含三水合铝的浆料的制作方法

专利名称：含三水合铝的浆料的制作方法
背景技术：
本发明涉及包含三水合铝的含水高固体含量浆料以及包含二氧化钛浆料的上述浆料的混合物，该二氧化钛浆料用于纸、涂料和塑料应用中，尤其用于间接接触食品的纸中。
三水合铝(ATH)可用作制备用于纸和纸板的涂料的填料。由于二氧化钛(TiO2)的成本相对较高，造纸厂经常用廉价的颜料替代物如ATH、碳酸钙、高岭土等来替换或补充二氧化钛。该补充剂可减少或消除对更昂贵的白色二氧化钛颜料的需求。
通常，颜料和填料以含水浆料的形式引进到造纸的工序中。ATH的浆料是可商购的，但是它们一般含有美国食品和药品管理局(FDA)细则21C.F.R.176.170和21C.F.R.176.180规定的用于间接接触食品的纸中的不允许的有机化学品。尽管纸产品并非故意间接地用于食品，但是造纸商们一般不会将他们的食品和非食品使用的生产线分开。
对于纸和纸板应用中使用的浆料，造纸商必须能将浆料由仓库泵送到造纸设备中或涂覆处理区。高固体百分率的颜料浆料通过纸涂覆机干燥器有利于减少干燥能量和提高生产率。低粘度的高固体含量浆料也提高了通过涂覆机的流速，避免了最后涂覆的纸面上的涂料擦伤和条痕。为了ATH浆料适于用作体质颜料填料或与TiO2浆料混合，ATH颜料的固体含量应当高于50wt.％，优选67.5wt.％或更高。在如此高的固体含量，购得的ATH浆料对于间接使用或用作与TiO2浆料混合的浆料通常具有不可接受的高粘度。
美国专利4,376,655公开了包含ATH和高岭土的含水二氧化钛浆料。TiO2与氧化铝的比例为1000∶1-2000∶1。所用的ATH可以是9-10％的含水浆料或50-55％的干凝胶。优选地，干凝胶含有夹杂的碳酸盐。
美国专利5015334公开了一种可分散的硅胶物质，是一种粘土，包括Laponite商标的合成的锂蒙脱石粘土，其与阴离子有机聚合物结合在造纸上用作保留剂。
美国专利5171631公开了一种二氧化钛颜料/ATH补充剂/间隔颜料组合物，其含有70-98体积％的二氧化钛和2-30体积％的ATH，其中ATH具有与二氧化钛类似的中等粒径。一般二氧化钛的中等粒径为0.2-0.3微米。ATH与二氧化钛的粒径相比，具有±20％中等粒径。含有颜料的涂料组合物的实例由二氧化钛和ATH来制备，包含纤维素增稠剂、缔合性增稠剂、丙二醇、非离子型表面活性剂、中和剂、消泡剂、聚结剂和杀菌剂，在水中的固体含量为3.23％。
美国专利5342485公开了ATH在造纸上提高白度的用途，相对于单独使用TiO2降低了成本。该专利论述了ATH以15-30％的固体含量在浆料中的用途。
美国专利5571379公开了一种包含锂蒙脱石粘土、丙烯酸聚合物和其他的常用于纸或纸板制备中的添加剂的组合物，包括填料和颜料如TiO2。没有公开使用ATH或降低TiO2或ATH的含水浆料粘度的锂蒙脱石粘土。
美国专利5676748公开了一种用作为纸和纸板产品提供填料的含水浆料，包含1-30wt.％的粗颗粒(＞0.5微米)和细颗粒(＜0.2微米)的固体矿物颗粒，和阴离子丙烯酸分散剂和阳离子絮凝剂。但是，矿物浆料可以达到70-76％的固体含量，在例如造纸厂中使用时必须进行稀释。实施例限定为高岭土。
美国专利5824145公开了可保存照片的二氧化钛浆料，其包含至少78％的二氧化钛颗粒和至少3％的氧化铝颗粒以及分散剂，该分散剂可包括聚丙烯酸酯、醇胺、柠檬酸等，pH约6.0-9.0。
美国专利6387500公开了用于纸和纸板的涂料制剂，包含体质颜料与二氧化钛颜料的含水浆料，该制剂包括ATH和煅烧粘土，和分散剂，其包括丙烯酸酯。没有提到与合成的锂蒙脱石粘土结合来提高粘度和流变特性。
因此，仍然需要降低纸和纸板应用中不透度的成本。需要提供具有改善粘度和流变特性的ATH浆料。需要发现具有适合用于纸应用的粘度的适合的ATH浆料组合物，包括FDA允许和FDA不允许的组合物。也需要与二氧化钛浆料兼容的ATH浆料组合物，其在适合的粘度是稳定的，并且是FDA允许用于间接接触食品的。本发明满足上述需要。
发明概述本发明提供了三水合铝浆料，其包含(a)至少50重量％的分散的平均粒径至少0.5微米的三水合铝的浆料；(b)包含丙烯酸分散树脂和任选的柠檬酸的分散剂；(c)由合成的锂蒙脱石粘土组成的流变改性剂；(d)任选的调节pH的化合物；(e)杀菌剂；和(f)水。
本发明还提供了三水合铝/金红石二氧化钛浆料混合物，包含(a)至少50重量％的分散的平均粒径至少0.5微米的三水合铝的浆料；(b)包含丙烯酸分散树脂和任选的柠檬酸的分散剂；(c)由合成的锂蒙脱石粘土组成的流变改性剂；(d)任选的调节pH的化合物；(e)杀菌剂；和(f)水。优选地，浆料混合物包含75-50wt.％的TiO2和25-50wt.％的ATH。
本发明还提供了一种造纸的方法，包括混合纸浆和ATH/金红石TiO2浆料混合物，其中(a)至少50重量％的分散的平均粒径至少0.5微米的三水合铝的浆料；(b)包含丙烯酸分散树脂和任选的柠檬酸的分散剂；(c)由合成的锂蒙脱石粘土组成的流变改性剂；(d)任选的调节pH的化合物；(e)杀菌剂；和(f)水。
发明详述本发明提供了三水合铝浆料，该浆料特别用于涂料、纸和纸板应用中。上述浆料一般含有大于67％的ATH颜料固体，作为体质颜料(extender pigment)与TiO2浆料混合用于纸和涂料应用中。
令人惊奇地，加入合成的锂蒙脱石粘土并且通过以下特征为ATH浆料提供了较好的粘度和流变特性，以及提高了的储藏稳定性，(1)增强分散剂的效果降低ATH浆料的粘度；(2)提高内湿(wet-in)，也就是降低ATH固体颜料颗粒结合到含水浆料中所需的时间和(3)抑制了1微米和较大的ATH颗粒的低剪切沉降。
ATH浆料-组分用于本发明的ATH被称作颜料级的，其特征在于表面积为400-1100m2/g，优选约700m2/g。优选地，它具有至少0.5微米的平均粒径，可具有上限高达10微米的粒径。优选地，平均粒径为约0.50-2.0微米。
应该认识到，对于任意给定颗粒的ATH，颗粒的大小有一定范围，ATH可通过平均粒径和粒径的分布来表征。在加工适合的ATH的过程中，粒径的选择会影响整个浆料特性。例如，颗粒小于0.25微米造成粘性问题；而颗粒大于2.0微米可导致沉降问题。颜料级ATH是可商购的，例如Alcoa公司的商标产品Hydral710和Alcan公司的商标GenBrite700产品以及其他以固体销售的ATH产品，一般具有约1微米的粒径。
本发明的ATH浆料具有至少50重量％，最高约70重量％，优选约67-68重量％的ATH固体含量。
本发明ATH浆料的粘度以及商购产品的粘度可利用布鲁克菲尔德(Brookfield)测试仪或本领域已知的Tappi方法进行测量，在下文中进行更详细的描述。
在本发明ATH浆料的制备中所使用的水优选是去离子的。也就是，水要经过离子交换柱以除去可能影响浆料稳定性及其他特性的不必要的离子。优选地，利用ASTM方法D1125测量，金属离子含量应当提供小于0.05微米-欧姆-厘米电阻率的电阻。
本发明的ATH浆料通过包含丙烯酸分散树脂和柠檬酸的丙烯酸聚合物分散剂来稳定。适合的丙烯酸分散树脂的实例包括丙烯酸的聚合物，尤其是丙烯酸聚合物的盐，特别是聚丙烯酸钠树脂，它们是可以商购的。为了满足FDA的要求，该分散剂的分子量应当符合21C.F.R.176.170规定的FDA标准。另外，浆料中存在的分散剂的量可限定于符合FDA标准的具体值或数值范围。对于不同于FDA允许的应用，不必限制丙烯酸分散剂的量，分散剂可以任一达到最佳稳定效果所需的量使用。FDA允许的标准描述在21C.F.R.176.170和21C.F.R.176.180中，其在此处引入作为参考。
在本发明的组合物之前，不可能制备FDA允许，同时又具有适用于纸应用的粘度和流变特性的ATH浆料。除了选择丙烯酸分散树脂外，对于FDA允许的浆料，优选使用丙烯酸分散树脂和柠檬酸的组合，例如，聚丙烯酸钠和柠檬酸。令人惊奇地，柠檬酸的存在提高了颜料加入过程中ATH进入到浆料中的内湿，好像是与ATH共分散的，从而降低了浆料的粘度。当加入柠檬酸时，优选基于ATH的干重量以少于0.1wt％的量加入。本发明中使用的柠檬酸的范围是约0.05％至约0.5％。高于约0.5wt.％的柠檬酸导致浆料的快速沉降，从而在储藏容器中形成紧密而坚硬的底部(heel)。至少需要0.05wt％的柠檬酸来提高在分散过程中的干ATH的内湿率，但是约0.1wt％是优选的量。
本发明的ATH浆料组合物包括合成锂蒙脱石。合成锂蒙脱石具有通式2-其中w＝3-6；x＝0-3；y＝0-4；z＝12-2w-x，其中负电荷用抗衡离子来平衡，其中抗衡离子选自Na+、K+、NH4+、Li+、Mg2+、Ca2+、Ba2+、N(CH3)4+，及其混合物。
合成锂蒙脱石类似于天然白土矿物锂蒙脱石，是一层状的含水镁硅酸盐，不含有天然白土杂质。合成锂蒙脱石是可商购的，例如购自Southern Clay Products，Inc.，包括商标为Laponite、LuceniteSWN、Laponite S、Laponite XL、Laponite RD和Laponite RDS的合成锂蒙脱石。本发明的发明者发现，不像包含ATH的造纸浆料中通常存在的其他粘土，合成锂蒙脱石提供了增强ATH浆料的流变性并且降低剪切过程中粘度的双重效果。
在本发明的ATH浆料中，合成锂蒙脱石以0.1直到约1％的量存在，优选为总浆料制剂的约0.3重量％。令人惊奇地发现，当合成锂蒙脱石在含水ATH浆料中存在时，浆料的粘度显著降低。这是令人惊奇地，因为用合成锂蒙脱石生产稠化的液体或凝胶是已知的，并通常用于增加水基浆料和油漆的粘度。与合成锂蒙脱石相反，天然白土在ATH浆料中降低粘度和提供流变性效果上是无效的。实际上，上述粘土增加粘度是其含量的作用。
往往需要调整pH至理想的pH范围。胺一般用于该目的。适用于本发明的典型的胺包括胺，特别是醇胺，如2-氨基-2-甲基-1-丙醇(“AMP”)和单异丙醇胺(“MIPA”)。其他适合的胺包括1-氨基-2-乙醇、2-氨基-1-乙醇、1-氨基-2-丙醇、二乙醇胺、二异丙醇胺和2-甲基氨基-1-乙醇。
虽然可使用其他的碱性添加剂，如无机碱，应当注意避免可能的干涉，如金属离子干涉分散剂的选择。当使用时，所选择的胺或无机碱一般在浆料中以维持产物浆料的pH为8.5-11，优选9-9.5的量存在。
为了符合FDA，当使用MIPA时，允许的浓度范围是基于总浆料制剂0.01直到0.25％的浓度，一般是0.14％的浓度。
任一可商购的杀菌剂可用于本发明的浆料中。优选地，所使用的杀菌剂通过鉴定被FDA允许或以不超过FDA对于间接接触食品允许的浓度在浆料中存在。上述杀菌剂的实例包括，但不局限于1，2-苯并异噻唑啉-3-酮，Proxel GXL，购自Avecia公司，2-溴-2-硝基-1，3-丙二醇，戊二醛和3，5-二甲基-1，3，5-2H-四氢噻二嗪-2-硫酮。在本发明ATH浆料中杀菌剂的量基于浆料固体的重量一般为50-500ppm。优选地，杀菌剂在ATH浆料中的量为约400ppm。一般杀菌剂在本发明的混合ATH/TiO2浆料中的量为基于浆料固体重量的25-250ppm。优选地，杀菌剂在混合ATH/TiO2浆料中的量为约100ppm。
有利地，金红石二氧化钛可与本发明的ATH浆料混合获得混合的ATH/TiO2浆料混合物，得到可与商购锐钛矿相比的浆料，但是TiO2的浓度降低了。上述混合的浆料在纸和纸板应用中用于提供至少可相比的不透度，但在成本上比锐钛矿TiO2浆料更具有竞争力。当ATH浆料与金红石二氧化钛浆料混合时，为了得到最好的效果，每种浆料应当是高固体含量的浆料。例如，优选地，ATH浆料具有至少67.5wt.％的固体含量。二氧化钛浆料可具有50wt.％至高达92wt.％的固体含量。特别有用的金红石二氧化钛浆料具有71wt.％的固体含量。用于与高固体含量ATH浆料混合的适合的金红石二氧化钛浆料包括任一稳定的高固体含量金红石浆料和适合的分散剂和其他组分。特别适用于本发明ATH浆料的金红石二氧化钛浆料的实例是利用胀流型研磨制备的二氧化钛浆料，特别是通过美国专利5563793的方法制备的浆料，其内容引入此处作为参考。
当金红石二氧化钛浆料与本发明的ATH浆料混合时，优选的浆料混合物包含基于颜料重量约75％的二氧化钛和约25％的ATH浆料。与ATH的较低含量相反，二氧化钛含量可更高。随着浆料中二氧化钛含量的增加，在给定浆料浓度达到的不透度增加了，但是浆料的成本也相应地增加。含有约75wt.％TiO2和25wt.％ATH的ATH/金红石TiO2混合的浆料组合物提供了与纸和纸板制备中使用的常规(100％)锐钛矿TiO2浆料相同的不透度和亮度。类似的ATH浆料和TiO2浆料的混合物也用于涂料中，如建筑和纸涂料，以及其他应用中，包括塑料。
本发明ATH浆料的特征/特性本发明的ATH浆料是高固体含量浆料，包含至少50重量％的ATH，最高70重量％的ATH，优选67-68％的ATH。该ATH浆料具有良好的稳定性。该ATH浆料具有低的硬渣含量，也就是，少于0.01％的未起绒的硬渣。本发明的高固体含量ATH浆料具有低的粘度。粘度用布鲁克菲尔德粘度计来测量。高固体含量ATH浆料的粘度在室温进行测量，含有68％的固体，利用#3锭子在20rpm小于1500Cps，优选小于1000Cps，更优选200-800Cps。本发明的ATH浆料是可泵送的。“可泵送的”此处定义为小于125cps，优选小于100的Hercules粘度，用带有“A”浮子的Hercules高剪切粘度计进行测量，5000达因/厘米的弹簧设备和5000rpm的剪切速率。
本发明的ATH/TiO2浆料混合物用于纸和纸板应用中。本发明提供了一种造纸方法，包括混合纸浆和含有ATH和金红石TiO2颜料颗粒的浆料以形成纸料，将该纸料脱水和干燥形成薄片状，其中，该浆料包含(a)至少50重量％的分散的平均粒径至少0.5微米的ATH颜料颗粒；(b)包含丙烯酸分散树脂和任选的柠檬酸的分散剂；(c)合成的锂蒙脱石粘土；(d)任选的调节pH的化合物；(e)杀菌剂；和(f)水。优选地，该浆料包含75至约50重量％的金红石TiO2和25至约50％的ATH。
实施例试验方法使用多种试验方法来表征本发明的ATH浆料和ATH/TiO2混合浆料。浆料的pH用Beckman model 200 pH计和Corning flat surfacecombination wRJ电极来测量。布鲁克菲尔德粘度利用标准的布鲁克菲尔德数字粘度计，购自Brookfield Engineering Company的RTVTD-II型来测量。
Tappi标准试验方法T646用于确定浆料颜料的低和高剪切粘度的方法。颜料流变试验条件使用“A”或“E”浮子，0-4400rpm的剪切范围，对于低粘度浆料使用50000达因/厘米的弹簧设备，对于高粘度浆料使用100000达因/厘米的弹簧设备。Hercules Hi Shear Viscometer可购自Kaltec Scientific Instrument，Inc.。
普通方法本发明的浆料利用配备有60mm Cowles刀片的实验室型的Dispermat model AE5C高速分散混合器HSD来制备。所有浆料的制备在圆柱形的直径4英寸高6英寸的不锈钢容器中进行。向高速的分散混合器中加入去离子水和Laponite RD商标的合成锂蒙脱石，以对应于实施例的表中提供的量加入，在低速(大约200-400rpm)搅拌30分钟，达到充分水合。将pH调节剂(如单异丙醇胺)以及分散剂和杀菌剂缓慢地加入，在低速混合10分钟直到均匀。然后缓慢地加入ATH，在高速(大约1800-2000rpm)混合15分钟。再加入去离子水，之后在低速混合10分钟，以达到足够均匀。
实施例1和对比实施例A-D用表1中提供的组成根据普通方法进行制备。将合成锂蒙脱石和对比粘土，该对比粘土是天然白土，首先在去离子水中利用空气混合机水合30分钟。丙烯酸分散树脂是购自National Starch and ChemicalCompany，Berkely，CA的602N Alcosperse商标的聚丙烯酸钠。实施例1用5分钟将ATH结合到浆料中，而其他的样品使用更长的时间(9-10分钟)。所制备的浆料的特性在表2中给出。
表1.实施例1和对比实施例A-D中的试剂的量，以克表示试剂 商品名，如果有实施例A B 1 C D三水合铝 GenBrite 675 675 675 675 675分散剂Alcosperse602，12.5 12.5 12.5 12.5 12.545％膨润土BentoliteWH0.5 0 0 0 0膨润土PermontSX 10 0 1 0 0 0合成锂蒙脱Laponite RD0 0 1.5 0 0膨润土BentoliteL10 0 0 0 0.5 0去离子水，开始 257 256. 256 257 257.
5 5去离子水 5555555555(剩余)所有的粘土都购自Southern Clay，Inc.，Gonzalez，TX。
表2.实施例1和对比实施例A-D的特性测量法 实施例A B 1 C DBrookfield粘度9000/58160/52460/39500/57000/310rpm/锭子1天Brookfield粘度5500/54920/51540/35700/54010/320rpm/锭子1天Brookfield粘度1750/51400/5 548/31700/51200/4100rpm/锭子1天pH10.15 10.2 10.1810.16 10.31Hercules粘度1 太粘 太粘 74.5 太粘 114.6天RT**RT＝室温由表2可以看出，只有合成的锂蒙脱石粘土形成了稳定的含有ATH的含水浆料。对比粘土都形成了非常粘的，不能泵送的混合物。含有对比粘土的浆料的粘度比只含有ATH的浆料的粘度高。
实施例2和对比实施例E-G用表3中提供的组成，利用更大量的对比粘土重复实施例1的方法。所有的粘土首先都在去离子水中水合30分钟。实施例2用10分钟将ATH加入到溶液中，而对比实施例则用了12-15分钟，对比实施例G需要更多的水。浆料的特性列在表4中。
表3.实施例2和对比实施例E-G的试剂量，以克表示试剂 商品名，如果有 实施例EF 2 G三水合铝 GenBrite 675 675 675 675分散剂Alcosperse602，12.5 12.512.512.545％膨润土BentoliteWH30 0 0膨润土PermontSX 10 03 0 0合成锂蒙脱石 Laponite RD00 3 0膨润土BentoliteL10 00 0 3去离子水，开始 254.5254.254.5 254.
5 5去离子水 55 55 55 55(剩余)表4.实施例2和对比实施例A-D的特性测量法 实施例E F 2 GBrookfield粘度10rpm 35000/75840/31920/312000/5/锭子1天Brookfield粘度20rpm 31200/73820/31230/37800/5/锭子1天Brookfield粘度100 11000/71700/4470/3 2230/5rpm/锭子1天PH10.08 9.95 10.04 9.62Hercules粘度1天 太粘 太粘 66.9 112.7RT**由于太稠难于测量由表4可以看出，即使对比粘土使用更高的量，与合成的锂蒙脱石粘土相比，也观察不到粘度的提高。另外，对比粘土的高浓度导致比表2中更高的粘度。
实施例3-4和对比实施例H-I用表5中提供的组成根据普通方法进行制备。实施例3和4均具有合成锂蒙脱石，而对比实施例H-I没有。另外，实施例4使用的丙烯酸分散树脂比实施例12少，并且存在柠檬酸。注意当所有的起始试剂加入后，合并的结果是pH为9.81，因而不必使用pH调节剂。所制备的浆料的特性列在表6中。
表5.实施例3-4和对比实施例H-I的试剂量，以克表示试剂 商品名，如果有实施例H3I4三水合铝 GenBrite 675 675 675 675700分散剂 Alcosperse 12.5 12.5 3.6 3.6602，45％柠檬酸 0011pH调节剂 MIPA 001.4 1.4合成锂蒙脱石 Laponite RD 0303去离子水，开始267.5254.5269 266去离子水 45 55 50 50(剩余)
表6.实施例3-4和对比实施例H-I的特性测量法 实施例H 3 I 4Brookfield粘度10rpms/ 11220/62130/37000/31120/3锭子1天RTBrookfield粘度20rpms/ 6700/6 1350/34580/3830/3锭子1天RTBrookfield粘度100rpms/ 1900/6 490/3 1500/3392/3锭子1天RT制备日的pH 9.82 9.81 9.37 9.37Hercules粘度1天RT*89.8 74.5 133.7 66.9Brookfield粘度7天RT10 12600/62130/37340/41080/3rpms/锭子Brookfield粘度7天RT20 7950/6 1350/34760/4780/3rpms/锭子Brookfield粘度7天RT100 2420/6 502/3 1670/4390/3rpms/锭子pH-7天RT10.1 10.18 9.85 9.75Hercules粘度天7RT 156.6 64.9 212.0 105.0Brookfield粘度7天140F 2750/6 2810/316500/4 1590/310rpms/锭子Brookfield粘度7天140F 16300/61770/39750/51220/320rpms/锭子Brookfield粘度140F7天 4420/6 653/3 3190/5580/3100rpms/锭子pH-7天140F 10.29 10.22 9.83 9.76Hercules粘度天7 140F206.3 53.5 194.8 76.4布鲁克菲尔德和Hercules粘度用厘泊来表示。
从表6可以看出，将实施例3和4分别与对比实施例H和I进行比较，ATH，即GenBrite700商标的ATH浆料中合成锂蒙脱石的存在明显降低了浆料的粘度。另外，当使用较少的丙烯酸分散树脂(为了符合FDA标准)但与柠檬酸结合使用，与实施例3中的含有较多的丙烯酸分散剂但不含任何柠檬酸的浆料相比，降低了粘度和流变性。
实施例5和6与对比实施例J和K利用不同的商购ATH样品，使用表7提供的组成重复实施例3和4与对比实施例H和I的方法。所得的浆料的特性列于表8中。
表7.实施例5-6和对比实施例J-K中的试剂量，以克表示试剂 商品名，如果有 实施例J 5 K 6三水合铝 Hydral710675 675 675 675急骤干燥的分散剂Alcosperse 12.5 12.53.6 3.6602，45％柠檬酸 0 0 1 1pH调节剂 MIPA 0 0 1.4 1.4合成锂蒙脱Laponite 0 3 0 3RD去离子水，开 252.5 239.5 269 266去离子水 6070 50 50(剩余)
表8.实施例5-6和对比实施例J-K的特性测量法 实施例 实施例实施例实施例S S S SJ 5 K 6Brookfield 粘度10 4640/3 1770/37700/51940/3rpms/锭子1天RTBrookfield粘度203140/3 1100/36540/51330/3rpms/锭子1天RTBrookfield粘度100 1550/3 416/3 2480/5560/3rpms/锭子1天RT制备日的pH 10.38 10.4 9.82 9.88Hercules粘度1天 84.0 49.7 154.7 95.5RT*Brookfield粘度7天 5300/6 1900/38500/51950/3RT10rpms/锭子Brookfield粘度7天 3580/3 1230/35750/51380/3RT20rpms/锭子Brookfield粘度7 1480/5 450/3 2400/5679/3天RT100rpms/锭子pH-7天RT10.55 10.54 9.71 10.1Brookfield粘度7天 12000/52580/312000/5 2820/3140F10rpms/锭子Brookfield粘度7天 7750/5 1660/38000/32090/3140F20rpms/锭子Brookfield粘度140F 2560/5 628/3 2750/51040/47天100rpms/锭子pH-7天140F 10.39 10.43 9.94 10.13由表7可以看出，实施例5和6与对比实施例J和K相比，ATH含水浆料，即急骤干燥的Hydral710中的合成锂蒙脱石，即LaponiteRD明显降低了浆料的粘度。实施例5与对比实施例J以及实施例6与对比实施例K相比，当加入合成锂蒙脱石时，降低了浆料的粘度。含有柠檬酸的浆料的粘度可与不含柠檬酸但是总体上含有较高浓度的分散剂的浆料相比。也就是，实施例6浆料的粘度几乎等于实施例5的浆料的粘度，虽然实施例6的浆料基本不含分散剂。
实施例7利用GenBrite700商标的ATH通过250加仑的高速分散混合器根据实施例4制备ATH浆料。利用MIPA作分散剂，基于干颜料的重量，以75份TiO2对15份ATH的比率混合ATH浆料与根据美国专利5693753制备的金红石二氧化钛浆料。表9提供了浆料和浆料混合物的特性。
表9.起始ATH、TiO2和ATH/TiO2混合浆料的特性Brookfield粘度 Hercules(@100rpm，#4锭子， 高剪切浆料 pH wt.％固体 25℃)(Cp)粘度(Cp)金红石TiO29.071.1 118 16.8*75/25混合物 8.870.48 104 22.3*ATH 8.868.2 228 54.4***利用“E”浮子测量，50000达因/厘米，500rpm。
**利用“A”浮子测量，50000达因/厘米，500rpm。
实施例8如美国专利6040913所描述，相对光密度(OD)试验用于比较实施例7中所述颜料浆料的光散射效率。相对光密度值越高，光散射效率越好。
利用配备总透射比分析累计球的Hunter UltrascanTM分光光度计(购自HunterLab，Reston，Va.)的1cm路径长度单元测量一系列颜料浆料中的每一个的总透射比。在700nm波长处记录测量结果。
利用根据美国专利5693753作为标准制备的金红石TiO2浆料，利用AMP作分散剂，表10提供了具体颜料浆料的相对OD。将实施例7制备的金红石TiO2浆料、实施例7制备的ATH浆料、实施例7制备的混合ATH/TiO2浆料和两种商购的锐钛矿二氧化钛浆料T-4000和A-2000(购自Millenium Chemicals，Inc.)进行比较。
表10.在700nm测量的基于相对光颜料密度除以浓度所得的相对散射效率浆料相对散射效率用AMP制备的金红石TiO21.00实施例7用MIPA制备的金红石TiO21.12实施例7 ATH/TiO2混合物 0.86T-4000 0.86T-2000 0.80实施例7 ATH 0.05*(标准误差＝0.005)从表10可以看出，本发明的ATH/TiO2浆料混合物具有等于或好于商购的对比锐钛矿浆料的OD值。
实施例9-11将实施例7的ATH/TiO2浆料混合物用于制备用于涂覆的循环纸板应用的涂料，该应用使用一系列ATH/TiO2颜料混合物添加剂，表明本发明的浆料混合物可用作含有二氧化钛的纸涂料组分。该涂料利用表11中提供的原料和配比来制备。根据表11列出的添加原料的顺序，首先用Cowles混合器高剪切研磨颜料，然后低剪切进行涂料生产。然后将涂料倾倒到预涂覆的循环板上，利用10或12转撤器杆(point rod)以达到3.5Ib/1000ft2的目标涂覆重量，风干。然后在目标涂覆重量轧光实施例的涂覆板得到50的目标75°光泽，8.5±0.3的pH。制备好的涂料制剂和涂料一般用于涂覆循环板市场。实施例的特性列在表12中。
表11.实施例9-11的原料和添加顺序原料添加顺序实施例9实施例10 实施例11(份) (份) (份)粘土高岭土(a)2 7167 63煅烧高岭土(b)3 1010 10实施例7的ATH/TiO24 1923 27浆料混合物粘合剂改性的苯乙烯-丁二烯乳胶(c) 6 1818 18大豆聚合物(d)5 4 4 4润滑剂硬脂酸钙(e) 7 0.3 0.30.3分散剂低分子量的聚丙烯酸酯(f) 1 0.1 0.10.1增稠剂碳酸锆铵(9) 8 0.4 0.40.4水总份数 122.8 122.8 122.8(a)Hydrafine粘土，购自J.M.Huber Corp.，Macon，GA.
(b)Alphatex粘土，购自Imerys，Roswell，GA。
(c)PB 6620粘合剂，购自Dow Chemical Company，Midland，MI。
(d)“PRO-COTE”大豆聚合物，购自E.I.du Pont de Nemoursand Company，Inc.，Wilmington，DE。
(e)“GLOSCOTE 50”，购自Eka Chemicals，North America，Marietta，GA。
(f)“RHODALINE 211”，购自Rhodia USA，Cranberry，NJ。
(g)“AZCOTE 5800”，购自Eka Chemicals，North America，Marietta，GA。
表12实施例9-11的涂料数据Brookfield 粘度实施例份 涂料 涂料 cps@cps@ 温度号实施例7％固体pH锭子#20rpm100rpm°F9 19 58.29 8.70570002430 721023 58.03 8.73534502300 721127 58.30 8.77557002010 72实施例7制备的上述涂料的特性列在表12中，正好在涂覆循环板工厂的一般范围内。将该涂料倾倒于具有表13所列特性的预涂覆基板上。对比实施例L是预涂覆基板。
表13.涂覆循环板的特性涂料 #- 份涂料 TAPPL*a*b*K+N75°光泽实施例 实施例％ 亮度7 固体 ss对比--- --- 65.12 84.82 0.310.90 37 ---实施例L实施例9 1958.2978.98 91.47 -0.49 0.79 1752实施例102358.0379.87 91.72 -0.50 0.63 1853实施例112758.3080.28 91.89 -0.47 0.47 1952由表13可以看出，利用实施例7的混合ATH/TiO2浆料在顶部涂层上达到了目标TAPPI亮度80和大于50的目标75°光泽。颜色(L*、a*、和b*)和IGT选择强度(pick strength)也在涂覆循环板的一般性能范围内。所记录的数据是利用标准Tappi方法进行测量的。
权利要求
1.一种含有颜料级三水合铝的含水浆料，该三水合铝浆料包含(a)至少50重量％的分散的平均粒径至少为0.5微米的三水合铝颗粒的浆料；(b)包含丙烯酸分散树脂和任选的柠檬酸的分散剂；(c)合成的锂蒙脱石粘土；(d)任选的调节pH的化合物；(e)杀菌剂；和(f)水。
2.权利要求1的浆料，其中，该浆料符合FDA关于间接接触食品的标准。
3.权利要求1的浆料，其包含67-68重量％分散的三水合铝颜料颗粒。
4.一种包含颜料级金红石二氧化钛颗粒的含水浆料和颜料级三水合铝含水浆料的混合浆料，该颜料级三水合铝含水浆料包含(a)至少50重量％的分散的平均粒径至少为0.5微米的三水合铝颜料颗粒；(b)包含丙烯酸分散树脂和任选的柠檬酸的分散剂；(c)合成的锂蒙脱石粘土；(d)任选的调节pH的化合物；(e)杀菌剂；和(f)水。
5.权利要求4的浆料，其中金红石二氧化钛浆料的重量百分比为约75至约50％，三水合铝浆料的重量百分比为约25至约50％。
6.一种造纸的方法，其包括混合纸浆与权利要求5的浆料以形成纸料，将该纸料脱水并干燥形成薄片。
7.一种含有颜料级金红石二氧化钛颗粒的含水浆料和颜料级三水合铝含水浆料作为含二氧化钛组分的纸涂料，该颜料级三水合铝含水浆料包含(a)至少50重量％的分散的平均粒径至少为0.5微米的三水合铝颜料颗粒；(b)包含丙烯酸分散树脂和任选的柠檬酸的分散剂；(c)合成的锂蒙脱石粘土；(d)任选的调节pH的化合物；(e)杀菌剂；和(f)水。
全文摘要
本发明涉及包含三水合铝颗粒、丙烯酸分散剂、柠檬酸、合成锂蒙脱石、任选的调节pH的化合物、杀菌剂和水的三水合铝浆料。上述浆料可与二氧化钛浆料混合以制备用于纸和纸板应用的稳定的浆料混合物。
文档编号D21H19/44GK1675318SQ03818863
公开日2005年9月28日 申请日期2003年8月6日 优先权日2002年8月9日
发明者M·A·德菲奥, G·R·埃弗斯, P·F·麦金太尔 申请人:纳幕尔杜邦公司