阳离子多金属氧酸盐涂覆的三水合氧化铝分散剂的制作方法
【专利说明】阳离子多金属氧酸盐涂覆的H水合氧化锅分散剂 发明领域
[0001] 本发明设及可用于纸、纸板W及涂料应用的阳离子分散剂。 技术背景
[0002] S水合氧化侣（ATH)可W用作填料W生产用于纸和纸板的涂料。因为二氧化 铁（Ti化）的相对高的成本，造纸厂常常用更便宜的颜料替代物诸如ATH、碳酸巧、高岭± W及类似物替代或渗入二氧化铁。增量剂可W减少或消除对更昂贵的白色二氧化铁颜料 的需求。S水合氧化侣（A1(0H)3)代表典型的颜料和填料中的特殊例子。S水合氧化侣 (A1(0H)3)是化学活性的并且可W与聚合物反应。=水合氧化侣比较软，具有3莫氏硬度； 例如，W金红石改性的二氧化铁的莫氏硬度为6. 5。=水合氧化侣的折射指数比较低，为n =1. 57。
[0003] 造纸商必须能够将浆料从存储区累送到纸供应区或涂料配制区中。为了使ATH 浆料被认为可用作增量剂颜料填料或用于研磨成Ti化浆料，总的颜料固体含量应该大于 50wt. %。现有技术公开了用有机分散剂或表面活性剂稳定的分散浆料；该些分散剂或表 面活性剂的大多数本质上是阴离子，W便与在造纸行业中使用的阴离子涂料树脂相容。然 而，存在现有技术的阳离子颜料浆料，其使用无机的聚氯化侣（PAC)作为分散剂，但是该些 常常随着时间而显现出不能接受的高粘性。此外，无机分散的聚氯化侣浆料的高温加工条 件和随后的热老化导致在保持用于造纸厂的湿部中的其他填料时损失有效性。
[0004] 美国专利号2, 187, 050描述了侣盐（例如，氯化侣），该侣盐从溶液中沉淀并且被 添加到Ti化W影响表面涂层。中和过程赋予氧化侣沉淀物中性抑，并且可溶的负性反离子 (硫酸盐或氯化物）在将该氧化侣沉淀物添加到Ti〇2浆料之前被洗掉。
[000引美国专利号4, 376, 655公开了包含ATH和高岭±的水性二氧化铁浆料。Ti化比氧 化侣的比率在1000:1与2000:1之间。ATH可W有效地是9 % -10 %的水性浆料或50 % -55 % 的干凝胶。优选地，该干凝胶包含封留碳酸盐。该程序无法生产阳离子分散颜料。
[0006] 美国专利号5, 171，631公开了二氧化铁颜料ATH增量剂/间隔剂颜料组合物，其 包含按体积计70% -98%的二氧化铁和按体积计2% -30%的ATH，其中该ATH具有与二氧 化铁相似的中值粒度。通常，二氧化铁的中值粒度为0.2微米至0.3微米。ATH与二氧化铁 粒度相比具有±20%W内的中值粒度。包含该颜料的涂料组合物的实例用二氧化铁和ATH 来制备并且在水中W3. 23%的固体含量包含纤维素增稠剂、缔合型增稠剂、丙二醇、非离子 型表面活性剂、中和剂、消泡剂、凝聚剂W及杀微生物剂。不同类型的ATH被描述并且用作 Ti〇2间隔剂的ATH具有负（阴离子）电荷，W便与基于阴离子树脂的颜料相容。
[0007] 美国专利号5, 342, 485公开了在造纸业中具有改善的白度的ATH降低相对于单独 使用Ti〇2的成本的用途。该专利讨论了阴离子浆料中的W15% -30%的固体的ATH的用 途。
[0008] 美国专利号5, 824, 145公开了耐光的二氧化铁浆料，其包含至少78%的二氧化铁 颗粒和至少3%的氧化侣颗粒W及阴离子聚丙締酸类分散剂和具有约6. 0至9. 0的抑的添 加剂。
[0009] 美国专利号6, 387, 500公开了用于纸和纸板的涂料制剂，其包含具有增量剂颜料 的二氧化铁颜料的水性浆料，该水性浆料包含ATH和锻烧粘±^及包括丙締酸醋的分散 剂。该技术受限于与阴离子粘合剂组合的阴离子颜料分散体。
[0010] 美国专利号7, 452, 416公开了在Ti化浆料研磨期间通过阶段式添加来添加的 聚氯化侣的用途。当稀释时，添加阳离子聚酷胺-环氧氯丙烷聚合物（PA巧湿强度树脂 W使浆料稳定。具有PAC的锐铁矿Ti化研磨浆料不具有用于控制研磨抑和温度的规格 (specification)。主要的稳定化添加剂为昂贵的有机阳离子聚合物。
[0011] 美国专利号7, 906, 185公开用于表面处理带负电荷的二氧化娃W改善喷墨吸收 性、增强光泽并且降低卷曲的阳离子勃姆石氧化侣。
[0012] 美国专利号7, 172, 651和7, 377, 975公开适合于在用于喷墨记录介质的涂料组合 物中使用的颜料。无机微粒（例如，=水合氧化侣）的表面在水性介质中与水溶性多价金 属盐（例如，水合氯化侣）相互作用。被处理的颗粒表面具有赋予它们的"有效"的阳离子 表面电荷。该些参考文献描述使用用于喷墨吸收性纸和涂料中的水合氯化侣（ACH)的颜料 表面处理。ACH为高度中性的、弱阳离子氧化侣，其与具有大于约50%的碱度（活性）的阴 离子胶乳相容。
[0013] 存在对在纸和纸板应用中充分利用阳离子分散剂改性的颜料来降低实现满意的 不透明度的成本的需求。对于用于在片材中增强的首程留着率（firstpassretention) 和不透明度的改善的阳离子着色浆料而言存在需求。还存在对在适当的粘度下稳定的与二 氧化铁浆料相容的阳离子ATH浆料组合物的需求。本发明解决了该些需求和其他需求。
[0014] 发明简述
[0015] 本发明描述了基于在氧化侣表面上形成稳定的多金属氧酸盐（P0M)的新型组合 物，其提供新的阳离子颜料性质，该阳离子颜料性质照惯例不能超过碱性造纸的抑范围。 该些新的组合物包含Keggin离子结构，该结构在存在稳定化=水合氧化侣（ATH)颗粒的稀 释条件下、在酸性和中性抑下是稳定的。该些新的组合物和由此产生的分散的阳离子浆料 在多种多样的有用的阳离子产品中得到应用，包括（但不限于）；粘合剂、农业制剂、杀微生 物剂、清洁产品、涂料、封装制剂、膜、性能化学品、个人护理产品、密封剂、纸W及油漆涂料。
[0016] 本发明的一个方面提供一种阳离子多金属氧酸盐涂覆的=水合氧化侣分散剂 (阳离子P0M分散剂），其包含W下的反应产物：
[0017] a.具有约20%至约40%的碱度和约10wt.%至约17wt.%的Al20洽量的聚氯化 侣讯
[001 引b.晶状S水合氧化侣（crystallinealuminatrihy化ate,ATH)颗粒；
[0019] 其中该阳离子POM分散剂具有《2. 5的pH。
[0020] 本发明的另一个方面提供一种制备阳离子多金属氧酸盐涂覆的=水合氧化侣 分散剂（阳离子P0M分散剂）的方法，该方法包括：使具有约20%至约40%的碱度和约 lOwt. %至约17wt. %的Al2〇3含量的聚氯化侣与晶状S水合氧化侣（ATH)颗粒结合，其中 得到的阳离子P0M分散剂具有《2. 5的抑。
[0021] 本发明的还另一个方面提供一种阳离子浆料，其包含水、前述的阳离子P0M分散 剂W及无机颗粒，该无机颗粒为除作为阳离子P0M分散剂的一部分存在的晶状S水合氧化 侣颗粒之外的、选自由=水合氧化侣颗粒、二氧化铁及其混合物组成的组。
[0022] 例如，阳离子P0M分散剂可W与水结合W提供稀释的P0M分散剂。然后稀释的P0M 分散剂可W与额外量的S水合氧化侣颗粒结合W提供中间物ATH+浆料。中间物ATH+浆料 可W与额外量的水结合，W提供例如纸级的ATH+浆料或油漆级的ATH+浆料。ATH7Ti〇2浆 料可W通过使中间物ATH+浆料与二氧化铁颗粒结合来获得。稀释的P0M分散剂还可W与 二氧化铁颗粒结合W提供阳离子Ti化浆料。本发明的该些和其他的实施方式在图2中被 概括并且在下文中更详细地描述。
[002引在本发明的另一个方面，提供一种中间物ATH+浆料，其包含：
[0024] a.稀释的P0M分散剂，其包含
[002引 i.约5wt. %至约14wt. %的前述的阳离子P0M分散剂；
[0026]ii.约 86wt. %至约 95wt. %的水；
[0027]和
[0028]b.除作为阳离子P0M分散剂的一部分存在的晶状S水合氧化侣颗粒之外的晶状 =水合氧化侣（ATH)颗粒；
[0029] 其中，该中间物ATH+浆料具有约2与约6. 8之间的抑并且具有约74wt. %至约 84wt. %的总ATH固体含量。
[0030] 本发明的还另一个方面提供一种中间物ATH+浆料，其包含：
[0031] a)稀释的P0M分散剂，其包含 [00础i.阳离子P0M分散剂；
[003引 ii.足W在该稀释的P0M分散剂中提供约Iwt. %至约lOwt. %的总ATH固体含量 的量的水；
[0034] b)除作为阳离子P0M分散剂的一部分存在的晶状S水合氧化侣颗粒之外的晶状 =水合氧化侣（ATH)颗粒；
[003引其中，该中间物ATH+浆料具有约2与约6. 8之间的抑并且具有约74wt. %至约 84wt. %的总ATH固体含量。
[0036] 在另一个方面中，本发明提供一种纸级ATH+浆料，其包含：
[0037] a.中间物ATH+浆料，其包含 [003引i.稀释的P0M分散剂，其包含；
[0039] 1.前述的阳离子P0M分散剂；
[0040] 2.足W在该稀释的P0M分散剂中提供约3wt. %至约6wt. %的总ATH固体含量的 量的水；
[0041] ii.除作为阳离子P0M分散剂的一部分存在的晶状S水合氧化侣颗粒之外的晶状 =水合氧化侣颗粒（ATH);
[004引其中，该中间物ATH+浆料具有约2与约6. 8之间的抑并且具有约74wt. %至约 84wt. %的总ATH固体含量；和
[004引 b.足W使中间物ATH+浆料稀释成约70wt. %至约72wt. %的总ATH固体含量的量 的水。
[0044] 此外，由本发明提供的是一种油漆级ATH+浆料，其包含：
[004引 a.中间物ATH+浆料，其包含；
[004引 i.稀释的POM分散剂，其包含；
[0047] 1.前述的阳离子P0M分散剂讯
[004引 2.足W在该稀释的P0M分散剂中提供约Iwt. %至4wt. %的总ATH固体含量的量 的水；
[0049] ii.除作为阳离子P0M分散剂的一部分存在的晶状S水合氧化侣颗粒之外的晶状 =水合氧化侣颗粒（ATH);
[0050] 其中，该中间物ATH+浆料具有约2与约6. 8之间的抑并且中间物ATH+浆料的总 ATH固体含量为从约74wt. %至约84wt. % ;和
[0051] b.足W使中间物ATH+浆料稀释成在油漆级ATH+浆料中的约70wt. %至约72wt. % 的总ATH固体含量的量的水。
[0052] 水性纸原料也通过本发明来配料，水性纸原料包含水、纸浆、二氧化铁颗粒、=水 合氧化侣颗粒（除作为阳离子P0M分散剂的一部分存在的ATH颗粒之外）化及前述的阳离 子P0M分散剂的浆料。例如，水性纸原料可W包含纸浆、二氧化铁颗粒W及前述的纸级ATH+ 浆料的水性浆料。
[0053] 本发明的还又一个方面提供一种阳离子Ti〇2浆料，其包含水、二氧化铁颗粒W及 前述的阳离子P0M分散剂。
[0054] 此外，本发明提供一种涂料组合物，其包含至少一种阳离子树脂或非离子树脂和 前述的阳离子Ti化浆料。
[0055] 本发明的另一个方面提供一种油漆，其包含至少一种树脂（例如，阳离子树脂和/ 或非离子树脂）、二氧化铁颗粒W及上面提到的油漆级ATH+浆料。
[0056] 附图简述
[0057] 图1是示出如在实施例中更详细地解释的阳离子P0M分散剂浓度对Ti化浆料的 抑和粘度的影响的图。
[0058] 图2是概括根据本发明的多种浆料和其他组合物可W如何制备的流程图。
[0059] 图3示出了两性聚合物和阴离子聚合物对含有阳离子P0M分散剂的阻燃纸的影 响。
[0060] 图4不出了含有阳离子P0M分散剂的