陽離子多金屬氧酸鹽涂覆的三水合氧化鋁分散劑的制作方法
【專利說明】陽離子多金屬氧酸鹽涂覆的H水合氧化鍋分散劑 發(fā)明領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及可用于紙、紙板W及涂料應(yīng)用的陽離子分散劑。 技術(shù)背景
[0002] S水合氧化侶（ATH)可W用作填料W生產(chǎn)用于紙和紙板的涂料。因?yàn)槎趸?鐵（Ti化）的相對高的成本，造紙廠常常用更便宜的顏料替代物諸如ATH、碳酸巧、高嶺± W及類似物替代或滲入二氧化鐵。增量劑可W減少或消除對更昂貴的白色二氧化鐵顏料 的需求。S水合氧化侶（A1(0H)3)代表典型的顏料和填料中的特殊例子。S水合氧化侶 (A1(0H)3)是化學(xué)活性的并且可W與聚合物反應(yīng)。=水合氧化侶比較軟，具有3莫氏硬度； 例如，W金紅石改性的二氧化鐵的莫氏硬度為6. 5。=水合氧化侶的折射指數(shù)比較低，為n =1. 57。
[0003] 造紙商必須能夠?qū){料從存儲區(qū)累送到紙供應(yīng)區(qū)或涂料配制區(qū)中。為了使ATH 漿料被認(rèn)為可用作增量劑顏料填料或用于研磨成Ti化漿料，總的顏料固體含量應(yīng)該大于 50wt. %。現(xiàn)有技術(shù)公開了用有機(jī)分散劑或表面活性劑穩(wěn)定的分散漿料；該些分散劑或表 面活性劑的大多數(shù)本質(zhì)上是陰離子，W便與在造紙行業(yè)中使用的陰離子涂料樹脂相容。然 而，存在現(xiàn)有技術(shù)的陽離子顏料漿料，其使用無機(jī)的聚氯化侶（PAC)作為分散劑，但是該些 常常隨著時(shí)間而顯現(xiàn)出不能接受的高粘性。此外，無機(jī)分散的聚氯化侶漿料的高溫加工條 件和隨后的熱老化導(dǎo)致在保持用于造紙廠的濕部中的其他填料時(shí)損失有效性。
[0004] 美國專利號2, 187, 050描述了侶鹽（例如，氯化侶），該侶鹽從溶液中沉淀并且被 添加到Ti化W影響表面涂層。中和過程賦予氧化侶沉淀物中性抑，并且可溶的負(fù)性反離子 (硫酸鹽或氯化物）在將該氧化侶沉淀物添加到Ti〇2漿料之前被洗掉。
[000引美國專利號4, 376, 655公開了包含ATH和高嶺±的水性二氧化鐵漿料。Ti化比氧 化侶的比率在1000:1與2000:1之間。ATH可W有效地是9 % -10 %的水性漿料或50 % -55 % 的干凝膠。優(yōu)選地，該干凝膠包含封留碳酸鹽。該程序無法生產(chǎn)陽離子分散顏料。
[0006] 美國專利號5, 171，631公開了二氧化鐵顏料ATH增量劑/間隔劑顏料組合物，其 包含按體積計(jì)70% -98%的二氧化鐵和按體積計(jì)2% -30%的ATH，其中該ATH具有與二氧 化鐵相似的中值粒度。通常，二氧化鐵的中值粒度為0.2微米至0.3微米。ATH與二氧化鐵 粒度相比具有±20%W內(nèi)的中值粒度。包含該顏料的涂料組合物的實(shí)例用二氧化鐵和ATH 來制備并且在水中W3. 23%的固體含量包含纖維素增稠劑、締合型增稠劑、丙二醇、非離子 型表面活性劑、中和劑、消泡劑、凝聚劑W及殺微生物劑。不同類型的ATH被描述并且用作 Ti〇2間隔劑的ATH具有負(fù)（陰離子）電荷，W便與基于陰離子樹脂的顏料相容。
[0007] 美國專利號5, 342, 485公開了在造紙業(yè)中具有改善的白度的ATH降低相對于單獨(dú) 使用Ti〇2的成本的用途。該專利討論了陰離子漿料中的W15% -30%的固體的ATH的用 途。
[0008] 美國專利號5, 824, 145公開了耐光的二氧化鐵漿料，其包含至少78%的二氧化鐵 顆粒和至少3%的氧化侶顆粒W及陰離子聚丙締酸類分散劑和具有約6. 0至9. 0的抑的添 加劑。
[0009] 美國專利號6, 387, 500公開了用于紙和紙板的涂料制劑，其包含具有增量劑顏料 的二氧化鐵顏料的水性漿料，該水性漿料包含ATH和鍛燒粘±^及包括丙締酸醋的分散 劑。該技術(shù)受限于與陰離子粘合劑組合的陰離子顏料分散體。
[0010] 美國專利號7, 452, 416公開了在Ti化漿料研磨期間通過階段式添加來添加的 聚氯化侶的用途。當(dāng)稀釋時(shí)，添加陽離子聚酷胺-環(huán)氧氯丙烷聚合物（PA巧濕強(qiáng)度樹脂 W使?jié){料穩(wěn)定。具有PAC的銳鐵礦Ti化研磨漿料不具有用于控制研磨抑和溫度的規(guī)格 (specification)。主要的穩(wěn)定化添加劑為昂貴的有機(jī)陽離子聚合物。
[0011] 美國專利號7, 906, 185公開用于表面處理帶負(fù)電荷的二氧化娃W改善噴墨吸收 性、增強(qiáng)光澤并且降低卷曲的陽離子勃姆石氧化侶。
[0012] 美國專利號7, 172, 651和7, 377, 975公開適合于在用于噴墨記錄介質(zhì)的涂料組合 物中使用的顏料。無機(jī)微粒（例如，=水合氧化侶）的表面在水性介質(zhì)中與水溶性多價(jià)金 屬鹽（例如，水合氯化侶）相互作用。被處理的顆粒表面具有賦予它們的"有效"的陽離子 表面電荷。該些參考文獻(xiàn)描述使用用于噴墨吸收性紙和涂料中的水合氯化侶（ACH)的顏料 表面處理。ACH為高度中性的、弱陽離子氧化侶，其與具有大于約50%的堿度（活性）的陰 離子膠乳相容。
[0013] 存在對在紙和紙板應(yīng)用中充分利用陽離子分散劑改性的顏料來降低實(shí)現(xiàn)滿意的 不透明度的成本的需求。對于用于在片材中增強(qiáng)的首程留著率（firstpassretention) 和不透明度的改善的陽離子著色漿料而言存在需求。還存在對在適當(dāng)?shù)恼扯认路€(wěn)定的與二 氧化鐵漿料相容的陽離子ATH漿料組合物的需求。本發(fā)明解決了該些需求和其他需求。
[0014] 發(fā)明簡述
[0015] 本發(fā)明描述了基于在氧化侶表面上形成穩(wěn)定的多金屬氧酸鹽（P0M)的新型組合 物，其提供新的陽離子顏料性質(zhì)，該陽離子顏料性質(zhì)照慣例不能超過堿性造紙的抑范圍。 該些新的組合物包含Keggin離子結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在存在穩(wěn)定化=水合氧化侶（ATH)顆粒的稀 釋條件下、在酸性和中性抑下是穩(wěn)定的。該些新的組合物和由此產(chǎn)生的分散的陽離子漿料 在多種多樣的有用的陽離子產(chǎn)品中得到應(yīng)用，包括（但不限于）；粘合劑、農(nóng)業(yè)制劑、殺微生 物劑、清潔產(chǎn)品、涂料、封裝制劑、膜、性能化學(xué)品、個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品、密封劑、紙W及油漆涂料。
[0016] 本發(fā)明的一個(gè)方面提供一種陽離子多金屬氧酸鹽涂覆的=水合氧化侶分散劑 (陽離子P0M分散劑），其包含W下的反應(yīng)產(chǎn)物：
[0017] a.具有約20%至約40%的堿度和約10wt.%至約17wt.%的Al20洽量的聚氯化 侶訊
[001 引b.晶狀S水合氧化侶（crystallinealuminatrihy化ate,ATH)顆粒；
[0019] 其中該陽離子POM分散劑具有《2. 5的pH。
[0020] 本發(fā)明的另一個(gè)方面提供一種制備陽離子多金屬氧酸鹽涂覆的=水合氧化侶 分散劑（陽離子P0M分散劑）的方法，該方法包括：使具有約20%至約40%的堿度和約 lOwt. %至約17wt. %的Al2〇3含量的聚氯化侶與晶狀S水合氧化侶（ATH)顆粒結(jié)合，其中 得到的陽離子P0M分散劑具有《2. 5的抑。
[0021] 本發(fā)明的還另一個(gè)方面提供一種陽離子漿料，其包含水、前述的陽離子P0M分散 劑W及無機(jī)顆粒，該無機(jī)顆粒為除作為陽離子P0M分散劑的一部分存在的晶狀S水合氧化 侶顆粒之外的、選自由=水合氧化侶顆粒、二氧化鐵及其混合物組成的組。
[0022] 例如，陽離子P0M分散劑可W與水結(jié)合W提供稀釋的P0M分散劑。然后稀釋的P0M 分散劑可W與額外量的S水合氧化侶顆粒結(jié)合W提供中間物ATH+漿料。中間物ATH+漿料 可W與額外量的水結(jié)合，W提供例如紙級的ATH+漿料或油漆級的ATH+漿料。ATH7Ti〇2漿 料可W通過使中間物ATH+漿料與二氧化鐵顆粒結(jié)合來獲得。稀釋的P0M分散劑還可W與 二氧化鐵顆粒結(jié)合W提供陽離子Ti化漿料。本發(fā)明的該些和其他的實(shí)施方式在圖2中被 概括并且在下文中更詳細(xì)地描述。
[002引在本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種中間物ATH+漿料，其包含：
[0024] a.稀釋的P0M分散劑，其包含
[002引 i.約5wt. %至約14wt. %的前述的陽離子P0M分散劑；
[0026]ii.約 86wt. %至約 95wt. %的水；
[0027]和
[0028]b.除作為陽離子P0M分散劑的一部分存在的晶狀S水合氧化侶顆粒之外的晶狀 =水合氧化侶（ATH)顆粒；
[0029] 其中，該中間物ATH+漿料具有約2與約6. 8之間的抑并且具有約74wt. %至約 84wt. %的總ATH固體含量。
[0030] 本發(fā)明的還另一個(gè)方面提供一種中間物ATH+漿料，其包含：
[0031] a)稀釋的P0M分散劑，其包含 [00礎(chǔ)i.陽離子P0M分散劑；
[003引 ii.足W在該稀釋的P0M分散劑中提供約Iwt. %至約lOwt. %的總ATH固體含量 的量的水；
[0034] b)除作為陽離子P0M分散劑的一部分存在的晶狀S水合氧化侶顆粒之外的晶狀 =水合氧化侶（ATH)顆粒；
[003引其中，該中間物ATH+漿料具有約2與約6. 8之間的抑并且具有約74wt. %至約 84wt. %的總ATH固體含量。
[0036] 在另一個(gè)方面中，本發(fā)明提供一種紙級ATH+漿料，其包含：
[0037] a.中間物ATH+漿料，其包含 [003引i.稀釋的P0M分散劑，其包含；
[0039] 1.前述的陽離子P0M分散劑；
[0040] 2.足W在該稀釋的P0M分散劑中提供約3wt. %至約6wt. %的總ATH固體含量的 量的水；
[0041] ii.除作為陽離子P0M分散劑的一部分存在的晶狀S水合氧化侶顆粒之外的晶狀 =水合氧化侶顆粒（ATH);
[004引其中，該中間物ATH+漿料具有約2與約6. 8之間的抑并且具有約74wt. %至約 84wt. %的總ATH固體含量；和
[004引 b.足W使中間物ATH+漿料稀釋成約70wt. %至約72wt. %的總ATH固體含量的量 的水。
[0044] 此外，由本發(fā)明提供的是一種油漆級ATH+漿料，其包含：
[004引 a.中間物ATH+漿料，其包含；
[004引 i.稀釋的POM分散劑，其包含；
[0047] 1.前述的陽離子P0M分散劑訊
[004引 2.足W在該稀釋的P0M分散劑中提供約Iwt. %至4wt. %的總ATH固體含量的量 的水；
[0049] ii.除作為陽離子P0M分散劑的一部分存在的晶狀S水合氧化侶顆粒之外的晶狀 =水合氧化侶顆粒（ATH);
[0050] 其中，該中間物ATH+漿料具有約2與約6. 8之間的抑并且中間物ATH+漿料的總 ATH固體含量為從約74wt. %至約84wt. % ;和
[0051] b.足W使中間物ATH+漿料稀釋成在油漆級ATH+漿料中的約70wt. %至約72wt. % 的總ATH固體含量的量的水。
[0052] 水性紙?jiān)弦餐ㄟ^本發(fā)明來配料，水性紙?jiān)习?、紙漿、二氧化鐵顆粒、=水 合氧化侶顆粒（除作為陽離子P0M分散劑的一部分存在的ATH顆粒之外）化及前述的陽離 子P0M分散劑的漿料。例如，水性紙?jiān)峡蒞包含紙漿、二氧化鐵顆粒W及前述的紙級ATH+ 漿料的水性漿料。
[0053] 本發(fā)明的還又一個(gè)方面提供一種陽離子Ti〇2漿料，其包含水、二氧化鐵顆粒W及 前述的陽離子P0M分散劑。
[0054] 此外，本發(fā)明提供一種涂料組合物，其包含至少一種陽離子樹脂或非離子樹脂和 前述的陽離子Ti化漿料。
[0055] 本發(fā)明的另一個(gè)方面提供一種油漆，其包含至少一種樹脂（例如，陽離子樹脂和/ 或非離子樹脂）、二氧化鐵顆粒W及上面提到的油漆級ATH+漿料。
[0056] 附圖簡述
[0057] 圖1是示出如在實(shí)施例中更詳細(xì)地解釋的陽離子P0M分散劑濃度對Ti化漿料的 抑和粘度的影響的圖。
[0058] 圖2是概括根據(jù)本發(fā)明的多種漿料和其他組合物可W如何制備的流程圖。
[0059] 圖3示出了兩性聚合物和陰離子聚合物對含有陽離子P0M分散劑的阻燃紙的影 響。
[0060] 圖4不出了含有陽離子P0M分散劑的