CN104736766B - 阳离子多金属氧酸盐涂覆的三水合氧化铝分散剂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及多金属氧酸盐涂覆的三水合氧化铝分散剂，其通过使具有某些特性的聚氯化铝与三水合氧化铝颗粒结合来制备。此类分散剂对于形成阳离子三水合氧化铝浆料是有用的，该阳离子三水合氧化铝浆料可以与二氧化钛混合以产生稳定的阳离子浆料共混物，该阳离子浆料共混物对于纸、纸板以及油漆(涂料)应用是有用的。该分散剂对于制备阳离子二氧化钛浆料也是有用的。

Description

阳离子多金属氧酸盐涂覆的三水合氧化铝分散剂
技术领域
本发明涉及可用于纸、纸板以及涂料应用的阳离子分散剂。
背景技术
三水合氧化铝(ATH)可以用作填料以生产用于纸和纸板的涂料。因为二氧化钛(TiO2)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、碳酸钙、高岭土以及类似物替代或掺入二氧化钛。增量剂可以减少或消除对更昂贵的白色二氧化钛颜料的需求。三水合氧化铝(Al(OH)3)代表典型的颜料和填料中的特殊例子。三水合氧化铝(Al(OH)3)是化学活性的并且可以与聚合物反应。三水合氧化铝比较软，具有3莫氏硬度；例如，以金红石改性的二氧化钛的莫氏硬度为6.5。三水合氧化铝的折射指数比较低，为n＝1.57。
造纸商必须能够将浆料从存储区泵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TiO2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；这些分散剂或表面活性剂的大多数本质上是阴离子，以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铝(PAC)作为分散剂，但是这些常常随着时间而显现出不能接受的高粘性。此外，无机分散的聚氯化铝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。
美国专利号2,187,050描述了铝盐(例如，氯化铝)，该铝盐从溶液中沉淀并且被添加到TiO2以影响表面涂层。中和过程赋予氧化铝沉淀物中性pH，并且可溶的负性反离子(硫酸盐或氯化物)在将该氧化铝沉淀物添加到TiO2浆料之前被洗掉。
美国专利号4,376,655公开了包含ATH和高岭土的水性二氧化钛浆料。TiO2比氧化铝的比率在1000:1与2000:1之间。ATH可以有效地是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。
美国专利号5,171,631公开了二氧化钛颜料ATH增量剂/间隔剂颜料组合物，其包含按体积计70％-98％的二氧化钛和按体积计2％-30％的ATH，其中该ATH具有与二氧化钛相似的中值粒度。通常，二氧化钛的中值粒度为0.2微米至0.3微米。ATH与二氧化钛粒度相比具有±20％以内的中值粒度。包含该颜料的涂料组合物的实例用二氧化钛和ATH来制备并且在水中以3.23％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、凝聚剂以及杀微生物剂。不同类型的ATH被描述并且用作TiO2间隔剂的ATH具有负(阴离子)电荷，以便与基于阴离子树脂的颜料相容。
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TiO2的成本的用途。该专利讨论了阴离子浆料中的以15％-30％的固体的ATH的用途。
美国专利号5,824,145公开了耐光的二氧化钛浆料，其包含至少78％的二氧化钛颗粒和至少3％的氧化铝颗粒以及阴离子聚丙烯酸类分散剂和具有约6.0至9.0的pH的添加剂。
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钛颜料的水性浆料，该水性浆料包含ATH和煅烧粘土以及包括丙烯酸酯的分散剂。该技术受限于与阴离子粘合剂组合的阴离子颜料分散体。
美国专利号7,452,416公开了在TiO2浆料研磨期间通过阶段式添加来添加的聚氯化铝的用途。当稀释时，添加阳离子聚酰胺-环氧氯丙烷聚合物(PAE)湿强度树脂以使浆料稳定。具有PAC的锐钛矿TiO2研磨浆料不具有用于控制研磨pH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。
美国专利号7,906,185公开用于表面处理带负电荷的二氧化硅以改善喷墨吸收性、增强光泽并且降低卷曲的阳离子勃姆石氧化铝。
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，三水合氧化铝)的表面在水性介质中与水溶性多价金属盐(例如，水合氯化铝)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。这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铝(ACH)的颜料表面处理。ACH为高度中性的、弱阳离子氧化铝，其与具有大于约50％的碱度(活性)的阴离子胶乳相容。
发明内容
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(first pass retention)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钛浆料相容的阳离子ATH浆料组合物的需求。本发明解决了这些需求和其他需求。
本发明描述了基于在氧化铝表面上形成稳定的多金属氧酸盐(POM)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pH范围。这些新的组合物包含Keggin离子结构，该结构在存在稳定化三水合氧化铝(ATH)颗粒的稀释条件下、在酸性和中性pH下是稳定的。这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、纸以及油漆涂料。
本发明的一个方面提供一种阳离子多金属氧酸盐涂覆的三水合氧化铝分散剂(阳离子POM分散剂)，其包含以下的反应产物：
a.具有约20％至约40％的碱度和约10wt.％至约17wt.％的Al2O3含量的聚氯化铝；和
b.晶状(crystalline)三水合氧化铝(alumina trihydrate，ATH)颗粒；
其中该阳离子POM分散剂具有≤2.5的pH。
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三水合氧化铝分散剂(阳离子POM分散剂)的方法，该方法包括：使具有约20％至约40％的碱度和约10wt.％至约17wt.％的Al2O3含量的聚氯化铝与晶状三水合氧化铝(ATH)颗粒结合，其中得到的阳离子POM分散剂具有≤2.5的pH。
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POM分散剂以及无机颗粒，该无机颗粒为除作为阳离子POM分散剂的一部分存在的晶状三水合氧化铝颗粒之外的、选自由三水合氧化铝颗粒、二氧化钛及其混合物组成的组。
例如，阳离子POM分散剂可以与水结合以提供稀释的POM分散剂。然后稀释的POM分散剂可以与额外量的三水合氧化铝颗粒结合以提供中间物ATH+浆料。中间物ATH+浆料可以与额外量的水结合，以提供例如纸级的ATH+浆料或油漆级的ATH+浆料。ATH+/TiO2浆料可以通过使中间物ATH+浆料与二氧化钛颗粒结合来获得。稀释的POM分散剂还可以与二氧化钛颗粒结合以提供阳离子TiO2浆料。本发明的这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。
在本发明的另一个方面，提供一种中间物ATH+浆料，其包含：
a.稀释的POM分散剂，其包含
i.约5wt.％至约14wt.％的前述的阳离子POM分散剂；
ii.约86wt.％至约95wt.％的水；
和
b.除作为阳离子POM分散剂的一部分存在的晶状三水合氧化铝颗粒之外的晶状三水合氧化铝(ATH)颗粒；
其中，该中间物ATH+浆料具有约2与约6.8之间的pH并且具有约74wt.％至约84wt.％的总ATH固体含量。
本发明的还另一个方面提供一种中间物ATH+浆料，其包含：
a)稀释的POM分散剂，其包含
i.阳离子POM分散剂；
ii.足以在该稀释的POM分散剂中提供约1wt.％至约10wt.％的总ATH固体含量的量的水；
b)除作为阳离子POM分散剂的一部分存在的晶状三水合氧化铝颗粒之外的晶状三水合氧化铝(ATH)颗粒；
其中，该中间物ATH+浆料具有约2与约6.8之间的pH并且具有约74wt.％至约84wt.％的总ATH固体含量。
在另一个方面中，本发明提供一种纸级ATH+浆料，其包含：
a.中间物ATH+浆料，其包含
i.稀释的POM分散剂，其包含：
1.前述的阳离子POM分散剂；
2.足以在该稀释的POM分散剂中提供约3wt.％至约6wt.％的总ATH固体含量的量的水；
ii.除作为阳离子POM分散剂的一部分存在的晶状三水合氧化铝颗粒之外的晶状三水合氧化铝颗粒(ATH)；
其中，该中间物ATH+浆料具有约2与约6.8之间的pH并且具有约74wt.％至约84wt.％的总ATH固体含量；和
b.足以使中间物ATH+浆料稀释成约70wt.％至约72wt.％的总ATH固体含量的量的水。
此外，由本发明提供的是一种油漆级ATH+浆料，其包含：
a.中间物ATH+浆料，其包含：
i.稀释的POM分散剂，其包含：
1.前述的阳离子POM分散剂；和
2.足以在该稀释的POM分散剂中提供约1wt.％至4wt.％的总ATH固体含量的量的水；
ii.除作为阳离子POM分散剂的一部分存在的晶状三水合氧化铝颗粒之外的晶状三水合氧化铝颗粒(ATH)；
其中，该中间物ATH+浆料具有约2与约6.8之间的pH并且中间物ATH+浆料的总ATH固体含量为从约74wt.％至约84wt.％；和
b.足以使中间物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。
水性纸原料也通过本发明来配料，水性纸原料包含水、纸浆、二氧化钛颗粒、三水合氧化铝颗粒(除作为阳离子POM分散剂的一部分存在的ATH颗粒之外)以及前述的阳离子POM分散剂的浆料。例如，水性纸原料可以包含纸浆、二氧化钛颗粒以及前述的纸级ATH+浆料的水性浆料。
本发明的还又一个方面提供一种阳离子TiO2浆料，其包含水、二氧化钛颗粒以及前述的阳离子POM分散剂。
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TiO2浆料。
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)、二氧化钛颗粒以及上面提到的油漆级ATH+浆料。
附图说明
图1是示出如在实施例中更详细地解释的阳离子POM分散剂浓度对TiO2浆料的pH和粘度的影响的图。
图2是概括根据本发明的多种浆料和其他组合物可以如何制备的流程图。
图3示出了两性聚合物和阴离子聚合物对含有阳离子POM分散剂的阻燃纸的影响。
图4示出了含有阳离子POM分散剂的纸的干抗拉强度。
图5示出了含有阳离子POM分散剂的纸的z方向抗拉强度。
图6示出了含有阳离子POM分散剂的纸的层压对比率(CR)。
图7示出了含有阳离子POM分散剂的纸的不透明度。
图8示出了含有阳离子POM分散剂的纸的亮度。
具体实施方式
如本文使用的，三水合氧化铝意指由化学式Al2O3-3HOH或Al(OH)3界定的三水合氧化铝(在本领域中有时也被称为水合氧化铝、三水合铝或氢氧化铝)。
本发明提供阳离子三水合氧化铝浆料，该阳离子三水合氧化铝浆料在纸和纸板应用中的湿部或涂料中是特别有用的。这样的浆料通常具有大于67％的ATH颜料固体并且对于与TiO2浆料共混为增量剂颜料是有用的，以用于纸和涂料应用中。本发明还提供用于涂料应用中的阳离子TiO2浆料。
本发明包括通过严格控制特定碱度的氧化铝的制备来制备高阳离子多金属氧酸盐(POM)，这加强了Keggin(+7)离子形成。聚氯化铝(PAC)可以被用作涂覆于阳离子POM分散剂的ATH颗粒组分的表面上或与之紧密结合的多金属氧酸盐的来源。聚氯化铝(PAC)具有通式：
Al(OH)aClb
PAC的碱度由表示为a％的比率a/3定义。从化学组成开始，它可以通过下式计算：
a/3＝％碱度
例如，含有18.33％的基于Al2O3的铝和21.78％的氯化物并且具有43.1％的碱度的碱性聚氯化铝具有经验式：Al(OH)1.29Cl1.71。碱度计算为1.29/3＝43％。
美国专利号5,985,234将碱度百分比(通常在本领域中使用的术语，但有时也被称为活性百分比)定义为(％OH)(52.91)/(％Al)。在摩尔水平上，这可以被表达为((OH)/(Al))/3乘以100。该专利教导了产品将随时间的推移而水解，产生比初始配制的产品的碱度大的碱度。所配制的碱度用于选择特定PAC的目的，以用于配制根据本发明的产品。
美国专利号6,537,464公开了一种用于制造包含具有中等碱度的聚氯化铝产品的PAC的方法。所述方法制造液体产品，该液体产品包含按重量计从约9.8％至11.0％例如按重量计约10％的氧化铝(Al2O3)并且具有约30％至约50％的碱度。该方法用于在PAC制造期间使Keggin离子(+7)形成最大化，该方法通过表达为％Al2O3的最终铝含量、％碱度、蒸煮温度、起始原材料、添加剂以及中和剂来优化。
PAC产生具有(+7)电荷的非常有效的Keggin离子，Al-13，当被加入水时其吸引废水中的负电荷沉积物并且引起凝结以降低浊度。证明Keggin离子结构被保持的一种方法是通过测量用PAC材料处理的多种废水的浊度的降低。用于制造有效的PAC的方法由Zouboulis,A.I.和Tzoupanous,N.的“Alternative cost-effective method ofpolyaluminum chloride(PAC)coagulant agent:Characterization and comparativeapplication for water/wastewater treatment”，Desalination，2010，250，339-344页描述，出于所有目的，其中的教导据此通过引用全部并入。PAC处理温度、％Al2O3以及碱度的变化对多金属氧酸盐的形成和稳定化具有大的影响。在昂贵的TiO2颜料的存在下阳离子多金属氧酸盐结构可以改善颜料对负性纸纤维的自吸引。多种形式的多金属氧酸盐由Casey,William H.的“Large Aqueous Aluminum Hydroxide Molecules”，Chemical Reviews，2006，第106卷，第1期描述，出于所有目的，其中的教导据此通过引用全部并入。
出于本发明的目的，所利用的PAC应该包含以如由通过Zoubolis,A.I.和Tzoupanous,N.的“Alternative cost-effective method of polyaluminum chloride(PAC)coagulant agent:Characterization and comparative application for water/wastewater treatment”，Desalination，2010，250，第339-344页描述的实验技术界定的、在18％至31％之间的水平的一类POM，即AlO4Al12(OH)24(H2O)12 7+(在本领域内有时简单地被称为“Al13”)。换言之，在一个方面，聚氯化铝具有Keggin结构含量为如根据上述的文章中阐述的程序测量的18％至31％的Al13(本文称为PAC-K13)。出于本发明的目的，所利用的聚氯化铝应该是具有约20％至约40％、约25％至约35％、或约30％至约32％的碱度和约10wt.％至约17wt.％、约10wt.％至约11wt.％、或约10wt.％至约10.5wt.％的Al2O3含量的透明液体。
出于本公开的目的，术语“PAC”意图是指任何聚氯化铝，无论碱度和/或Keggin结构含量如何。除非特别相反地说明，否则术语“PAC-K”意图是指具有约20％至约40％的碱度和约10wt.％至约17wt.％的Al2O3含量的聚氯化铝。这种PAC-K聚氯化铝可以包含Keggin离子。除非特别相反地说明，否则术语“PAC-K13”意图是指具有Keggin结构含量为约18％至约31％的A113[AlO4Al12(OH)24(H2O)12 7+]的聚氯化铝。
阳离子POM分散剂
本发明的阳离子多金属氧酸盐涂覆的三水合氧化铝分散剂(本文中被称为“阳离子POM分散剂”)包括聚氯化铝例如PAC-K和/或PAC-K13与晶状三水合氧化铝颗粒的反应产物。作为阳离子POM分散剂中使用的聚氯化铝通常如何制备(即，作为水性液体)的结果，阳离子POM分散剂大体上还包含一定量的水。不希望受理论束缚，聚氯化铝被认为与ATH颗粒反应，以便被沉积或涂覆于ATH颗粒的表面上或以其他方式与ATH颗粒的表面紧密结合，该ATH颗粒为提供多金属氧酸盐物质并且使所得到的POM分散剂为阳离子的形式。这种POM涂覆的三水合氧化铝颗粒(ATH+)通常作为在水中的浆料存在。如在本文中使用的，术语“ATH+”意图是指呈现阳离子电荷的多金属氧酸盐涂覆的三水合铝。应注意，“+”符号意图是指可以变化的阳离子电荷，并且不必意图是指+1的电荷。对于在分散无机颗粒诸如另外部分的ATH颗粒或二氧化钛颗粒时将是有效的阳离子POM分散剂而言，聚氯化铝(PAC-K)被选择以具有约20％至约40％的碱度(在本领域中有时被称为“活性”)。在一个实施方案中，PAC-K碱度为约25％至约35％。在另一个实施方案中，PAC-K的碱度为约30％至约32％。PAC-K还被选择以具有按重量计约10％至约17％的Al2O3含量。在一个实施方案中，PAC-K的Al2O3含量为约10wt.％至约11wt.％。在还另一个实施方案中，PAC-K具有约10wt.％至约10.5wt.％的Al2O3含量。满足这样的标准的PAC在本领域中是已知的并且可以从商业来源诸如Eka Chemicals(Akzo Nobel；ATC-8210)、Delta Chemical和Gulbrandsen Technologies获得。用于制备适用于本发明中的PAC的方法例如在Zoubolis,A.I.和Tzoupanous,N.的“Alternative cost-effective method of polyaluminum chloride(PAC)coagulant agent:Characterization and comparative application for water/wastewater treatment”，Desalination，2010，250，第339-344页和美国专利号6,537,464中被描述。
在一个方面，聚氯化铝(PAC-K13)可以根据上文引用的Zoubolis的方法通过首先将颗粒状Al(例如，Aldrich，～40目，或约420μm)溶解于HCl(最小37％)中来制备。颗粒状Al可以在连续磁力搅拌下缓慢并以小份引入到置于500mL的烧瓶中的预加热(65℃-70℃)的HCl溶液。在第一份Al引入并且在开始(放热)反应之后，通常不需要另外加热。铝酸钠溶液可以以类似的方法制备，但无需加热。然后，一份NaOH溶液(10％-50％)可以被放置于磁力搅拌器上的500mL烧瓶中，其中在强力混合下，颗粒状Al(10g-15gAl/100mL)可以缓慢引入并且溶解。多种NaAlO2溶液可以被制备并且用于制备PAC-K13。在制备期间，小份的酸和碱溶液还可以被添加以补充由于蒸发出现的相应的损失。
然后，可以将所制备的铝溶液中的一份放置在磁力搅拌器上的密封烧瓶中。利用蠕动泵，适量的铝酸钠溶液可以在强力搅拌下(1000rpm)被缓慢添加(0.2mL/min)。在非常浓的铝酸钠溶液中(50％NaOH,N12％Al)，可以加入少量的水以降低粘度。该合成可以在多种温度下发生，例如室温、50℃、70℃以及80℃。
得到的PAC-K13的铝含量(Al％w/w)和碱度(％)可以根据用于液体聚氯化铝的美国水研究协会(American Water Works Association，AWWA)标准(丹佛，科罗拉多，美国，1999)来确定。铝形态的分布可以应用Al-Ferron定时分光光度法来确定，该方法基于在pH5-5.2下铝形态与Ferron试剂(8-羟基-7-碘喹啉-5-磺酸)的不同反应时间以形成水溶性络合物。这些络合物吸收在370nm处具有最大值的光，因此在此波长处的吸光度测量可以允许计算出铝的不同形态。具体地，单体Al几乎同时(在1分钟内)与Ferron反应，而铝的中间聚合形态(PAC-K13)反应较慢，即，进行120分钟。较大的且不可溶的聚合结构(Alc，主要对应于Al(OH)3)需要更多时间来反应，或者完全不反应。紫外-可见光分光光度计可以用于此目的。
所采用的聚氯化铝应该能够提供阳离子POM分散剂，该阳离子POM分散剂具有在ATH颗粒的表面上或与之结合的Al13Keggin离子。Al13Keggin离子为高度带正电荷的并且一般对应于经验式AlO4Al12(OH)24(H2O)12 7+。因此，在本发明的一个实施方案中，聚氯化铝(PAC-K13)具有A113[即，AlO4Al12(OH)24(H2O)12 7+]，该A113具有基于活性氧化铝的约18％至约31％的Keggin结构含量。这种Keggin结构含量可以根据由Zoubolis等人的上述文章中描述的程序(ferron测定)来确定。
在本发明的阳离子POM分散剂中可用的三水合氧化铝可以是颜料级ATH。在一个方面，ATH被选择以具有至少约0.1微米的平均粒度，并且可以具有至多10微米的平均粒度的上限。在各种实施方案中，在阳离子POM分散剂中使用的ATH的平均粒度为从约0.1微米至约1微米或从约0.2微米至约0.5微米或约0.25微米至约0.3微米。平均粒度(d50)可以使用购自Micromeritics的SediGraph 5100粒度分析仪来测量。ATH可以具有三水铝矿晶形并且可以具有例如，约1m2/g至约50m2/g的表面积。可用于制备阳离子POM分散剂的合适的三水合氧化铝是可商购的，包括例如，由J.M.Huber Corporation售出的商标为S-11的具有约0.25μm的平均粒度和约15m2/g的表面积的ATH。
ATH和PAC以及它们的相对比例被选择，以致得到的阳离子POM分散剂是强酸性的。因此，阳离子POM分散剂具有≤2.5的pH(例如，从约2至约2.5的pH)。
在各种实施方案中，阳离子POM分散剂由至少约30wt.％或至少约45wt.％的晶状三水合氧化铝颗粒但是不大于约60wt.％或不大于约55wt.％的晶状三水合氧化铝颗粒组成，并且余量主要地或唯一地为聚氯化铝(PAC-K和/或PAC-K13)。在这种情况下，PAC-K和/或PAC-K13的量包括除固体(不挥发的)组分之外还存在于PAC-K和/或PAC-K13中的水的重量。通常，存在于PAC-K和/或PAC-K13中的水的量为约65wt.％至约75wt.％，但是更普遍地，水含量可以为从约55wt.％至约85wt.％。在某些实施方案中，阳离子POM分散剂的特征为：基本上由或由晶状三水合氧化铝颗粒与PAC-K和/或PAC-K13组成，该PAC-K和/或PAC-K13包括通常存在于为制备阳离子POM分散剂所采用的聚氯化铝中的水。例如，当PAC-K和/或PAC-K13包含约65wt.％至约75wt.％的水，阳离子POM分散剂可以分别包含约30wt.％至约60wt.％的ATH和约40wt.％至约70wt.％的PAC-K和/或PAC-K13(总计100％，包含存在于PAC中的水)，或约45wt.％至约55wt.％的ATH和约45wt.％至约55wt.％的PAC-K和/或PAC-K13(总计100％，包含存在于PAC中的水)，或49wt.％至约51wt.％的ATH和约49wt.％至约51wt.％的PAC-K和/或PAC-K13(总计100％，包含存在于PAC中的水)。在一个实施方案中，阳离子POM分散剂不含有机聚合物。
阳离子POM分散剂通过使ATH与PAC-K和/或PAC-K13结合来制备。根据本发明的一个实施方案，将ATH缓慢地加入PAC-K和/或PAC-K13，同时混合(通过搅拌，例如，使用高速混合或进行其他彻底的搅动以确保得到的产物中的良好的均匀性)。得到的产物可以在制备水性浆料(即，在水中的浆料)中被用作有效的分散剂，该水性浆料包含诸如另外的ATH颗粒和/或二氧化钛颗粒的无机微粒，如在下文中更详细地描述。
在本发明的一个实施方案中，阳离子POM分散剂可以使用约30wt.％至约60wt.％的晶状三水合氧化铝颗粒和约40wt.％至约70wt.％的PAC-K和/或PAC-K13来制备，其中PAC-K和/或PAC-K13由从约65wt.％至约75wt.％的水和从约25wt.％至约35wt.％的固体组成。在这种情况下，“固体”意指不挥发的PAC-K和/或PAC-K13的组分，应理解，PAC-K和/或PAC-K13自身可以是溶液的形式，不挥发的组分实质上或完全地溶于水以提供溶液。在另一个实施方案中，阳离子POM分散剂使用约45wt.％至约55wt.％的晶状三水合氧化铝颗粒和约45wt.％至约55wt.％的PAC-K和/或PAC-K13来制备，其中PAC-K和/或PAC-K13由从约65wt.％至约75wt.％的水和从约25wt.％至约35wt.％的固体组成。
含有阳离子POM分散剂的阳离子三水合氧化铝(ATH+)浆料
本发明的阳离子POM分散剂可以与三水合氧化铝颗粒中的一种或更多种另外的部分结合以形成浆料，且阳离子POM分散剂起分散另外的ATH颗粒，以便甚至在相当高的固体含量下提供更稳定、相对低粘度的浆料的作用。例如，ATH+浆料的总固体含量可以为约50wt.％或更大、或约65wt.％或更大。一般而言，固体含量不超过约85wt.％。在本发明的各种实施方案中，ATH+浆料具有约65wt.％至约84wt.％的固体含量。如在本文件中别处更详细地描述的，固体含量可以变化并选择为可以期望满足对ATH+浆料的特定最终用途应用的要求。
与阳离子POM分散剂结合以提供ATH+浆料的另外的ATH颗粒可以与用于制备阳离子POM分散剂的ATH颗粒相同或不同。例如，另外的ATH可以是颜料级ATH，可以具有从约0.3m2/g至约10m2/g的表面积，并且可以具有三水铝矿晶形。平均粒度通常为至少约0.1微米或至少约0.2微米，以便当浆料具有高固体含量时使高触变性问题最小化，但是平均粒度一般不大于约10微米。为了降低可能以其他方式被观察到的浆料的沉降程度，ATH的平均粒度不超过约2微米可以是有利的。在本发明的一个实施方案中，另外的ATH颗粒具有比在阳离子POM分散剂的制备中利用的微粒状ATH的平均粒度大的平均粒度。例如，作为阳离子POM分散剂的一部分存在的ATH颗粒可以具有从约0.2微米至约0.5微米的平均粒度，并且与阳离子POM分散剂结合的另外的ATH颗粒可以具有从约0.8微米至约1.5微米的平均粒度。适合于作为本发明的ATH+浆料中的另外的ATH而使用的颜料级(颜料的)ATH是可商购的，包括例如具有通常约1微米的平均粒度和约4m2/g的表面积的J.M.Huber Corporation的商标产品710。
在本发明的各种实施方案中，中间物ATH+浆料可以具有按重量计至少50％的ATH固体含量和按重量计至多约70％、例如按重量计约67％-68％的ATH。研磨固体为74％至84％的固体，或约77％至78％的固体。随着ATH加入阳离子POM分散剂和水，因混合期间的热释放而产生的研磨温度不应超过80℃，并且在一个方面可以保持小于70℃。研磨后的温度上升通过在“膨胀物研磨”后水夹套冷却和/或稀释水添加来控制。
中间物ATH+浆料膨胀物研磨通过增加混合器考雷斯叶片(mixer cowles blade)rpm而获得74％的固体，以致浆料由于叶片尖端处的高剪切而变稠。更慢的混合器考雷斯叶片速度允许固体更高度地研磨直到浆料变得浓缩为止，通常为75％-80％的固体。在研磨过程期间，搅拌轴可以猛烈振动直到ATH团聚体在浆料中分散并且被整流为止。
调整干燥ATH颜料添加的比率以保持湿润对在研磨后制造低粘度、良好分散的浆料是重要的。理想地，搅拌机叶片的高度最初从槽的底部调整，以致膨胀的ATH+浆料在移动着的搅拌器的底部与槽的底部之间不被卡住。另外，理想地，移动着的搅拌器叶片的尖端必须距槽的壁足够远，以致膨胀的颜料在槽的壁处不剪切增稠。当搅拌器叶片直径、高rpm和/或高固体量被调节时，经历槽的过度振动，以致膨胀的研磨区接触壁。引起膨胀行为的浆料剪切速率由本领域内的技术人员使用流变仪容易地确定。
有效的膨胀研磨要求保持涡流，同时在颜料粉末添加期间升高浆料的水平面。涡流可以通过增加搅拌器rpm、调整叶片的直径和/或在混合期间升高搅拌器叶片的高度来保持。任选地，可以使用堆叠在彼此的顶部上的多个叶片。在一个方面，混合槽壁是圆柱形的、不具有壁装式挡板，该壁装式挡板将产生可能积聚未研磨的浆料的盲区。在壁处不充分混合的混合研磨槽可以在膨胀的浆料研磨期间被周期性地刮落以防止堆积物积聚在壁上。颜料的快速添加可能达到74％的固体，随后较慢的添加以确保所添加的所有粉末直接落入涡流中而不聚集。搅拌器电动机安培数被监测以防止电动机超负荷和过热。“设计搅拌器马力”被定义为保持膨胀物研磨涡流，使得在颜料研磨期间在轴处的搅拌器叶片的连接部仍可以看到80％的固体所要求的马力。如果涡流消失并且浆料水平面覆盖叶片，那么该叶片将在固体状的洞中旋转而无表面混合，产生被称为老鼠洞的现象。由于加速的颜料添加而得到的未研磨的颜料导致不合需要的宽的粒度分布。
当蒸汽从研磨槽的表面释放时，固体百分比由于水蒸发而可以上升超过已计算的分批添加计算值。理想地，停止颜料添加并且继续研磨持续最少5分钟或直到流体涡流形成而不超过80℃为止，之后用稀释水冷却。重要地，防止浆料变得太热，因为粘度将由于热老化而增大。缓慢地添加稀释水，以便降低浆料粘度但是提供足够的剪切以打碎膨胀物块。向68％-70％的固体直接地快速添加水产生了分散于低粘度浆料中的小膨胀物块，该小膨胀物块随后堵塞325目与100目之间的细网过滤器。
在制备本发明的ATH+浆料和其他浆料中使用的水可以是去离子的。即，水已穿过离子交换柱以去除可能影响浆料的稳定性和其他性能的不需要的离子。在一个方面，金属离子含量应该是足够低的，以便提供如使用ASTM方法D 1125测量的小于5微西门子/厘米的电导率。
在本发明的一个方面，提供了中间物ATH+浆料。这样的组合物可以通过其中稀释的POM分散剂与晶状三水合氯化铝颗粒(除存在于用于制备稀释的POM分散剂的阳离子POM分散剂中的ATH颗粒之外)结合的程序来制备。稀释的POM分散剂可以通过使约5wt.％至约14wt.％的本发明的阳离子POM分散剂与约86wt.％至约95wt.％的水(总计100wt.％)结合来制备。在另一个实施方案中，稀释的POM分散剂可以通过使本发明的阳离子POM分散剂与以足以在稀释的POM分散剂中提供约1wt.％至约10wt.％的总ATH固体含量的量的水结合来获得。当稀释的POM分散剂用于纸级ATH+浆料中时，稀释的POM分散剂的总ATH固体含量可以为约3wt.％至约6wt.％。当稀释的POM分散剂用于油漆级ATH+浆料中时，稀释的POM分散剂的总ATH固体含量可以为约1wt.％至约4wt.％。一定量的除作为阳离子POM分散剂的一部分存在的晶状三水合氧化铝颗粒之外的晶状三水合氧化铝颗粒(ATH)与有效提供具有约2与约6.8之间的pH和约74wt.％至约84wt.％的总ATH固体含量的中间物ATH+浆料的稀释的POM分散剂结合。
中间物ATH+浆料可以被用来提供纸级ATH+浆料和/或油漆级ATH+浆料，如在下文中更详细地描述。
本发明在另一个方面提供了纸级ATH+浆料，该ATH+浆料包含中间物ATH+浆料和足以使中间物ATH+浆料稀释成约70wt.％至约72wt.％的总ATH固体含量的量的水。中间物ATH+浆料包含稀释的POM分散剂，该稀释的POM分散剂包含根据本发明的阳离子POM分散剂和足以提供稀释的POM分散剂中的约3wt.％至约6wt.％的总ATH固体含量的水，且中间物ATH+浆料还包含除作为阳离子POM分散剂的一部分存在的晶状三水合氧化铝颗粒之外的晶状三水合氧化铝颗粒(ATH)。中间物ATH+浆料具有从约2至约6.8的pH和约74wt.％至约84wt.％的总ATH固体含量。水以足以使中间物ATH+浆料稀释成约70wt.％至约72wt.％的总ATH固体含量的量存在。得到的浆料在制造纸时是有用的(例如，作为还包含纸浆和二氧化钛颗粒的水性造纸原料的组分，或作为还包含淀粉(例如，乙氧基化的淀粉)和任选地包含聚乙烯醇和/或诸如水基阳离子聚氨酯的阳离子粘合剂的施胶压榨混合物(size press mixture)的组分)。
此外，由本发明提供的是油漆级ATH+浆料。这样的浆料包含中间物ATH+浆料和水。中间物ATH+浆料具有从约2至约6.8的pH和约74wt.％至约84wt.％的总ATH固体含量，并且包含稀释的POM分散剂。稀释的POM分散剂包含根据本发明的阳离子POM分散剂和以足以将阳离子POM分散剂稀释到稀释的POM分散剂中的约1wt.％至约4wt.％的总ATH固体含量的量的水。中间物ATH+浆料另外包含除作为阳离子POM分散剂的一部分存在的晶状三水合氧化铝颗粒之外的晶状三水合氧化铝(ATH)颗粒。
阳离子TiO2和ATH+/TiO2浆料
如前面提到的，本发明的阳离子POM分散剂还可用于制备二氧化钛颗粒的阳离子浆料(“阳离子TiO2浆料”)以及三水合氧化铝颗粒和二氧化钛颗粒的共混物的阳离子浆料(“ATH+/TiO2浆料”或“ATH+/TiO2浆料共混物”)。
在本发明之前，并不能制造具有适合于在造纸应用中使用的粘度和流变性能的ATH+/TiO2浆料(即，三水合氧化铝和二氧化钛颗粒的浆料)。令人惊讶地，如在本文中描述的阳离子POM分散剂的存在有助于在颜料装载期间在阳离子浆料内润湿TiO2并且在50℃下的热老化期间使粘度稳定。当制备阳离子TiO2浆料时，阳离子POM分散剂可以以基于TiO2的干重的约1wt.％至约1.5wt.％的量被添加，以便保持最终pH低于4.0。干燥的TiO2的初始pH影响最终的浆料pH。可用于本发明的该实施方案的阳离子POM分散剂的范围一般为基于总固体含量的按重量计从约0.5％至约12％。大于约4wt.％的阳离子POM分散剂可以产生更高粘度的TiO2浆料。通常，需要至少0.5wt.％的阳离子POM分散剂以在分散过程期间增强干燥的TiO2润湿的比率。在另一个方面，可以使用约1wt.％至约1.5wt.％的阳离子POM分散剂。
适合于根据本发明使用的二氧化钛(TiO2)颗粒可以是本领域中已知的用作颜料的任何锐钛矿或金红石二氧化钛，并且包括例如由诸如本领域内通常实践的氯化物法或硫酸盐法产生的材料。术语“二氧化钛”还可以包括氧化锆涂覆的、氧化镁涂覆的、氧化铝涂覆的和/或二氧化硅涂覆的二氧化钛，所有这些在本领域内都是已知的；或包括任何其他表面改性的二氧化钛，诸如用有机硅烷、硅氧烷或聚磷酸酯处理的那些。可用于本发明的氧化铝处理的通用级二氧化钛产品的市售实例包括826、R706以及596。为了改善阳离子TiO2浆料的长期稳定性(其中，该浆料的粘度在延长的时间段内没有呈现显著增大)，通常有利地使用具有氧化铝表面处理和氧化锆表面处理二者的二氧化钛产品，诸如828或2310。二氧化钛的氨基硅烷表面处理可以任选地用于在二氧化钛被掺入根据本发明的组合物中之前对干燥的颜料赋予阳离子电荷。通常，二氧化钛将具有颜料级，并且将一般是微酸性的。通常，其将具有大于颜料的等电点的pH，但是这不是必需的。例如，如果TiO2的等电点pH为7，那么TiO2可以被提供成具有8.5的pH。已干燥的二氧化钛颗粒的pH可以通过本领域内已知的任何方法来调节成所需值，该任何方法包括例如用诸如磷酸铵、三乙醇胺或氨甲基丙醇的化合物处理。
具有至少0.25微米且小于1微米的平均粒度的TiO2是合适的，并且更加典型地平均粒度在0.25微米与0.4微米之间。在一个方面，可以使用通过空气或蒸汽流体能量研磨机预研磨成颜料尺寸的TiO2。还合适的是这样的TiO2，其中颗粒大小已通过例如如美国专利号5,270,076中公开的湿磨法被减小以打碎并且分散TiO2的聚集体和附聚物。
有利地，金红石二氧化钛可以与本发明的阳离子POM分散剂或中间物ATH+浆料结合，以提供具有可比于市售阴离子金红石或锐钛矿浆料的湿部性能、但以降低的TiO2浓度的混合的ATH+/TiO2浆料共混物。此类混合浆料可用于在纸和纸板应用中以竞争性的成本为金红石或锐钛矿TiO2浆料提供至少可比的不透明度。特别适合于与本发明的阳离子POM分散剂和ATH+浆料一起使用的阳离子金红石二氧化钛浆料的实例是使用“膨胀研磨”技术制备的二氧化钛浆料，尤其是根据美国专利号5,563,793的工艺生产的那些，出于所有的目的，该专利的教导据此通过引用以其全部并入。
当金红石二氧化钛粉末与本发明的ATH+浆料结合时，ATH+/TiO2浆料组合物包含以颜料重量为基准(总计为100％)的约50％至约80％的阳离子二氧化钛和约20％至约50％的ATH+浆料。在另一个方面，ATH+/TiO2浆料组合物包含以颜料重量为基准(总计为100％)的约70％至约80％的阳离子二氧化钛和约20％至约30％的ATH+浆料。二氧化钛含量可以更高，相反地具有更低量的ATH。当浆料的二氧化钛含量增大，在给定的浆料浓度下获得的不透明度增大，但是浆料的成本存在相应的增加。具有约50wt.％的TiO2和50wt.％的ATH的ATH+/金红石TiO2浆料组合物提供与在造纸期间用于湿部的常规的(100％)阴离子金红石TiO2浆料相同的不透明度和亮度。ATH浆料和TiO2浆料的相似的共混物对于阳离子涂料也是有用的，诸如喷墨接受性涂料、建筑油漆以及纸涂料以及其他应用，包括塑料。
根据本发明的阳离子TiO2浆料可以使用过量的阳离子POM分散剂(即，超过达到在浆料中期望的粘度和稳定性所需要的量的量的阳离子POM分散剂)来制备。这样的阳离子TiO2浆料可以以这种形式提供给例如油漆公司，油漆公司然后可以利用阳离子TiO2浆料以通过使阳离子TiO2浆料与滑石、粘土和/或三水合氧化铝(例如，双沉淀和/或单沉淀的ATH)结合来制备共混的阳离子颜料浆料研磨物。在这个方面，阳离子POM分散剂可以用作分散剂。当金红石二氧化钛粉末与本发明的阳离子POM分散剂结合时，得到的阳离子TiO2浆料包含以颜料重量为基准(总计为100％)的从约80wt.％至约99wt.％的阳离子二氧化钛和从约1wt.％至约20wt.％的阳离子POM分散剂。在另一个方面，阳离子TiO2浆料包含以颜料重量为基准(总计为100％)的从约96wt.％至约99wt.％的阳离子二氧化钛和从约1wt.％至约4wt.％的ATH+浆料。二氧化钛含量可以更高，相反地具有更低量的阳离子POM分散剂。在一个方面，添加在TiO2上的阳离子POM分散剂的量是足以使TiO2在具有良好的泵送粘度(pumping viscosity)的水中为阳离子的量。当浆料的二氧化钛含量增大，为了保持低粘度、自由流动的浆料而存在相应的最佳阳离子POM分散剂浓度。最佳的且最低成本的阳离子POM分散剂浓度可以通过将阳离子POM分散剂添加到水并且接下来随后将粉末状的TiO2添加到浆料直至达到期望的研磨固体值为止来确定。相似的阳离子TiO2浆料通过以特定的添加顺序并以倾向于使水溶性离子的释放最小化的浓度加入颜料来制备。例如，在TiO2添加期间添加的滑石具有更好的粘度稳定性。使用过量的阳离子POM分散剂制备的阳离子TiO2可以允许油漆制造者分散另外的增量剂颜料，该另外的增量剂颜料以高固体含量与酸性浆料相容，因此不需要昂贵的非离子型表面活性剂并且还使昂贵的流变改性剂减到最少。
本发明的阳离子POM分散剂促进非常高的TiO2固体膨胀研磨物的制备，而不必依靠有机分散剂的使用。非常高的固体TiO2浆料研磨物允许油漆制造商在随后混合到阳离子树脂中期间将稀释水保存下来。在油漆生产操作的最后，被保存的稀释水用来清洗搅拌器、槽以及泵管路，因此将任何剩余的残留物冲洗到最近制备的高固体阳离子油漆中。通常有利地，从油漆生产设备冲洗阳离子残留物，以便阴离子油漆可以随后通过相同的设备加工，而不必安装独立的阴离子处理设备或专用的阳离子处理设备。
本发明的浆料的特性/性能
本发明的ATH+浆料可以是高固体浆料，其包含按重量计至少50％的ATH且按重量计至多80％的ATH，例如按重量计67％-68％的ATH。ATH+浆料具有良好的稳定性。ATH+浆料具有低砂砾含量，即，小于0.01％的未刷制的砂砾。本发明的高固体ATH+浆料有利地具有低粘度。粘度使用布鲁克费尔德粘度计测量。高固体ATH+浆料的粘度通常为使用4号转子在100rpm下如在室温(25℃)和68％固体下测量的小于3000Cps、小于1000Cps、或在200Cps至800Cps的范围内。本发明的ATH+浆料可以是可泵送的。“可泵送的”在本文定义为具有如使用具有“A”摆动、50,000达因/厘米的弹簧设置值和500rpm剪切速率的Hercules高剪切粘度计测量的小于1000Cps、或小于300Cps的赫克尔粘度(Hercules viscosity)。
本发明的ATH+/TiO2浆料共混物在纸和纸板应用中是有用的。本发明提供一种用于制造纸的工艺，该工艺包括：使纸浆与包含ATH+和阳离子化的金红石TiO2颜料颗粒的浆料混合以形成原料以及脱水并干燥该原料以形成片材，其中，该浆料包含(a)按重量计至少50％的具有至少0.25微米的平均粒度的分散的ATH颜料颗粒(不包括形成阳离子POM分散剂的一部分的ATH颗粒)；(b)根据本发明的阳离子POM分散剂。在一个方面，ATH+/TiO2浆料包含以干燥固体为基准的按重量计从约75％至约50％的金红石TiO2和从约25％至约50％的ATH。
本发明的阳离子POM分散剂另外地可用于制备涂料(例如，油漆)组合物，其中该分散剂用于在液体介质(通常是可以包含水和任选的一种或更多种水混溶性有机溶剂的水性介质)中分散颜料颗粒，诸如ATH、TiO2和/或滑石颗粒，该液体介质包含至少一种树脂(例如，诸如丙烯酸树脂的分散的有机聚合物，或诸如分散的环氧树脂的聚合物前驱体，该树脂实质上通常是非离子的或阳离子的)和任选的常规用于涂料组合物中的一种或更多种另外的添加剂，该添加剂为例如消泡剂、均化剂、流变改性剂、成膜剂(聚结剂)以及类似物，条件是此类添加剂与颜料和树脂相容。
例如，阳离子POM分散剂可以构成阳离子着色阻断底漆(Cationic Stain BlockPrimer Paint)的一部分。这种油漆可以例如，通过制备由水、阳离子POM分散剂(基于浆料的干燥固体含量的按重量计约1％至约5％)、滑石颗粒以及二氧化钛颗粒组成的浆料来获得。然后，这种浆料可以与额外的水、ATH颗粒、消泡剂、阳离子水性环氧树脂、成膜剂以及流变改性剂结合。阳离子POM分散剂可以构成例如得到的阳离子着色阻断底漆的总重量的从约0.2wt.％至约0.5wt.％。
有时，可以有必要地将根据本发明的浆料的pH调节到期望的pH范围内。通常，酸用于此目的。适用于在本发明中的典型的酸包括盐酸、特别地是溶解于盐酸中的三水合氧化铝(聚氯化铝)。添加到阳离子水基浆料的ATH粉末通常具有高pH。通过在添加到酸性的PAC/水混合物之前控制ATH粉末的碱性pH，可以获得理想的固体和浆料pH。当使用时，所选择的酸性或碱性ATH粉末通常以将产品浆料的pH保持在约2.5至约7.0、或从约3.5至约4.0的范围内的量存在于浆料中。
可商购的非离子抗微生物剂和阳离子抗微生物剂可以用于本发明的浆料中。此类抗生物剂的实例包括但不限于阳离子季铵盐。
具有两性聚合物和阴离子聚合物的阳离子POM分散剂
在另一个实施方案中，本发明的阳离子POM分散剂和由此制备的浆料可以与两性聚合物一起使用以在低基重下增加含有纸浆的浆料的填料含量。在一个实施方案中，纸或纸板的填料含量可以通过以下增加：(a)在具有或不具有阳离子TiO2浆料的情况下，使纸级ATH+浆料与纸浆浆料结合；(b)使得到的混合物与两性聚合物结合；(c)使得到的混合物与阴离子聚合物结合；(d)使得到的混合物与官能聚合物结合；以及(e)用助留剂处理得到的浆料混合物以形成纸或纸板片材。
出于本发明的目的，在ATH+帮助使其他颜料颗粒沉积在纸浆纤维上之后，添加两性聚合物。将通常小于1wt.％的两性聚合物以稀释的形式添加到稀释的预处理过的纤维(～3wt.％)配料中。两性聚合物具有以各种比率并且在聚合物主链上的各种位置处的阴离子官能团和阳离子官能团二者。在一个方面，两性聚合物具有特定的反应性。两性聚合物的期望的反应性质的指示通过在搅拌的聚乙烯容器内以50:50的重量比使1wt.％的水溶液混合到浓缩的纸级ATH+浆料中来确定。如果得到的共混物作为凝胶状物质在其以45度角被倒出容器时粘附到聚乙烯容器的壁上，则得到的混合物快速变稠并且被确定为合适的两性聚合物。
在一个实施方案中，此类方法可以在针对印刷和书写纸等级而设计的快速造纸机上提供具有非常高负载的ATH的快速排水、高强度阻燃纸。虽然不希望受到理论束缚，但是应相信ATH+可以在纸浆纤维上自吸附，这归因于本发明的阳离子POM分散剂或由此制备的浆料对带负电荷的纸浆纤维的相反电荷吸引。在类似的方面，两性聚合物(具有负电荷和正电荷二者)，诸如，例如，HA5305干强度树脂，当在高负载的ATH+后被应用于纤维时，可以将ATH+密封到该纤维上，该纤维然后可以随后用常用的阴离子干强度树脂，诸如，例如，2000(H2000)涂覆，以形成凝聚层。类似地，可以使用其他带负电荷的聚合物和纤维素材料，诸如，例如，羧甲基纤维素。这种干强度树脂的应用可以通过桥接纤维来改进纸强度。
在另一个实施方案中，可以在使用阳离子POM分散剂或由此制备的浆料涂覆木纤维或纤维素纤维之后，添加两性聚合物或阴离子聚合物。在另一个实施方案中，交替的电荷相互作用可以例如由纤维·ATH+·两性聚合物·干强度树脂·两性聚合物·ATH+·纤维形成。当相反的电荷吸引时，在纤维、ATH+以及聚合物上的羟基基团可以相互作用以加强得到的基体。因此，利用具有两性聚合物和阴离子聚合物的阳离子POM分散剂的方法可以提供具有增强的刚性和增强的内部结合、而几乎无粉尘的纸。用阳离子POM分散剂和两性聚合物和阴离子聚合物制备的纸可以容纳为单独用阳离子POM分散剂制备的类似的纸的ATH约两倍的量的ATH，同时保持相同或减小的纸厚度。在另一个方面，当使用本发明的阳离子POM分散剂、两性聚合物以及阴离子聚合物的方法被采用时，可以制备具有从约25wt.％至约60wt.％或更多的ATH同时保持低的基重的纸。
本公开内容的发明可以在包括但不限于下文描述的那些方面的许多方面中被描述。
方面1：一种阳离子多金属氧酸盐涂覆的三水合氧化铝分散剂(阳离子POM分散剂)，其包含以下的反应产物：具有约20％至约40％的碱度和约10wt.％至约17wt.％的Al2O3含量的聚氯化铝；和晶状三水合氧化铝(ATH)颗粒；其中所述阳离子POM分散剂具有≤2.5的pH。
方面2：如方面1所述的阳离子POM分散剂，其中晶状三水合氧化铝颗粒具有约0.1μm至约1μm的平均粒度。
方面3：如方面1所述的阳离子POM分散剂，其中晶状三水合氧化铝颗粒具有约0.2μm至约0.5μm的平均粒度。
方面4：如方面1所述的阳离子POM分散剂，其中晶状三水合氧化铝颗粒具有约0.25μm的平均粒度。
方面5：如方面1所述的阳离子POM分散剂，其中聚氯化铝具有Keggin结构含量为约18％至约31％的A113[AlO4Al12(OH)24(H2O)12 7+]。
方面6：如方面1所述的阳离子POM分散剂，其中聚氯化铝具有约25％至约35％的碱度。
方面7：如方面1所述的阳离子POM分散剂，其中聚氯化铝具有约10wt.％至约11wt.％的Al2O3含量。
方面8：如方面1所述的阳离子POM分散剂，其中聚氯化铝具有：约30％至约32％的碱度；约10wt.％至约11wt.％的Al2O3含量；以及具有约18％至约31％的Keggin结构含量的A113[AlO4Al12(OH)24(H2O)12 7+]。
方面9：如方面1所述的阳离子POM分散剂，其中晶状三水合氧化铝颗粒为三水铝矿形式。
方面10：如方面1所述的阳离子POM分散剂，其使用约30wt.％至约60wt.％的晶状三水合氧化铝颗粒和约40wt.％至约70wt.％的聚氯化铝来制备，其中聚氯化铝由从约65wt.％至约75wt.％的水和从约25wt.％至约35wt.％的固体组成。
方面11：如方面1所述的阳离子POM分散剂，其使用约45wt.％至约55wt.％的晶状三水合氧化铝颗粒和约45wt.％至约55wt.％的聚氯化铝来制备，其中聚氯化铝由从约65wt.％至约75wt.％的水和从约25wt.％至约35wt.％的固体组成。
方面12：一种制备阳离子多金属氧酸盐涂覆的三水合氧化铝分散剂(阳离子POM分散剂)的方法，包括：使具有约20％至约40％的碱度和约10wt.％至约17wt.％的Al2O3含量的聚氯化铝与晶状三水合氧化铝(ATH)颗粒结合，其中得到的阳离子POM分散剂具有≤2.5的pH。
方面13：如方面12所述的方法，其中晶状三水合氧化铝颗粒具有约0.1μm至约1μm的平均粒度。
方面14：如方面12所述的方法，其中晶状三水合氧化铝颗粒具有约0.2μm至约0.5μm的平均粒度。
方面15：如方面12所述的方法，其中晶状三水合氧化铝颗粒具有约0.25μm的平均粒度。
方面16：如方面12所述的方法，其中聚氯化铝具有Keggin结构含量为约18％至约31％的A113[AlO4Al12(OH)24(H2O)12 7+]。
方面17：如方面12所述的方法，其中聚氯化铝具有约25％至约35％的碱度。
方面18：如方面12所述的方法，其中聚氯化铝具有约10wt.％至约11wt.％的Al2O3含量。
方面19：如方面12所述的方法，其中聚氯化铝具有：约30％至约32％的碱度；约10wt.％至约11wt.％的Al2O3含量；以及具有约18％至约31％的Keggin结构含量的A113[AlO4Al12(OH)24(H2O)12 7+]。
方面20：如方面12所述的方法，其中所述晶状三水合氧化铝颗粒为三水铝矿形式。
方面21：如方面12所述的方法，其中使用为晶状三水合氧化铝颗粒和聚氯化铝的总重量的约30wt.％至约60wt.％的量的晶状三水合氧化铝颗粒，其中聚氯化铝由从约65wt.％至约75wt.％的水和从约25wt.％至约35wt.％的固体组成。
方面22：如方面12所述的方法，其中使用为晶状三水合氧化铝颗粒和聚氯化铝的总重量的约45wt.％至约55wt.％的量的晶状三水合氧化铝颗粒，其中聚氯化铝由从约65wt.％至约75wt.％的水和从约25wt.％至约35wt.％的固体组成。
方面23：如方面12所述的方法，其中将晶状三水合氧化铝颗粒添加到聚氯化铝，同时混合。
方面24：一种根据方面12至23中任一项所述的方法生产的阳离子POM分散剂。
方面25：一种阳离子浆料，包含根据方面1至11和24中任一项所述的阳离子POM分散剂和无机颗粒，所述无机颗粒为除作为阳离子POM分散剂的一部分存在的晶状三水合氧化铝颗粒之外的、选自由三水合氧化铝颗粒、二氧化钛以及其混合物组成的组。
方面26：如方面25所述的阳离子浆料，包含如方面1或8所述的阳离子POM分散剂和TiO2。
方面27：如方面25所述的阳离子浆料，包含从约80wt.％至约99wt.％的TiO2和从约1wt.％至约20wt.％的阳离子POM分散剂。
方面28：如方面25所述的阳离子浆料，包含从约96wt.％至约99wt.％的TiO2和从约1wt.％至约4wt.％的阳离子POM分散剂。
方面29：一种中间物阳离子ATH+浆料，包含：稀释的POM分散剂，所述稀释的POM分散剂包含约5wt.％至约14wt.％的根据方面1至11和24中任一项所述的阳离子POM分散剂和约86wt.％至约95wt.％的水；和除作为阳离子POM分散剂的一部分存在的晶状三水合氧化铝颗粒之外的晶状三水合氧化铝(ATH)颗粒；其中中间物阳离子ATH+浆料具有在约2与约6.8之间的pH并且具有约74wt.％至约84wt.％的总ATH固体含量。
方面30：如方面29所述的中间物阳离子ATH+浆料，其中中间物阳离子ATH+浆料具有在约3与约6之间的pH。
方面31：如方面29所述的中间物阳离子ATH+浆料，其中总ATH固体含量为约77wt.％至约78wt.％。
方面32：一种中间物阳离子ATH+浆料，包含：稀释的POM分散剂，所述稀释的POM分散剂包含根据方面1至11和24中任一项所述的阳离子POM分散剂和足以在稀释的POM分散剂中提供约1wt.％至约10wt.％的总ATH固体含量的量的水；和除作为阳离子POM分散剂的一部分存在的晶状三水合氧化铝颗粒之外的晶状三水合氧化铝(ATH)颗粒；其中中间物阳离子ATH+浆料具有在约2与约6.8之间的pH并且具有约74wt.％至约84wt.％的总ATH固体含量。
方面33：如方面32所述的中间物阳离子ATH+浆料，其中稀释的POM分散剂包含足以在稀释的POM分散剂中提供约3wt.％至约6wt.％的总ATH固体含量的量的水。
方面34：如方面32所述的中间物阳离子ATH+浆料，其中稀释的POM分散剂包含足以在稀释的POM分散剂中提供约1wt.％至约4wt.％的总ATH固体含量的量的水。
方面35：一种纸级阳离子三水合氧化铝浆料，包含中间物阳离子ATH+浆料，所述中间物阳离子ATH+浆料包含稀释的POM分散剂，所述稀释的POM分散剂包含：根据方面1-11和24中任一项所述的阳离子POM分散剂；足以在稀释的POM分散剂中提供约3wt.％至约6wt.％的总ATH固体含量的量的水；和除作为阳离子POM分散剂的一部分存在的晶状三水合氧化铝颗粒之外的晶状三水合氧化铝(ATH)颗粒；其中中间物阳离子ATH+浆料具有在约2与约6.8之间的pH并且具有约74wt.％至约84wt.％的总ATH固体含量；和足以将中间物阳离子ATH+浆料稀释成约70wt.％至约72wt.％的总ATH固体含量的量的水。
方面36：一种油漆级阳离子三水合氧化铝浆料，包含：中间物阳离子ATH+浆料，所述中间物阳离子ATH+浆料包含：稀释的POM分散剂，所述稀释的POM分散剂包含：根据方面1至12和24中任一项所述的阳离子POM分散剂；和足以将阳离子POM分散剂稀释成约1wt.％至约4wt.％的总ATH固体含量的阳离子POM分散剂的量的水；和除作为阳离子POM分散剂的一部分存在的晶状三水合氧化铝颗粒之外的晶状三水合氧化铝(ATH)颗粒；其中中间物阳离子ATH+浆料具有在约2与约6.8之间的pH并且具有约74wt.％至约84wt.％的总ATH固体含量；和足以将中间物阳离子ATH+浆料稀释成约70wt.％至约72wt.％的总ATH固体含量的量的水。
方面37：一种阳离子三水合氧化铝和TiO2浆料(ATH+/TiO2浆料)，包含如方面29-36中任一项所述的中间物阳离子ATH+浆料和多种阳离子TiO2颗粒。
方面38：如方面37所述的ATH+/TiO2浆料，包含以颜料重量为基准的从约50wt.％至约80wt.％的阳离子TiO2和从约20wt.％至约50wt.％的中间物阳离子ATH+浆料。
方面39：如方面37所述的ATH+/TiO2浆料，包含以颜料重量为基准的从约70wt.％至约80wt.％的阳离子TiO2和从约20wt.％至约30wt.％的中间物阳离子ATH+浆料。
方面40：如方面37所述的ATH+/TiO2浆料，包含以颜料重量为基准的约50wt.％的阳离子TiO2和约50wt.％的中间物阳离子ATH+浆料。
方面41：一种水性纸原料，包含水、纸浆、二氧化钛颗粒、三水合氧化铝颗粒以及根据方面1至11和24中任一项所述的阳离子POM分散剂的浆料。
方面42：如方面41所述的水性纸原料，包含按重量计约1％至约10％的二氧化钛和按重量计约25％至按重量计约50％的三水合氧化铝。
方面43：如方面41所述的水性纸原料，其中二氧化钛为二氧化钛和三水合氧化铝的总重量的从约50wt.％至约75wt.％。
方面44：一种水性纸原料，包含水、纸浆、二氧化钛颗粒、以及根据方面35所述的纸级ATH+浆料的浆料。
方面45：如方面44所述的水性纸原料，包含按重量计约1％至按重量计约10％的二氧化钛和按重量计约25％至按重量计约50％的三水合氧化铝。
方面46：一种阳离子TiO2浆料，包含水、二氧化钛颗粒以及根据方面1至11和24中任一项所述的阳离子POM分散剂。
方面47：一种涂料组合物，包含至少一种树脂和根据方面46所述的阳离子TiO2浆料。
方面48：一种可用于处理纸的施胶压榨混合物，包含淀粉和含有根据方面1至12和24中任一项所述的阳离子POM分散剂的ATH+浆料。
方面49：一种处理纸的方法，包括用根据方面48所述的施胶压榨混合物涂覆纸。
方面50：一种油漆，包含至少一种树脂、二氧化钛颗粒、以及根据方面36所述的油漆级ATH+浆料。
方面51：一种用于处理纸的方法，包括使纸级ATH+浆料与纸浆、两性聚合物、阴离子聚合物、以及任选的一种或更多种官能聚合物和/或一种或更多种任选的助留剂接触，以形成纸或纸板片材。
方面52：一种用于处理纸的方法，包括：使纸级ATH+浆料与纸浆、并且任选地与阳离子TiO2浆料接触以形成混合物，使该混合物与两性聚合物结合以形成第二混合物，使第二混合物与阴离子聚合物结合以形成第三混合物，使第三混合物与一种或更多种官能聚合物结合，并且然后用一种或更多种任选的助留剂处理得到的浆料混合物，以形成纸或纸板片材。
实施例
测试方法
使用各种测试方法来表征本发明的ATH+浆料和ATH+/TiO2研磨浆料。该浆料的pH值使用贝克曼型200pH计来测量。布鲁克费尔德粘度使用购于Brookfield EngineeringCompany的RVDT型的标准的布鲁克费尔德数字粘度计来测量。
一般过程
本发明的浆料使用装备有不锈钢60mm的考雷斯叶片的实验室规模的格瑞克分散器HDS来制备。所有的浆料制备在圆柱形聚乙烯容器进行，该圆柱形聚乙烯容器尺寸为4英寸直径和6英寸高。
实施例1：阳离子POM分散剂的制备
向高速分散器添加等重量的PAC-K和/或PAC-K13(ATC 8210，Eka chemicals，约70wt.％的水和约30wt.％的固体)和0.25μm的三水合氧化铝(S-11，J.M.Huber的产品)。将ATH缓慢添加到PAC-K和/或PAC-K13中并在高速(约1800rpm至2000rpm)下混合15分钟。
实施例2：纸级ATH+浆料的制备
向高速分散器添加大量的去离子水和以使得造纸级ATH+浆料中的最终阳离子POM分散剂浓度为以干ATH计4.0wt.％的量的上述的阳离子POM分散剂(稀释的POM分散剂)。然后，在2000rpm下缓慢添加ATH(具有约1μm的平均粒度、从J.M.Huber获得的710ATH)，直至获得80wt.％的研磨固体含量为止，并且然后该浆料在高速(近似5000rpm)下混合5分钟，得到中间物ATH+浆料。缓慢添加额外的去离子水以稀释成68％的固体，随后在低速下混合10分钟以实现充分的均匀性，获得纸级ATH+浆料的制备。
实施例3：阳离子TiO2浆料的制备
向高速分散器添加去离子水和上述的阳离子POM分散剂(稀释的POM分散剂)，使得阳离子TiO2浆料中的最终阳离子POM分散剂浓度为以干TiO2计1.0wt％。然后，在2000rpm下缓慢添加二氧化钛(通用级TiO2(CR826，Tronox的产品，其为氧化锆/氧化铝处理的金红石颜料))，直至获得80wt.％的研磨固体为止，且然后在高速(近似5000rpm)下混合5分钟。缓慢添加额外的去离子水以稀释成73％的固体，随后在低速下混合10分钟以实现充分的均匀性。
图1示出了根据本发明的增大的浓度的阳离子POM分散剂用于使通用级金红石TiO2分散到具有降低的粘度的带阳离子电荷的73wt.％的固体中。对于粘度稳定性的理想pH小于4。
比较实施例A：比较的PAC/TiO2浆料的制备
如本文中具体说明的，比较的基于PAC的TiO2浆料根据美国专利号7,452,416的实施例4来制备。当将锐钛矿TiO2添加到水时，阶段式添加聚氯化铝(PAC)产生了高固体PAC/TiO2浆料。将少量的PAC(ATC 8210，来自Eka Chemicals)添加到99g的去离子水，接着是干粉末TiO2添加并且然后是继更多的TiO2之后增加量的PAC。PAC和TiO2的增量添加得到了以81.8wt.％固体的良好的膨胀研磨物。就此而言，混合物用水和557LX PAE树脂(Hercules)稀释成69.9wt.％的TiO2固体，得到了低粘度TiO2浆料。PAE树脂的最终浓度为0.21wt.％(以干TiO2计的干PAE)。
实施例4：手抄纸的不透明度的评估
使用pH 8的350ml的加拿大标准游离度(CSF)的80/20软木/硬木纸浆和以表1中指定的添加顺序的添加的化学品来制备TAPPI标准手抄纸。用于制备手抄纸的一般过程遵循表1中描述的组成。评估含有阳离子POM分散剂的浆料和比较的PAC/TiO2和商用的阴离子TiO2。在样品2中，纸级ATH+浆料继阴离子金红石TiO2RCS-P之后被单独地添加在湿部中。在样品3和样品4中，用水使纸级ATH+浆料稀释成50wt.％，并且阴离子金红石TiO2RCS-P被稀释成50wt.％的水，并且接下来将二者共混在一起。
如表2中看到的，当根据本发明的阳离子POM分散剂用于代替现有技术的比较PAC/TiO2浆料和常规阴离子TiO2浆料时，使用实施例3的阳离子TiO2浆料和实施例2的纸级ATH+浆料的手抄纸的不透明度的评估显示出对于纸浆纤维的显著改善的亲和性。另外，使用纸级ATH+浆料制造的样品2和使用稀释的50wt.％的纸级ATH+浆料/稀释的50wt.％的阴离子金红石TiO2RCS-P的样品3提供比等效的100％TiO2添加(样品6和7)更高的不透明度。实际上，使如在样品9中添加的阴离子分散的TiO2的量加倍未改善不透明度。
表1.用于手抄纸测试的化学品的添加顺序和量
表2.阳离子TiO2浆料、纸级ATH+浆料、PAC/TiO2浆料和阴离子TiO2对59磅基重的手抄纸不透明度的影响
样品#
实施例5：阳离子着色阻断底漆实施例
根据本发明的过量的阳离子POM分散剂将正电荷赋予滑石和TiO2颗粒，然后滑石和TiO2颗粒用于在油漆颜料研磨物中进一步使大颗粒ATH阳极化。阳离子POM分散剂对TiO2颜料是特别有效的，该TiO2颜料由于其在内部和外部的建筑油漆应用中的实用性而具有被称为“通用级”的氧化铝和/或氧化锆表面处理。理想地，添加的阳离子POM分散剂的量应足以研磨如较早描述的高固体下的油漆颜料，同时保持与阳离子树脂的pH接近的pH，以便保持树脂的稳定性。
表3详述了使用根据本发明的阳离子POM分散剂的有用的阳离子着色阻断剂组合物，该组合物将在许多基质上快速阻断水基着色剂，以便该着色剂无法渗滤过最终面漆。
表3.用于着色阻断ATH+底漆的化学品的添加顺序和量
表4.在用Blue Crayola Water Washable Magic着色阻断剂和阳离子着色阻断剂着色的干墙上油漆的Ultra White All-In-One“着色阻断加底漆(StainBlock Plus Primer)”对L*和b*的光学值的影响。
表4显示在干墙上的可水洗型Crayola blue Magic着色剂之上表层涂覆商用的一体式油漆对L*(接近100为白色)和b*(负值＝蓝色色调)渗滤值的光学值的影响。大的负b*值指示出，当油漆干澡并且对人眼仍是可见的时，该深蓝色魔法标记已渗滤通过油漆。商用一体式油漆作为超白油漆被销售，该超白油漆不要求在着色剂之上的底漆，因为底漆与着色阻断构成油漆的单一应用。表4显示商用的“着色阻断与底漆”的单涂层和双涂层两者在油漆干燥时均无法阻止水溶性蓝色着色剂移动穿过该油漆。在BB-2和BT-6中，大的负b*值在使蓝色着色于最终涂层中时是可见的，并且相对于BT-5(对照)和BT-8(着色阻断ATH+底漆)的更低的L*值指示出最终的固化油漆涂层不是白色。根据表3中规定的配方制备的着色阻断底漆进行防止水基阻断剂移动穿过油漆的显著的工作。还更显著地，第一底漆涂层仅具有0.5h干燥时间。样品BT-8显示出b*光学值如此小以致蓝色着色剂已完全被阻断移动进入使用对照的商用油漆的第二涂层中。
实施例6：喷墨实施例
本发明的阳离子POM分散剂在涂料中的用途的另一个实施例是纸级ATH+浆料作为造纸施胶压榨添加剂的应用以改善喷墨图像。造纸工业使用具有15wt.％的乙氧基化淀粉的5wt.％的氯化钙溶液以施胶压榨适合于在干的纸产品上接收着色的喷墨液滴的纸表面处理。因为氯化钙在水中可溶并且深深地穿透进入片材中，俘获喷墨的化学品的一些移动远离纸表面，深入到片材中。与远离纸表面的深度穿透结合的带低表面电荷的钙离子(+2)在表面处提供小于充足的喷墨色密度。
适用于纸的喷墨液滴需要在表面处被俘获，以便具有高的色密度。使表面电荷吸引复杂化是并非所有的颜色都被同样地保留在表面处的观察结果。例如，在黑色、品红色、黄色以及蓝绿色四种颜色中，品红色可以具有较低的喷墨密度。一种方法是通过使带负电荷的喷墨液滴吸引至表面处的钙+2电荷而使该带负电荷的喷墨液滴不稳定，但是这并未解决差别的色密度问题。由本发明提供的另一个方法是使喷墨液滴吸引到非常白的ATH表面，该ATH表面用根据本发明的阳离子POM分散剂预处理。大的ATH颗粒保持定位到纸的表面，该纸提供有用的白度和Tappi亮度，而同时提供带正电荷的接受性表面层。
内在地，烯基琥珀酸酐(ASA)施胶的、75gm/m2基片是涂覆有14gm/m2施胶压榨溶液的杆。纸在90℃下干燥并且在HP 950C喷墨打印机上测试。用于蓝绿色、品红色、黄色以及黑色的纯色密度图案被打印并且使用408型号的X-Rite反射密度仪测量。
表5.氯化钙、纸级ATH+浆料以及羟乙基化的淀粉施胶压榨溶液对喷墨色密度的影响
表5显示出用通过根据本发明的阳离子POM分散剂分散的ATH处理的纸比用商用的CaCl2施胶压榨溶液处理的纸具有更高的喷墨色密度。实施例7：具有两性聚合物和阴离子聚合物的阳离子POM分散剂实施例
对于下面的实施例而言，重量％指的是活性聚合物固体的重量％并且排除水溶液。产品用量表达为如被处理的总的干材料(木质纤维加上填料和其他添加剂)的百分数的活性(固体)材料；水从计算排除。
阻燃纸样品的制备
在此实施例中，使用纸级ATH+浆料以及单独的助留剂或两性聚合物和阴离子聚合物的组合来制备阻燃纸样品。在此实施例中，目标是增加例如如通过灰分测量确定的片材的填料(例如，ATH)含量。在此实施例中，纸级ATH+浆料可以被添加到纸浆的浆料。然后，得到的混合物可以与官能两性聚合物和一种或更多种官能湿部化学品，诸如例如，阳离子淀粉、阴离子聚合物、阳离子湿强度聚合物和/或阳离子AKD施胶剂结合。然后，该混合物可以与一种多更多种湿部助留剂，诸如例如，阳离子聚丙烯酰胺(PAM)、阴离子硅胶、阴离子聚合物或阴离子微聚合物、和/或PAC-K或PAC-K13结合。然后，该混合物可以被加工以形成纸或纸板片材。
如图3所示的，如与仅用纸级ATH+浆料制造的样品相比，使用具有两性聚合物和阴离子聚合物(分别为HA5305和H2000)的纸级ATH+浆料的样品可以制备成具有显著更高的填料含量(即，约35wt.％的灰分对约29wt.％的灰分)。此外，调节ATH：纸浆的比率能够使更大量的ATH附接至纸的纤维表面。图4示出了当另外添加阴离子聚合物诸如例如H2000时能够获得的抗拉强度的改善。此外，图5示出了具有更高浓度的两性聚合物(即，HA5305)的得到的纸的z方向抗拉强度的改善。在各种方面，z方向抗拉强度的这种增加可以减少除尘。
层压对比率
在另一个实施例中，当将填料含量(即，TiO2)从10％降低至20％、或从10％降低至30％并且用ATH替代填料时，例如低基重的纸样品的层压对比率(CR)被评估。在此实施例中，阳离子POM分散剂或纸级ATH+浆料可以被添加到纸浆的浆料。然后，得到的混合物可以与ATH+浆料和反应性两性聚合物和一种或更多种官能湿部化学品诸如例如阳离子淀粉、阴离子聚合物和/或阳离子湿强度聚合物结合。该得到的混合物还可以与一种或更多种湿部助留剂诸如例如阳离子PAM、阴离子硅胶、阴离子聚合物和/或PAC-K或PAC-K13结合。然后，得到的混合物可以被加工以形成纸或纸板片材。
如图6所示，当用以10:90比率的阳离子POM分散剂和纸级ATH+浆料的结合替代10％TiO2时，获得了最高的层压对比率。
着色的磨木浆
在还另一个实施例中，低基重的印刷磨木浆(GW)纸等级中的TiO2填料含量降低，同时增加了ATH含量。在此实施例中，TiO2含量可以降低至多50％。纸级ATH+浆料可以被添加到纸浆的浆料。然后，可以添加阳离子TiO2。然后，得到的混合物可以与ATH+和反应性两性聚合物和一种或更多种官能湿部化学品诸如例如阳离子淀粉和/或阴离子聚合物结合。然后，该得到的混合物可以与一种或更多种湿部助留剂诸如例如阳离子PAM和/或膨润土结合。然后，得到的混合物可以被加工以形成纸或纸板片材。
图7中示出了在此实施例中制备的纸的不透明度。TiO2和纸级ATH+浆料的50/50样品表现出实质上与在相同的基重下、仅包含TiO2的样品相同的不透明度。类似地，图8示出了得到的纸的亮度。包含TiO2和纸级ATH+浆料的50/50纸样品的亮度大于在低基重下仅包含TiO2的纸样品的亮度。

Claims (16)

1.一种阳离子多金属氧酸盐涂覆的三水合氧化铝分散剂即阳离子POM分散剂，其中所述多金属氧酸盐的来源是聚氯化铝，所述阳离子POM分散剂包含以下的反应产物：
a.具有20％至40％的碱度和10wt.％至17wt.％的Al2O3含量的聚氯化铝；和
b.晶状三水合氧化铝颗粒；
其中所述阳离子POM分散剂具有≤2.5的pH。
2.如权利要求1所述的阳离子POM分散剂，其中所述晶状三水合氧化铝颗粒具有0.1μm至1μm的平均粒度。
3.如权利要求1所述的阳离子POM分散剂，其中所述晶状三水合氧化铝颗粒具有0.2μm至0.5μm的平均粒度。
4.如权利要求1所述的阳离子POM分散剂，其中所述聚氯化铝具有Keggin结构含量为18％至31％的A113[AlO4Al12(OH)24(H2O)12 7+]。
5.如权利要求1所述的阳离子POM分散剂，其中所述聚氯化铝具有25％至35％的碱度。
6.如权利要求1所述的阳离子POM分散剂，其中所述聚氯化铝具有10wt.％至11wt.％的Al2O3含量。
7.如权利要求1所述的阳离子POM分散剂，其中所述聚氯化铝具有：
a.30％至32％的碱度；
b.10wt.％至11wt.％的Al2O3含量；以及
c.具有18％至31％的Keggin结构含量的A113[AlO4Al12(OH)24(H2O)12 7+]。
8.如权利要求1所述的阳离子POM分散剂，所述阳离子POM分散剂使用30wt.％至60wt.％的晶状三水合氧化铝颗粒和40wt.％至70wt.％的聚氯化铝来制备，其中所述聚氯化铝由从65wt.％至75wt.％的水和从25wt.％至35wt.％的固体组成。
9.如权利要求1所述的阳离子POM分散剂，所述阳离子POM分散剂使用45wt.％至55wt.％的晶状三水合氧化铝颗粒和45wt.％至55wt.％的聚氯化铝来制备，其中所述聚氯化铝由从65wt.％至75wt.％的水和从25wt.％至35wt.％的固体组成。
10.一种制备阳离子多金属氧酸盐涂覆的三水合氧化铝分散剂即阳离子POM分散剂的方法，所述方法包括：使具有20％至40％的碱度和10wt.％至17wt.％的Al2O3含量的聚氯化铝与晶状三水合氧化铝颗粒结合，其中得到的阳离子POM分散剂具有≤2.5的pH。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述晶状三水合氧化铝颗粒具有0.1μm至1μm的平均粒度。
12.如权利要求10所述的方法，其中所述聚氯化铝具有Keggin结构含量为18％至31％的A113[AlO4Al12(OH)24(H2O)12 7+]。
13.如权利要求10所述的方法，其中所述聚氯化铝具有25％至35％的碱度。
14.如权利要求10所述的方法，其中所述聚氯化铝具有10wt.％至11wt.％的Al2O3含量。
15.如权利要求10所述的方法，其中使用为晶状三水合氧化铝颗粒和聚氯化铝的总重量的30wt.％至60wt.％的量的晶状三水合氧化铝颗粒，其中所述聚氯化铝由从65wt.％至75wt.％的水和从25wt.％至35wt.％的固体组成。
16.一种阳离子浆料，包含根据权利要求1至9中任一项的阳离子POM分散剂和无机颗粒，所述无机颗粒为除作为所述阳离子POM分散剂的一部分存在的所述晶状三水合氧化铝颗粒之外的、选自由三水合氧化铝颗粒、二氧化钛及其混合物组成的组。
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