专利名称：用于塑料的耐久性颜料的制作方法
背景技术：
1.发明领域本发明涉及改良的用氧化铝包被的无机颜料以及多层包被含氧化铝之无机颜料的方法，使得在塑料应用中得到良好的耐久性、低的光化学和化学反应性、和好的光学和可分散性质。更具体地讲，本发明涉及改良的包含氧化铝的二氧化钛颜料，该颜料含有勃母石氧化铝第一涂层，在勃母石氧化铝第一涂层上的无定形氧化铝第二涂层，和在无定形氧化铝第二涂层上的勃母石氧化铝第三涂层。
2.现有技术描述已知对无机颜料，如二氧化钛做表面处理和包被可在塑料组合物中获得改善的性能特征。典型地，通过对颜料的表面处理可获得可分散性、可操作性和好的光学性质，而用二氧化硅、氧化铝和其他金属氧化物涂层包被颜料则可获得耐久性和低的化学和光化学反应性。当用现有技术的操作沉淀时，金属氧化物涂层倾向于使颜料在塑料中分散困难。而且用金属氧化物包被的颜料易吸收更多的水，这在含包被颜料的塑料生产中可造成放气和形成透镜状泡的问题。典型地，这些问题用单一颜料不能解决。因此，塑料配料员通常不得不在可用包被的颜料获得的耐久性，与可用处理或未处理之颜料获得的可分散性、可操作性和好的光学性质之间做选择。
例如，美国专利3,523,810中公开了温度在70至100℃之间，pH7至9时对氧化钛颜料包被0.5％至10％勃母石氧化铝的方法。这类仅含勃母石氧化铝而不含无定形氧化铝的颜料可有好的光学和可分散性质，但没有好的耐久性。与此类似，美国专利4,022,636中描述了对二氧化钛颜料做涂布两层氧化铝，其中在pH约为2时涂一层无定形涂层，接着在pH约为8时再涂一层勃母石涂层，以使颜料在塑料中有良好的性能。但该方法缺乏耐久塑料制造中要求形成致密氧化铝所需的因素。同样地，美国专利4,416,699中描述了颜料包被2％至6％之间的氧化铝的方法，以获得具有涂料级二氧化钛所要求的耐粉化性、光泽和可分散性。但是，与塑料应用中二氧化钛颜料最佳性能所允许的量相比，该方法包含了更多的二氧化铝。
由于包被使性能得以改善的无机颜料的包被方法的例子包括美国专利2,671,031中公开的包被方法。该专利论述了在二氧化钛上沉淀水合氧化铝涂层后，接着在500℃至800℃之间热处理，可降低颜料的粉化。本发明不涉及这样的热处理。美国专利2,780,558中公开了以醇化物形式添加的氧化铝包被颜料材料的方法。本发明涉及以无机盐形式添加的氧化铝的多层包被。在美国3,146,119中声明的方法在沉淀氧化铝层之前要求在颜料上沉淀二氧化钛层。本发明不需要沉淀二氧化钛层。美国3,409,454中公开了包被氧化铝的二氧化钛颜料及其制备方法，其中为改善在塑料中的可分散性，在碱性条件下(pH大于10)把氧化铝沉淀到颜料上。本发明涉及酸性涂布方法和碱性涂布后的老化。美国专利3,529,985中公开了双层包被的二氧化钛颜料，其中为改善耐久性和光学性质，在涂布第二涂层前将金属氧化物第一涂层置于至少450℃的温度下焙烧。本发明不需要焙烧过程。美国专利3,853,575中公开了包被氧化铝的二氧化钛颜料的制造方法，其中通过向二氧化钛水溶液中添加碱性氧化铝盐提供氧化铝涂层。本发明则公开了酸性氧化铝涂布方法和碱性涂布步骤后的老化。为改善二氧化钛颜料的光化学稳定性，美国专利4,239,548中公开了在颜料上涂布铈和磷酸根第一涂层并在第一涂层上再涂布铝和磷酸根第二涂层。本发明不步及铈的使用。为改善可操作性，美国专利5,114,486中公开了用锌、磷酸盐和铝离子包被二氧化钛颜料的方法。本发明不涉及锌的使用。
上述专利均没有建议或论述用勃母石氧化铝第一涂层、无定形氧化铝第二涂层、和勃母石氧化铝第三涂层涂布无机颜料，以生产作为本申请主题的被包被的颜料。
发明简述本发明的目的是提供用于在塑料中有好的光学性质、可分散性、和化学稳定性的、氧化铝包被的耐久性无机颜料。另一目的是提供改良的无机颜料，优选为二氧化钛颜料，其上沉积有勃母石氧化铝第一涂层、无定形氧化铝第二涂层和勃母石氧化铝第三涂层。本发明的又一目标是提供一种经上述氧化铝包被的无机颜料的制造方法。
优选实施方案描述本发明涉及一种氧化铝包被的无机颜料，以无机颜料材料重量计，上述颜料材料包含至少0.75wt％的氧化铝，无机颜料含有在上述无机颜料上主要是勃母石氧化铝的第一涂层、在上述第一涂层上主要是无定形氧化铝的第二涂层、和在上述第二涂层上主要是勃母石氧化铝的第三涂层；上述第一涂层被分立地制得，上述第二和第三涂层则是连续被制得的。
以上述颜料的重量计，氧化铝包被的无机颜料含约0.75wt％至约2wt％的氧化铝是有利的。以上述颜料的重量计，优选的氧化铝包被的无机颜料包含约1wt％至约1.5wt％的氧化铝，更优选的氧化铝包被的无机颜料包含约1.3wt％的氧化铝。
有利的是，采用二氧化钛作为氧化铝包被的无机颜料。
为制备本发明的氧化铝包被的无机颜料，有利的是，制备方法包括以下步骤(a)在分散剂的存在下研磨含有无机颜料材料的水基浆液，使得以Microtrac 9200 FRA测量时，在所述颜料的粒径分布中不超过40％的所述颜料的颗粒大于0.49微米，其中以所述颜料材料重量计，所述颜料材料包含至少0.75wt％的氧化铝；(b)从上述浆液中移走研磨介质；(c)按与第二份分散剂同时加入的有利方式向上述浆液中添加第一份氧化铝涂布剂，并调pH至少为约1.5，使得在上述颜料上形成主要是勃母石氧化铝的第一涂层；(d)在温度为约50℃至约70℃下老化浆液约5至约60分钟；(e)将浆液的pH增至为约3至约5；(f)同时向浆液中添加第二份氧化铝涂布剂和pH调节剂以在上述第一涂层上形成主要是无定形氧化铝的第二涂层，并同时保持pH在为约3至约5之间；(g)在温度为约50℃至约70℃下老化浆液约10至约90分钟；(h)调节浆液的pH在约7至约9之间，并在温度为约50℃至约70℃下老化上述浆液约5至60分钟，使得在上述第二涂层上形成主要是勃母石氧化铝的第三涂层；然后(i)回收上述氧化铝包被的颜料作为塑料级颜料。
以上述颜料材料的重量计，步骤(a)中的颜料材料含约0.75wt％至约2.0wt％的氧化铝是有利的。以上述颜料材料的重量计，步骤(a)中优选的颜料材料包含约1.3wt％的氧化铝。上述颜料材料为二氧化钛是有利的。有利的是，步骤(a)和(c)中的分散剂选自磷酸盐、多元醇和胺。优选的分散剂为六偏磷酸钠。以上述颜料材料重量计，有利的是步骤(a)中的分散剂用量在约0.05wt％至约0.5wt％之间。以上述颜料材料重量计，优选的分散剂用量约为0.15wt％。当在步骤(c)中使用分散剂时，以上述颜料材料重量计，有利的用量在约0.05wt％至约0.5wt％之间。以上述颜料材料重量计，步骤(c)中上述分散剂的优选用量约0.15wt％。
用Microtrac 9200 FRA测量，本发明中约0.1％至约20％的上述颜料颗粒为0.49微米或更小。有利的是，约5％至约10％的上述颗粒为0.49微米或更小。优选为约7％的上述颗粒为0.49微米或更小。
有利的研磨介质是砂子。优选地，从步骤c至h温度保持在约50℃至约70℃之间，最优选地，温度保持在约60℃上。
有利的氧化铝涂布剂是酸性或碱性无机铝盐。优选的上述氧化铝涂布剂为铝酸钠。
以上述颜料材料重量计，在本发明方法的步骤(c)中氧化铝涂布剂的用量要足以使勃母石氧化铝第一涂层的量在约0.01wt％至约1wt％之间。为有利起见，在步骤(c)中氧化铝涂布剂的用量要足以使第一涂层的量达约0.2wt％至约0.5wt％之间。优选的氧化铝涂布剂的用量要足以使第一涂层的量达约0.35wt％。
以上述颜料材料的重量计，有利的是步骤(f)中氧化铝涂布剂的用量要足以使上述第二涂层的量在约0.2wt％至约1.2wt％之间。优选的氧化铝涂布剂的用量要足以使上述第二涂层的量在约0.5wt％至约1.0wt％之间，最优选的氧化铝涂布剂的用量要足以使第二涂层的量达约0.75wt％。
在步骤(a)中上述浆液有利的pH约为10。为有利起见，在步骤(c)中上述浆液的pH被调至为约1至约3之间，优选为调上述浆液pH至为约1.5。为有利起见，在步骤(e)中上述浆液的pH值被调至约为3，并且在步骤(f)中上述浆液的pH值保持在约为5.75。为有利起见，在步骤(h)中上述浆液的pH值被调至为约7至约9之间，优选为调上述浆液pH至约7.8。步骤(c)和(f)中有利的pH调节剂为无机酸，优选为硫酸。在步骤(e)和(h)中优选的上述pH调节剂为碱金属氢氧化物，优选的pH调节剂为氢氧化钠。
为有利起见，在步骤(d)中上述浆液老化约5至约60分钟，优选为上述浆液老化约15分钟。为有利起见，在步骤(g)中上述浆液老化约10至90分钟，优选为上述浆液老化约30分钟。为有利起见，在步骤(h)中上述浆液老化约5至60分钟，优选为上述浆液老化约15分钟。为有利起见，氧化铝包被的颜料通过过滤、干燥和研磨回收。
实施例1以Al2O3为计，含1.3wt％氧化铝的1800gTiO2的水溶液用0.15％六偏磷酸钠分散，并砂磨至7％的颗粒小于0.49微米的粒度分布。研磨后除去砂子。接着把浆液稀至4.5L，再加入2.54g六偏磷酸钠并将温度调至60℃。11.5m1，1.4696g/ml，氧化铝以铝酸钠形式加入。用5.0ml硫酸调pH值至3.5并将溶液老化15分钟。接着用5.0ml氢氧化钠调pH至5.75。45.8ml，1.4696g/ml，氧化铝以铝酸钠形式加入，同时加入13.3ml硫酸维持pH在5.5-6.0。浆液老化30分钟。用4.3ml氢氧化钠调pH至7.8并再老化15分钟。接着过滤样品，干燥并与0.35％TMP一起微粒化。结果列于表1中。
实施例2重复实施例1的处理步骤。颜料与0.40％TMP/0.3％TEA一起微粒化。
对照1是用于塑料的经过强处理的“耐久性”颜料。
对照2是用于塑料的未处理颜料。
对照3是标准塑料级颜料。
表1
*较低数值指示在这些测试中有较低反应性并且因而为优选。
权利要求
1.一种氧化铝包被的无机颜料，以无机颜料材料重量计，上述颜料材料包含至少0.75wt％的氧化铝，无机颜料含有在上述无机颜料上主要是勃母石氧化铝的第一涂层，在上述第一涂层上主要是无定形氧化铝的第二涂层，和在上述第二涂层上主要是勃母石氧化铝的第三涂层；上述第一涂层被分立地制得，上述第二和第三涂层则是连续被制得的。
2.如权利要求1中的氧化铝包被的颜料，其中，以所述颜料的重量计，所述无机颜料包含约0.75wt％至约2wt％的氧化铝。
3.如权利要求2中的氧化铝包被的颜料，其中，以所述颜料材料的重量计，所述颜料材料包含约1wt％至约1.5wt％的氧化铝。
4.如权利要求3中的氧化铝包被的颜料，其中，以所述颜料材料的重量计，所述颜料材料包含约1.3wt％的氧化铝。
5.如权利要求1中的氧化铝包被的颜料，其中，所述颜料材料为二氧化钛。
6.一种制备氧化铝包被之无机颜料的方法，其包括以下步骤(a)在分散剂的存在下研磨含有无机颜料材料的水基浆液，使得以Microtrac 9200 FRA测量时，在所述颜料的粒径分布中不超过约40％的所述颜料的颗粒大于0.49微米，其中，以所述颜料材料重量计，所述颜料材料包含至少0.75wt％的氧化铝；(b)从上述水基浆液中除去研磨介质；(c)在上述浆液中添加第一份氧化铝涂布剂，并调浆液pH至少为约1.5，使得在上述颜料上形成主要是勃母石氧化铝的第一涂层；(d)在温度为约50℃至约70℃下老化浆液约5至约60分钟；(e)将浆液的pH增至为约2.5至约5；(f)同时向浆液中添加第二份氧化铝涂布剂和pH调节剂，以在上述第一涂层上形成主要是无定形氧化铝的第二涂层，并同时保持浆液pH在约5至约7之间；(g)在温度为约50℃至约70℃下老化浆液约10至约90分钟；(h)调节浆液的pH在约6至约9之间，并在温度为约50℃至约70℃下老化上述浆液约5至60分钟，使得在上述第二涂层上形成主要是勃母石氧化铝的第三涂层；然后(i)回收上述经氧化铝包被的颜料作为塑料级颜料。
7.如权利要求6中的方法，其中，以所述颜料材料的重量计，步骤(a)中颜料材料中含约1wt％至约1.5wt％的氧化铝。
8.如权利要求7中的方法，其中，以所述颜料材料的重量计，所述颜料材料包含约1.3wt％的氧化铝。
9.如权利要求6中的方法，其中，所述颜料材料为二氧化钛。
10.如权利要求6中的方法，其中，在步骤(c)中添加第二份分散剂。
11.如权利要求10中的方法，其中，上述在步骤(a)和(c)中的分散剂选自磷酸、多元醇和胺。
12.如权利要求11中的方法，其中，所述分散剂为六偏磷酸钠。
13.如权利要求6中的方法，其中，以所述颜料材料的重量计，上述在步骤(a)中的分散剂用量为约0.05wt％至约0.50wt％。
14.如权利要求13中的方法，其中，以所述颜料材料的重量计，所述分散剂的用量为约0.15wt％。
15.如权利要求10中的方法，其中，以所述颜料材料的重量计，上述在步骤(c)中的分散剂用量为约0.05wt％至约0.50wt％。
16.如权利要求15中的方法，其中，以所述颜料材料的重量计，所述分散剂用量为约0.30wt％。
17.如权利要求6中的方法，其中，用Microtrac 9200 FRA测量，约0.1％至约20％的所述颜料颗粒等于或小于0.49微米。
18.如权利要求17中的方法，其中，约5％至约10％的所述颜料颗粒等于或小于0.49微米。
19.如权利要求18中的方法，其中，约7％的所述颜料颗粒等于或小于0.49微米。
20.如权利要求6中的方法，其中，在步骤(a)中的研磨介质为砂子。
21.如权利要求6中的方法，其中，从步骤c到h温度维持在约50℃至约70℃之间。
22.如权利要求21中的方法，其中，温度维持在约60℃。
23.如权利要求6中的方法，其中，氧化铝涂布剂为酸性或碱性无机铝盐。
24.如权利要求23中的方法，其中，所述氧化铝涂布剂为铝酸钠。
25.如权利要求6中的方法，其中，以所述颜料材料重量计，在步骤(c)中氧化铝涂布剂的添加量要足以使勃母石氧化铝第一涂层的量在约0.01wt％至约1wt％之间。
26.如权利要求25中的方法，其中，以所述颜料材料重量计，在步骤(c)中氧化铝涂布剂的添加量要足以使第一涂层的量达约0.2wt％至约0.5wt％之间。
27.如权利要求26中的方法，其中，以所述颜料材料重量计，所述氧化铝涂布剂的添加量要足以使第一涂层的量达约0.35wt％。
28.如权利要求6中的方法，其中，以所述颜料材料重量计，在步骤(f)中氧化铝涂布剂的添加量要足以使第二涂层的量在约0.2wt％至约1.2wt％之间。
29.如权利要求28中的方法，其中，以所述颜料材料重量计，在步骤(f)中氧化铝涂布剂的添加量要足以使第二涂层的量在约0.5wt％至约1.0wt％之间。
30.如权利要求29中的方法，其中，以所述颜料材料重量计，在步骤(f)中氧化铝涂布剂的添加量要足以使第二涂层的量在约0.75wt％。
31.如权利要求6中的方法，其中，在步骤(a)中所述浆液的pH值约为10。
32.如权利要求6中的方法，其中，在步骤(c)中把所述浆液的pH值调至为约1至约3。
33.如权利要求32中的方法，其中，把所述浆液的pH值调至约为1.5。
34.如权利要求6中的方法，其中，在步骤(e)中把所述浆液的pH值调至约为3。
35.如权利要求6中的方法，其中，在步骤(f)中把所述浆液的pH值维持在约为5.75。
36.如权利要求6中的方法，其中，在步骤(h)中把所述浆液的pH值调至为约7至约9。
37.如权利要求36中的方法，其中，把所述浆液的pH值调至约为8。
38.如权利要求6中的方法，其中，在步骤(c)和(f)中pH调节剂为无机酸。
39.如权利要求38中的方法，其中，所述pH调节剂为硫酸。
40.如权利要求6中的方法，其中，在步骤(e)和(h)中pH调节剂为碱金属氢氧化物。
41.如权利要求40中的方法，其中，所述pH调节剂为氢氧化钠。
42.如权利要求6中的方法其中，在步骤(d)中所述浆液老化约10至约45分钟。
43.如权利要求42中的方法，其中，所述浆液老化约15分钟。
44.如权利要求6中的方法，其中，在步骤(g)中所述浆液老化约20至约70分钟。
45.如权利要求44中的方法，其中，所述浆液老化约30分钟。
46.如权利要求6中的方法，其中在步骤(h)中所述浆液老化约10至约45分钟。
47.如权利要求46中的方法，其中，所述浆液老化约15分钟。
48.如权利要求6中的方法，其中，所述经氧化铝包被的颜料是通过过滤、干燥和研磨回收。
全文摘要
公开了改良的经氧化铝包被的无机颜料,该颜料含有勃母石氧化铝第一涂层、无定型氧化铝第二涂层、和勃母石氧化铝第三涂层,并在塑料组合物中显示了好的耐久性、可分散性和光学性质。也公开了一种方法,其中研磨包含氧化铝之无机颜料的水基浆液达特定粒度分布,在第一pH范围下在颜料材料上沉淀勃母石氧化铝第一涂层,在第二pH范围下加入第二份氧化铝涂布剂以得到在勃母石氧化铝第一涂层上的无定型氧化铝第二涂层,接着把浆液的pH值调到第三pH范围使得在无定型氧化铝第二涂层上形成勃母石氧化铝第三涂层。
文档编号C09C1/40GK1189178SQ9719034
公开日1998年7月29日 申请日期1997年3月20日 优先权日1997年3月20日
发明者约翰·R·布兰德, 凯利·A·格林 申请人:科尔-麦克基化学公司