用于制備自分散性顏料的方法
【專利說明】用于制備自分散性顏料的方法
【背景技術(shù)】
[0001] 本公開涉及用于制備自分散性顏料的方法，具體地涉及自分散性無機(jī)顆粒，并且 具體地涉及二氧化鈦顏料，以及其在裝飾紙和由此類紙材制成的紙層合體中的用途。
[0002] 紙層合體通常是本領(lǐng)域所熟知的，其適用于多種用途，包括桌面、工作臺(tái)面、壁板、 地板表面等。紙層合體具有如此廣泛的用途，是因?yàn)榭捎盟鼈冎瞥蓸O其耐用的物品，還可將 它們制成與多種包括木材、石材、大理石和磚材的構(gòu)造材料（在外觀和紋理方面）類似的材 料，并且可在它們上面裝飾圖像和顏色。
[0003] 通常，紙層合體由裝飾紙制成，方法是將紙材用多種樹脂浸漬，再將一種或多種類 型的層合紙的若干層組裝在一起，并在樹脂轉(zhuǎn)化成固化狀態(tài)時(shí)將組件固定成一體的芯結(jié) 構(gòu)。所使用的樹脂和層合紙的類型以及最終組件的組成通常由層合體的最終用途決定。
[0004] 裝飾性紙層合體可通過在一體的芯結(jié)構(gòu)中使用裝飾的紙層作為可見紙層而制得。 芯結(jié)構(gòu)的其余部分通常包括各種支撐紙層，并且可包括介于裝飾層與支撐層之間的一個(gè)或 多個(gè)高度不透明的中間層，使得支撐層的外觀不會(huì)不利地影響裝飾層的外觀。
[0005] 紙層合體可通過低壓層合方法和高壓層合方法兩種方法生產(chǎn)。
[0006] 裝飾紙通常包含填料（諸如二氧化鈦）以增加紙材的白度和不透明度。通常，通 過濕端添加將這些填料摻入纖維紙幅中。
[0007] 常常在裝飾紙制備過程中遇到以下情況，其中顏料與配料組分如濕強(qiáng)度樹脂和/ 或紙材纖維以不利于形成紙張基體的這種方式相互作用。這種負(fù)面相互作用可表現(xiàn)為紙材 拉伸強(qiáng)度（濕或干）的損失、或最終片材的斑點(diǎn)紋狀外觀、或差的不透明度。因此存在對(duì)于 自分散性顏料的需要，所述自分散性顏料表現(xiàn)出與造紙配料中組分的改善的相容性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 在第一方面，本公開提供一種用于制備自分散性顏料的方法，所述自分散性顏料 具有至少約8的等電點(diǎn)，所述方法包括：
[0009] (a)添加雙官能化合物和酸性鋁鹽以形成水溶液，其中所述雙官能化合物包含：
[0010] i.錨固基團(tuán)，所述錨固基團(tuán)將所述雙官能化合物連接到所述顏料表面，和
[0011] ii堿性胺基團(tuán)，所述堿性胺基團(tuán)包括伯胺、仲胺或叔胺；
[0012] (b)將堿添加到來自步驟（a)的混合物中，由此pH上升到約4至約9,以形成渾濁 的溶液；以及
[0013] (C)將來自步驟（b)的混合物添加到無機(jī)顆粒的漿液中，由此水合氧化鋁和雙官 能化合物沉積在所述顏料表面上。
[0014] 所謂"自分散性顏料"是指具有當(dāng)顏料ζ電勢(shì)變成保持顏料顆粒分離，即分散于 水相中的主要力時(shí)所獲得的屬性的顏料。當(dāng)在低剪切條件下懸浮于含水介質(zhì)中時(shí)，這種力 可足夠強(qiáng)以分離弱凝聚的顏料顆粒。因此ζ電勢(shì)根據(jù)溶液PH和離子強(qiáng)度而變化，理想地， 顏料顆粒保持足夠的提供排斥力的相同電荷，從而保持顆粒分離和懸浮。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 在本公開中，將"包含/包括"解釋為明確說明存在提及的所述特征、整數(shù)、步驟、 或組分，但是不排除一種或多種特征、整數(shù)、步驟、或組分、或其組的存在或添加。另外，術(shù)語(yǔ) "包含/包括"旨在包括由術(shù)語(yǔ)"基本上由...組成"和"由...組成"涵蓋的示例。相似地， 術(shù)語(yǔ)"基本上由...組成"旨在包括由術(shù)語(yǔ)"由...組成"涵蓋的示例。
[0016] 在本公開中，當(dāng)數(shù)量、濃度、或其它值或參數(shù)以范圍、典型范圍、或者典型上限值和 典型下限值的列表形式給出時(shí)，它應(yīng)被理解為具體地公開由任何范圍上限或典型值和任何 范圍下限或典型值中的任何一對(duì)所構(gòu)成的所有范圍，而不管所述范圍是否被單獨(dú)地公開。 凡在本文中給出某一數(shù)值范圍之處，該范圍都意在包括其端點(diǎn)，以及位于該范圍內(nèi)的所有 整數(shù)和分?jǐn)?shù)，除非另行指出。當(dāng)定義一個(gè)范圍時(shí)，不旨在將本公開的范圍限定于所列舉的具 體數(shù)值。
[0017] 在本公開中，除非內(nèi)容清楚地另外表明，單數(shù)和單數(shù)形式的術(shù)語(yǔ)例如"一個(gè)"、"一 種"和"所述"包括復(fù)數(shù)形式。因此，例如，提及"Ti02顆粒"、"所述TiO 2顆粒"或"一個(gè)TiO 2顆粒"還包括多個(gè)TiO2顆粒。
[0018] 無機(jī)顆粒:
[0019] 無機(jī)顆粒通常為無機(jī)金屬氧化物或混合金屬氧化物顏料顆粒，更典型地可為顏料 或納米顆粒的二氧化鈦顆粒，其中無機(jī)顆粒，典型地?zé)o機(jī)金屬氧化物或混合金屬氧化物顆 粒，更典型地二氧化鈦顆粒提供在裝飾紙配料中的增強(qiáng)的相容性。所謂"無機(jī)顆粒"是指分 散遍及整個(gè)最終產(chǎn)品諸如裝飾紙成分并賦予其顏色和不透明度的無機(jī)顆粒物質(zhì)。無機(jī)顆 粒的一些示例包括但不限于 ZnO、Ti02、SrTi03、BaS04、PbC03、BaTi0 3、Ce203、A1203、CaCOjP Zr02〇
[0020] 二氣化鈦顏料:
[0021] 可用于本公開的二氧化鈦（TiO2)顏料可為金紅石或銳鈦礦結(jié)晶的形式，其中金紅 石形式是典型的。其通常通過氯化物方法或硫酸鹽方法來制備。在氯化物方法中，11(：14被 氧化成TiO2顆粒。在硫酸鹽方法中，將硫酸和含鈦的礦石溶解，然后所得的溶液經(jīng)過一系列 步驟產(chǎn)生TiO2。硫酸鹽和氯化物方法兩者均更詳細(xì)地描述于John Wiley&Sons，NY于1988 年出版的"The Pigment Handbook"第2版第1卷中，其相關(guān)的教導(dǎo)內(nèi)容出于所有目的以引 用方式并入本文，如同其完全在此闡述。
[0022] 所謂"顏料"是指二氧化鈦顆粒具有小于約1微米的平均尺寸。典型地，所述顆粒 具有約0. 020至約0. 95微米，更典型地，約0. 050至約0. 75微米，并且最典型地約0. 075 至約0. 50微米的平均尺寸。另外，典型的是比重在約3. 5至約6g/cc范圍內(nèi)的顏料。
[0023] 可將未經(jīng)處理的二氧化鈦顏料進(jìn)行表面處理。所謂"經(jīng)表面處理的"是指二氧化鈦 顏料顆粒已與本文所述的化合物接觸，其中所述化合物被吸收在二氧化鈦顆粒的表面上， 或者所述化合物中的至少一種與所述二氧化鈦顆粒的反應(yīng)產(chǎn)物在所述表面上作為被吸收 的物質(zhì)存在或化學(xué)鍵合到所述表面?；衔锘蚱浞磻?yīng)產(chǎn)物或它們的組合可作為處理物，具 體地涂層（單層或雙層，連續(xù)的或非連續(xù)的）存在于顏料的表面上。
[0024] 例如，二氧化鈦顆粒（通常為顏料顆粒）可承載一種或多種表面處理物。最外側(cè) 處理物可按照以下順序獲得：
[0025] (a)水解鋁化合物或堿性鋁酸鹽以沉積水合氧化鋁表面；以及
[0026] (b)添加雙官能化合物，所述雙官能化合物包含：
[0027] (i)錨固基團(tuán)，所述錨固基團(tuán)將所述雙官能化合物連接到所述顏料表面，和
[0028] (ii)堿性胺基團(tuán)，所述堿性胺基團(tuán)包括伯胺、仲胺或叔胺。
[0029] 鋁化合物或堿性鋁酸鹽在二氧化鈦顆粒的表面上，通常在最外表面上產(chǎn)生水合 氧化鋁處理物，并且基于經(jīng)處理的二氧化鈦顆粒的總重量計(jì)，其以至少約3%，更典型約 4. 5%至約7%的氧化鋁的量存在。一些合適的鋁化合物和堿性鋁酸鹽包括硫酸鋁水合物、 氯化鋁水合物或硝酸鋁水合物，以及堿金屬鋁酸鹽，還更典型地鋁酸鈉或鋁酸鉀。
[0030] 雙官能化合物包含錨固基團(tuán)和堿性胺基團(tuán)，所述錨固基團(tuán)將所述雙官能化合物連 接到所述顏料表面，典型地最外表面，所述堿性胺基團(tuán)包括伯胺、仲胺或叔胺。錨固基團(tuán)可 為羧酸官能團(tuán)，其包括乙酸酯或其鹽；二羧酸基團(tuán)，其包括丙二酸酯、琥珀酸酯、戊二酸酯、 己二酸酯或它們的鹽；含氧陰離子官能團(tuán)，其包括磷酸根、膦酸根、硫酸根、或磺酸根；或二 酮，諸如C3取代的2,4-戊二酮或取代的3-酮丁酰胺衍生物。雙官能化合物以基于經(jīng)處理 的顏料的重量計(jì)小于10重量％，更典型地基于經(jīng)處理的顏料的重量計(jì)約〇. 4%至約3%的 量存在。
[0031] 堿性胺基團(tuán)上的取代基選自氫、烷基、環(huán)烷基、烯基、環(huán)烯基、烯烴、亞烷基、或亞環(huán) 烷基，更典型地短鏈烷基（包括甲基、乙基、或丙基），還更典型地氨合物。
[0032] 雙官能化合物可包括α-ω氨基酸，諸如β-丙氨酸、γ-氨基丁酸、和ε-氨基 己酸；α -氨基酸，諸如賴氨酸、精氨酸、天冬氨酸或它們的鹽。
[0033] 作為另外一種選擇，雙官能化合物包括具有以下結(jié)構(gòu)的氨基丙二酸酯衍生物：
[0034]
[0035] 其中X為將所述錨固基團(tuán)化學(xué)連接到所述堿性胺基團(tuán)的連接基團(tuán)；
[0036] R'和R"各自獨(dú)立地選自氫、烷基、環(huán)烷基、烷基-芳基、烯基、環(huán)烯基、烯烴、亞烷 基、