KR20140100984A - Pigment dispersion - Google Patents

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KR20140100984A KR1020147018579A KR20147018579A KR20140100984A KR 20140100984 A KR20140100984 A KR 20140100984A KR 1020147018579 A KR1020147018579 A KR 1020147018579A KR 20147018579 A KR20147018579 A KR 20147018579A KR 20140100984 A KR20140100984 A KR 20140100984A
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피터 그린우드
한스 라그네모
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아크조 노벨 엔.브이.
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Abstract

본 발명은 실질적으로 유기 결합제가 존재하지 않는 수성 안료 분산액을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 1 이상의 수용해성(water-soluble) 또는 수-분산성(water-dispersible) 실란 화합물과 콜로이드성 실리카 입자를 혼합하여 수성 분산액내에 실란화 콜로이드성 실리카 입자(silanized colloidal silica particles)를 형성하는 단계(여기서, 실리카에 대한 실란의 중량비가 약 0.2 내지 약 1.5가 되도록 상기 1 이상의 실란 화합물을 콜로이드성 실리카 입자와 혼합함); 및 상기 실란화 콜로이드성 실리카 입자를 유기 및/또는 무기 안료와 혼합하여 안료에 대한 실리카의 중량비는 약 0.001 내지 약 0.8인 실질적으로 수성 안료 분산액을 형성하는 단계를 포함한다. 또한, 본 발명은 본원에 정의된 방법에 따른 수성 안료 분산액, 및 실질적으로 유기 결합제가 존재하지 않는 안료 분산액에 관한 것으로서, 실리카에 대한 실란의 중량비가 약 0.2 내지 약 1.5인 실란화 콜로이드성 실리카 입자 및 안료에 대한 실리카의 중량비가 약 0.001 내지 약 0.8인 유기 및/또는 무기 안료를 포함한다.The present invention relates to a process for preparing aqueous pigment dispersions substantially free of organic binders, comprising mixing at least one water-soluble or water-dispersible silane compound with colloidal silica particles To form silanized colloidal silica particles in an aqueous dispersion wherein the at least one silane compound is mixed with the colloidal silica particles such that the weight ratio of silane to silica is from about 0.2 to about 1.5 ); And mixing the silanized colloidal silica particles with an organic and / or inorganic pigment to form a substantially aqueous pigment dispersion wherein the weight ratio of silica to pigment is from about 0.001 to about 0.8. The present invention also relates to an aqueous pigment dispersion according to the method defined herein and to a pigment dispersion substantially free of organic coupling agent, wherein the weight ratio of silane to silica is from about 0.2 to about 1.5, and the silanized colloidal silica particles And organic and / or inorganic pigments wherein the weight ratio of silica to pigment is from about 0.001 to about 0.8.

Description

안료 분산액{PIGMENT DISPERSION}PIGMENT DISPERSION [0002]

본 발명은 수성 안료 분산액, 상기 분산액의 제조 방법 및 이의 용도에 관한 것이다.The present invention relates to an aqueous pigment dispersion, a process for producing the dispersion, and uses thereof.

무기 안료는 다양한 폴리머에 표백제(whiteners), 틴팅제(tinting agents) 또는 불투명화제(opacifiers)로서 종종 혼입된다. TiO2와 같은 안료가 상기 목적에 특히 유용하며 이는 매우 효과적으로 빛을 산란시키기 때문이다. 상기 안료는 예를들면 TiO2 입자 표면에 분산된 구별되는 무기 입자들을 갖는 TiO2 입자를 기술하고 있는 US 5,886,069에 공지된 안료 분산액에 존재할 수 있다. 그러나, 상기 분산액은 항상 충분히 안정한 것은 아니며, 상당히 낮은 광산란 효율을 일으키는 불안정화 또는 겔화 없이 장시간동안 보관하기 어렵다. 상기 분산액은 또한 TiO2 입자가 너무 밀접하게 서로 접촉하여 광학적으로 군집(optical crowding)되는 문제가 발생될 수 있다. 이의 결과로서, 은폐력(hiding power) 및 틴팅 강도(tinting strength)가 상당히 감소될 수 있다. 증량제(extenders)가 페인트 제제에 첨가되어 TiO2 입자가 일정 간격을 두고 배치되어 분산 효율(scattering efficiency)을 보존한다. 그러나, 증량제의 분배가 어렵고 은폐력에 영향을 준다. 계면활성제와 같은 분산제가 존재하지 않는 수성 안료 분산액을 제공하는 것이 바람직하다. 계면활성제는 상기 분산액에 발포 문제(foaming problems)를 부여하여 물 및 화학약품에 대한 저항성을 떨어뜨릴 수 있다.Inorganic pigments are often incorporated into various polymers as whiteners, tinting agents or opacifiers. A pigment such as TiO 2 is particularly useful for this purpose, which is due to very effectively scatter light. The pigments for example, can be present in the pigment dispersion known in distinct US 5,886,069 which describes a TiO 2 particles having inorganic particles dispersed in the TiO 2 particle surfaces. However, such dispersions are not always sufficiently stable, and are difficult to store for long periods of time without destabilization or gelation leading to significantly lower light scattering efficiency. The dispersion may also have the problem of TiO 2 particles coming into close contact with one another and optically crowding the TiO 2 particles. As a result of this, the hiding power and tinting strength can be considerably reduced. Extenders are added to the paint formulation to place the TiO 2 particles at regular intervals to preserve the scattering efficiency. However, the distribution of the extender is difficult and affects hiding power. It is desirable to provide an aqueous pigment dispersion in which no dispersing agent such as a surfactant is present. Surfactants can impart foaming problems to the dispersion and reduce the resistance to water and chemicals.

WO 2004/035474 A1에서는 유기 결합제와 결합된 실란화 콜로이드성 실리카 입자(silanized colloidal silica particles)를 기술하고 있다. 그러나, 유기 결합제는 안료 분산액의 안정성을 방해할 수 있다. 유기 결합제의 존재하에 안료의 분산 방법은 더 높은 전단력을 필요로 하기 때문에 추가의 에너지 투입이 또한 요구될 수 있다. 또한, 유기 결합제의 존재로 분산가능한 안료의 양이 감소되어 수득되는 광산란 효율이 감소된다.WO 2004/035474 A1 describes silanized colloidal silica particles combined with an organic binder. However, organic binders can interfere with the stability of the pigment dispersion. Additional energy input may also be required since the method of dispersing the pigment in the presence of an organic binder requires a higher shear force. In addition, the presence of the organic binder reduces the amount of dispersible pigment and reduces the light scattering efficiency obtained.

본 발명은 개선된 안정성을 갖는 수성 안료 분산액을 제공하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 부가의 목적은 보관 및 저장 수명을 더 길게 하는 방법을 제공하며, 페인트를 포함하는 제제(formulation)에 혼합되는 경우 광산란 효율과 같은 허용가능한 안료 특성을 제공한다.The present invention relates to a process for providing an aqueous pigment dispersion having improved stability. It is a further object of the present invention to provide a method of making storage and shelf life longer and to provide acceptable pigment properties such as light scattering efficiency when mixed with a formulation comprising paint.

본 발명은 실질적으로 유기 결합제가 존재하지 않는 실질적으로 수성 안료 분산액을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 적어도 하나의 수용해성(water-soluble) 또는 수-분산성(water-dispersible) 실란 화합물과 콜로이드성 실리카 입자를 혼합하여 수성 분산액내에 실란화 콜로이드성 실리카 입자(silanized colloidal silica particles)를 형성하는 단계(여기서, 실리카에 대한 실란의 중량비가 약 0.2 내지 약 1.5가 되도록 상기 적어도 하나의 실란 화합물을 콜로이드성 실리카 입자와 혼합함); 및 상기 실란화 콜로이드성 실리카 입자를 유기 및/또는 무기 안료와 혼합하여 안료에 대한 실리카의 중량비는 약 0.001 내지 약 0.8인 상기 실질적으로 수성 안료 분산액을 형성하는 단계를 포함한다.The present invention relates to a process for preparing a substantially aqueous pigment dispersion substantially free of organic binders, comprising at least one water-soluble or water-dispersible silane compound and a colloidal silica Mixing the particles to form silanized colloidal silica particles in an aqueous dispersion, wherein the weight ratio of silane to silica is from about 0.2 to about 1.5; and mixing the at least one silane compound with colloidal silica Mixed with the particles); And mixing the silanized colloidal silica particles with an organic and / or inorganic pigment to form the substantially aqueous pigment dispersion wherein the weight ratio of silica to pigment is from about 0.001 to about 0.8.

용어 "본질적으로 또는 실질적으로 유기 결합제가 존재하지 않는(essentially or substantially free from an organic binder)"은 수성 안료 분산액내 유기 결합제 함량이 약 15 중량% 이하, 예를들면 약 10 중량% 이하 또는 약 5 중량% 이하, 예를 들면 약 3 중량% 이하 또는 약 1 중량% 이하 또는 약 0.1 중량% 이하인 것을 의미한다. 그러므로, 하나의 실시양태에 따르면, 상기 분산액은 수득된 분산액이 상기 개시된 한계 이하의 양으로 유기 결합제를 포함하도록 제조된다.The term "essentially or substantially free from organic binder" means that the organic binder content in the aqueous pigment dispersion is less than or equal to about 15 wt%, such as less than or equal to about 10 wt% By weight or less, for example, about 3% by weight or less, or about 1% by weight or less, or about 0.1% by weight or less. Therefore, according to one embodiment, the dispersion is prepared such that the resulting dispersion contains an organic binder in an amount below the limits disclosed above.

하나의 실시양태에 따르면, 실란 및 콜로이드성 실리카 입자는 실리카에 대한 실란의 중량비가 약 0.25 내지 약 1.5, 예를들면 약 0.3 내지 약 1.5 또는 약 0.35 내지 약 0.8, 또는 약 0.4 내지 약 0.8의 범위로 혼합된다.According to one embodiment, the silane and colloidal silica particles have a weight ratio of silane to silica ranging from about 0.25 to about 1.5, such as from about 0.3 to about 1.5, or from about 0.35 to about 0.8, or from about 0.4 to about 0.8 .

실란 화합물은 실란올기와 안정한 실록산 공유 결합(Si-O-Si)을 형성하거나 또는 예를들면 콜로이드성 실리카 입자의 표면에서 수소 결합에 의해서 실란올기에 연결될 수 있다.The silane compound may form a stable siloxane covalent bond (Si-O-Si) with the silanol group or may be connected to the silanol group by, for example, hydrogen bonding at the surface of the colloidal silica particle.

하나의 실시양태에 따르면, 실란 및 콜로이드성 실리카 입자의 혼합은 연속적으로, 예를 들면 약 20 ℃ 내지 약 95 ℃, 또는 약 50 ℃ 내지 약 75 ℃, 가령 약 60 ℃ 내지 약 70 ℃의 온도에서 실시될 수 있다. 실란은 조절된 속도에서 거친 교반하에 실리카 입자로 천천히 첨가될 수 있으며, 상기 속도는 (콜로이드성 실리카 입자상에) 콜로이드성 실리카 표면적 1 ㎚2 및 시간(h)당 실란 분자를 적당하게는 약 0.01 내지 약 100, 예를 들면 약 0.1 내지 약 10, 또는 약 0.5 내지 약 5, 가령 약 1 내지 약 2이다. 실란의 첨가는 첨가 속도, 첨가될 실란의 양 및 목적하는 실란화도(degree of silanisation)에 따라 적당한 시간동안 계속될 수 있다. 그러나, 실란의 첨가는 적당한 양의 실란이 첨가될 때까지 약 5시간 이하, 예를들면 약 2시간 이하동안 계속될 수 있다. 콜로이드성 실리카 입자에 대한 첨가된 실란의 양은 콜로이드성 실리카 입자의 표면적 1 ㎚2 당 실란 분자를 적당하게는 약 0.1 내지 약 6, 예를 들면 약 0.3 내지 약 3, 또는 약 1 내지 약 2이다.According to one embodiment, the mixing of silane and colloidal silica particles is carried out continuously at a temperature of, for example, from about 20 캜 to about 95 캜, or from about 50 캜 to about 75 캜, such as from about 60 캜 to about 70 캜 . The silane can be slowly added to the silica particles under controlled agitation at a controlled rate, the rate being such that the colloidal silica surface area (on the colloidal silica particles) is 1 nm 2 and the silane molecule per hour (h) For example from about 0.1 to about 10, or from about 0.5 to about 5, such as from about 1 to about 2. The addition of the silane can be continued for a suitable time depending on the rate of addition, the amount of silane to be added and the degree of silanization desired. However, the addition of the silane can continue for about 5 hours or less, for example about 2 hours or less, until an appropriate amount of silane is added. The amount of silane added to the colloidal silica particles is suitably from about 0.1 to about 6, such as from about 0.3 to about 3, or from about 1 to about 2, silane molecules per 1 nm 2 of the surface area of the colloidal silica particles.

실란 및 실리카의 혼합은 약 1 내지 약 13의 pH, 예를 들면 약 6 내지 약 12, 또는 약 7.5 내지 약 11, 또는 약 9 내지 약 10.5의 pH에서 실시될 수 있다.The mixing of the silane and silica may be carried out at a pH of from about 1 to about 13, for example from about 6 to about 12, or from about 7.5 to about 11, or from about 9 to about 10.5.

본원에서 실리카 졸(silica sols)이라 하는 콜로이드성 실리카 입자는 예를 들면 침강 실리카(precipitated silica), 마이크로 실리카[micro silica, 실리카 흄(silica fume)], 발열성 실리카[pyrogenic silica, 흄드 실리카(fumed silica)] 또는 충분한 순도를 갖는 실리카 겔, 및 이의 혼합물로부터 유래될 수 있다.The colloidal silica particles referred to herein as silica sols are, for example, precipitated silica, micro silica, silica fume, pyrogenic silica, fumed silica, silica) or a silica gel having sufficient purity, and mixtures thereof.

콜로이드성 실리카 입자 및 실리카 졸이 개질될 수 있으며, 아민, 알루미늄 및/또는 붕소와 같은 다른 원소를 포함할 수 있으며, 입자 및/또는 연속 상에서 존재할 수 있다. 붕소-개질된 실리카 졸은 예를들면 US 2,630,410에 개시되어 있다. 알루미늄 개질된 실리카 입자는 적당하게는 약 0.05 중량% 내지 약 3 중량%, 예를들면 약 0.1 중량% 내지 약 2 중량%의 Al2O3 함량을 갖는다. 알루미늄 개질된 실리카 졸을 제조하는 방법은 예를 들면 Iler, K. Ralph의 "The Chemistry of Silica" 페이지 407-409, John Wiley & Sons (1979) 및 US 5 368 833에 추가로 개시되어 있다.The colloidal silica particles and the silica sol may be modified and may contain other elements such as amine, aluminum and / or boron, and may be present in the particles and / or in the continuous phase. Boron-modified silica sols are disclosed, for example, in US 2,630,410. The aluminum modified silica particles suitably have an Al 2 O 3 content of from about 0.05 wt% to about 3 wt%, such as from about 0.1 wt% to about 2 wt%. Methods for making aluminum-modified silica sols are further disclosed, for example, in Iler, K. Ralph, "The Chemistry of Silica", pages 407-409, John Wiley & Sons (1979) and US 5 368 833.

사용된 콜로이드성 실리카 입자는 적당하게는 약 2 nm 내지 약 150 nm, 예를 들면 약 2 nm 내지 약 100 nm, 또는 약 3 nm 내지 약 50 nm, 또는 약 4 nm 내지 약 40 nm, 또는 약 4 nm 내지 약 15 nm, 또는 약 5 nm 내지 약 12nm 범위의 평균 입자 직경을 갖는다. 적당하게, 상기 콜로이드성 실리카 입자는 약 20 m2/g 내지 약 1500 m2/g, 예를 들면 약 50 m2/g 내지 약 900 m2/g, 또는 약 70 m2/g 내지 약 600 m2/g, 또는 약 200 m2/g 내지 약 500 m2/g의 비표면적을 갖는다.The colloidal silica particles used are suitably from about 2 nm to about 150 nm, such as from about 2 nm to about 100 nm, or from about 3 nm to about 50 nm, or from about 4 nm to about 40 nm, or from about 4 nm to about 15 nm, or from about 5 nm to about 12 nm. Suitably, the colloidal silica particles have a particle size of from about 20 m 2 / g to about 1500 m 2 / g, such as from about 50 m 2 / g to about 900 m 2 / g, or from about 70 m 2 / g to about 600 m 2 / g, or from about 200 m 2 / g to about 500 m 2 / g.

콜로이드성 실리카 입자는 좁은 입자 크기 분포, 예를들면, 입자 크기의 낮은 상대 표준 편차를 가질 수 있다. 입자 크기 분포의 상대 표준 편차는 수(numbers)에 의해 평균 입자 크기에 대한 입자 크기 분포의 표준 편차의 비율이다. 입자 크기 분포의 상대 표준 편차는 약 60 수%(% by numbers) 이하, 예를들면 약 30 수% 이하, 또는 약 15 수% 이하일 수 있다.The colloidal silica particles may have a narrow particle size distribution, for example, a low relative standard deviation of the particle size. The relative standard deviation of the particle size distribution is the ratio of the standard deviation of the particle size distribution to the average particle size by numbers. The relative standard deviation of the particle size distribution may be less than about 60% (by numbers), such as about 30% or less, or about 15% or less.

콜로이드성 실리카 입자는 수성 실리카 졸을 형성하기 위해서 적당하게 수성 용매에 분산되며, 적당하게 K+, Na+, Li+, NH4 +, 유기 양이온, 1차, 2차, 3차 및 4차 아민, 또는 이의 혼합물과 같은 안정화 양이온의 존재하에 분산된다. 그러나, 예를들면 저급 알콜, 아세톤 또는 이의 혼합물을 포함하는 부분 유기 분산액에 분산된 콜로이드성 실리카가 사용될 수 있으며, 유기 부분의 부피는 전체 수성 부피 및 유기 부피를 기준으로 하여 적당하게는 약 1 부피% 내지 약 20 부피%, 예를들면 약 1 부피% 내지 약 10 부피%, 또는 약 1 부피% 내지 약 5 부피%이다. 하나의 실시양태에 따르면, 콜로이드성 실리카 입자는 음전하를 갖는다. 적당하게, 상기 졸내 실리카 함량은 약 1 중량% 내지 약 80 중량%, 예를들면 약 5 중량% 내지 약 80 중량%, 또는 약 10 중량% 내지 약 80 중량%, 예를들면 약 20 중량% 내지 약 80 중량%, 예를 들면 약 25 중량% 내지 약 70 중량%, 또는 약 30 중량% 내지 약 60 중량%이다. 실리카 졸의 pH는 적당하게는 약 1 내지 약 13, 예를들면 약 6 내지 약 12, 또는 약 7.5 내지 약 11이다. 그러나, 알루미늄-개질된 실리카 졸에 있어서, pH는 적당하게는 약 1 내지 약 12, 또는 약 3.5 내지 약 11이다.The colloidal silica particles are suitably dispersed in an aqueous solvent to form an aqueous silica sol and are suitably selected from the group consisting of K + , Na + , Li + , NH 4 + , organic cations, primary, secondary, tertiary and quaternary amines , Or a mixture thereof. However, colloidal silica dispersed in, for example, a partial organic dispersion comprising a lower alcohol, acetone or a mixture thereof may be used, and the volume of the organic portion may suitably be in the range of about 1 volume % To about 20% by volume, such as from about 1% by volume to about 10% by volume, or from about 1% by volume to about 5% by volume. According to one embodiment, the colloidal silica particles have a negative charge. Suitably, the stoichiometric silica content is from about 1% to about 80%, such as from about 5% to about 80%, or from about 10% to about 80%, such as from about 20% About 80 wt%, such as about 25 wt% to about 70 wt%, or about 30 wt% to about 60 wt%. The pH of the silica sol is suitably from about 1 to about 13, for example from about 6 to about 12, or from about 7.5 to about 11. However, for aluminum-modified silica sols, the pH is suitably from about 1 to about 12, or from about 3.5 to about 11.

실리카 졸은 약 20 내지 약 100, 예를 들면 약 30 내지 약 90, 또는 약 60 내지 약 90의 S-값을 가질 수 있다.The silica sol may have an S-value of from about 20 to about 100, for example from about 30 to about 90, or from about 60 to about 90.

S-값은 콜로이드성 실리카 입자의 응집 정도(extent of aggregation), 예를들면 응집(aggregate) 또는 마이크로겔 형성(microgel formation) 정도를 특징으로 한다. S-값은 J. Phys. Chem. 60(1956), 955-957 by Iler, R.K. & Dalton, R.L.에 기술된 식에 따라 측정되고 계산된다.The S-value is characterized by the extent of aggregation of the colloidal silica particles, for example, the degree of aggregate or microgel formation. The S-value was calculated using the method described in J. Phys. Chem. 60 (1956), 955-957 by Iler, R.K. &Amp; Dalton, R.L.

S-값은 실리카 함량, 점도 및 콜로이드성 실리카 입자의 밀도에 따라 좌우된다. 높은 S-값은 낮은 마이크로겔 함량을 나타낸다. S-값은 예를 들면 실리카 졸의 분산상에 존재하는 SiO2의 중량%로 나타낸다. 마이크로겔 정도(degree of microgel)는 예를들면 US 5368833에 추가로 기술된 바와 같은 제조 방법 중에 조절될 수 있다.The S-value depends on the silica content, the viscosity and the density of the colloidal silica particles. High S-values indicate low microgel content. The S-value is expressed, for example, by weight percent of SiO 2 present in the dispersed phase of the silica sol. The degree of microgel can be adjusted, for example, in a manufacturing process as described further in US 5368833.

하나의 실시양태에 따르면, 실리케이트, 가령 알칼리 금속 실리케이트, 예를들면 소듐 실리케이트, 포타슘 실리케이트 또는 리튬 실리케이트가 안정성을 추가로 증가시키기위해서 실란화 콜로이드성 실리카 입자와 혼합될 수 있다. 하나의 실시양태에 따르면, M2O (여기서, M은 알칼리 금속임)에 대한 실리카의 몰비(molar ratio)는 약 4 내지 약 20, 예를 들면 약 5 내지 약 15, 가령 약 6 내지 약 11이다.According to one embodiment, a silicate, such as an alkali metal silicate, such as sodium silicate, potassium silicate or lithium silicate, may be mixed with silanized colloidal silica particles to further increase stability. According to one embodiment, the molar ratio of silica to M 2 O (where M is an alkali metal) is from about 4 to about 20, such as from about 5 to about 15, such as from about 6 to about 11 to be.

하나의 실시양태에 따르면, 콜로이드성 실리카 입자와 혼합될 적당한 실란 화합물은 글리시독시 또는 글리시독시프로필기를 포함하는 에폭시 실란 및 실란 화합물; 트리스-(트리메톡시)실란, 옥틸 트리에톡시실란, 메틸 트리에톡시실란, 메틸 트리메톡시실란; 이소시아네이트 실란, 가령 트리스-[3-(트리메톡시실릴)프로필]이소시아누레이트; 감마-머캅토프로필 트리메톡시실란, 비스-(3-[트리에톡시실릴]프로필)폴리설파이드, 베타-(3,4-에폭시시클로헥실)-에틸 트리메톡시실란; 에폭시기를 포함하는 실란(에폭시 실란), 글리시독시 및/또는 글리시독시프로필기를 포함하는 실란, 가령 감마-글리시독시프로필 트리메톡시실란, 감마-글리시독시프로필 메틸디에톡시실란, (3-글리시독시프로필)트리메톡시 실란, (3-글리시독시프로필)헥실트리메톡시 실란, 베타-(3,4-에폭시시클로헥실)-에틸트리에톡시실란; 비닐기를 포함하는 실란, 가령 비닐 트리에톡시실란, 비닐 트리메톡시실란, 비닐 트리스-(2-메톡시에톡시)실란, 비닐 메틸디메톡시실란, 비닐 트리이소프로폭시실란; 감마-메타크릴옥시프로필 트리메톡시실란, 감마-메타크릴옥시프로필, 트리이소프로폭시실란, 감마-메타크릴옥시프로필 트리에톡시실란, 옥틸트리메틸옥시 실란, 에틸트리메톡시 실란, 프로필트리에톡시 실란, 페닐트리메톡시 실란, 3-머캅토프로필트리에톡시 실란, 시클로헥실트리메톡시 실란, 시클로헥실트리에톡시 실란, 디메틸디메톡시 실란, 3-클로로프로필트리에톡시 실란, 3-메타크릴옥시프로필트리메톡시 실란, i-부틸트리에톡시 실란, 트리메틸에톡시 실란, 페닐디메틸에톡시 실란, 헥사메틸디실록산, 트리메틸실릴 클로라이드, 비닐트리에톡시 실란, 헥사메틸디실리잔 및 이의 혼합물을 포함한다. US 4,927,749에서는 본 발명에서 사용될 수 있는 적당한 실란을 추가로 기술하였다.According to one embodiment, suitable silane compounds to be mixed with the colloidal silica particles are epoxysilane and silane compounds comprising glycidoxy or glycidoxypropyl groups; Tris- (trimethoxy) silane, octyltriethoxysilane, methyltriethoxysilane, methyltrimethoxysilane; Isocyanate silanes, such as tris- [3- (trimethoxysilyl) propyl] isocyanurate; Gamma-mercaptopropyltrimethoxysilane, bis- (3- [triethoxysilyl] propyl) polysulfide, and beta - (3,4-epoxycyclohexyl) -ethyltrimethoxysilane; Glycidoxypropyltrimethoxysilane, gamma-glycidoxypropylmethyldiethoxysilane, (3) a silane containing epoxy group, a glycidoxy group and / or a glycidoxypropyl group-containing silane such as gamma-glycidoxypropyltrimethoxysilane, -Glycidoxypropyl) trimethoxysilane, (3-glycidoxypropyl) hexyltrimethoxysilane, and beta - (3,4-epoxycyclohexyl) -ethyltriethoxysilane; Silane containing a vinyl group such as vinyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltris- (2-methoxyethoxy) silane, vinylmethyldimethoxysilane, vinyltriisopropoxysilane; Gamma-methacryloxypropyltrimethoxysilane, gamma-methacryloxypropyl, triisopropoxysilane, gamma-methacryloxypropyltriethoxysilane, octyltrimethyloxysilane, ethyltrimethoxysilane, propyltriethoxy Silane, phenyltrimethoxysilane, 3-mercaptopropyltriethoxysilane, cyclohexyltrimethoxysilane, cyclohexyltriethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, 3-chloropropyltriethoxysilane, 3-methacryl Butyl triethoxysilane, trimethylethoxysilane, phenyldimethylethoxysilane, hexamethyldisiloxane, trimethylsilyl chloride, vinyltriethoxysilane, hexamethyldisilazane, and mixtures thereof. . US 4,927,749 further describes suitable silanes that can be used in the present invention.

하나의 실시양태에 따르면, 콜로이드성 실리카 입자상에 실란올 표면기의 적어도 약 1 수%는 실란 화합물의 실란기에 결합 또는 연결될 수 있으며, 예를 들면 적어도 약 5%, 또는 적어도 약 10%, 또는 적어도 약 30%, 또는 적어도 약 50%가 실란기에 결합 또는 연결된다.According to one embodiment, at least about 1% by number of the silanol surface groups on the colloidal silica particles can be bonded or linked to the silane group of the silane compound, for example at least about 5%, or at least about 10%, or at least About 30%, or at least about 50% of the silane group is bonded or linked to the silane group.

하나의 실시양태에 따르면, 실란 화합물은 콜로이드성 실리카 입자와 혼합되기 전에 예를 들면 물로 희석시켜서 실란 대 물의 중량비가 적당하게는 약 1:8 내지 약 8:1, 또는 약 3:1 내지 약 1:3, 가령 약 1.5:1 내지 약 1:1.5인 실란과 물의 프리믹스(premix)를 형성한다. 수득된 실란-물 용액은 실질적으로 맑고 안정하며 콜로이드성 실리카 입자와 혼합하기에 용이하다. 콜로이드성 실리카 입자로 실란의 연속 첨가시에, 상기 혼합은 실란 첨가가 중지된후 약 1초 내지 약 30분, 또는 약 1분 내지 약 10분동안 계속한다.According to one embodiment, the silane compound is diluted, for example, with water, prior to mixing with the colloidal silica particles such that the weight ratio of silane to water is suitably from about 1: 8 to about 8: 1, or from about 3: 1 to about 1: : 3, such as from about 1.5: 1 to about 1: 1.5, to form a premix of silane and water. The resulting silane-water solution is substantially clear and stable and is easy to mix with colloidal silica particles. Upon continuous addition of the silane to the colloidal silica particles, the mixing continues for about 1 second to about 30 minutes, or about 1 minute to about 10 minutes after silane addition is stopped.

하나의 실시양태에 따르면, 안료는 무기안료이다. 하나의 실시양태에 따르면, 무기 안료는 칼슘 카르보네이트, 바륨 설페이트, 철(II, III) 산화물, 예컨대 Fe3O4, a-Fe2O3, 철(III)옥시드 수산화물, 예컨대 a-FeOOH, 크롬(III) 산화물, 코발트 화합물, 가령 코발트 알루미네이트, 아연 산화물, 아연 황화물, 염기성 황산납(basic lead sulfate), 염기성 탄산납(basic lead carbonate), 안티몬 산화물, 리소폰(lithopone), 산화티탄, 예컨대 루틸 형태(rutile form) 또는 아나타제 형태(anatase form)의 TiO2, 또는 이의 혼합물로부터 선택된다. 하나의 실시양태에 따르면, 안료는 카올린과 같은 클레이 또는 안료 특성을 갖는 충전 물질(filler material), 가령 흄드 실리카, 마이크로 실리카, 침강 실리카 또는 실리카 겔일 수 있다.According to one embodiment, the pigment is an inorganic pigment. According to one embodiment, the inorganic pigment is selected from the group consisting of calcium carbonate, barium sulfate, iron (II, III) oxides such as Fe 3 O 4 , a-Fe 2 O 3 , iron (III) FeOOH, chromium (III) oxide, cobalt compounds such as cobalt aluminate, zinc oxide, zinc sulfide, basic lead sulfate, basic lead carbonate, antimony oxide, lithopone, Titanium, such as rutile form or TiO 2 in an anatase form, or mixtures thereof. According to one embodiment, the pigment may be a filler material having clay or pigment properties such as kaolin, such as fumed silica, microsilica, precipitated silica or silica gel.

하나의 실시양태에 따르면, 안료는 약 10 nm 내지 약 5000 nm, 예컨대 약 100 nm 내지 약 1000 nm, 또는 약 100 nm 내지 약 500 nm, 또는 약 200 nm 내지 약 400 nm 범위의 입자 크기를 갖는다.According to one embodiment, the pigment has a particle size in the range of from about 10 nm to about 5000 nm, such as from about 100 nm to about 1000 nm, or from about 100 nm to about 500 nm, or from about 200 nm to about 400 nm.

하나의 실시양태에 따르면, 안료에 대한 실리카의 중량비가 약 0.01 내지 약 0.7, 예를 들면 약 0.01 내지 약 0.6, 또는 약 0.01 내지 약 0.5, 또는 약 0.01 내지 약 0.4, 또는 약 0.01 내지 약 0.3, 또는 약 0.01 내지 약 0.2, 또는 약 0.02 내지 약 0.05 범위로 안료가 실란화 콜로이드성 실리카 입자와 혼합된다.According to one embodiment, the weight ratio of silica to pigment is from about 0.01 to about 0.7, such as from about 0.01 to about 0.6, or from about 0.01 to about 0.5, or from about 0.01 to about 0.4, or from about 0.01 to about 0.3, Or from about 0.01 to about 0.2, or from about 0.02 to about 0.05, of the pigment is mixed with the silanized colloidal silica particles.

하나의 실시양태에 따르면, 혼합기(mixer), 예컨대 1400 rpm에서 용해기 터빈(dissolver turbine)이 사용되어 안료를 실란화 콜로이드성 실리카 입자와 혼합한다. 혼합 시간은 약 1분 내지 약 40분, 예를들면 약 5분 내지 약 30분, 또는 예를들면 약 10분 내지 약 20분일 수 있다. 혼합 온도는 약 1 ℃ 내지 약 80 ℃, 예를들면 약 10 ℃ 내지 약 60 ℃, 또는 약 20 ℃ 내지 약 40 ℃일 수 있다. 하나의 실시양태에 따르면, 시선 속도(radial velocity)는 약 1 m/s 내지 약 50 m/s, 예를들면 약 5 m/s 내지 약 35 m/s, 예를 들면 약 15 m/s 내지 약 25 m/s의 범위이다.According to one embodiment, a mixer, such as a dissolver turbine at 1400 rpm, is used to mix the pigment with silanized colloidal silica particles. The mixing time can be from about 1 minute to about 40 minutes, such as from about 5 minutes to about 30 minutes, or for example from about 10 minutes to about 20 minutes. The mixing temperature may be from about 1 째 C to about 80 째 C, such as from about 10 째 C to about 60 째 C, or from about 20 째 C to about 40 째 C. According to one embodiment, the radial velocity is from about 1 m / s to about 50 m / s, such as from about 5 m / s to about 35 m / s, such as from about 15 m / About 25 m / s.

수 많은 안료들 중 하나인 TiO2 안료는 클로라이드 또는 설페이트 공정에 의해서 제조되는 종래의 루틸 또는 아나타제 변형체이다. 하나의 실시양태에 따르면, 약 100 nm 내지 약 500 nm의 입자 크기를 가지며 클로라이드 공정에 의해서 제조된 루틸 TiO2 입자가 사용된다. 하나의 실시양태에 따르면, TiO2 안료를 제조하는데 사용되는 TiO2 입자는 염기성 TiO2이며, 본원에서 피니싱(finishing) 단계 이전 및/또는 표면 처리 단계 이전에 산화 TiCl4로부터 직접 제거된 TiO2 입자가 가해진다. 설페이트 공정에서, 염기성 TiO2는 표면 처리 단계가 적용되기 이전에 TiO2 입자라고 한다. 선택적으로, 본 발명의 안료를 제조하기위해서 사용되는 TiO2 입자는 피니시된(finished) TiO2 입자이며, 본원에서 종래의 피니싱 단계 및/또는 가수 산화물(hydrous oxide), 가령 알루미나, 실리카, 지르코니아 등 또는 상기 물질들의 배합물로 표면 처리된 TiO2 입자라 한다. 가수산화물은 전체 TiO2 안료 생성물 중량을 기준으로 하여 약 16 중량% 이하, 예를 들면 약 10 중량% 이하일 수 있다.One of the many pigments, the TiO 2 pigment, is a conventional rutile or anatase modification produced by the chloride or sulfate process. According to one embodiment, rutile TiO 2 particles having a particle size of from about 100 nm to about 500 nm and produced by the chloride process are used. According to one embodiment, the TiO 2 particles used to make the TiO 2 pigment are basic TiO 2 , and here TiO 2 particles directly removed from the oxidized TiCl 4 before the finishing step and / . In the sulfate process, basic TiO 2 is referred to as TiO 2 particles before the surface treatment step is applied. Alternatively, the TiO 2 particles used to make the pigments of the present invention are finished TiO 2 particles and may be prepared by conventional finishing steps and / or hydrous oxides such as alumina, silica, zirconia, etc. Or TiO 2 particles surface treated with a combination of these materials. Singer oxide is, for about 16% by weight or less, for example, based on the weight of the total TiO 2 pigment product may be up to about 10% by weight.

본 발명은 또한 본원에 정의된 방법에 의해서 수득가능한 수성 안료 분산액에 관한 것이다.The present invention also relates to aqueous pigment dispersions obtainable by the process as defined herein.

본 발명은 또한 실질적으로 유기 결합제가 존재하지 않는 수성 안료 분산액에 관한 것으로서, 실리카에 대한 실란의 중량비가 약 0.2 내지 약 1.5인 실란화 콜로이드성 실리카 입자, 및 안료에 대한 실리카의 중량비가 약 0.001 내지 약 0.8인 유기 및/또는 무기 안료를 포함한다.The present invention also relates to aqueous pigment dispersions substantially free of organic binders, wherein the weight ratio of silica to silanized colloidal silica particles, wherein the weight ratio of silane to silica is from about 0.2 to about 1.5, 0.0 > and / or < / RTI > about 0.8.

하나의 실시양태에 따르면, 약 20 부피% 이하, 예를 들면 약 10 부피% 이하 또는 약 5 부피% 이하의 수용해성 또는 수분산성 유기 용매(예컨대, 저급 알콜)가 제조된 수성 안료 분산액에 포함될 수 있다. 상기 분산액은 일부의 유기 용매(예컨대, 실리카졸, 실란 화합물), 또는 유기 용매 또는 매질내 적어도 일부가 분산된 안료를 포함하는 수성 분산액으로부터 형성될 수 있다.According to one embodiment, up to about 20%, such as up to about 10% by volume or up to about 5% by volume of a water soluble or water dispersible organic solvent (such as a lower alcohol) can be included in the prepared aqueous pigment dispersion have. The dispersion may be formed from an aqueous dispersion comprising a part of an organic solvent (e.g., silica sol, silane compound), or a pigment in which at least a part of the organic solvent or medium is dispersed.

하나의 실시양태에 따르면, 안료는 무기 안료이다. 하나의 실시양태에 따르면, 안료는 수득된 안료 분산액 중에 약 25 중량% 내지 약 85 중량%, 예를 들면 약 50 중량% 내지 약 80 중량%, 또는 약 60 중량% 내지 약 75 중량%의 안료 함량이 수득되는 양으로 혼합된다. 하나의 실시양태에 따르면, 수득된 안료 분산액 중에 안료에 대한 실리카의 중량비는 약 0.01 내지 약 0.7, 예를 들면 약 0.01 내지 약 0.6 또는 약 0.01 내지 약 0.5, 또는 약 0.01 내지 약 0.4, 또는 약 0.01 내지 약 0.3, 또는 약 0.01 내지 약 0.2, 또는 약 0.02 내지 약 0.05 범위이다.According to one embodiment, the pigment is an inorganic pigment. According to one embodiment, the pigment is present in the resulting pigment dispersion in an amount of from about 25% to about 85%, such as from about 50% to about 80%, or from about 60% to about 75% Are mixed in the obtained amount. According to one embodiment, the weight ratio of silica to pigment in the pigment dispersion obtained is from about 0.01 to about 0.7, for example from about 0.01 to about 0.6, or from about 0.01 to about 0.5, or from about 0.01 to about 0.4, or from about 0.01 To about 0.3, or from about 0.01 to about 0.2, or from about 0.02 to about 0.05.

제조된 안료 분산액 중에 실리카의 전체 함량은 제조된 분산액에 존재할 수 있는 개질된 실란화 실리카 입자 및 비(非)개질된 실리카 입자내에 존재하는 실리카를 포함한다. 실란 화합물의 전체량은 실란기 또는 실란의 유도체에 의해서 연결되거나 또는 결합된 모든 실란 화합물과 모든 자유롭게 분산되거나 또는 용해된 실란 화합물에 기초한다. 그러므로, 유리된 기 및 연결 또는 결합된 기 모두를 포함하는 제조된 안료 분산액내에 실리카에 대한 실란의 중량비는 실란과 실리카 성분들의 중량비안에서 혼합되며, 예를 들면 약 0.25 내지 약 1.5, 예를 들면 약 0.3 내지 약 1.2, 또는 약 0.35 내지 약 0.8, 또는 약 0.4 내지 약 0.8이다.The total content of silica in the pigment dispersion prepared comprises modified silanized silica particles which may be present in the prepared dispersion and silica present in the non-modified silica particles. The total amount of silane compound is based on all silane compounds connected or bonded by silane groups or silane derivatives and all freely dispersed or dissolved silane compounds. Therefore, the weight ratio of silane to silica in the prepared pigment dispersion, including both the liberated groups and the connected or bonded groups, is mixed within the weight ratio of silane and silica components, for example from about 0.25 to about 1.5, such as about 0.3 to about 1.2, or about 0.35 to about 0.8, or about 0.4 to about 0.8.

하나의 실시양태에 따르면, 수성 안료 분산액은 본원에 개시된 콜로이드성 실리카 입자와 실란 화합물로부터 제조된 자유롭게 분산된 실란 화합물 및/또는 콜로이드성 실리카 입자 및 실란화 콜로이드성 실리카 입자를 포함한다.According to one embodiment, the aqueous pigment dispersion comprises colloidal silica particles freely dispersed and / or colloidal silica particles prepared from the silane compounds and colloidal silica particles disclosed herein, and silanized colloidal silica particles.

하나의 실시양태에 따르면, 수성 안료 분산액은 본원에 개시된 무기 안료를 포함한다. 수성 안료 분산액내 포함된 성분들의 특성이 방법 섹션에 추가로 기술되어 있다.According to one embodiment, the aqueous pigment dispersion comprises the inorganic pigments disclosed herein. The characteristics of the components contained in the aqueous pigment dispersion are further described in the method section.

안료 분산액의 안정성은 보관될 수 있고 사용 직전에 제조될 필요는 없기 때문에 이의 사용에서 취급 및 적용이 용이하다. 그러므로 이미 제조된 분산액은 용이하게 직접 사용될 수 있다. 또한, 상기 분산액은 유해한 양의 독성 성분들을 포함하지 않는다는 의미에서 유익하다.The stability of the pigment dispersion is easy to handle and apply in its use since it can be stored and does not need to be prepared just prior to use. Therefore, the dispersions already prepared can easily be used directly. Also, the dispersion is beneficial in the sense that it does not contain deleterious amounts of toxic components.

상기 분산액은 실란화 콜로이드성 실리카 입자이외에 실리카 입자의 크기, 실리카에 대한 실란의 중량비, 혼합된 실란 화합물의 형태, 반응 조건 등에 따라 어느 정도의 비(非)실란화 콜로이드성 실리카 입자를 포함할 수 있다. 적당하게, 콜로이드성 실리카 입자의 적어도 약 40 중량%, 가량 적어도 약 65 중량%, 또는 적어도 약 90 중량%, 또는 적어도 약 95 중량%, 예를들면 적어도 약 99 중량%가 실란화된다. 상기 분산액은 실리카 입자의 표면에 결합되거나 또는 연결된 실란기 또는 실란 유도체 형태의 실란이외에 어느 정도 자유롭게 분산된 결합되지 않은 실란 화합물을 포함할 수 있다. 적당하게, 적어도 약 40 중량%, 예를 들면 적어도 약 60 중량%, 또는 적어도 약 75 중량%, 가령 적어도 약 90 중량%, 또는 적어도 약 95 중량%의 실란 화합물이 실리카 입자의 표면에 결합되거나 또는 연결된다.The dispersion may contain, in addition to the silanized colloidal silica particles, some degree of non-silanized colloidal silica particles depending on the size of the silica particles, the weight ratio of the silane to the silica, the form of the mixed silane compound, have. Suitably, at least about 40 weight percent, at least about 65 weight percent, or at least about 90 weight percent, or at least about 95 weight percent, such as at least about 99 weight percent, of the colloidal silica particles are silanized. The dispersion may contain unbound silane compounds that are freely dispersed to some extent in addition to silane groups in the form of silane groups or silane derivatives bonded or connected to the surface of the silica particles. Suitably at least about 40 weight percent, such as at least about 60 weight percent, or at least about 75 weight percent, such as at least about 90 weight percent, or at least about 95 weight percent of the silane compound is bonded to the surface of the silica particles, .

하나의 실시양태에 따르면, 제조된 안료 분산액은 약 1 중량% 내지 약 80 중량%, 예를 들면 약 5 중량% 내지 약 80 중량%, 또는 약 10 중량% 내지 약 80 중량%, 가령 약 20 중량% 내지 약 80 중량%, 예를 들면 약 25 중량% 내지 약 70 중량%, 또는 약 30 중량% 내지 약 60 중량%의 실리카 함량을 가질 수 있다.According to one embodiment, the pigment dispersion prepared comprises from about 1% to about 80%, such as from about 5% to about 80%, or from about 10% to about 80% by weight, % To about 80 wt%, such as from about 25 wt% to about 70 wt%, or from about 30 wt% to about 60 wt%.

수득된 안료 분산액은 건축 코팅, 내장 및 외장 도장, 스테인(stains), 산업적 코팅[가령, 코일 코팅(coil coatings), 페이퍼 코팅(paper coatings)] 뿐만 아니라 보호 코팅(protective coatings)을 포함하는 코팅 용도 또는 제지(papermaking), 라미네이트(laminate) 및 복합 재료(composite materials), 가령 페이퍼, 플라스틱, 고무, 콘크리트 및 시멘트질 시스템(cementitious system), 잉크, 세라믹, 예컨대 세라믹 타일을 포함하는 기타 용도에 사용하기에 적당하다. 안료 분산액은 또한 도장되거나 또는 비(非)흡수된 기재, 가령 유리섬유 벽지(glass-fiber wallpaper)에 사용되어 예컨대 플라스터(plaster) 또는 퍼티(putties)에서 버블 형성을 감소시키거나 또는 방지할 수 있다.The resulting pigment dispersions can be used in coating applications including construction coatings, interior and exterior coatings, stains, industrial coatings (e.g. coil coatings, paper coatings as well as protective coatings) Or other applications including papermaking, laminate and composite materials, such as paper, plastic, rubber, concrete and cementitious systems, inks, ceramics such as ceramic tiles, It is suitable. Pigment dispersions can also be used in painted or non-absorbed substrates, such as glass-fiber wallpaper, to reduce or prevent bubble formation in, for example, plaster or putties .

본 발명이 개시되며, 상기는 다수의 방법으로 가변될 수 있다. 하기의 실시예는 본 발명의 범위를 제한하지 않고 기술된 발명을 실시하는 방법을 추가로 설명할 것이다.The present invention is disclosed, which may be varied in a number of ways. The following examples will further illustrate how to practice the described invention without limiting the scope of the invention.

모든 부(parts) 및 퍼센트는 달리 언급하지 않는 한 중량부 및 중량%를 나타낸다.All parts and percentages are by weight unless otherwise stated.

본 발명은 개선된 안정성을 갖는 수성 안료 분산액을 제공하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 보관 및 저장 수명을 더 길게 하는 방법을 제공하며, 페인트를 포함하는 제제(formulation)에 혼합되는 경우 광산란 효율과 같은 허용가능한 안료 특성을 제공한다.The present invention relates to a process for providing an aqueous pigment dispersion having improved stability. The present invention provides a method of making storage and shelf life longer and provides acceptable pigment properties such as light scattering efficiency when mixed with a formulation comprising paint.

사용된 실리카 졸은 달리 언급하지 않는 한 13.4 중량%의 실리카 함량을 가지며, 시료 11 및 시료 12는 안료 분산제로서 사용되기 전에 4.46 중량%의 실리카 함량을 갖는다. 상기 졸의 콜로이드성 실리카 입자는 감마-글리시독시프로필트리메톡시실란으로 개질된다. 실란 개질(silane modification)은 특허 출원 WO 2004/035474 A1에 기술된 바와 같이 60 ℃에서 실시된다. 본 평가에서 사용된 상이한 콜로이드성 실리카 분산액은 하기 표 1에 특성을 기재하였으며, 또한 참조로서 종래에 사용된 폴리아크릴레이트를 포함한다.The silica sol used had a silica content of 13.4 wt.% Unless otherwise stated, and Sample 11 and Sample 12 had a silica content of 4.46 wt.% Before being used as a pigment dispersant. The colloidal silica particles of the sol are modified with gamma-glycidoxypropyltrimethoxysilane. Silane modification is carried out at 60 占 폚 as described in patent application WO 2004/035474 A1. The different colloidal silica dispersions used in this evaluation are listed in Table 1 below and also include the conventionally used polyacrylates as references.

번호number 실리카 졸(입자 크기 및 실란 개질 정도) Silica sol (particle size and degree of silane modification) 1One 5 nm, 실란/SiO2 : 0.45 nm, silane / SiO 2 : 0.4 22 5 nm, 실란/SiO2 : 0.25 nm, the silane / SiO 2: 0.2 33 4 nm, 실란/SiO2 : 0.24 nm, silane / SiO 2 : 0.2 44 4 nm, 실란/SiO2 : 0.44 nm, silane / SiO 2 : 0.4 55 5 nm, 실란 없음5 nm, no silane 66 7 nm, 실란 없음, 알루미네이트로 개질됨7 nm, silane-free, modified with aluminate 77 7 nm, 실란/SiO2 : 0.27 nm, silane / SiO 2 : 0.2 88 12 nm, 실란 없음12 nm, no silane 99 12 nm, 실란/SiO2 : 0.1512 nm, a silane / SiO 2: 0.15 1010 폴리아크릴레이트(Dispex 40N), 0.4 중량%Polyacrylate (Dispex 40N), 0.4 wt% 1111 5 nm, 실란/SiO2 : 0.45 nm, silane / SiO 2 : 0.4 1212 5 nm, 실란/SiO2 : 0.45 nm, silane / SiO 2 : 0.4 1313 5 nm, 실란/SiO2 : 0.45 nm, silane / SiO 2 : 0.4

안료 페이스트의 제조Manufacture of pigment paste

300 g의 이산화티탄(고도로 분쇄된 티타니아 안료, Tiona 595, Univar 공급)이 약 20초 동안 온화한 교반하에 상기 표 1에 따른 희석된 실리카 졸 100 g에 첨가되어 달리 명시하지 않는 한 75 중량%의 안료 페이스트를 수득했다(표 2 참조). 상기 안료는 40 mm 직경의 용해기 터빈으로 1400 rpm에서 10분동안 분산시켜서 잘 분산된 안료를 제공한다. 페이스트의 번호는 상기 표 1에서 분산제로서 사용된 실리카 졸의 번호에 해당한다.300 g of titanium dioxide (a highly grounded titania pigment, Tiona 595, supplied by Univar) was added to 100 g of the diluted silica sol according to Table 1 under gentle agitation for about 20 seconds to give 75% by weight of pigment A paste was obtained (see Table 2). The pigment is dispersed at 1400 rpm for 10 minutes in a 40 mm diameter dissolver turbine to provide a finely dispersed pigment. The paste numbers correspond to the numbers of silica sols used as dispersants in Table 1 above.

안료 페이스트
번호
Pigment paste
number
특징Characteristic
1One 안정하며, 일정한 점도(9일 후)Stable, constant viscosity (after 9 days) 22 안료 페이스트 1보다 초기에 약간 더 점성임. 1일 후: 매우 점성임, 요변성(thixotropic)Slightly more viscous earlier than pigment paste 1. After 1 day: very viscous, thixotropic, 33 안료 페이스트 2보다 초기에 더 점성임. 약 1시간후에 유동성이 없음. 1일 후: 고체It is more viscous earlier than pigment paste 2. No fluidity after about 1 hour. After 1 day: Solid 44 안료 페이스트 1보다 초기에 약간 더 점성임. 1일 후: 점성임, 요변성Slightly more viscous earlier than pigment paste 1. After 1 day: viscous, thyrotoxic 55 초기에 겔(8분 분산 후)Initially gel (after 8 minutes dispersion) 66 초기에 겔(1분 분산 후)Initially gel (after 1 minute dispersion) 77 페이스트가 약 260-270 g의 TiO2 첨가 후에 고체가 됨The paste becomes solid after adding about 260-270 g of TiO 2 . 88 초기에 겔(TiO2 첨가 후, 분산 전)Initially, the gel (after addition of TiO 2 , before dispersion) 99 초기에 겔. 페이스트는 약 220 g의 TiO2의 첨가 후에 고체가 됨Early gel. The paste becomes the solid after the addition of TiO 2 of about 220 g 1010 1일 후 요변성 거동, 분리된 상을 통해서 9일후에 여전히 유동성이 있음; 상부에 물Thixotropic behavior after 1 day, still fluid after 9 days through the separated phase; Water on top 1111 안료 페이스트 1보다 낮은 초기에 낮은 점성을 갖지만, 3시간후에 요변성을 나타냄Having a low viscosity initially at lower than pigment paste 1, but showing thixotropy after 3 hours 1212 페이스트내 350 g의 TiO2. 15분후에 겔화. 페이스트가 결합제에 첨가하자마자 응고됨 Of the paste in 350 g TiO 2. Gelling after 15 minutes. The paste solidifies as soon as it is added to the binder 1313 2000 rpm에서 20분동안 분산. 안정하고 일정한 점도(6일 후)Dispersed for 20 minutes at 2000 rpm. Stable and consistent viscosity (after 6 days)

코팅 시리즈Coating series

상기 페이스트가 수지 에멀젼으로 혼입되어 광학 평가를 위한 코팅 조성물을 형성한다. 사용된 수지 에멀젼은 Nuplex Resins에 의해서 공급되는 Setalux® 6774이다. 제조된 코팅 조성물은 건조된 코팅 조성물에서 각각 5 중량%, 10 중량%, 20 중량%, 30 중량%, 40 중량% 및 50 중량%의 산화티탄 안료를 포함한다. 필름은 100 마이크론 개구(openings)을 구비한 필름 어플리케이터(film applicator)를 사용하여 주조된다. 각 코팅 조성물은 50 g의 수지 에멀젼(22 g의 건조 수지와 균등함)을 포함한다.
The paste is incorporated into a resin emulsion to form a coating composition for optical evaluation. The resin emulsion used is Setalux® 6774 supplied by Nuplex Resins. The coating compositions prepared comprise 5 wt%, 10 wt%, 20 wt%, 30 wt%, 40 wt% and 50 wt% titanium oxide pigment, respectively, in the dried coating composition. The film is cast using a film applicator with 100 micron openings. Each coating composition contains 50 g of a resin emulsion (equivalent to 22 g of dry resin).

필름의 평가Evaluation of Film

광학적 측정은 가시 범위(300-700 nm)의 파장에서 실시된다. 착색된 코팅의 반사율(reflectance)은 반사율 참조(reflectance reference)로서 황산바륨을 사용하여 적분구(integrating sphere)를 구비한 Beckman Acta 5240 분광광도계(spectrophotometer)로 측정하였다. 안료 페이스트 1-4, 10, 11 및 13에 근거한 코팅 조성물들이 평가되었다. 상기 표 2에 개시된 바와 같은 안료 페이스트 5, 6, 8, 9 및 12는 즉시 또는 단시간 후에 겔화되며, 안료 페이스트 7은 260-270 g의 TiO2를 첨가한 후에 고체가 된다. 본 명세서에서, 안료 페이스트 5, 6 또는 8은 실란화 콜로이드성 실리카 입자를 포함하지 않으며, 7 및 9의 실리카 중량비에 대한 실란은 각각 0.2 및 0.15이다. 반면에 안료 페이스트 12는 과량의 안료, 예컨대, 페이스트내에 350 g의 TiO2를 포함한다.
Optical measurements are made at wavelengths in the visible range (300-700 nm). The reflectance of the colored coating was measured with a Beckman Acta 5240 spectrophotometer equipped with an integrating sphere using barium sulphate as a reflectance reference. Coating compositions based on pigment pastes 1-4, 10, 11 and 13 were evaluated. Pigment pastes 5, 6, 8, 9 and 12 as described in Table 2 above are gelled immediately or after a short period of time, and the pigment paste 7 becomes a solid after addition of 260-270 g of TiO 2 . In this specification, pigment paste 5, 6 or 8 does not include silanized colloidal silica particles, and the silanes for the silica weight ratios of 7 and 9 are 0.2 and 0.15, respectively. While the pigment paste 12 contains an excess of pigment, for example 350 g TiO 2 in the paste.

안료 페이스트의 안정성Stability of pigment paste

콜로이드성 실리카의 높은 실란 개질 정도는 낮은 개질 정도와 비교하여 페이스트 안정성이 개선되었다; 예를들면 표 2에서 안료 페이스트 1(높음), 안료 페이스트 2(낮음), 안료 페이스트 3(낮음) 및 안료 페이스트 4(높음)를 비교한다. 분산제로서 폴리아크릴레이트인 Dispex N40을 사용하는 "참조" 페이스트 10은 침전 경향 및 페이스트 분리를 나타냈다.
The high degree of silane modification of colloidal silica improved paste stability compared to the low degree of modification; For example, in Table 2, pigment paste 1 (high), pigment paste 2 (low), pigment paste 3 (low) and pigment paste 4 (high) are compared. "Reference" Paste 10 using Dispex N40, a polyacrylate as dispersing agent, exhibited settling tendency and paste separation.

코팅 조성물Coating composition

코팅 조성물을 7.5 개월 후에 확인하였다. 모든 시료가 분리되었다. TiO2 안료는 시료의 바닥에 침전되었다. 그러나, 코팅 시리즈 1, 4 및 13은 용이하게 재분산되며, 코팅 시리즈 3, 10(참조) 및 11은 시료 바닥에서 더 단단한 고체 "케이크"를 갖는다.
The coating composition was confirmed after 7.5 months. All samples were separated. The TiO 2 pigment was deposited on the bottom of the sample. However, the coating series 1, 4 and 13 are easily redispersed and the coating series 3, 10 (see) and 11 have a solid "cake" that is harder at the bottom of the sample.

안료의 Pigment 광산란Light scattering 효율 efficiency

여기서는 종래의 폴리아크릴레이트 분산제, Dispex N40에 대한 콜로이드성 실리카 분산액에 있어서 집적된 가사광 반사(λ: 300-700 nm 파장 범위)로서 광 산란에 초점을 두었다. 공급자에 의해서 추천된 조사량에서 안료 분산제로서 Dispex N40 대신에 콜로이드성 실리카 분산액 0.40 중량%를 사용하는 경우 안료 효율이 크게 증가될 수 있다: 하기 표 3에서 시리즈 1(실리카 졸 1을 포함함) 및 시리즈 10(표 1에 개시된 바와 같이 제10번 Dispex N40을 포함함)을 비교한다. 상기는 높은 안료 적재에서 가장 현저한 효과를 수득한다; 예를 들면 콜로이드성 실리카에 의해서 분산된 30 중량%의 티타니아 함량이 코팅 필름에서 Dispex N40에 의해서 분산된 약 40 중량%의 티타니아에서와 동일한 반사율을 제공한다.Here we focused on light scattering as a conventional reflected light (λ: 300-700 nm wavelength range) integrated in a colloidal silica dispersion for a conventional polyacrylate dispersant, Dispex N40. Pigment efficiency can be greatly increased if 0.40% by weight of the colloidal silica dispersion is used instead of Dispex N40 as the pigment dispersant at the recommended dose by the supplier: in Table 3 below, Series 1 (including silica sol 1) and series 10 (including No. 10 Dispex N40 as described in Table 1). This results in the most significant effect in high pigment loading; For example, a 30% by weight titania content dispersed by colloidal silica provides the same reflectance as in about 40% by weight titania dispersed by Dispex N40 in the coating film.

Figure pat00001
Figure pat00001

입자 크기Particle size

500 m2/g의 비표면적에 해당하는 5 nm의 입자 크기는 반사율의 관점에서 750 m2/g의 비표면적에 해당하는 4 nm의 입자 크기에서보다 다소 더 효과적인 것으로 보인다(하기 표 4에서 코팅 시리즈 1과 4를 비교함).A particle size of 5 nm corresponding to a specific surface area of 500 m 2 / g appears somewhat more effective than a particle size of 4 nm corresponding to a specific surface area of 750 m 2 / g in terms of reflectivity Compare Series 1 and 4).

Figure pat00002
Figure pat00002

콜로이드성Colloidal 실리카 분산액의  Of the silica dispersion 실란Silane 개질 정도 Degree of modification

콜로이드성 실리카의 높은 실란 개질 정도는 특히 5 nm 입자에 있어서 가시광 스펙트럼(파장 300-700 nm)에서 또한 유익하다. 상기 현상의 이유는 이후의 코팅 시리즈에 있어서 차이가 현저한 것은 아니지만 향상된 안료 습윤 및 응집에 대한 개선된 안정성 및 산화티탄 안료의 일정한 간격에 따른다(실리카 졸 1-4가 각각 시리즈 1-4의 분산액을 제조하기위해서 혼합되며, 표 5에서 코팅 시리즈 1-4를 비교함).The degree of high silane modification of the colloidal silica is also beneficial especially in the visible light spectrum (wavelength 300-700 nm) in the 5 nm particle. The reason for this phenomenon depends on the improved stability to improved pigment wetting and agglomeration and the constant spacing of the titanium oxide pigment, although the difference in subsequent coating series is not significant (silica sol 1-4 is dispersed in the dispersions of series 1-4 respectively Mixed for manufacturing, and compared to coating series 1-4 in Table 5).

Figure pat00003
Figure pat00003

Claims (16)

1 중량% 이하의 유기 결합제를 포함하는, 수성 안료 분산액의 제조 방법으로서,
1 이상의 수용해성(water-soluble) 또는 수-분산성(water-dispersible) 실란 화합물과, 수성 용매에 분산된 2 내지 100 nm의 평균 입자 직경을 가지는 콜로이드성 실리카 입자를 혼합하여 수성 분산액내에 실란화 콜로이드성 실리카 입자(silanized colloidal silica particles)를 형성하는 단계(여기서, 실리카에 대한 실란의 중량비가 0.25 내지 0.4가 되도록 상기 1 이상의 실란 화합물을 콜로이드성 실리카 입자와 혼합함); 및
상기 실란화 콜로이드성 실리카 입자를 유기 안료, 무기 안료, 또는 유기 및 무기 안료와 혼합하여 안료에 대한 실리카의 중량비는 0.001 내지 0.8인 수성 안료 분산액을 형성하는 단계를 포함하며,
여기서 5 부피% 이하의 수용해성 또는 수분산성 유기 용매가, 제조되는 분산액에 포함될 수 있는, 방법.
A process for the preparation of an aqueous pigment dispersion, comprising up to 1% by weight of an organic binder,
Dispersing a water-soluble or water-dispersible silane compound and at least one colloidal silica particle having an average particle diameter of 2 to 100 nm dispersed in an aqueous solvent, Forming silanized colloidal silica particles wherein the at least one silane compound is mixed with the colloidal silica particles such that the weight ratio of silane to silica is from 0.25 to 0.4; And
Mixing said silylated colloidal silica particles with an organic pigment, an inorganic pigment or an organic and inorganic pigment to form an aqueous pigment dispersion having a weight ratio of silica to pigment of from 0.001 to 0.8,
Wherein up to 5 vol% of a water soluble or water dispersible organic solvent can be included in the dispersion to be prepared.
제 1 항에 있어서,
안료는 10 nm 내지 5000 nm 범위의 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the pigment has a particle size in the range of 10 nm to 5000 nm.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
분산액 중에 안료 함량은 25 중량% 내지 85 중량%인 것을 특징으로 하는 방법.
3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the pigment content in the dispersion is from 25% to 85% by weight.
제 1 항에 있어서,
안료는 TiO2인 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 1,
Pigments, characterized in that the TiO 2.
제 1 항에 있어서,
안료에 대한 실리카의 중량비는 0.01 내지 0.4 범위인 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the weight ratio of silica to pigment is in the range of 0.01 to 0.4.
제 1 항에 있어서,
수성 분산액은 수용해성 또는 수분산성 유기 용매를 20 부피% 이하로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the aqueous dispersion comprises 20 vol% or less of a water soluble or water dispersible organic solvent.
제 1 항에 따른 방법에 의해서 수득되는 수성 안료 분산액.An aqueous pigment dispersion obtained by the process according to claim 1. 1 중량% 이하의 유기 결합제를 포함하는 수성 안료 분산액으로서,
안료 분산액 중의 실리카에 대한 실란의 중량비가 0.25 내지 0.4이고, 2 내지 100 nm의 평균 입자 직경을 가지는 실란화 콜로이드성 실리카 입자; 및 안료에 대한 실리카의 중량비가 0.001 내지 0.8인 유기 안료, 무기 안료, 또는 유기 및 무기 안료를 포함하며,
여기서 5 부피% 이하의 수용해성 또는 수분산성 유기 용매가, 상기 분산액에 포함될 수 있는, 수성 안료 분산액.
An aqueous pigment dispersion comprising not more than 1% by weight of an organic binder,
Silanized colloidal silica particles having a weight ratio of silane to silica in the pigment dispersion of from 0.25 to 0.4 and having an average particle diameter of from 2 to 100 nm; And organic pigments, inorganic pigments, or organic and inorganic pigments having a weight ratio of silica to pigment of from 0.001 to 0.8,
Wherein up to 5 vol% of a water soluble or water dispersible organic solvent can be included in the dispersion.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
안료는 10 nm 내지 5000 nm 범위의 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 수성 안료 분산액.
9. The method according to claim 7 or 8,
Wherein the pigment has a particle size in the range of 10 nm to 5000 nm.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
안료에 대한 실리카의 중량비는 0.01 내지 0.4인 것을 특징으로 하는 수성 안료 분산액.
9. The method according to claim 7 or 8,
Wherein the weight ratio of silica to pigment is 0.01 to 0.4.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
분산액 중의 실리카 함량은 1 중량% 내지 80 중량%인 것을 특징으로 하는 수성 안료 분산액.
9. The method according to claim 7 or 8,
Wherein the silica content in the dispersion is from 1% to 80% by weight.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
분산액 중의 안료 함량은 25 중량% 내지 85 중량%인 것을 특징으로 하는 수성 안료 분산액.
9. The method according to claim 7 or 8,
Wherein the pigment content in the dispersion is from 25% to 85% by weight.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
안료는 무기 안료인 것을 특징으로 하는 수성 안료 분산액.
9. The method according to claim 7 or 8,
Wherein the pigment is an inorganic pigment.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
안료는 TiO2인 것을 특징으로 하는 수성 안료 분산액.
9. The method according to claim 7 or 8,
Lt; RTI ID = 0.0 > TiO2. ≪ / RTI >
제 7 항 또는 제 8 항에 따른 분산액을 코팅용으로 사용하는 방법. A method for coating a dispersion according to claim 7 or 8 for coating. 제 7 항 또는 제 8 항에 따른 분산액을 버블 형성을 감소시키기 위해서 사용하는 방법.A process according to claim 7 or 8 for use in reducing bubble formation.
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