期间，温室的内部辐射中红外范围内的热量。这种辐 射是黑体辐射，并且对于室温或稍冷的物体，发生在7-14微米附近的峰值。本发明正是 要捕获这种7-14微米的中红外辐射来避免温室热量的损失。本发明在温室外部温度低于 温室内部温度的期间(尤其是在夜晚期间)保存了能量。结果发现，霞石正长岩粉末用 作这种阻热膜用的填料是非常有利的。其价廉且具有高的可见光透射比。本发明利用了 霞石正长岩粉末的已知优点，同时显著降低了通过覆膜辐射回去的热能的量。热能的损 失以膜的传热性(thermicity)进行测定。使用红外光谱(FTIR)可以测定透过所述的膜的 在7-14微米范围内的红外光部分(％)，其被称为“传热性(thermicity) ”。因而，向上 透过阻热膜的热量损失被定义为“传热性(thermicity)”，其定义了当由红外辐射引起的 热量损失被返回到温室中时保持在温室中的热能的量。本说明书中的“热量损失”是由 于电磁辐射而非其他不重要的机理(例如传导性热传递)引起的损失。本发明集中于新型的超细粉末，其保持了霞石正长岩粉末的包括低成本及其游 离二氧化硅特性在内的优点，这种新型的超细粉末具有“特制的(tailored)”粒度曲线 (particle size profile)，这使得所述的膜保持了高的透射比或透明度并显著降低了传热性。 霞石正长岩具有得到具有高透射度或可见光透射的阻热膜的优点。看起来这种特性是源 自所述的膜与霞石正长岩之间折射率的良好的匹配。这是霞石正长岩的性质。所述粒度 不影响透明度。但是，粒度确实影响传热性。因而，本发明利用了这个发现。当然， 霞石正长岩还具有不含有任何游离二氧化硅的商业优势。本发明是超细粉末，优选为霞 石正长岩超细粉末，其具有“特制的”粒度分布，其中所述的粒度大致在将被散射回温 室中的红外辐射的波长范围之内。这个构思基于米氏理论(Mie theory)，该理论提出当颗 粒具有与辐射相同的尺寸时，颗粒会散射电磁辐射(光)。定义霞石正长岩是粉末状的岩石，其由铝硅酸钠钾形式的细晶粒二氧化硅缺乏的硅 酸盐构成。此处所用的最大晶粒度是定义为D99或D95的目标值，此处所用的最小晶粒 度是定义为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”晶粒或颗粒粒度与目标水平相关。 这是小粉末工业中的通常用法。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。基本不含水指以水分的重量计小于1.0%，优选重量百分比 小于约0.8%。发明综述本发明涉及阻热膜用填料，该填料具有受控的最小粒度D5，且是具有受控最大 粒度D95的“超细”霞石正长岩粉末。当将其加工在涂料或膜中时，对霞石正长岩粉末 的最大尺寸颗粒的控制用于实质降低该填料的磨损性质。对最小尺寸颗粒的精确控制用 于降低该膜的光泽度，改善透明度并减少发黄。本发明的霞石正长岩粉末显示了低的光 泽度或无光光洁度(matte finish)和对加工或应用设备较低的磨损。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。当应用于阻热膜时，本发明的新型粉末的主要目 的是在具备优良的透明度的同时降低传热性。本发明的新型霞石正长岩粉末具有在最大受控晶粒度D95和最小受控晶粒度D5 之间变窄的尺寸。该范围为10-12微米。因而，由于该窄的粒度分布以及该粒度与选 定的红外光的中区波长(mid-range wave length)部分的匹配，本发明的超细霞石正长岩粉 末的晶粒度分布赋予了该阻热膜以非常独特的性质。事实上，本发明所述的新型超细霞 石正长岩粉末具有约15微米的受控的最大晶粒度D95和约4-7微米的受控的最小晶粒度 D5。这实质上是比任何现有技术大的受控尺寸。受控的最大晶粒度和受控的最小晶粒度 之间的晶粒度分布通常小于约12微米。该窄范围的晶粒度分布赋予了使用本发明的新型 超细霞石正长岩粉末作为填料的阻热膜以独特和均勻的物理性质。根据本发明的一个方面，所述的超细霞石正长岩粉末不仅包括受控的最小晶粒 度，还包括精确受控的最大晶粒度。通过控制所述的“超细”霞石正长岩粉末的晶粒度 的上限和下限，获得了前面所述的窄的受控的粒度分布范围。本发明的另一个方面是如 下事实所述的具有4-7微米的最小受控晶粒度和/或小于20微米的受控最大晶粒度的 新型超细霞石正长岩粉末是由预加工过的霞石正长岩粉末生产的，所述预加工过的霞石 正长岩粉末具有小于约150微米的最大晶粒度且事实上在20-150微米范围内。因而，本 发明涉及将预先加工过的霞石正长岩粉末加工成优选的20-150微米的最大晶粒度，但更 优选为约100微米。根据本发明，提供了一种新型的超细霞石正长岩粉末，其是由经过预加工的具 有小于约150微米的最大晶粒度D99的霞石正长岩粉末原料生产得到的。本发明的新型 的超细霞石正长岩粉末具有重量百分比小于1.0%的水分含量，并且优选重量百分比小于 0.8%的水分含量。根据本发明，这个粒度分布范围D5到D95小于约10-12微米。因 此，颗粒的分布是在一个非常窄的范围内，这使得使用这种新型的超细霞石正长岩粉末 的膜具有一致和非常明确的物理特性。根据本发明的另一个方面，本发明的新型超细霞石正长岩粉末由包括经过预加 工的霞石正长岩粉末的原料制备，所述的原料通过空气分级机(airclassifier)进行加工。 事实上，该新型超细霞石正长岩粉末由多个步骤形成，一个包括空气分级，另一个包括 一系列的空气分级机，再一个包括磨机(mill)和空气分级机，顺序组成连续的工序。根 据本发明的一个方面，在用于生产该新型超细霞石正长岩粉末的一个方法中使用的磨机 为采用对撞式空气喷射(opposed air jets)的空气喷射型磨机。当一系列的空气分级机应用 于用于生产该新型的超细霞石正长岩粉末的方法时，一个空气分级机阶段去除上限的晶 粒度，另一个空气分级机阶段去除下限的晶粒度，从而制得了具有在受控的最大值和受 控的最小值之间的非常窄的颗粒范围的霞石正长岩粉末。该新型超细霞石正长岩粉末被以连续的步骤进行生产，通过所述的步骤，预加 工过的霞石正长岩粉末原料经过一系列的空气分级机阶段或分批处理法，其中，所述的 霞石正长岩粉末原料经过在对撞式喷射磨机内研磨，然后进行内部和外部的分级。该预 加工过的霞石正长岩粉末可以是具有小于约100微米的最大粒度的类型的粉末。根据本发明另一个的主要方面，提供一种包括超细霞石正长岩粉末的阻热膜， 所述的超细霞石正长岩粉末具有约15微米的受控最大晶粒度D95和约4-7微米范围内并优选为约5微米的受控最小晶粒度D5。构成本发明的该方面的阻热膜中的超细霞石正长 岩粉末填料以该涂料或膜重量的5-25%的装填系数(loadingfactor)加到该膜中。霞石正长岩是天然存在的岩石，其由Na长石、K长石和霞石(NaAlSiO4)的混合 物构成。其具有低水平的游离二氧化硅。该材料可以被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，还可应用于其它具有显著低的游离二氧化硅的正长岩 材料。霞石正长岩的一般描述适用于对本发明的理解，并且用于限定构成用于实施本发 明的优选材料的霞石正长岩岩石的形成。本发明包括独特的“超细”霞石正长岩粉末、 这种粉末作为阻热膜用填料的应用以及使用这种新型粉末的阻热膜。用于制备该粉末的 优选的材料是霞石正长岩，特别是具有20-150微米范围内的最大粒度的商业的霞石正长 岩粉末。本发明的主要方面是提供一种基本上不含有二氧化硅的超细粉末，其由具有约 15微米的受控最大晶粒度D95、约4-7微米的受控最小晶粒度D5以及在约8_10微米的 一般范围内的D50晶粒度的天然存在的矿物物质形成。该新型粉末具有小于1.0%重量的 水分含量，并且该新型粉末的PSD曲线的最大众数(mode)为7-14微米之间。作为本发 明的一个特点，D95和D5之间的粒度分布在10-12微米范围内。因而，该粉末具有受控 的非常窄的粒度分布。PSD曲线非常窄。通过描绘粒度分布曲线，以根据本发明限定的 超细粉末制备的阻热膜具有改善的传热性，传热性是在由于辐射而具有最大热量损失的
7-14微米范围内测定的。该新型粉末是“超细的”，从而实质上增加了使用该粉末作为 填料的膜的透射比，进而允许大量的热能通过所述的膜进入。但是，由该新型粉末所赋 予的低的传热性阻止了大量热能通过该阻热膜消散到外部。众所周知，来自于太阳的入 射能量在近红外范围内，而从温室内部泄漏的热量则在中红外范围内。根据本发明实际的实施，具有产生上面限定的物理特性的颗粒曲线(particle profile)的粉末是超细霞石正长岩粉末。因而，在新型粉末中获得了霞石正长岩的包括其 低成本和高透射比在内的优点。粉末的“超细”特性和粉末为霞石正长岩的事实为阻热 膜用填料提供了实质上的先进性。通过降低传热性并缩小受控最大粒度和“受控”最小 粒度之间的颗粒范围，特制的粒度曲线增加了这些优点。该窄的粒度跨距或范围提供了 改善的对于所述膜的性质的控制。根据本发明的另一个方面，提供了一种具有由上面所限定的新型超细粉末构成 的填料的阻热膜。根据本发明的该方面，所述的阻热膜选自由聚乙烯和乙烯乙酸乙烯酯 组成的组。该填料的装填量为所述膜重量的至少5%。根据本发明的一个方面，装填量 为所述膜重量的至少5 %，并优选在5-25 %的一般范围内。根据本发明的另一个方面，提供了一种超细霞石正长岩粉末，其由包括具有 20-100微米范围内的最大晶粒度D99的预加工过的霞石正长岩粉末的原料制得。该原料 经过预加工，并且可以或不可以仅是市场上销售的霞石正长岩粉末。从原料制得的该超 细霞石正长岩粉末具有小于1.0% (以重量计)水分含量、在4-7微米范围内的受控最小粒 度或晶粒度D5以及约15微米的受控最大粒度或晶粒度D95。平均晶粒度或粒度D50在
8-10微米的范围内，并且该粉末的PSD曲线的最大节点(node)在7_14微米的范围内。本发明的另一个方面是提供一种如上面限定的超细霞石正长岩粉末，其中，起 始原料是商业的霞石正长岩粉末，例如商品Minbloc粉末。预加工过的霞石正长岩粉末被转换成包括去除高于给定的约为15微米的晶粒度D95以及低于选定量的晶粒度D5的 颗粒的粒度分布曲线，该选定量优选为5微米，但在4-7微米范围内。实践中，经过研 磨的霞石正长岩原料具有15微米的中值粒度D50和100微米的最大粒度D99。选定的原 料通常具有大部分的在7-14微米范围内的颗粒。根据本发明的一个方面，预加工过的原 料具有大于20微米并小于约100-150微米的D99粒度。根据本发明的一个宽泛的方面，提供了一种由折射率(RI)约为1.4-1.6的天然 存在的矿物或岩石材料形成的新型超细粉末。选择该折射率以制备通常对可见光透明的 膜。优选地，所述的折射率在1.46-1.57的范围内。当该粉末在膜中时，所述的具有这样 的折射率值的矿物或岩石材料被发现选自于包括硅石(包括经过研磨的天然硅石和硅藻 土硅石)、方晶石、长石、石英、霞石正长岩、高岭土、三水合氧化铝、滑石、硅镁土、 叶腊石、氢氧化钙、氢氧化镁和水滑石的组，但优选为由硅石(包括经过研磨的天然硅 石和硅藻土硅石)、方晶石、长石、石英、霞石正长岩、高岭土、滑石、硅镁土和叶腊石 所组成的组。该优选的分类已经如所公开的进行了加工。通过定义，“超细”粉末指具 有小于约20微米的最大粒度的粉末，其中，所述的最大晶粒度是D99晶粒度。根据本发 明的该宽泛的方面，所述的超细粉末具有特制的以与红外光波长一致的粒度分布，并且 通常对可见光是透明的。根据本发明另一个宽泛的方面，提供一种由莫氏硬度(Mohshardness)至少为5 的矿物或岩石材料形成的新型超细粉末。如前面所述，“超细”粉末是具有小于约20微 米的最大粒度的粉末，其中，所述的最大晶粒度是D99粒度。根据本发明的这个方面， 该新型超细粉末具有特制的或“设计的”以与本发明公开内容限定的特定的PSD—致的 粒度分布。不管该粉末是以莫氏值限定还是以折射率限定，本发明的超细粉末均具有受 控的粒度分布，所述的粒度分布具有14-17微米范围内的最大粒度D99或优选为D95，以 及4-7微米范围内的最小粒度D5。已经发现，优选的材料是正长岩(syenitic)，例如霞 石正长岩。但是，当基于莫氏值选择所述的材料时，用作形成该新型超细粉末的原料的 矿物或岩石材料选自包括霞石正长岩、长石、硅石、石英、方晶石和鳞石英的组。任意的这些具有本发明所述的PSD的天然存在的矿物材料的使用，降低了阻热 膜的传热性，在所述的阻热膜中，这样的粉末用作填料。事实上，本发明是具有特定的 PSD的新型的粒度设计的超细粉末。根据本发明优选的限定，最大粒度D95为约14-17微米，且最小粒度D5为约5 微米。而且，D50粒度在约8-10微米的范围内。在本发明的该宽泛的方面的另一个方 面中，该超细粉末具有小于约0.20% (重量)的水分含量，并且优选为小于约0.1% (重 量)。事实上，在优选的实施中，该水分含量小于约0.08%的所述粉末的重量。这些构 思构成了本发明最宽泛的方面中的一个，本发明包括开采的天然存在的矿物或岩石材料 的使用，该天然存在材料被加工为具有设计的粒度分布，该粒度分布非常窄并且匹配红 外光谱的波长。根据本发明一个可选的实施方式，用于生产所述的具有选定的PSD的新型超细 粉末的天然存在的矿物或岩石材料是莫氏值为至少5的硬质材料。该矿物或岩石材料用 于实施本发明，并且选自包括霞石正长岩、长石、硅石、石英、方晶石和鳞石英的硬质 材料的组。
根据本发明优选的实施方式，由其形成超细粉末的天然存在的材料含有少量的 或不含游离二氧化硅；然而，在本发明一个更宽泛的方面中，基本上不含游离二氧化硅 的有利特点仅是对于本发明优选的实施方式的进一步限定。根据本发明的另一个方面，提供一种加工主要是要用于阻热膜的天然存在的矿 物或岩石的方法。制备所述新型粉末的优选的方法是包括如下步骤的方法提供经过研 磨的由具有约1.4-1.6的折射率的天然存在的矿物或岩石材料形成的原料，在对撞式空气 喷射磨机中研磨所述的原料，在磨机中使用分级机对研磨过的原料进行分级以使中间粉 末通过该磨机。该中间粉末具有约14-17微米的最大粒度。然后该中间粉末通过空气分 级机以除去粒度小于4-7微米的颗粒。这是生产阻热膜用超细粉末的优选方法。根据本发明的另一个方面，提供一种制备用于阻热膜中的超细粉末的可选方 法。该方法包括提供一种由具有约1.4-1.6的折射率的天然存在的矿物或岩石形成的原 料。该原料然后经过研磨，通过将该研磨过的原料通过第一空气分级机，以除去具有大 于14-17微米范围内的值的第一尺寸的颗粒，来制备中间粉末。此后，通过使该中间粉 末通过第二空气分级机，以除去具有小于4-7微米范围内的值的第二尺寸的颗粒。本方 法是被开发用于生产用于制备阻热膜的超细粉末的可选方法。已经发现本方法的起始原 料是选自包括硅石(包括经过研磨的天然硅石和硅藻土硅石)、方晶石、长石、石英、霞 石正长岩、高岭土、滑石、硅镁土和叶腊石的组中的材料。本发明的主要目的是提供一种具有产生特制的粒度曲线以改善阻热膜性质的超 细粉末。特制的曲线(tailoredprofile)包括受控的最大粒度、受控的最小粒度，以及具有 在约4微米和约15微米之间的这些粒度的范围。以这种方式，所述的粒度分布匹配选定 的红外辐射光谱的范围，该范围控制使用所述超细粉末的膜的传热性。所述的粉末优选 为霞石正长岩，并由预加工过的霞石正长岩粉末制得。但是，该粉末可以是正长岩材料 的粉末，其指由含有少量或不含二氧化硅的Na和K长石组成的材料。本发明的另一方面是提供一种由具有至少为5的莫氏硬度的矿物或岩石材料形 成的超细粉末，其中该粉末具有受控的或“设计的”粒度分布(PSD)，所述的粒度分布 具有在14-17微米范围内优选为D95的最大粒度和在4-7范围内的最小粒度D5。以这种 方式，主要的设计的粉末符合红外辐射光谱的选定的范围，该范围控制使用该超细粉末 作为填料的膜的传热性。该粉末由具有前述设计的粒度分布的矿物材料形成，该粒度分 布窄且匹配红外光性质。但是，进一步的目的是在各种膜和涂料中使用该超细粉末以降 低传热性或获得其它特定的性质(例如硬度)。用于本目的的优选的起始原料选自包括霞 石正长岩、长石、硅石、石英、方晶石和鳞石英的组中的材料。进一步地，本发明另一个目的是提供一种由具有1.4-1.6范围内(优选为在 1.46-1.57范围内)的折射率的矿物或岩石材料形成的超细粉末。该材料形成用于制备具 有本申请所限定的受控或“设计的”粒度的粉末的原料，该粒度具有在14-17微米的一 般范围内的最大值D99或D95以及在4-7微米的一般范围内的最小粒度D5。优选地， 不考虑用于制备所述超细粉末的原料的限定，最大粒度为约15微米，最小粒度为约5微 米。通过至少为5的莫氏值或者在1.4-1.6的一般范围内的折射率进行原料的选择不会 改变该新型粉末的最终特性，该最终特性包括在14-17微米范围内设计的最大晶粒度以 及在4-7微米的一般范围内的最小晶粒度。为提供一种其折射率是本发明的一部分的超细粉末，起始原料选自包括硅石(包括经过研磨的天然硅石和硅藻土硅石)、方晶石、长 石、石英、霞石正长岩、高岭土、三水合氧化铝、滑石、硅镁土、叶腊石、氢氧化钙、 氢氧化镁和水滑石的组。用于本目的的优选的起始原料选自包括硅石(包括经过研磨的 天然硅石和硅藻土硅石)、方晶石、长石、石英、霞石正长岩、高岭土、滑石、硅镁土和 叶腊石的组。这些原料已经如本申请所公开的进行了加工。根据本发明更进一步的目的，特制的粒度曲线具有“受控”的D95尺寸、“受 控”的D5尺寸和特定的D50尺寸，从而提供了具有在D5和D95粒度之间窄的跨度的粉末。根据本发明，提供一种使用具有特制的粒度曲线和前述其它特点的新型填料粉末。本发明的另一个方面是提供一种能允许更多的可见光透过使用该粉末作为填料 的阻热膜的超细霞石正长岩粉末。精细的粒度曲线和取代另一种矿物粉末而使用霞石正 长岩粉末的事实有助于增加透射比。因而，更多的可见光，特别是光合有效辐射(photo synthetically active radiation, PAR),穿过所述的阻热膜以促进光合作用。使用本发明的 超细霞石正长岩粉末的阻热膜可以进行更大量的装填，而不会损失太多的入射太阳能。 由于具有高的装填量，所述的阻热膜可以更少的花费进行制备，这是因为树脂的成本高 于该填料。该高填充阻热膜的传热性实质上低于具有其它填料的阻热膜。事实上，使用 的填料越多，传热性就越适宜。因此该新型粉末的第一个优点是较小的热量损失。第 二个优点是所述的膜可以更便宜地进行制备。总之，通过使用本发明的具有特制的粒度 参数的霞石正长岩粉末，所述的阻热膜可以装填20-25% (重量)的一般范围的高量，而 同时仍然保持高的透射比和低的传热性。正如所指出的那样，装填量为膜的重量的至少 5%。通过选择受控最大晶粒度和受控最小晶粒度，以符合在穿过使用所述的新型粉末作 为填料的膜的相反方向上传递热能的红外光的特定波长范围，获得了低的传热性特性。 新型粉末的粒度基本被“控制”在将被散射回温室的红外辐射的范围。这个性质利用了 前面所述的米氏理论。代表性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尺寸分布。例如，对于5-15微米的范围，通常使用
“5X15”的名称。此处使用的另一个名称是“Dn”，其中η是0-100之间的一些数值。 该值表示具有特定最大直径的颗粒的比例或百分位数。例如，在具有0-18微米的目标尺 寸的颗粒群中，例如，中值最大直径(D50)可以是2.5微米，该群中第99百分位的最大 直径(D99)可以是16微米，该群中第1百分位的最大直径(Dl)可以为0.1微米。根据本发明，发现了具有特定的尺寸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4X15系统、5X15系统和6X15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、降低的摩擦力、更低的吸油率或更高的装填量、更好的流变能力和更低的传热 性。下面列出的表1-3呈现了根据本发明的霞石正长岩颗粒系统的最初的实施方式的典型的、优选的和最优选的Dl、D50和D99尺寸特征值。所有的粒度都以微米记录。表1 4X 15实施方式的颗粒系统
权利要求
1.一种超细霞石正长岩粉末，其由包括具有大于20微米最大晶粒度D99的预加工 过的霞石正长岩粉末的原料制备，由所述原料制备的所述超细霞石正长岩粉末具有小于 1.0%重量的水分含量、在4-7微米范围内的受控最小晶粒度D5和约15微米的受控最大 晶粒度D95以及在约8-10微米范围内的平均晶粒度D50，并且所述粉末的PSD曲线的最 大节点在7至14微米之间。
2.根据权利要求1所限定的超细霞石正长岩粉末，其中所述的D5晶粒度为约5微米。
3.根据权利要求1所限定的超细霞石正长岩粉末，其中D5和D95之间的粒度范围为 约10-12微米。
4.根据权利要求1所限定的超细霞石正长岩粉末，其中所述的原料具有小于约 100-150微米的D99粒度。
5.根据权利要求4所限定的超细霞石正长岩粉末，其通过使用顺序操作的干式磨机和 空气分级机以连续的过程进行制备，其中，所述的分级机控制所述的最小晶粒度。
6.根据权利要求2所限定的超细霞石正长岩粉末，其通过使用顺序操作的干式磨机和 空气分级机以连续的过程进行制备，其中，所述的分级机控制所述的最小晶粒度。
7.根据权利要求1所限定的超细霞石正长岩粉末，其通过使用顺序操作的干式磨机和 空气分级机以连续的过程进行制备，其中，所述的分级机控制所述的最小晶粒度。
8.根据权利要求4所限定的超细霞石正长岩粉末，其通过使用干式磨机和第一及第二 分级机阶段进行制备，其中，所述的第一分级机阶段控制所述的最大晶粒度，所述的第 二分级机阶段控制所述的最小晶粒度。
9.根据权利要求2所限定的超细霞石正长岩粉末，其通过使用干式磨机和第一及第二 分级机阶段进行制备，其中，所述的第一分级机阶段控制所述的最大晶粒度，所述的第 二分级机阶段控制所述的最小晶粒度。
10.根据权利要求1所限定的超细霞石正长岩粉末，其通过使用干式磨机和第一及第 二分级机阶段进行制备，其中，所述的第一分级机阶段控制所述的最大晶粒度，所述的 第二分级机阶段控制所述的最小晶粒度。
11.根据权利要求2所限定的超细粉末，其中，所述的D99粒度在约15-17微米的范 围内。
12.根据权利要求1所限定的超细粉末，其中所述的D99粒度在约15-17微米的范围内。
13.—种基本不含二氧化硅的超细粉末，其由具有约15微米的受控最大晶粒度D95、 约4-7微米的受控最小晶粒度D5和在约8-10微米范围内的D50晶粒度的天然存在的矿 物物质形成，其中，所述粉末具有小于1.0%重量的水分含量，并且所述粉末的PSD曲线 的最大节点在7至14微米之间。
14.根据权利要求13所限定的超细粉末，其中，所述的物质是正长岩。
15.根据权利要求14所限定的超细粉末，其中，所述的物质是霞石正长岩。
16.根据权利要求13所限定的超细粉末，其中，所述的水分含量小于约0.4%重量。
17.根据权利要求15所限定的超细粉末，其中，所述的粉末通过从霞石正长岩粉末中 去除小于所述的D5晶粒度的颗粒进行制备，以控制所述的最小晶粒度。
18.根据权利要求11所限定的超细粉末，其中，所述的粉末通过从霞石正长岩粉末中 去除小于所述的D5晶粒度的颗粒进行制备，以控制所述的最小晶粒度。
19.根据权利要求15所限定的超细粉末，其中，所述的粉末通过从霞石正长岩粉末 中去除小于所述的D5晶粒度的颗粒，并通过从所述的霞石正长岩粉末中去除大于所述的 D95晶粒度的颗粒控制所述的最大晶粒度进行制备。
20.根据权利要求15所限定的超细粉末，其中，所述的D5晶粒度为约5微米。
21.根据权利要求13所限定的超细粉末，其中，所述的D5晶粒度为约5微米。
22.根据权利要求15所限定的超细粉末，其中，D5和D95之间的粒度范围为约10-12 微米。
23.根据权利要求13所限定的超细粉末，其中，D5和D95之间的粒度范围为约10-12 微米。
24.根据权利要求15所限定的超细粉末，其通过使用顺序操作的干式磨机和空气分级 机以连续的过程进行制备，其中，所述的分级机控制所述的最小晶粒度。
25.根据权利要求15所限定的超细粉末，其通过使用干式磨机和第一及第二分级机阶 段进行制备，其中，所述的第一分级机阶段控制所述的最大晶粒度，所述的第二分级机 阶段控制所述的最小晶粒度。
26.一种阻热膜，其使用根据权利要求20所限定的所述的超细粉末作为填料。
27.一种阻热膜，其使用根据权利要求21所限定的所述的超细粉末作为填料。
28.根据权利要求27所限定的阻热膜，其中，所述的粉末填料为所述的膜重量的至少5%。
29.一种阻热膜，其使用根据权利要求15所限定的所述的超细粉末作为填料。
30.根据权利要求29所限定的阻热膜，其中，所述的粉末填料为所述的膜重量的至少5%。
31.一种阻热膜，其使用根据权利要求13所限定的所述的超细粉末作为填料。
32.根据权利要求31所限定的阻热膜，其中，所述的粉末填料为所述的膜重量的至少5%。
33.一种阻热膜，其使用根据权利要求4所限定的所述的超细霞石正长岩粉末作为填料。
34.根据权利要求33所限定的阻热膜，其中，所述的粉末填料为所述的膜重量的至少5%。
35.一种阻热膜，其使用根据权利要求2所限定的所述的超细霞石正长岩粉末作为填料。
36.根据权利要求35所限定的阻热膜，其中，所述的粉末填料为所述的膜重量的至少5%。
37.一种阻热膜，其使用根据权利要求1所限定的所述的超细霞石正长岩粉末作为填料。
38.根据权利要求37所限定的阻热膜，其中，所述的粉末填料为所述的膜重量的至少5%。
39.—种超细霞石正长岩粉末，其具有在4-7微米范围内的受控最小晶粒度和约15微米的受控最大晶粒度。
40.根据权利要求39所限定的超细霞石正长岩粉末，其通过使用顺序操作的干式磨机 和空气分级机以连续的过程进行制备。
41.根据权利要求39所限定的超细霞石正长岩粉末，其中，所述的粉末具有通常符合 光谱中约7-14微米的红外光波长的粒度分布。
42.制备权利要求39所限定的超细霞石正长岩粉末的方法。
43.一种膜，其具有权利要求39所限定的用作填料的超细霞石正长岩粉末。
44.根据权利要求43所限定的膜，其中，所述的粉末以大于约5%重量的水平装填在 所述的膜中。
45.根据权利要求44所限定的膜，其中，所述的水平在5-20%重量的所述的装填范 围内。
46.根据权利要求39所限定的超细霞石正长岩粉末，其中，所述的最大晶粒度是D95 粒度。
47.根据权利要求39所限定的超细霞石正长岩粉末，其中，所述的最大晶粒度是D99粒度。
48.根据权利要求39所限定的超细霞石正长岩粉末，其中，所述的最小晶粒度是D5 粒度。
49.根据权利要求39所限定的超细霞石正长岩粉末，其中，所述的最小晶粒度是Dl粒度。
50.—种基本不含游离二氧化硅的超细粉末，其由具有约15微米的受控最大晶粒度 D95、约4-7微米的受控最小晶粒度D5和在约8_10微米范围内的晶D50粒度的天然存在 的矿物物质形成，其中，所述粉末具有小于1.0%重量的水分含量，其中所述粉末的PSD 曲线的最大节点在7至14微米之间，以及使用所述粉末的膜的传热性小于20%。
51.根据权利要求50所限定的超细粉末，其中，所述的物质是正长岩。
52.根据权利要求50所限定的超细粉末，其中，所述的物质是霞石正长岩。
53.根据权利要求50所限定的超细粉末，其中，所述的粉末通过从霞石正长岩粉末中 去除小于所述的D5晶粒度的颗粒进行制备以控制所述的最小晶粒度。
54.根据权利要求52所限定的超细霞石正长岩粉末，其中，所述的霞石正长岩粉末由 具有约15微米的D50粒度和约100微米的D99粒度的霞石正长岩原料进行制备。
55.根据权利要求54所限定的超细霞石正长岩粉末，其通过使用顺序操作的干式磨机 和空气分级机以连续的过程进行制备，其中，所述的分级机控制所述的最小晶粒度。
56.根据权利要求54所限定的超细霞石正长岩粉末，其通过使用干式磨机和第一及第 二分级机阶段进行制备，其中，所述的第一分级机阶段控制所述的最大晶粒度，所述的 第二分级机阶段控制所述的最小晶粒度。
57.根据权利要求52所限定的超细霞石正长岩粉末，其中，所述的霞石正长岩粉末由 具有小于约100微米的最大粒度D99的商品霞石正长岩原料进行制备。
58.—种阻热膜用粉末填料，所述的粉末基本不含游离二氧化硅，其由具有受控的粒 度的天然存在的矿物物质形成，借此所述的粉末是超细的，并具有小于约12微米的在D5 和D95之间的粒度跨度。
59.根据权利要求58所限定的填料，其中，所述的D95粒度为约15微米。
60.根据权利要求58所限定的填料，其中，所述的D5粒度在4-7微米的范围内。
61.根据权利要求58所限定的填料，其中，D5和D99之间的粒度跨度小于约12微米。
62.根据权利要求58所限定的填料，其中，Dl和D99之间的粒度跨度小于约12微米。
63.根据权利要求58所限定的填料，其中，所述的物质是正长岩。
64.根据权利要求58所限定的填料，其中，所述的物质是霞石正长岩。
65.一种由具有至少为5的莫氏硬度的天然存在的矿物或岩石材料形成的超细粉末， 所述的粉末具有在14-17微米的范围内的最大粒度和在4-7微米范围内的最小粒度D5的 受控的或“设计的”粒度分布。
66.根据权利要求65所限定的超细粉末，其中，所述的最大粒度是D95尺寸，且所述 最小粒度是D5尺寸。
67.根据权利要求65所限定的超细粉末，其中，所述的最大粒度是D99尺寸，且所述 最小粒度是D5尺寸。
68.根据权利要求65所限定的超细粉末，其中，所述的材料选自包括霞石正长岩、长 石、硅石、石英、方晶石和鳞石英的组中。
69.根据权利要求68所限定的超细粉末，其中，所述的最大粒度为约15微米，且所 述最小粒度为约5微米。
70.根据权利要求65所限定的超细粉末，其中，所述的最大粒度为约15微米，且所 述最小粒度为约5微米。
71.根据权利要求65所限定的超细粉末，其中，所述的材料是正长岩。
72.根据权利要求65所限定的超细粉末，其中，所述的材料是霞石正长岩。
73.根据权利要求72所限定的超细粉末，其中，D50粒度在约8-10微米的范围内。
74.根据权利要求70所限定的超细粉末，其中，D50粒度在约8-10微米的范围内。
75.根据权利要求65所限定的超细粉末，其中，D50粒度在约8-10微米的范围内。
76.根据权利要求75所限定的超细粉末，其中，所述粉末的水分含量小于所述粉末重 量的约0.20%。
77.根据权利要求75所限定的超细粉末，其中，所述粉末的水分含量小于所述粉末重 量的约0.10%。
78.根据权利要求75所限定的超细粉末，其中，所述粉末的水分含量在所述粉末重量 的0.04-0.10%的范围内。
79.根据权利要求78所限定的超细粉末，其中，所述的水分含量小于约1.0%。
80.根据权利要求65所限定的超细粉末，其中，所述粉末的水分含量小于约0.20%重量。
81.根据权利要求65所限定的超细粉末，其中，所述水分含量在所述粉末重量的 0.04-0.10%的范围内。
82.根据权利要求65所限定的超细粉末，其中，所述的水分含量小于约0.10%。
83.一种膜或涂料，其使用权利要求65所限定的超细粉末。
84.一种膜或涂料，其使用权利要求66所限定的超细粉末。
85.一种膜或涂料，其使用权利要求67所限定的超细粉末。
86.—种由具有约1.4-1.6的折射率的天然存在的矿物或岩石材料形成的超细粉末，所 述的粉末具有受控的或“设计的”粒度分布，所述粒度分布具有在14-17微米的范围内 的最大粒度和在4-7微米范围内的最小粒度D5。
87.根据权利要求86所限定的超细粉末，其中，所述的最大粒度是D95尺寸，且所述 最小粒度是D5尺寸。
88.根据权利要求86所限定的超细粉末，其中，所述的最大粒度是D99尺寸，且所述 最小粒度是D5尺寸。
89.根据权利要求86所限定的超细粉末，其中，所述的折射率在1.46-1.57的范围内。
90.根据权利要求89所限定的超细粉末，其中，所述的材料选自包括硅石(包括经过 研磨的天然硅藻土硅石和沉淀的硅石)、方晶石、长石、石英、霞石正长岩、高岭土、三 水合氧化铝、滑石、硅镁土、叶腊石、氢氧化钙、氢氧化镁和水滑石的组中。
91.根据权利要求90所限定的超细粉末，其中，最大粒度为约15微米，且所述的最 小粒度为约5微米。
92.根据权利要求86所限定的超细粉末，其中，最大粒度为约15微米，且所述的最 小粒度为约5微米。
93.根据权利要求90所限定的超细粉末，其中，所述粉末的水分含量在所述粉末重量 的0.04-0.10%的范围内。
94.根据权利要求86所限定的超细粉末，其中，所述粉末的水分含量在所述粉末重量 的0.04-0.10%的范围内。
95.一种阻热膜，其使用权利要求90所限定的粉末作为填料。
96.一种阻热膜，其使用权利要求86所限定的粉末作为填料。
97.一种制备超细粉末的方法，其包括(a)提供研磨过的原料，所述原料由具有约1.4-1.6的折射率的天然存在的矿物或岩 石材料形成；(b)在对撞式喷射磨机中研磨所述的原料；(c)在所述磨机中采用分级机对所述研磨过的原料进行分级，使中间粉末通过所述的 磨机，所述的中间粉末具有约14-17微米的最大粒度；(d)通过空气分级机对所述的中间粉末进行分级，以去除具有小于约4-7微米的粒度 的颗粒。
98.根据权利要求97所限定的方法，其中，所述的原料材料是选自包括硅石(包括经 过研磨的天然硅石和硅藻土硅石)、方晶石、长石、石英、霞石正长岩、高岭土、滑石、 硅镁土和叶腊石的组中的材料。
99.一种制备超细粉末的方法，其包括(a)提供研磨过的原料，所述原料由具有至少为5的莫氏硬度的天然存在的矿物或岩 石材料形成；(b)在对撞式喷射磨机中研磨所述的原料；(C)在所述磨机中采用分级机对所述研磨过的原料进行分级，使中间粉末通过所述的 磨机，所述的中间粉末具有约15微米的最大粒度；(d)通过空气分级机对所述的中间粉末进行分级，以去除具有小于约5微米的粒度的颗粒。
100.根据权利要求99所限定的方法，其中，所述的原料材料是选自包括霞石正长 岩、长石、硅石、石英、方晶石和鳞石英的组中的材料。
101.一种制备具有受控的粒度分布的超细粉末的方法，所述的方法包括(a)提供由具有约1.4-1.6的折射率的天然存在的矿物或岩石材料形成的原料；(b)研磨所述的原料；(C)通过将所述经研磨的原料通过第一空气分级机，以去除具有大于约14-17微米范 围的值的第一尺寸的颗粒，来制备中间粉末；(d)将所述中间粉末通过第二空气分级机，以去除具有小于约4-7微米范围的值的第 二尺寸的颗粒。
102.根据权利要求101所限定的方法，其中，所述的第一粒度为约15微米。
103.根据权利要求102所限定的方法，其中，所述的第二粒度为约5微米。
104.根据权利要求101所限定的方法，其中，所述的第二粒度为约5微米。
105.根据权利要求103所限定的方法，其中，所述的原料是选自包括硅石(包括经过 研磨的天然硅石和硅藻土硅石)、方晶石、长石、石英、霞石正长岩、高岭土、滑石、硅 镁土和叶腊石的组中的材料。
106.根据权利要求101所限定的方法，其中，所述的原料是选自包括硅石(包括经过 研磨的天然硅石和硅藻土硅石)、方晶石、长石、石英、霞石正长岩、高岭土、滑石、硅 镁土和叶腊石的组中的材料。
全文摘要
一种由天然矿物或岩石材料形成的并具有符合红外光谱的受控或“设计的(engineered)”粒度分布(PSD)的超细粉末，所述粒度分布符合红外光谱、具有测定作为D99或优选为D95的14-17微米范围内的最大粒度，以及4-7微米范围内的最小粒度D5。优选地，所述最大粒度为约15微米，最小粒度为约5微米，D50粒度为约8-10微米，所述粒度“设计的”粉末的水分含量小于粉末的约0.20重量百分比，优选为约0.05至0.08重量百分比。这种特别“设计”的超细粉末被用于将阻热膜(thermal film)的传热性(thermicity)降至小于约20％的值。
文档编号C09D11/00GK102015920SQ200880128663
公开日2011年4月13日 申请日期2008年9月25日 优先权日2008年4月17日
发明者伊布齐姆·阿纳齐尔, 克里斯蒂·卡尔, 戴维·D.·克拉格坦恩, 斯科特·范雷莫泰尔, 罗伯特·拉特克利夫, 路易斯·M.·施莱辛格 申请人:尤尼明公司