用于涂料和聚合物基体的混合的遮光剂的制作方法
【专利摘要】公开了一种复合材料连同包括该复合材料的制剂以及制备该复合材料的方法，该复合材料包括硅酸盐材料，例如铝硅酸钠，和布置在该硅酸盐材料的表面上的二氧化钛。
【专利说明】用于涂料和聚合物基体的混合的遮光剂
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求在2012年5月9日提交的美国临时专利申请号61/644, 492的优先权 权益，该美国临时专利申请在此通过引用以其整体并入。
[0003] 背景
【技术领域】
[0004] 本公开涉及涂料和用于其中的遮光剂。 技术背景
[0005] 常规的油漆和涂料制剂通过顺序地结合干组分到液体系统中来制备。例如，常规 的油漆可以通过在搅拌下顺序地添加干成分，例如颜料和填料，到液体中来制备。每种干成 分通常被润湿并且在引入下一种成分之前被结合到所得制剂中。在这样的常规的油漆和涂 料制剂中，一些成分可能难以处理和/或分散。
[0006] 因此，有需要解决前述的问题和其他与传统的油漆和涂料制剂以及用于其中的遮 光剂相关联的缺点。通过本公开的组合物和方法满足这些需要和其他需要。
[0007] 概述
[0008] 根据本发明的目的，如本文具体化的和概括地描述的，在一方面，本公开涉及涂料 和用于其中的遮光剂。
[0009] 在一方面，本公开提供了干混合复合材料，其包括铝硅酸盐材料和分散在其表面 上的多个二氧化钛颗粒。
[0010] 在第二方面，本公开提供了浆料浓缩物，其包括铝硅酸盐和二氧化钛复合材料，其 中二氧化钛颗粒被分散在铝硅酸盐材料的表面上。
[0011] 在第三方面，本公开提供了一种涂料制剂，其包括铝硅酸盐和二氧化钛复合材料， 其中二氧化钛颗粒被分散在铝硅酸盐材料的表面上。
[0012] 在第四方面，本公开提供了一种用于制备包括铝硅酸盐材料和多个二氧化钛颗粒 的干混合复合材料的方法。
[0013] 附图简要说明
[0014] 附图被并入本说明书中并且组成本说明书的一部分，其说明了若干方面并且连同 说明书用于解释本发明的原理。
[0015] 图1为根据本公开的多个方面的Zeolex? 330铝硅酸钠和二氧化钛的共混物的 扫描电子显微照片。
[0016] 图2为根据本公开的多个方面的Zeolex? 330铝硅酸钠和二氧化钛的共混物的 扫描电子显微照片。
[0017] 图3为根据本公开的多个方面的干的油漆膜的横截面的扫描电子显微照片，说明 在铝硅酸钠颗粒的表面存在嵌套的二氧化钛颗粒。
[0018] 图4为说明根据本公开的多个方面的包含二氧化钛和铝硅酸钠的常规的涂料制 剂和包括本发明复合材料的涂料的耐污染性的图。
[0019] 图5为说明常规的油漆制剂和使用本发明复合材料的涂层在1. 5密耳干膜厚度 (DFT)的对比率的图。
[0020] 图6为说明在常规的油漆制剂中和使用本发明复合材料分散二氧化钛和铝硅酸 钠所需的水量的图。
[0021] 本发明的其他方面将在随后的说明书中被部分地阐述，并且部分地从说明书中是 明显的，或者能够从本发明的实践中学到。通过在附加的权利要求书中具体地指出的要素 和组合的方式实现和获得本发明的优点。将理解前述普通说明和以下详细描述都仅仅是示 例性的和说明性的并且不限制如主张的本发明。
[0022] 描述
[0023] 通过参考以下本发明的详细描述和包括在其中的实施例能够更容易地理解本发 明。
[0024] 在本发明化合物、组合物、制品、系统、设备、和/或方法被公开和描述之前，将理 解除非另有说明，否则它们不限于特定的合成方法，或者除非另有说明，否则不限于特定的 试剂，因为这些当然可以变化。还将理解用于本文的术语仅仅是用于描述特定的方面的目 的而并不意图是限制性的。尽管类似于或等同于本文描述的方法和材料的任何方法和材料 可以用于本发明的实践或测试，但是现在描述示例性方法和材料。
[0025] 本文提到的所有出版物通过引用被并入本文以公开和描述与引用的出版物相关 的方法和/或材料。
[0026] 定义
[0027] 除非另有定义，否则本文使用的所有技术术语和科学术语具有如本发明所属的领 域的普通技术人员通常理解的相同的意义。尽管类似于或等同于本文描述的方法和材料的 任何方法和材料能被用于本发明的实践或测试，但是现在描述示例性方法和材料。
[0028] 除非上下文另有明确说明，否则如在说明书和附加的权利要求书中使用的，单数 形式的"一（a)"、"一（an)"和"该（the)"包括复数指示物。因此，例如，提及"一种填料" 或"一种溶剂"分别包括两种或更多种填料或溶剂的混合物。
[0029] 本文中范围可以被表达为从"约"一个特定值，和/或至"约"另一个特定值。当 表达这种范围时，另一方面包括从一个特定值和/或至另一个特定值。类似地，当值被表达 为近似值时，通过使用先行词"约"，将理解，特定值形成另一方面。将进一步理解，范围的端 点相对于另一个端点并且独立于另一个端点都是显著的。还理解，本文公开了许多值，并且 每个值在本文中还被公开为除该值本身之外的"约"该特定值。例如，如果公开了值"10"， 那么还公开了"约10"。还理解，两个特定单元之间的每个单元也被公开了。例如，如果公 开了10和15,那么11、12、13和14也被公开了。
[0030] 如本文使用的，术语"可选的"或"可选地"是指随后描述的事件或情况能够或不 能发生，并且说明书包括所述事件或情况发生的例子和所述事件或情况不能发生的例子。
[0031] 公开了将用于制备本发明的组合物的组分以及将被用于本文公开的方法中的组 合物本身。本文公开了这些和其他材料，并且理解当这些材料的组合、子集、交互、组等被公 开，而这些化合物的每个不同个体和集体组合和排列的特定参照可以不被明确地公开时， 每个在本文中被明确地涵盖和描述。例如，除非有明确地指示相反，否则如果一个特别的化 合物被公开和讨论且可以对包括化合物的许多分子进行的很多修改被讨论，那么具体地涵 盖了化合物的每一个组合和排列以及是可能的修改。因此，如果一类分子A、B、和C被公开 以及一类分子D、E、和F和组合分子的例子A-D被公开，那么即使每个没有单独地列举，每 个也被单独地和共同地涵盖，意指组合，A-E、A-F、B-D、B-E、B-F、C-D、C-E、和C-F被视为公 开。同样地，这些的任何子集或组合也被公开。因此，例如，A-E、B-F、和C-E的子组将被视 为公开。这种概念适用于本申请的所有方面，包括但不限于，制备和使用本发明的组合物的 方法中的步骤。因此，如果有能够进行的各种附加步骤，那么应该理解，这些附加步骤中的 每个能够与本发明的方法的任何【具体实施方式】或实施方式的组合进行。
[0032] 本文公开的每种材料是商购的和/或其生产方法是本领域技术人员已知的。
[0033] 应理解本文公开的组合物具有某些功能。本文公开的是用于执行公开功能的某些 结构要求，并且理解，有多种能够执行相同功能的结构是与公开的结构相关的，并且这些结 构将通常实现相同的结果。
[0034] 如上简要描述的，本公开提供了能够用于例如油漆和/或涂料制剂的硅酸盐材料 和二氧化钛材料的干共混物（dryblend)。在其他方面，本公开提供了包括硅酸盐和二氧化 钛的干共混物的浓缩物和/或浆料以及油漆、涂料、和其他材料。在仍然其他方面，本公开 提供了用于制备和使用这样的硅酸盐和二氧化钛的干共混物的方法。
[0035] 为了制备常规的油漆和/或涂料制剂，当各成分被顺序地添加时液体媒介物通常 被置于容器中并被搅拌。每种成分被添加之后，在引入下一种成分之前搅拌混合物以润湿 添加的成分并将它结合到制剂中。这些成分可以包括颜料、填充剂、填料、和其他材料。
[0036] 二氧化钛经常被用作油漆、涂料、塑料和其他物品中的颜料和/或遮光剂。在常规 的油漆和涂料制剂中，在系统中存在的二氧化钛的仅一部分通常是有效的，这是由于可以 降低效率的集群效应。在大部分包括二氧化钛的制剂中，填充剂，例如硅酸盐材料，被添加 以改进所得组合物的性能。这些硅酸盐材料可能难以处理和分散到例如涂料制剂中。这些 材料的低密度和高表面积可以导致显著的灰尘，导致增加的处理时间和增加的环境和健康 风险。
[0037] 另外，湿润和分散这些硅酸盐材料所必需的液体的量可以是显著的。对于非水系 统，可能需要大量的挥发性有机化合物（VOC)溶剂。这些溶剂的使用和存在可带来管理、健 康、可燃性和成本担心。对于水性系统，可能需要大量的水。另外，一些系统在制备过程的 多个阶段需要水来冲洗箱和线。因此，当油漆和涂料系统的厂商为他们的制剂选择成分时， 他们关心液体需求量。
[0038] 在一方面，本公开提供了在油漆和涂料制剂中可以是有用的无机/无机复合材 料。在另一方面，本公开提供了硅酸盐材料和二氧化钛的复合材料。在另一方面，复合材料 包括硅酸盐材料和布置在硅酸盐材料的表面上的多个二氧化钛颗粒。在另一方面，至少部 分二氧化钛颗粒被布置在硅酸盐材料表面中的空隙、空腔、和/或凹部中。
[0039] 本发明的硅酸盐材料可以包括适合用于形成本文描述的复合材料的任何硅酸盐 或者硅酸盐的混合物。在一方面，硅酸盐材料包括铝硅酸盐。在另一方面，硅酸盐材料可以 包括无定形铝硅酸钠。在另外的方面，硅酸盐材料包括铝硅酸钠，例如，诸如，ZEOLEX? 330 错娃酸钠，可从J.M.HuberCorporation,Atlanta,Georgia,USA获得。
[0040] 在多个方面，硅酸盐材料可以具有从约2微米至约50微米的平均粒度，例如，约2、 3、5、7、9、11、13、15、17、19、21、23、25、27、29、31、33、35、37、39、41、43、45、47、49、或者 50 微 米；从约3微米至约12微米，例如，约3、4、5、6、7、8、9、10、11、或者12微米；或者从约5微 米至约9微米，例如，约5、6、7、8,或9微米。在一个具体的方面，硅酸盐材料或其一部分可 以具有约7微米的平均粒度。在其它方面，硅酸盐材料或其一部分可以具有小于约2微米 或大于约50微米的平均粒度，并且本发明不意图被限于任何特定粒度的硅酸盐材料。
[0041] 在一方面，本发明的硅酸盐材料可以具有至少约100cc/100g的吸油值，例如，约 100、110、115、120、125、130、135、或者140cc/100g。在其他方面，硅酸盐材料可以展示小于 约100cc/100g或大于约140cc/100g的吸油值。在一个具体的方面，硅酸盐材料可以具有 约130cc/100g的吸油值。
[0042] 本发明的二氧化钛可以为适合用于形成本文描述的复合材料的任何二氧化钛材 料。在一方面，二氧化钛或其一部分为金红石二氧化钛。在另一方面，二氧化钛为氯化 法金红石二氧化钛，例如，诸如，从CristalGlobal,HuntValley,Maryland,USA获得的 T10NA? 595。
[0043] 在一方面，二氧化钛材料包括至少约90重量％二氧化钛，例如，约90 %、92 %、 94 %、95 %、96 %、97 %、98 %、99 %或更多二氧化钛。在另一方面，二氧化钛可以展示包括氧 化铝、氧化锆、一种或更多种有机化合物、或其结合的表面处理。在另一方面，二氧化钛不展 示表面处理。
[0044] 在另一方面，二氧化钛材料可以展示从约15cc/100g至约25cc/100g的吸油值，例 如，约15、17、19、21、23、或25(^/10(^;或从约19(^/10(^至约21(^/10(^。在其他方面，二 氧化钛材料可以展示小于约15cc/100g或大于约25cc/100g的吸油值，并且本公开不意图 被限于任何特定的二氧化钛吸油值。
[0045] 在仍然其他方面，二氧化钛可以具有使得二氧化钛的全部或者一部分可以被布置 在硅酸盐材料的表面中的空隙、空腔、和/或凹部中的粒度。在一方面，二氧化钛可以通过 至少部分地填充硅酸盐材料表面的孔而封闭硅酸盐材料的孔隙率的至少一部分。在一方 面，二氧化钛具有小于约1微米的平均粒度，例如，诸如，约0. 2、0. 25、0. 3、0. 35、0. 4、0. 45、 0. 5、0. 55、0. 6、0. 65、0. 7、0. 75、0. 8、0. 85、0. 9、或 0. 95 微米。在另一方面，二氧化钛具有 小于约 0. 5 微米的平均粒度，例如，约 0. 15、0. 16、0. 17、0. 18、0. 19、0. 2、0. 21、0. 22、0. 23、 0? 24、0. 25、0. 26、0. 27、0. 28、0. 29、0. 3、0. 31、0. 32、0. 33、0. 34、0. 35、0. 36、0. 37、0. 38、 0? 39、0. 4、0. 41、0. 42、0. 43、0. 44、0. 45、0. 46、0. 47、0. 48、或 0? 49 微米。
[0046] 本发明复合材料可以通过干混合硅酸盐材料，例如诸如铝硅酸钠，和二氧化钛，例 如诸如氯化法金红石二氧化钛以形成复合材料来制备。在一方面，当材料是干的或基本上 干的时候可以通过抹刀或其他机械设备来混合。在一方面，可以从自动混合器形成复合材 料而无需添加剪切力。在另一方面，机械混合设备可以以有效的方式被用于混合大量的硅 酸盐材料和二氧化钛。制备的干混的复合材料可以被引入液体系统，例如，水性油漆制剂， 作为复合材料而不是作为单个成分。
[0047] 混合以形成复合材料的硅酸盐材料和二氧化钛的量可以变化，取决于，例如，材料 的比表面积、孔隙率、和粒度。本领域技术人员，持有本公开，能够容易地确定形成本发明复 合材料的硅酸盐材料和二氧化钛的适当的量。在多个方面，二氧化钛对硅酸盐材料的比率 (重量％)可以从约2 :1至约10:1，例如，2:1、3:1、4:1、5 :1、6:1、7:1、8:1、9:1、或10 :1;或 者从约3:1至约5 :1，例如，约3:1、4:1、或5:1。在其他方面，二氧化钛对硅酸盐材料的比 率可以小于约2:1或大于约10 :1，并且本发明不意图被限于这些组分的任何特定的比率。 在又一个方面，硅酸盐/二氧化钛复合材料的干共混物还可以包括一定量的未混合的硅酸 盐。在多个方面，干共混物可以包括包含硅酸盐材料和布置在其表面上的二氧化钛的复合 材料，连同在总混合的组合物的从〇至约33重量％，例如，约0 %、10 %、15 %、20 %、25 %、 30%、或35%范围内的浓度的相同或不同类型的附加的硅酸盐材料。
[0048] 在一方面，本发明复合材料不包括核/壳颗粒形态或封装形态，其中连续涂层包 围每个硅酸盐材料颗粒。
[0049] 在另一方面，可以使用干混的包括硅酸盐材料和布置在其表面上的二氧化钛的复 合材料制备浆料。在一方面，浆料可以是关于本文描述的复合材料浓缩的、饱和的、或者几 乎饱和的。在另一方面，这样的浆料的液体媒介物可以是水性的和/或非水的。在又一个 方面，这样的浆料可以包括至少约70重量％固体，例如，70、75、80、85、90重量％或更多固 体。在仍然其他方面，这样的浆料可以具有小于约lOOOcps，或小于约500cps的粘度。在 一方面，用于制备复合材料的组合物和/或浆料可以包括表面活性剂和/或磷酸盐化合物。 在另一方面，组合物不包括磷酸盐化合物。在又一方面，组合物不包括表面活性剂。在仍然 其他方面，如果磷酸盐化合物和/或表面活性剂被利用，那么在形成复合材料后任何残留 的磷酸盐化合物和/或表面活性剂可以被去除，例如，通过洗涤。
[0050] 在一方面，当形成为浆料时本发明复合材料的全部或大部分能够保持复合材料。 在另一方面，不存在以未附接至硅酸盐颗粒的形式的明显量的二氧化钛。在另一方面，这样 的复合材料在配制入油漆或涂料系统，和/或作为膜或涂层应用至基材之后能够保持基本 上不受影响。例如，包括本发明复合材料的油漆可以被形成和应用到表面，其中干油漆的膜 可以随后被去除并经受分析。在这样的情况下，复合材料能够保持基本上完整。
[0051] 本发明提供了超过常规的油漆和涂料系统以及用于制备它们的方法的几个好处。 在一方面，二氧化钛的成本可能受市场波动和全球供应问题支配。在这样的方面，本文描述 的本发明复合材料的使用能够降低在最终产品中获得期望性质所必要的二氧化钛的量。类 似地，与其中硅酸盐和二氧化钛被分别添加的常规的系统相比，本发明复合材料的使用能 够降低润湿和/或结合复合材料所需的水或有机溶剂的量。本发明复合材料润湿油漆和/ 或涂料系统并且能够比单种组分它们自己中的每种更容易地被结合到油漆和/或涂料系 统。
[0052] 在一方面，本发明复合材料能够提供比常规的制备技术改进的体积密度、处理和 降低的灰尘。
[0053] 在另一方面，与常规地制备的组合物相比，包括本发明复合材料的油漆和/或涂 料组合物能够展示出改进的不透明度、改进的耐污染性、和/或降低的液体需求量。
[0054] 在一方面，使用本发明复合材料制备的油漆或涂料制剂可以具有小于约3、小于约 2. 9、小于约2. 8、或小于约2. 5的耐污染性（色差）。在相似条件下，常规地制备的油漆可 以展示出约3. 25、3. 6,或更高的耐污染性。详情见图4。在其他方面，给定制剂的耐污染性 或对比率可以基于组合物中的具体材料和其浓度而变化。在另一方面，使用本发明复合材 料制备的膜的厚度可以变化并且可以影响期望的膜、颜色、和对比性能。例如，可以制备具 有从约〇. 1密耳的厚度至大于约60密耳的厚度的膜，并且本发明不意图被限于任何特定的 膜厚度。在其他方面，可以制备具有小于约0. 1密耳或大于约60密耳的厚度的膜。
[0055] 在另一方面，使用本发明复合材料制备的油漆或涂料制剂可以展示出在1. 5密耳 的干膜厚度（DFT)下大于约70、大于约72、大于约74、大于约76、或更高的对比率。在一方 面，使用本发明复合材料制备的油漆或涂料制剂可以展示出约77的对比率。详情见图5。
[0056] 在又一个方面，使用本发明复合材料制备的油漆或涂料制剂可以展示出小于约 250磅、小于约225磅、小于约220磅、小于约210磅、或小于约200磅的用于分散的需水量 (在100加仑制剂中获得适当的研磨一致性所需的水的磅数）。详情见图6。在另一方面， 本发明复合材料在涂料制剂例如诸如油漆中的载量，在含二氧化钛的油漆中可以从小于约 50磅每100加仑至280磅每100加仑以上变化。在一方面，并且虽然不希望受理论束缚，更 高的载量可以产生更高的聚集度，其中本发明复合材料的益处可以被实现。
[0057] 关于图，图1和2为扫描电子显微照片，其说明包括铝硅酸钠材料和布置在其表面 上的二氧化钛颗粒的本发明复合材料。类似地，图3为干油漆膜横截面的扫描电子显微照 片，说明即使混合到涂料制剂，应用到表面，并且干燥后本发明复合材料的存在（即，嵌套 的二氧化钛颗粒在铝硅酸钠颗粒的表面）。
[0058] 图4为说明与其中二氧化钛和铝硅酸钠被分别地添加的常规的油漆制剂相比，使 用本发明复合材料制备的涂料的改进的耐污染性的图。图5为说明与其中二氧化钛和铝硅 酸钠被分别地添加的常规的油漆制剂相比，使用本发明复合材料制备的涂料的改进的对比 率（在1. 5密耳干膜厚度下）的图。图6为说明与其中二氧化钛和铝硅酸钠被分别地添加 的常规的制剂相比，在油漆和/或涂料系统中分散本发明复合材料所需的水量降低的图。
[0059] 对本领域技术人员将明显的是，可以对本发明做出各种修改和变化而没有偏离本 发明的范围或精神。从本文公开的本发明的说明书和实践考虑，本发明的其他实施方式对 于本领域技术人员来说将是明显的。意图说明书和实施例只能被认为是示例性的，且本发 明的真正范围和精神由以下权利要求书指出。
【权利要求】
1. 一种复合材料，所述复合材料包括娃酸盐材料和布置在所述娃酸盐材料的表面上的 多个二氧化钛颗粒。
2. 根据权利要求1所述的复合材料，其中所述硅酸盐材料包括铝硅酸盐。
3. 根据权利要求1所述的复合材料，其中所述硅酸盐材料包括铝硅酸钠。
4. 根据权利要求1所述的复合材料，其中所述二氧化钛包括氯化法金红石二氧化钛。
5. -种浆料，所述浆料包括液体和权利要求1所述的复合材料。
6. -种油漆或涂料制剂，其包括液体和权利要求1所述的复合材料。
7. 根据权利要求6所述的油漆或涂料制剂，其中全部或基本上全部二氧化钛存在于所 述娃酸盐材料的表面上。
8. 根据权利要求6所述的油漆或涂料制剂，与常规制备的油漆或涂料制剂相比，具有 改进的不透明度、改进的对比度、和/或降低的需水量中的至少一个。
9. 一种用于制备复合材料的方法，所述方法包括使硅酸盐材料和二氧化钛颗粒接触， 和然后混合所述硅酸盐和所述二氧化钛颗粒以便形成复合材料。
【文档编号】C01B33/26GK104284947SQ201380023838
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2013年5月1日 优先权日:2012年5月9日
【发明者】希拉里·埃伦·卡普兰, 罗纳德·路易斯·罗默 申请人:J.M.休伯有限公司