TW200413605A - Aluminum trihydrate containing slurries - Google Patents
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200413605 玖、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於包括三水合鋁之高固體含水漿料,及包括 二氧:敘漿料之該等漿料之混合物,其可用於紙張、塗料 及塑膠,特別是間接接觸食品之紙張等應用方面。 【先前技術】 三水合鋁(A™)可用輪料’生產用於紙張及紙板之条 。由於二氧化鈥(T峨本較高,造紙廠經常用諸: 細二輪弓、高嶺黏土及其類似物等較便宜的顏料扶代 或增量二氧化鈇。該增量劑可降低或消除對昂貴的^二 氧化鈦顏料的需要。 一 紙張製造製程中通常引入含水漿料形態的顏料及殖充 枓。平場上可購得則漿料,但其通常含有不符合美國食 品樂物管理局(FDA)管理法規第21C f r i76 i7〇條^ 21C.F.R.176.18〇條關於間接接觸食品之紙張之規定 化學物質。即使纸張產口 ,、 便、,、氏張產W目的不在於間接食品應用,紙張 製造商通常也不會將其生產線劃分成食品用途及非食品用
途。 "口 J 可用於紙張及紙板應用方面的漿料而言,紙張製造商必 須能狗用栗將其自儲存倉抽人紙張進料設備或塗科塗饰 區。吾人希望猎由紙張塗佈機乾燥器,高固體顏科漿料可 降低乾燥能量並提高+盡音 生屋率。結合低黏滯度之高固體漿料 亦可改善通過塗体撼陆、亡 土评械時的流動,避免在已塗佈之最终紙張 表面上造成塗㈣痕及條紋。為使細漿料能用作增㈣ 87163 -6- 200413605 顏料填充料或能與Ti〇2漿料混合,ATH顏料固體含量應高 於50重量%,較佳為67.5重量%或更高。現有的ATH漿料若 具有如此之高的固體含量,其經常具有過高之黏滯度,不 能間接亦不能直接地作為漿料與Ti〇2漿料混合。 美國專利第4,376,655號揭示包括ATH及高嶺黏土之含水 二氧化鈇漿料。其Ti〇2對氧化銘之比率介於1〇〇〇: 1與2〇〇〇: 1 之間。有用的ATH可為9-10%之含水漿料或50-55%之乾凝 膠。較佳地,該乾凝膠含有閉合碳酸鹽。 美國專利第5,015,3 34號揭示分散型矽膠材料,該材料為 黏土,含有Laponite®牌合成鋰蒙脫石黏土,並摻入在紙張 製造中用作保持劑的陰離子型有機聚合物。 美國專利第5,171,631號揭示二氧化欽顏料/ATH增量劑/ 間隔劑顏料組合物,其包括70-98體積❶/〇之二氧化鈦及2-30 體積°/〇之ATH,其中ATH之中值粒徑與二氧化鈦的相似。通 常二氧化鈦之中值粒徑為〇_2至0_3微米。ATH之中值粒徑與 二氧化鈦中值粒徑相比,在其±20%範圍内。含有顏料之塗 料組合物之一實例係以二氧化鈦及ATH製備,且含有纖維 素網化劑、聯合稠化劑、丙二醇、非離子型表面活性劑、 中和劑消泡劑、聚結劑及殺生物劑,且以固體含量為3·23% 含於水中。 美國專利第5,342,485號揭示在紙張製造中使用增白ΑΤΙί 使成本比單獨使用Ti〇2之成本低。該專利討論使用ΑΤΗ固 體為15-30%之漿料。 美國專利第5,571,379揭示包括鋰蒙脫石黏土、丙烯酸系 87163 200413605 聚合物及其他常用於紙張或紙板製造之添加劑的組合物, 該等添加劑包含諸如Ti〇2之填充料及顏料。該專利案中沒 有關於使用ATH之揭示内容,亦沒有關於能降低丁丨〇2或ATH 之含水漿料之黏滯度的鋰蒙脫石黏土之揭示内容。 美國專利第5,676,748號揭示含水漿料,其用於對礦物顆 粒含量為1重量%至30重量%之紙張及紙板產品提供填充 料,該填充料具有粗細顆粒分佈(粗顆粒大於0.5微米,細顆 粒小於0.2微米),以及陰離子型丙烯酸系分散劑及陽離子型 絮結劑。然而,固體可高達70_76%,礦物顆粒漿料在譬如 造紙廠使用時還須稀釋。實例僅限於高嶺黏土。 美國專利第5,824,145號揭示耐光性二氧化鈦漿料,其包 括至少78%之二氧化鈦顆粒、至少3%之氧化鋁顆粒以及分 散劑,其中該分散劑可包含聚丙烯酸酯、醇胺、檸檬酸及 其類似物,而pH介於大約6.0至9.0之間。 美國專利第6,387,500號揭示用於紙張及紙板之塗料配 方,其包括二氧化鈦顏料與增量劑顏料所構成之含水漿料 且包含丙烯酸酯之分散劑,其中該等含水漿料包含ATH及 煆燒黏土。該專利案中未提及為改善黏滯度及流變能力而 與合成鋰蒙脫石黏土結合之方法。 因此,在紙張及紙板應用方面仍有必要降低不透明性之 成本。仍有必要提供黏滯度及流變能力更佳之ATH漿料。 仍有必要找到黏滯度適於紙張應用之合適的ATH漿料組合 物,包括符合及不符合FD A規定之組合物。仍有必要取得 能與二氧化鈦相容、具有穩定之合適黏滯度、且用於間接 87163 200413605 接觸食品時符合171)八規定之aTh漿料組合物。本發明正滿足 該等要求。 【發明内容】 本發明提供三水合鋁漿料,其包括(a)至少50重量%之由 分政的二水合銘顆粒所形成之漿料,其中該等顆粒之平均 粒fe為至少0.5微米;(b)包括丙晞酸系分散樹脂之分散劑, 其中視情況該分散劑可另包括擰檬酸;(c)由合成鋰蒙脫石 黏土所構成之流變改質劑;(d)視情況之用以調節pH之化合 物;(e)殺生物劑;及(f)水。 本發明另外又提供三水合鋁/金紅石二氧化鈦漿料混合 物,其包括(a)至少50重量%之由分散的三水合鋁顆粒所形 成之漿料,其中該等顆粒之平均尺寸為至少〇·5微米;(b) 包括丙烯酸系分散樹脂之分散劑,其中視情況該分散劑可 另包括檸檬酸;(c)由合成鋰蒙脫石黏土所構成之流變改質 劑,(d)視情況之用以調節pH之化合物;(幻殺生物劑;及⑴ 水。較佳地,該漿料混合物包括75重量%至5〇重量%之 及25重量%至50重量%iATH。 本發明另外又提供一種包括將紙漿與ATH/金紅石Ti〇2漿 料混合物混合之紙張製造方法,其中該漿料混合物包括(a) 至少5〇重量%之由分散的三水合鋁顆粒所形成之漿料,其 中該等顆粒之平均尺寸為至少〇·5微米;(b)包括丙烯酸系分 散樹脂之分散劑,其中視情況該分散劑可另包括擰檬酸; (c)由5成經蒙脫石黏土所構成之流變改質劑·,(幻視情況之 用以碉節pH之化合物;(e)殺生物劑;及(f)水。 87163 -9- 200413605 【實施方式】 本發明提供在塗料、紙張及紙板應用方面特別有用之三 水合鋁漿料。該等漿料通常具有大於67%之ATH顏料固體含 量,且可作為增量劑顏料與Ti02漿料混合以用於紙張及塗 料應用。 出乎意料的是,摻入合成鋰蒙脫石黏土可獲得在黏滯 度、流變性質以及儲存穩定性等方面之性質都非常優越之 ATH漿料;此係由於摻入合成鋰蒙脫石黏土可(1)提高分散 劑有效性,且降低該ATH漿料之黏滯度;(2)提高浸潤效率, 即降低將ATH固體顏料顆粒摻入含水漿料所需之時間;及 (3)抑制1微米及更大之ATH顆粒之低剪切沈殿(low shear settling) 〇 ATH漿料-組份 可用於本發明之ATH已知為顏料等級,且特徵為具有400 至1100 m2/g(較佳約700 m2/g)之表面面積。較佳地其平均粒 徑為至少0.5微米,而粒徑之上限可高達10微米。較佳地平 均粒徑介於大約0.50至2.0微米之間。
應體認對於任何既定之顆粒狀ATH,粒徑皆分散在一範 圍内,而該ATH顆粒特徵為其平均粒徑及粒徑分佈。配製 合適之ATH時對粒徑之選擇將影響漿料總體性質。舉例而 言,小於0.25微米之顆粒可引起黏滯度問題;而大於2.0微 米之顆粒可導致沈澱問題。顏料等級(顏料性)ATH市場有 售,如Alcoa公司生產的Hydral®7 10牌產品,Alcan公司生 產的GenBrite®700牌產品,及其他以固體形態出售之ATH -10- 87163 200413605 產品,其粒徑通常大約為1微米。 本發明ATH漿料之ATH固體含量為至少50重量%,且可高 達大約70重量%,而較佳為大約67-68重量%。 量測本發明ATH漿料之黏滯度以及商業產品之黏滯度時 係採用該項技術中所知曉之布氏(Brookfield)儀器或Tappi 方法,該等黏滯度情況下文將更詳細地加以描述。 製備本發明ATH漿料時所使用之水較佳已被去離子化。 此即,已將水通過離子交換柱,以移除可能影響漿料穩定 性及其他性質之非吾人所需之離子。較佳地金屬離子含量 應使電阻之電阻率在使用ASTM方法D 1125量測時數值小 於 0.05微歐姆公分(micro-ohm-cm)。 本發明之ATH漿料使用包括丙烯酸系分散樹脂及檸檬酸 之丙烯酸系聚合物分散劑予以穩定化。合適之丙稀酸系分 散樹脂之實例有丙婦酸聚合物(尤其是丙婦酸聚合物之鹽 類)且尤其為市場上可購得之聚丙烯酸鈉樹脂。為符合FDA 管理法規,滿足其要求,該分散劑之分子重量須遵照 21C.F.R·176·170所規定的FDA標準。同樣,為符合FDA標準 可能需將漿料中的分散劑劑量限制在所要求之一特定數值 或者數值範圍。對於不需符合FDA規定之應用,則無需限 制丙烯酸系分散劑之含量,且分散劑可使用達到最佳穩定 化所需之任何量。符合之FDA標準見於21C.F.R.176.170及 21C.F.R. 176.1 80,其内容以引用方式併入本文。 在本發明的組合物之前,尚不能製出一種漿料,既符合 FDA規定同時又具有適用於紙張應用方面之黏滯度及流變 -11 - 87163 2〇〇4136〇5 性質。就符合FDA規定之漿料而言,除了選擇丙烯酸系分 散樹脂’較好使用一種由丙晞酸系分散樹脂及擰檬酸所組 成之、” &物’例如聚丙缔阪鋼與挥樣酸之結合物。出乎意 •斗的疋彳丁樣故之存在提南了 ATH在顏料裝載時浸入漿料 之次潤效率,且似乎能共分散(codisperse)ATH從而降低漿 料黏滯度。加入檸檬酸時,其較佳之添加劑量以ATH之乾 重计為少於0· 1重量%。可用於本發明之檸檬酸範圍是大約 0.05%至大約〇·5%。大於〇5重量%檸檬酸將導致漿料快速沈 邊又,在儲存容器内形成一緻密堅硬之跟部(heel)。而要求至 V 0.05重畺%,目的在於提鬲分散過程中對乾燥的浸潤 率,然而較佳之劑量為大約0·1重量%。 本發明之ΑΤΗ漿料組合物包括合成鋰蒙脫石。合成鋰蒙 脫石分子式為: [MgwLixSi8〇20H4.yFy]2' 其中w=3至6; χ=〇至3; y=0至4; z=12_2w_x,其中該負值晶 格電荷由平衡離子平衡,且其中該等平衡離子係選自由 Na ’ K,NH4+ ’ Li+ ’ Mg2+,Ca2+ ’ Ba2+,N(CH3)4+及其混 合物所組成之群。 合成鋰蒙脫石與天然黏土礦物鋰蒙脫石相似,其為層狀 水合石夕酸鎂’不含天'然黏土雜f。合成链蒙脫石可講自比 如南万黏土產物公司,且包括多種Lap〇nite⑧品牌:Lucent SWN®,Laponite S® > Laponite XL® , Laponite RD®^ LaP〇niteRDS®合成鋰蒙脫石。本發明之發明人已發現,與 87163 -12- 200413605 其他普遍存在於含有ATH之紙張製造漿料中的黏土不同, 合成鋰蒙脫石兼能提供改善ΑΤΗ漿料之流變能力及剪切時 降低黏滯度兩項優點。 合成鋰蒙脫石在本發明ΑΤΗ漿料中之量以漿料配方總重 量計為自0.1%至高達約1%,較佳為約0.3%。意外地發現當 合成鋰蒙脫石存在於含水ΑΤΗ漿料中時,漿料之黏滯度急 遽下降。此下降之所以出乎意料,是因為已知合成鋰蒙脫 石可稠化液體或凝膠,且一般用於提高水性漿料及塗漆之 黏滯度。相反地,天然黏土在降低黏滯度及在ΑΤΗ漿料中 提供流變優點等方面則沒有效果。事實上,該等黏土提高 了黏滯度,該黏滯度是所存在量之函數。 經常可能有必要將pH調節至所需之pH範圍。一般使用胺 以達成此目的。適用於本發明之典型的胺包括胺,尤其是 醇胺,如2-胺基-2-甲基-1-丙醇(”AMPff)及單異丙醇胺 (’’ΜΙΡΑΠ)。其他合適之胺包括1-胺基-2-乙醇,2-胺基-1-乙 醇,1-胺基-2-丙醇,二乙醇胺,二異丙醇胺,及2-甲胺-1-乙醇。 儘管亦可使用其他驗性添加劑,如無機驗,但應注意避 免對分散劑選擇可能的干擾,如金屬離子的干擾。使用時, 所選之胺或無機鹼在漿料内通常之劑量可將產品漿料pH維 持在8.5至11之範圍内,較佳在9至9.5之範圍内。 使用MIPA時,為符合FDA之規定,所允許之濃度範圍以 漿料配方總含量計為自0.01%至0.25%,而通常含量為 0_14%。 -13- 87163 200413605 任何市售之殺生物劑皆可用於本發明之漿料。較佳所使 用之殺生物劑符合FDA之規定,或者在漿料中之濃度不超 過FD A關於間接接觸食品所作之規定。該等殺生物劑之實 例包括但不限於:1,2-苯并異隹。坐π林-3-酮、可購自Avecia 公司之Proxel GXL1、2-溴-2-硝基-1,3-丙二醇、戊二醛及3,5-二甲基-1,3,5-,2H-四氫嘧二嗪-2-硫酮。殺生物劑在本發明 ATH漿料中之量,以漿料固體之重量計通常在50至500 ppm 之範圍内。殺生物劑在ATH中之量較佳約400 ppm。殺生物 劑在本發明ATH/Ti02混合漿料中之劑量,以漿料固體之重 量計通常在25至250 ppm之範圍内。殺生物劑在ATH/Ti02 混合漿料中之劑量較佳約1 00 ppm。 金紅石二氧化鈦宜與本發明之ATH漿料結合以提供可與 市售銳鈦礦漿料相當但Ti02濃度降低之混合的ATH/TiOj^ 料混合物。該等混合漿料可用於在紙張及紙板應用方面可 在與銳鈦礦Ti02漿料具有相當價格競爭力之下提供透明 性。當ATH漿料與金紅石二氧化鈦漿料混合時,為取得最 佳之結果,各漿料皆應為高固體漿料。舉例而言,ATH漿 料較佳將具有至少67.5重量%之固體含量。二氧化鈦漿料之 固體含量範圍可自50重量%至高如92重量%。特別有用之金 紅石二氧化鈦漿料之固體含量為71重量%。適於與高固體 ATH漿料混合之金紅石二氧化鈦漿料可包括任何含有相容 分散劑及其他組份、具有穩定高固體之金紅石漿料。特別 適於與本發明ATH漿料合用之金紅石二氧化鈦漿料之實例 為,使用膨脹研磨法製備之二氧化鈦漿料,特別是使用美 -14- 87163 200413605 國專利第5,563,793號之'方法所製得之二氧化鈦漿料,該專 利之教示以引用方式併入本文。 當金紅石二氧化鈦漿料與本發明之ATH漿料混合,較佳 之漿料混合物包括以顏料重量計大約75%之二氧化鈦及大 約25%之ATH漿料。二氧化鈦含量可更高,而ATH量則相反 而更低。隨著二氧化鈦含量增高,既定漿料濃度之情況下 所獲得之不透明性則增加,但漿料成本亦相對增加。含有 大約75重量%Ti02及25重量%之ATH之ATH/金紅石Ti02混 合漿料組合物提供之不透明性及亮度,相當於用於紙張及 紙板製造之習知(100%)銳鈦礦Ti02漿料。類似的由ATH漿 料及Ti02漿料所組成之混合物,在(諸如)建築塗料及紙張塗 料等塗料方面及包括塑膠等其他應用方面都很有用。 本發明之ATH漿料之特徵/性質 本發明之ATH漿料為高固體漿料,包括至少50重量%之 ATH,且高達70重量%,較佳值為67-68%。該等ATH漿料具 有良好之穩定性。該等ATH漿料砂粒含量低,亦即未經刷 洗之砂粒含量低於0.01%。本發明之高固體ATH黏滯度低。 量測黏滯度係使用布氏(Brookfield)黏度計。在室溫及68% 之固體之條件下量測,該等高固體ATH漿料之黏滯度在20 rpm條件下小於1 500 Cps(使用#3軸),較佳小於1 000 Cps, 更佳在200至800 Cps之範圍内。本發明之ATH漿料為可泵抽 的。此處將”可泵抽’’定義為,在使用赫氏(Hercules)高剪切 黏度計,且測錘設為”A’’、彈簧設為50,000 dynes/cm而剪切 率設為500 rpm等條件下,赫氏(Hercules)黏滞度小於125 -15- 87163 200413605 cps,較佳小於1 00。 本發明之ATH/Ti〇2漿料混合物在紙張及紙板應用方面很 有用。本發明提供一種製造紙張之方法,包括,將紙漿與 包括ATH及金紅石Ti02顏料顆粒之漿料混合形成紙料,然 後將紙料脫水、烘乾形成紙片;其中該漿料包括(a)至少50 重量%之分散ATH顏料顆粒,且顆粒平均粒徑為至少0.5微 米;(b) —包括丙烯酸系分散樹脂之分散劑,且其中視情況 該分散劑可另包括檸檬酸;(c)合成蒙脫石黏土;(d)視情 況之用以調節pH之化合物;(e)殺生物劑;及(f)水。較佳地 該漿料包括75重量%至約50重量%之金紅石Ti02及25%至大 約 5 0%之 ATH。 實例 測試方法 使用各種測試方法以確定本發明之ATH漿料及ATH/Ti〇2 混合漿料之特徵。使用Beckman 200型pH量測計及Corning 平坦表面結合wRJ電極量測漿料之pH。使用型號為 RTVTD-II之標準布氏(Brookfield)數位黏度計量測布氏 (Brookfield)黏滞度,其中該黏度計可購自Brookfield工程公 司。 確定漿料顏料之低剪切黏滯度及高剪切黏滯度之製程係 使用Tappi標準測試方法T646。顏料流變測試條件為,在 0-4400 rpm之剪切範圍内採用’’A,,或,,丑”測錘,且對於低黏滯 度漿料彈簧設為50,000 dynes/cm而對於高黏滯度漿料彈簧 設為100,000 dynes/cm。該赫氏(Hercules)高剪切黏度計可 -16- 87163 200413605 購自Kaltec科學儀器公司。 總體製程 使用配備有60毫米Cowles刀片、實驗室級別之AE5C型 Dispermat高速分散器(HSD)製備本發明之漿料。所有漿料 製備皆在直徑4英寸、高6英寸之圓柱形不銹鋼容器中進 行。在高速分散器中加入去離子水及Laponite RD®牌之合 成鋰蒙脫石(表中提供對應於各實例之所用劑量),低速(大 約200至400 rpm)攪拌30分鐘以使水合作用充分。緩慢加入 pH調節試劑(如單異丙醇胺)、分散劑及殺生物劑,並低速 混合10分鐘直至均勻。然後緩慢加入ATH,並高速(大約1 800 至2000 rpm)混合15分鐘。加入額外之去離子水,然後低速 混合10分鐘以充分均勻。
實例1及比較例A-D 遵循該總體製程,並使用表1中所提供之組合物。利用空 氣混合機使合成鋰蒙脫石黏土及比較用黏土(為天然黏土) 在去離子水中先進行3 0分鐘之水合作用。丙錦τ酸系分散樹 脂為可購自位於加州伯克利的國家澱粉及化學藥品公司 (National Starch and Chemical Company,Berkely,CA)之 602N Alcosperse®牌聚丙晞酸鈉。實例1將ATH摻入漿料中 需用5分鐘時間,而其他樣品花費更長時間(9-10分鐘)。表2 中提供所製得之漿料性質。 -17- 87163 200413605 表1·實例1及比較例A-D之試劑量,以克為單位 試劑 商標(若有) 實例 A B 1 C D 三水合銘 GenBrite® 675 675 675 675 675 分散劑 Alcosperse®602, 45% 12.5 12.5 12.5 12.5 12.5 硼潤土 Bentolite®WH 0.5 0 0 0 0 硼潤土 Permont®SX10 0 1 0 0 0 合成鋰蒙脫石 Laponite RD® 0 0 1.5 0 0 硼潤土 Bentolite®L10 0 0 0 0.5 0 初始之去離子水 257 256.5 256 257 257.5 去離子水(稀釋) 55 55 55 55 55 所有黏土均可購自位於德克薩斯州Gonzalez的南方黏土公司(Southern Clay,Inc.,Gonzalez,TX)。 表2.實例1及比較例A_D之性質 量測 實例 A B 1 C D 布氏(Brookfield)黏滞度 9000/5 8160/5 2460/5 9500/5 7000/3 10 rpm/軸 1 天 布氏(Brookfield)黏滞度 5500/5 4920/5 1540/3 5700/5 4010/3 20 rpm/軸 1 天 布氏(Brookfield)黏滞度 1750/5 1400/5 548/3 1700/5 1200/4 100 rpm/軸 1 天 pH 10.15 10.2 10.18 10.16 10.31 赫氏(Hercules)黏滯度1天RT* 太黏 太黏 74.5 太黏 114.6 *RT=室溫 -18- 87163 200413605 自表2可看出,僅有合成鋰蒙脫石黏土形成了穩定的含有 ATH之含水漿料。比較用黏土皆形成了非常黏稠、不可泵 抽之混合物。含有比較用黏土之漿料之黏滞度高於僅含 ATH之漿料之黏滯度。
實例2及比較例E-G 使用更大劑量之比較用黏土,重複實例1之過程,表3提 供所使用之組合物。先將所有黏土在去離子水中進行30分 鐘之水合作用。實例2中將ATH摻入溶液中用10分鐘時間, 而比較例則用12_15分鐘,比較例G需要額外的水。表4提供 該等漿料之性質。 表3·實例2及比較例E-G之試劑量;以克為單位 試劑 商標(若有) 實例 E F 2 G 三水合鋁 GenBrite® 675 675 675 675 分散劑 Alcosperse®602, 45% 12.5 12.5 12.5 12.5 硼潤土 Bentolite®WH 3 0 0 0 硼潤土 Permont®SX10 0 3 0 0 合成鋰蒙脫石 Laponite RD® 0 0 3 0 硼潤土 Bentolite®L10 0 0 0 3 初始之去離子水 254.5 254.5 254.5 254.5 去離子水(稀釋) 55 55 55 55 -19- 87163 200413605 表4·實例2及比較例A_D之性質 _*5!__
E F 2 G 布氏(Brookfield)黏滯度 1〇 rpm/軸 1 天 35000/7 5840/3 1920/3 12000/5 布氏(Brookfield)黏滯度20 rpm/軸 1 天 31200/7 3820/3 1230/3 7800/5 布氏(Brookfield)黏滯度 100 rpm/軸 1 天 11000/7 1700/4 470/3 2230/5 pH 10.08 9.95 10.04 9.62 赫氏(Hercules)黏滯度1天RT*_太黏 太黏 66.9 112.7 *太稠無法量測
自表4可看出,即使使用更高劑量之比較用黏土,其黏滯 度相對於使用合成鋰蒙脫石黏土所觀察到的並未有所改 善。此外,比較用黏土之更高含量導致比表2更高之黏滞度。 實例3-4及比較例H-I 遵循總體製程,並使用表5中所提供之組合物。實例3及4 皆含有合成鋰蒙脫石,而比較例H-I卻不含。此外,實例4 使用之丙晞酸系分散樹脂之量小於實例12,且含有擰檬 酸。請注意當加入所有起始試劑時導致pH為9.81,因而並 未使用pH改質劑。表6中提供所產生之漿料之性質。 表5·實例3-4及比較例H-I之試劑量;以克為單位 試劑 商標(若有) 實例 Η 3 I 4 二水合銘 GenBrite®700 675 675 675 675 分散劑 Alcosperse®602, 45% 12.5 12.5 3.6 3.6 87163 -20- 200413605 檸檬酸 0 0 1 1 pH調節劑 MIPA 0 0 1.4 1.4 合成鐘蒙脫石 Laponite RD® 0 3 0 3 初始之去離子水 267.5 254.5 269 266 去離子水(稀釋) 45 55 50 50 表6.實例3-4及比較例H-I之性質 量測 實例 Η 3 I 4 布氏(Brookfield)黏滞度 10 rpms/轴 1 天 RT 11220/6 2130/3 7000/3 1120/3 布氏(Brookfield)黏滞度 20 rpms/軸 1 天 RT 6700/6 1350/3 4580/3 830/3 布氏(Brookfield)黏滯度 1〇〇 rpms/軸 1 天 RT 1900/6 490/3 1500/3 392/3 pH—製備當天 9.82 9.81 9.37 9.37 赫氏(Hercules)黏滯度1天RT* 89.8 74.5 133.7 66.9 布氏(Brookfield)黏滞度7天RT 10 rpms/軸 12600/6 2130/3 7340/4 1080/3 布氏(Brookfield)黏滯度 7 天 RT 20 rpms/軸 7950/6 1350/3 4760/4 780/3 布氏(Brookfield)黏滯度7天RT 100 rpms/轴 2420/6 502/3 1670/4 390/3 pH—7 天 RT 10.1 10.18 9.85 9.75 赫氏(Hercules)黏滞度7天RT 156.6 64.9 212.0 105.0 布氏(Brookfield)黏滯度7天 140 F10 rpms/軸 2750/6 2810/3 16500/4 1590/3 布氏(Brookfield)黏滯度7天 140 F 20 rpms/軸 16300/6 1770/3 9750/5 1220/3 布氏(Brookfield)黏滯度 140 F7天 100 rpms/軸 4420/6 653/3 3190/5 580/3 pH—7 天 140 F 10.29 10.22 9.83 9.76 赫氏(Hercules)黏滯度7天140 F 206.3 53.5 194.8 76.4 布氏及赫氏黏滯度以厘泊表示
87163 -21 - 200413605 表6中,將實例3及4分別與比較例Η及I作比較即可看出’ 由於ATH(GenBrite®700牌ATH)漿料存在有合成經蒙脫 石,漿料之黏滯度顯著降低。此外’與其中漿料含有更多 丙烯酸系分散劑但不含任何檸檬酸之實例3相比,使用較少 之丙烯酸系分散樹脂(為符合FDA標準)但同時結合使用檸 檬酸時之黏滯度及流變能力有所減少。
實例5及6盥比Μ例J及K 使用另一不同之市售ΑΤΗ樣品並使用表7中所提供之組 合物,重複實例3及4與比較例Η及I之過程。表8提供所產生 之漿料性質。 表7·實例5-6及比較例J-K之試劑量;以克為單位 試劑 商標(若有) 實例 J 5 K 6 三水合銘 經急驟乾燥後之Hydral® 710 675 675 675 675 分散劑 Alcosperse®602, 45% 12.5 12.5 3.6 3.6 擰檬酸 0 0 1 1 pH調節劑 MIPA 0 0 1.4 1.4 合成鋰蒙脫石 Laponite RD® 0 3 0 3 初始之去離子水 252.5 239.5 269 266 去離子水(稀釋、 60 70 50 50 87163 -22- 200413605 表8·實例5-6及比較例J_K之性質 ___量測___實例_ J 5 K 6 布氏(Brookfield)黏滯度 10 rpms/軸 1 天RT 4640/3 1770/3 7700/5 1940/3 布氏(Brookfield)黏滯度20 rpms/軸 1 天RT 3140/3 1100/3 6540/5 1330/3 布氏(Brookfield)黏滯度 100 rpms/軸 1 天RT 1550/3 416/3 2480/5 560/3 pH—製備當天 10.38 10.4 9.82 9.88 赫氏(Hercules)黏滯度 1 天 RT* 84.0 49.7 154.7 95.5 布氏(Brookfield)黏滯度7天RT 10 rpms/軸 5300/6 1900/3 8500/5 1950/3 布氏(Brookfield)黏滞度7天RT 20 rpms/軸 3580/3 1230/3 5750/5 1380/3 布氏(Brookfield)黏滯度7天RT 100 rpms/軸 1480/5 450/3 2400/5 679/3 pH —7 天 RT 10.55 10.54 9.71 10.1 布氏(Brookfield)黏滯度7天 140 F10 rpms/軸 12000/5 2580/3 12000/5 2820/3 布氏(Brookfield)黏滯度7天 140 F 20 rpms/軸 7750/5 1660/3 8000/3 2090/3 布氏(Brookfield)黏滯度 140F7天 100rpms/軸 2560/5 628/3 2750/5 1040/4 _pH-7 天 140 F_10.39 10.43 9.94 10.13 表7中,將實例5及6與比較例J及K作比較可看出,ATH(經 急騾乾燥後之Hydral®710)含水漿料内之合成鋰蒙脫石 Laponite RD®顯著降低漿料之黏滯度。將實例5與比較實例 J作比較且將實例6與比較實例K作比較可看出,當加入合成 鋰蒙脫石,漿料之黏滯度降低。含有檸檬酸之漿料之黏滯 度可相當於不含檸檬酸、但總體上分散劑濃度卻南的多之 漿料。換言之,雖然實例6含有的分散劑大體上少於實例5, -23- 87163 200413605 但其漿料黏滯度卻與之相差無幾。 實例7 於250加俞(gallon)高速分散器上使用GenBrite®700牌 ATH,並根據實例4製得ATH漿料。使用MIPA作分散劑,按 照以乾顏料之重量計75份Ti02對25份ATH之比例,將ATH 漿料與根據美國專利第5,693,753號製備之金紅石二氧化鈦 漿料混合。表9中提供漿料及漿料混合物之性質。 表9·起始ATH、Ti02及ATH/Ti02混合漿料之性質。 漿料 pH 重量%固體 布氏(Brookfield)黏滯度 (100 rpm,#4 軸,25°C)(Cp) 赫氏高剪切 黏滞度(Cp) 金紅石 9.0 71.1 118 16.8* Ti02 75/25 混 8.8 70.48 104 22.3* 合物 ATH 8.8 68.2 228 54.4** *量測時採用·· ”EU 錘,50,000dynes/cm,500rpm **量測時採用:ΠΑ’’測錘,50,000dynes/cm,500rpm 實例8 為比較例7中描述之顏料漿料之光散射效率,使用美國專 利第6,040,913號中描述之相對光學密度(OD)測試法。相對 光學密度數值越大,說明光散射效率越高。 量測一系列顏料漿料之各漿料之總透射時,係使用 Hunter UltrascanTM分光光度計(可賭自位於佛吉尼亞州 -24- 87163 200413605
Re st on之Hunt erLab)上之1公分(cm)路徑長度單元,其中為 分析總透射比該分光光度計配備有一累計球。於700奈米波 長處記錄量測結果。 表10提供特定顏料漿料之相對OD作為標準,其中該等特 定顏料漿料使用根據美國專利第5,693,753號、以AMP為分 散劑而製得之金紅石Ti02漿料。將之與下列物質作比較: 實例7中所製備之金紅石Ti02漿料,實例7中所製備之ATH 漿料,實例7中所製備之ATH/Ti02a合漿料,以及T-4000 及A_2000兩種市售銳鈥礦二氧化鈇漿料(可購自Millenium 化學品公司)。 表10.相對散射效率(由相對光學顏料密度除以700奈米處 所量測到的濃度來表示) 漿料 相對散射效率 用AMP製得之金紅石Ti02 1.00 實例7用MIPA製得之金紅石Ti02 1.12 實例7之ΑΤΗ/Ή02混合物 0.86 Τ-4000 0.86 Τ -2000 0.80 實例7之ΑΤΗ 0.05 *(標準偏差=0.005) 自表10可看出,本發明之ATH/Ti02漿料混合物之OD數值 等於或者優於該等比較性市售銳鈦礦漿料。 實例9-11 -25 - 87163 200413605 在ATH/Ti02顏料混合物添加劑用量之一定範圍,使用實 例7之ATH/Ti02漿料混合物製造可用於經塗佈之可回收紙 板應用方面之塗料;此表明本發明之漿料混合物可用作紙 張塗料中含有二氧化鈦之組份。製造該等塗料係使用表11 中提供之原材料及配方。依照表11所列舉之順序加入原材 料,然後使用Cowles混合機,先以高剪切方式研磨顏料, 再以低剪切方式減少塗料。然後使用10或12點棒將該等塗 料引至一已預塗佈之可回收板上,使目標塗佈重量達到3.5 Ib/1000 ft2,然後再進行空氣乾燥。然後再將該等塗層板實 例予以砑光,在目標塗佈重量條件下使目標75°光澤達到 50,pH達到8.5 ± 0.3。該塗料配方、剪切(make-down)及塗 料應用在塗層可回收板市場上很常見。表12中提供該等實 例之性質。 表11·實例9-11中之原料及添加順序 原料 添加順序實例9(份)實例10(份)實例11(份) 黏土 南領黏土(a) 2 71 67 63 瑕燒南領黏土 (b) 3 10 10 10 實例7之ΑΊΉ/Τι02漿料混合物 4 19 23 27 黏合劑 經改質之苯乙烯一丁二錦r^Kc) 6 18 18 18 大豆聚合物(d) 5 4 4 4 87163 -26- 潤滑劑 硬脂酸鈣(e) 7 0.3 0.3 0.3 分散劑 低分子量聚丙稀酸醋⑴ 1 0.1 0.1 0.1 稠化劑 碳酸锆銨(g) 8 0.4 0.4 0.4 水 總計 122.8 122.8 122.8 200413605 (a) Hydranne黏土,可購自喬治亞州Macon的J.M.Huber公 司。 (b) Alphatex黏土,可購自喬治亞州Roswell的Imerys。 (c) PB 6620黏合劑,可購自密執安州Midland的道化學品 公司 (d) nPRO-COTE”大豆聚合物,可購自特拉華Wilmington 白勺 E.I.du Pont de Nemours and Company, Inc. (e) ’’GL〇SC〇TE 50”,可購自喬治亞州Marietta的Eka北美 化學品公司。 (f) ’’RH〇DALINE 211”,可購自新澤西州Cranberry的 Rhodia USA。 87163 -27- 200413605 (g)’’AZC〇TE 5800”,可購自喬治亞州Marietta的Eka北美 化學品公司。 表12 ·•實例9-11之塗佈資料。 布氏(Brookfield)黏滯度 實例 份 塗料 塗料 cps@ cps@ 溫度 編號 實例7 固體% eh 麵# 20rpm lOOrmn τ 9 19 58.29 8.70 5 7000 2430 72 10 23 58.03 9.73 5 3450 2300 72 11 27 58.30 8.77 5 5700 2010 72 表12中實例7製得之以上塗料之性質在經塗佈之可回收 板製造廠通常所需之範圍内。將該等塗料引至一已預塗佈 之底板上,其性質列於表13中。比較例L為已預塗佈之底板。 表13.經塗佈之可回收板之性質 塗料#-實例 份 實例7 塗料 固體% TAPPI 亮度 L* A* B* K+N 75。光澤 比較例L — — 65.12 84.82 0.31 0.90 37 — 實例9 19 58.29 78.98 91.47 -0.49 0.79 17 52 實例10 23 58.03 79.87 91.72 -0.50 0.63 18 53 實例11 27 58.30 80.28 91.89 -0.47 0.47 19 52 自表13可看出,藉由在頂塗層中使用實例7之ATH/Ti02 混合漿料,已達到目標TAPPI亮度80、目標75°光澤大於50。 顏色(L*、a*及b*)及IGT採集強度亦在經塗佈之可回收板應 -28- 87163 200413605 用方面通常所需之效能範圍内。所報告之資料係使用標準 Tappi方法量測而得。 29- 87163
Claims (1)
- 拾、申請專利範園: 而三水合鋁漿料 種包括顏料性三水合鋁之含水漿料 包括: (a)至少50重量%之由分散的二水八 ㈤刀畎旳一扒口鋁顆粒所形成之 水'斗,其中Μ等顆粒之平均粒徑為至少〇·5微米; ㈨包括丙婦酸系分散樹脂之分散劑,且其中視情況該 为散劑可另包括檸檬酸; (c)合成鋰蒙脫石黏土; (d) 視情況之用以調節pH之化合物; (e) 殺生物劑;及 (f)水。 2· 3. 4. 如申明專利圍第卜員之聚料,其中該聚料符合印八關於 間接接觸食品之規定。 如申請專利範園第巧之漿料,其包括67_68重量%之分 散的三水合鋁顏料性顆粒。 —氧化欽顆粒之含水 而該顏料性三水合鋁 一種混合漿料,包括顏料性金紅石 桌料及顏料性三水合鋁含水漿料, 含水漿料包括: 至少50重量%之分散的三水合叙顏料性顆粒,其中 該等顆粒之平均粒徑為至少0.5微米; ’、 ::)㈣埽酸系分散樹脂之分散劑,且其中視情況該 分散劑可另包括檸檬酸; (c) 合成鋰蒙脫石黏土; (d) 視情況之用以調節pH之化合物; 87163 200413605 (e) 殺生物劑;及 (f) 水。 5 ·如申請專利範圍第4項之赞i , A Λ ^ /、<水科,其中該金紅石二氧化鈦 槳料之重量百分比為75至5〇〇/ 0 ^ ^ λ,, 土 JU /g,且該一氧化鈦漿料之重 量百分比為25至50%。 6. 一種用於製造紙張之方法,句 匕括將、,、氏水Μ如申請專利範 圍第5項之漿料混合以形成έ ΡΤ狀心 成紙科,且將孩紙料脫水並乾 燥形成一紙片。 氏_,含有顏料性金紅石二氧化鈇顆粒之本水 漿枓及顔料性三水合銘含水紫料作為其含 : 之組份,而該顏料性三水合鋁含水裝料包括: ⑷至少5。重量%之分散的三水合鋁顏料 孩寺顆粒之平均粒徑為至少〇·5微米; /、Τ (b)包括丙烯酸系分散樹脂之分散劑,且戈 ,, 分散劑可另包括檸檬酸; 〃視情況認 (Ο合成鋰蒙脫石黏土; (d) 視情況之用以調節pH之化合物; (e) 殺生物劑;及 (f)水。 87163 -2 - 200413605 柒、指定代表圖: (一) 本案指定代表圖為:第()圖。 (二) 本代表圖之元件代表符號簡單說明: 捌、本案若有化學式時,請揭示最能顯示發明特徵的化學式: 87163
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