CN101589114A - 经表面处理的颜料 - Google Patents

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Abstract

本申请提供经表面处理的无机氧化物颜料，其中将一种或多种乙二醇酯和二酯施加至基体无机氧化物颜料表面，所述无机氧化物颜料例如由制备二氧化钛颜料的传统硫酸盐法的煅烧炉中得到的锐钛矿型二氧化钛，或特别是由制备二氧化钛颜料的传统氯化物法的氧化器中得到的金红石型二氧化钛。

Description

经表面处理的颜料
本发明涉及无机颜料(特别是二氧化钛)的表面改善处理。
在许多应用领域中，包括在纸以及纸制品中，在油漆、涂料以及涂覆产品中，以及在热塑性材料、热固性材料以及由其制备的产品中，二氧化钛用作遮光剂和着色剂。多年来以开发多种无机和有机表面处理，可为基体二氧化钛颜料提供某些所需的特性，通过旧的硫酸盐法进行或通过较新的氯化物法进行。
特别是在热塑性的应用领域中，处理器希望颜料能够快速、干净地分散在其混合系统中，提供良好的着色和遮光性能，并提供延长的运行时间和尽可能少的残余物。此外，由于热塑性组合物和制成的热塑性产品的制造中，经常使其中所含的颜料在高温下暴露相当长的时间，因此尤其需要可用于这些应用领域的颜料不仅具有上述性能，还具有优异的热稳定性。
本发明以经表面处理的无机氧化物颜料的形式提供这种非常适合的颜料，其中基体无机氧化物颜料由一种或多种乙二醇酯和二酯进行表面处理，所述基体无机氧化物颜料优选由硫酸盐或氯化物法制造的基体二氧化钛颜料，更优选为由氯化物法制造的金红石颜料。本发明预期得到的经表面处理的无机氧化物颜料可以用于该材料通常所用的任何应用领域，当然，可用于纸以及纸制品中，在油漆、涂料以及涂覆产品中，以及在热塑性材料、热固性材料以及由其制备的物品中。优选的应用是在热塑性或热固性组合物以及在由这些组合物分别制造的物品中，更优选的应用是在热塑性组合物和物品中。
特别优选的应用例如是在聚氯乙烯(PVC)、在氯化聚氯乙烯(CPVC)或在聚乙烯组合物，以及由例如PVC、CPVC或聚乙烯的着色的均聚物或共聚物分别制造的物品中。在最优选的情况中，已知乙二醇酯和二酯，之前用作增塑剂和加工助剂，但据我们所知，目前尚不知道乙二醇酯和二酯可以作为表面处理施加至二氧化钛颜料，并且将经表面处理的颜料掺入聚乙烯、PVC或CPVC材料中，可以具有良好的分散性、良好的着色和遮光性能，挤出时残余少，并具有优异的热稳定性。图1和2以图表显示了以下实施例中进一步描述的本发明的经表面处理的无机氧化物颜料在PVC中的动态热稳定性。
优选的乙二醇酯和二酯含有通式RO(OCH2CH2)nOOR中的乙二醇部分，其中n为2至14之间的实数，R为含有至上2个至多15个碳原子的直链的或带支链的烷基。基于所述颜料，这些材料掺加在颜料中的总量优选在0.01-1重量％的范围内，并可以与其他适当的无机氧化物和有机表面处理剂组合。例如，三羟甲基丙烷(通常写作TMP)可以相当的量沉积于颜料表面上，在优选实施方案中，基于所述颜料，所述沉积量不超过1重量％。当进行无机氧化物处理时，其优选在使用本发明的乙二醇酯和二酯的任何处理，以及任何其他的有机表面处理(比如TMP)之前进行。
根据本发明的更优选的表面处理材料包括：三乙二醇二-2-乙基己酸酯，目前可由伊利诺伊州芝加哥的The CP.Hall Company以
Figure A20078004205600041
803乙二醇酯(CAS No.94-28-0)获得；四乙二醇二-2-乙基己酸酯，目前可由伊利诺伊州芝加哥的The CP.Hall Company以
Figure A20078004205600042
804乙二醇酯(CAS No.18268-70-7)获得；以及聚乙二醇二-2-乙基己酸酯，目前可由伊利诺伊州芝加哥的The CP.Hall Company以809乙二醇酯(CAS No.9004-93-7)获得。
本发明中的乙二醇酯和二酯可以任何适合于将这种材料施加到二氧化钛颜料的方式使用，例如，在流体能磨中沉积，其中在包装或形成最终产品浆料之前，将颜料研磨至要求的尺寸，通过混合和喷雾将干燥的颜料施加到酯或二酯中，或通过干燥含有酯或二酯材料的颜料浆料。
下面将通过以下实施例对本发明进行进一步说明：
实施例1-4及比较例
在流体能磨中处理具有同样工业规模的四份样品金红石二氧化钛基体，基于所述颜料，沉积0.3重量％的常规有机处理剂三羟甲基丙烷(TMP)，并利用两种不同量的
Figure A20078004205600044
803乙二醇酯和
Figure A20078004205600045
804乙二醇酯材料分别进行处理。处理第五份样品作为进行比较的对照物，仅沉积0.3％的TMP。对各个这样制备的颜料样品的各种性质(下文中详细描述)进行测试，所述性质包括干颜色(Dry L*)和亮度(Dry b*)、LDPE着色强度(TS)和着色色调(TT)、LDPE高负荷平衡扭矩、LDPE滤网组合件(screen pack)(PPM)、PVC熔融扭矩(FT)以及动态热稳定性。这些性质测试的详细细节如下文所述，测试结果记录在下表1中，或动态热稳定性测试结果反映在图1和2中：
干颜色及亮度测试：通过使用成型不锈钢模具在20.7MPa(3000psi)压力下在30秒时间内使干燥的处理后颜料(四个发明样品中的每一个以及对照物)形成球粒，然后使用Hunter Lab Model Ultrascan XE分光光度计(HunterAssociates Laboratory，Inc.，Reston，Virginia USA)测量球粒状TiO2样品的颜色和亮度。
LDPE着色强度以及着色色调：为了进行这些测试，将颜料样品混入炭黑低密度聚乙烯塑性浓缩物中，所述浓缩物由Chroma Corporation制造，其含有0.011重量％的Raven 1020、20.00重量％的Dow MN711 LDPE和79.98重量％的Dow 640 LDPE。这种黑色浓缩物在工业上以颜料编号CP83513公知。通过在装有CAM叶片的Brabender混合器中，在100摄氏度的温度下，以100rpm下在6分钟的时间中混合2.50克颜料与55.0克黑色浓缩物以及0.27克的U.S.P.A级硬脂酸锌粉末来制备测试样品。当Brabender混合器的温度在100℃达到平衡时，将含颜料的测试样品投入混合器的进料槽中。根据生产商的说明，将5千克的柱塞(ram)置于进料槽中，并启动混合器。一旦进料熔融(约两分钟)，则去掉进料槽和柱塞组件，并且为了持续混合而放入载重的容器支架(weighted containment arm)。然后，根据ASTM D5224，将所得的混合塑料模压成板，着色强度和着色色调值通过在MacBeth模式7000A分光光度计上比较CIE L*和b*值而确定，所述分光光度计使用D65光源，10°观察角，且包括镜面反射。
LDPE高负荷平衡扭矩：在100摄氏度和100rpm的混合速度下，使用Brabender混合器中的CAM叶片，将本发明的和对照颜料样品(为75重量％)各自与由The Dow Chemical Company，Midland，Michigan获得的4012级低密度聚乙烯(25重量％)混合，得到LDPE中的75％TiO2母料浓缩物。确定各个样品的与母料浓缩物的形成相关的扭矩分布图，确定各自的高负荷平衡扭矩，记录在下表1中。
滤网组合件：使用3个筛子(由两个40目不锈钢筛和置于二者之间的500目不锈钢筛组成)与安装有单螺旋挤压机附件和水平连杆模具的扭矩流变仪(在这种情况下，Brabender PL-2000 Plasti-corder)来确定筛网组合件值(screen pack value)和挤压机背压(下表1中的EB，单位MPa)，以确定留在筛网组合件上的残余物的量，以及TiO2样品在母料中的分散程度。
更特别地，为了根据ASTM D6265测量筛网组合件值，将两个40目(US)、直径2.8cm(1.125英寸)的筛和500目(US)、直径2.8cm(1.125英寸)的筛中的每一个在700℃马弗炉中预干燥10分钟。从马弗炉中移出之后，将筛子放置在干燥器中，直到达到室温(23℃)，然后对500目筛进行称重(“前”重量)。
然后，将所述滤网组合件置于单螺杆挤出机和模具之间。滤网组合件由邻近螺杆前端的垫圈、一个40目筛、其后的500目筛、再其后的另一40目筛以及最后的多孔板(breaker plate)组成。
通过混合1000.0克Dow 4012LDPE树脂(The Dow Chemical Company，Midland，Michigan)和0.05克Irganox B-900得到500ppm的低密度聚乙烯中的Irganox B-900抗氧化剂(Ciba Specialty Chemicals，Basel，Switzerland制造)的混合物。每个测试样品由36.8克Irganox B-900/Dow 4012混合物和110.5克充分混合的颜料样品组成。将样品在Brabender混合器中熔融，然后冷却，造粒。挤出机螺杆速率设定为75rpm。
将100克的各粒状样品加入挤压机进料斗中，可通过过滤网组合件和模具完全挤出。然后，用200克纯的Dow 4012 LDPE树脂冲洗挤出机。当挤出机完全清空时，将筛网组合件从挤出机附件中移除，并将其置于700℃马弗炉中10分钟。将筛子在干燥器中冷却，并对500目筛进行称重。该重量为″后″重量。以百万分率计算，过滤网组合件残余物计算如下：
([″后″重量-″前″重量]/75g TiO2)×1,000,000
PVC熔融扭矩：为了检验乙二醇二酯表面处理对基体二氧化钛颜料加工性能的影响，在60rpm和180摄氏度下，使用rollerblades将上述样品与聚氯乙烯在搅拌器中组合，根据ASTM D2538确定样品的熔融扭矩和时间，以及胶凝时间(毫克/分钟)。
PVC动态热稳定性：在相同的搅拌器(用于PVC熔融扭矩测试)中，但在100rpm和205摄氏度下制备着色的PVC组合物。每隔2分钟在Brabender混合器中取出代表性样品，直到PVC基质降解。读取取出的样品的L*和b*值，结果在图1和2中以与处理时间的关系表示。
其它各种测试(除动态热稳定性之外)的结果如下表1中所示。
表1-本发明的经表面处理的TiO2的性质
  样品 表面处理 TS TT   DryL*   Dryb* 扭矩 EB PPM   熔融时间(秒)   胶凝时间(mg/m)
  比较例 0.3％TMP 102.4 -5.4 98.0 1.48 1496   5.9(858psi) 143 0:30 3827
1   0.3％TMP，0.3％803 104.3 -5.5 97.7 1.22 1493   5.9(859psi) 95 0:30 3502
2   0.3％TMP，0.6％803 100.9 -5.6 97.8 1.34 1482   5.1(744psi) 47 0:38 3666
3   0.3％TMP，0.3％804 99.3 -5.5 97.7 1.23 1547   5.0(770psi) 73 0:34 2446
4   0.3％TMP，0.6％804 102.1 -5.5 97.2 0.93 1531 5.2 77 0:34 3165
从上表中所列值以及图1和2中可明显地看出，本发明的经表面处理的颜料确实提供了在LDPE和PVC中优异的加工和光学性能。
本领域技术人员可以容易地想到对这里所述的本发明的特定实施方案进行其它选择、改变和等效变换，但这些应当视为在所请求保护的本发明的贡献范围之内。

Claims (9)

1、无机氧化物颜料，其表面沉积有至少一种乙二醇酯或乙二醇二酯。
2、权利要求1的无机氧化物颜料，其表面沉积有至少一种乙二醇酯或乙二醇二酯，所述乙二醇酯或乙二醇二酯含有通式为RO(OCH2CH2)nOOR的n个乙二醇部分，其中n为2至14之间的实数，R为含有至少2个至多15个碳原子的直链的或带支链的烷基。
3、权利要求2的无机氧化物颜料，其中基于所述颜料，所述乙二醇酯和/或乙二醇二酯的总用量为0.01-1重量％。
4、权利要求3的无机氧化物颜料，其表面沉积有三乙二醇二-2-乙基己酸酯、四乙二醇二-2-乙基己酸酯和聚乙二醇二-2-乙基己酸酯中的一种或多种。
5、权利要求1的无机氧化物颜料，其中所述无机氧化物颜料为二氧化钛颜料。
6、母料组合物，其由10重量％或更多的权利要求5的二氧化钛，以及10重量％或更多的烯属均聚物或共聚物组成。
7、聚氯乙烯或氯化聚氯乙烯组合物，其包含聚氯乙烯或氯化聚氯乙烯，以及每100重量份的聚氯乙烯或氯化聚氯乙烯，0.1重量份或更多的权利要求5的二氧化钛颜料。
8、母料组合物，其由10重量％或更多的权利要求1的无机氧化物颜料，以及10重量％或更多的烯属均聚物或共聚物组成。
9、聚氯乙烯或氯化聚氯乙烯组合物，其包含聚氯乙烯或氯化聚氯乙烯，以及每100重量份的聚氯乙烯或氯化聚氯乙烯，0.1重量份或更多的权利要求1的无机氧化物颜料。
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