涂料著色劑

暫無

本發(fā)明涉及涂料著色劑(coating?co1or)，該涂料著色劑含有水、含碳酸鹽 的顏料，更具體地為CaCO3顏料，和慣用的粘合劑以及添加劑。\n顏料是無機(jī)或有機(jī)的、彩色或無色的著色劑，這些著色劑實(shí)際上不溶于 應(yīng)用這些著色材料的介質(zhì)中。許多無機(jī)顏料也用作填料，反過來也一樣。顏 料更具體地用于清漆和漆著色，用于塑料、紙張、織物、水泥、混凝土、陶 瓷、玻璃、搪瓷、化妝品、食品著色，另外還用于印刷工業(yè)的油墨和用作藝 術(shù)家的著色劑。\n更具體地，在造紙工業(yè)中要求產(chǎn)品具有高的光澤度。德國專利2，733，722 涉及一種用于紙張涂布的通過氫氧化鈣與硫酸鋁反應(yīng)連續(xù)制備具有0．1-2．0 μm粒徑的硫代鋁酸鈣顏料的方法。當(dāng)把該方法用于印刷目的的紙張等時(shí)， 該方法得到了高的光澤度，甚至在由于緞綿白的高水化程度的只是中等砑光 條件下，通過形成厚涂層得到高不透明度紙張也是如此。\n德國專利1，938，162涉及一種涂料紙(coated?paper)等的方法，其中把包含 在液體介質(zhì)中的聚合物組合物形式的表面覆蓋劑涂布在紙幅上(web)。使用此 法能夠直接制備具有高平滑度和不透明度的輕涂層(1ight?coating)，且不需要 后繼必需的平滑操作。\n然而德國專利3，617，169公開了：當(dāng)用作唯一的顏料時(shí)，含碳酸鹽的顏 料，更具體地是CaCO3顏料，導(dǎo)致了大量工藝好處。因此本發(fā)明涉及一種專 門用作顏料的涂料著色劑，其含有碳酸鹽顏料。\n另外已知具有高比表面積的含碳酸鹽的顏料可優(yōu)選地用作高光澤度紙 張的顏料。因此德國專利4，400，566公開了一種制備天然和／或合成碳酸鹽、 更具體地為碳酸鈣的制備方法，該碳酸鈣具有用BET／N2法測定的大于20 m2／g的比表面積，并優(yōu)選為20-50m2／g(使用相同方法)。可通過循環(huán)濕研 磨制備這種含碳酸鹽的顏料，即通過把該產(chǎn)品回流離開研磨機(jī)許多次，結(jié)果 制備具有所需比表面積的產(chǎn)品。\n長期以來我們知道紙的光澤度取決于其所含顏料的粒徑分布。\n\n一般，顏料必須經(jīng)過研磨來使其適用于各種不同的用途。在下列實(shí)施例 中參照紙張涂層組合物詳細(xì)解釋這一點(diǎn)。用主要含粘合劑或粘接劑以及礦物 填料形式的顏料組合物涂布涂料紙。為了介紹紙張涂層材料的組分和其用 途，參見由James?P．Casey所著的書“紙漿及紙化學(xué)和工藝”(“Pulp?and?Paper Chemistry?and?Technology”)，第ⅩⅨ章，Ⅲ卷(1961)。所使用的粘合劑可 含有：例如，淀粉、酪素或合成膠乳。例如，所使用的具體粘合劑取決于所 使用的印刷方法；因此膠版印刷需要不溶于水的粘合劑。\n一組碳酸鈣顏料包括天然存在的材料。這種材料包括石灰石、大理石和 白堊。\n通常市購的天然制備的白堊顏料傾向于形成低光澤度的紙張涂層。這是 因?yàn)檫@些顏料中沒有一個(gè)含有高于35％(重量)小于2微米的粒子。\n把此作為出發(fā)點(diǎn)，德國專利申請1，696，190B提出了一個(gè)用于光澤度涂層 紙的紙張涂層組合物，其特征在于：通過用砂磨機(jī)或在噴射磨中研磨或通過 基于粒徑的分粒天然白堊起某種程度的作用，以至于該組合物含有至少60 ％(重量)小于2微米等效球體直徑的粒子，并且不含有超過5％(重量)大于10 微米等效球體直徑的粒子、以及含有不超過0．5％(重量)的粒徑大于53微米 的粒子。\n一般講，發(fā)現(xiàn)粒徑對含有填料的成品性能有很大的影響，如對涂料紙的 光澤度有影響。德國專利2，808，425列出9篇參考文獻(xiàn)，從中發(fā)現(xiàn)隨著最小粒 子顏料的比例增加，光澤度增加。這意味著：當(dāng)考慮光澤度時(shí)，認(rèn)為最小粒 子顏料的含量沒有最佳值，因?yàn)檎J(rèn)為顏料粒徑越小，光澤度越高。\n所說的德國專利2，808，425的描述認(rèn)為：原先的描述將被取代，因?yàn)楦?據(jù)所說的德國專利2，808，425，如果完全或基本上避免了超細(xì)粒子，即＜0．2μm 的粒子，仍可得到較高的光澤度。這意味著當(dāng)考慮光澤度時(shí)，即當(dāng)考慮 ＜0．2μm粒徑的值時(shí)，實(shí)際上有一個(gè)最佳值。\n最后結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)，發(fā)現(xiàn)隨著涂層著色劑固含量的增加，涂料紙的光澤 度增加。\n本發(fā)明的一個(gè)目的是發(fā)明一種開始提到的那種涂料著色劑，在用于紙張 的情況下，用該涂料著色劑比用現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)品產(chǎn)生了更高的光澤度。\n為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，該涂料著色劑含有28-51％(重量)水、43- 64％(重量)含碳酸鹽的顏料，和還含有6-8％(重量)常用的粘合劑和添加 劑，其中所述的顏料的粒徑分布為：\n???100％????＜2μm\n94-100％????＜1μm\n?75-94％????＜0．5μm\n?31-59％????＜0．2μm， 平均統(tǒng)計(jì)粒徑(D50)為0．18-0．28μm，比表面積為19-26m2／g。\n從下面的對比例意外地發(fā)現(xiàn)：本發(fā)明的涂料著色劑產(chǎn)生了如此優(yōu)良的光 澤度特性，盡管該涂料著色劑的固含量僅為43-64％(重量)，即相對非常 低。其原因如上，由于低的固含量，預(yù)計(jì)可得到基本上較差的光澤度。\n另外結(jié)合上述的現(xiàn)有技術(shù)，發(fā)現(xiàn)：含碳酸鹽的顏料必須含有不小于31 -59％的＜0．2μm等效球形直徑的粒子。不同于所說的德國專利2，808，425 的說明，在本發(fā)明中已發(fā)現(xiàn)：僅通過完全或基本避免＜0．2μm的粒子不能得 到最佳光澤度，且意外地發(fā)現(xiàn)當(dāng)小于0．2μm粒徑的粒子含量為31-59％時(shí) 可產(chǎn)生優(yōu)良的光澤度。\n在本發(fā)明的特征的結(jié)合中，比表面積也起著顯著的作用，它必須為19 -26m2／g。\n優(yōu)選該涂料著色劑含有29-49％(重量)水、45-63％(重量)含碳酸鹽 的顏料和6-8％(重量)常用的粘合劑和添加劑；更具體地為：31-48％(重 量)水、45-62％(重量)含碳酸鹽的顏料和7％(重量)常規(guī)的粘合劑和添加 劑。\n優(yōu)選該含碳酸鹽的顏料具有下列的粒徑分布：\n??100％??????＜2μm\n95-99％??????＜1μm\n80-91％??????＜0．5μm\n35-51％??????＜0．2μm，并優(yōu)選\n38-51％??????＜0．2μm；\n更具體地，該含碳酸鹽的顏料具有下列粒徑分布：\n??100％??????＜2μm\n96-98％??????＜1μm\n77-89％??????＜0．5μm\n40-47％??????＜0．2μm。\n\n該含碳酸鹽的顏料優(yōu)選具有0．20-0．28μm、更具體地為0．22-0．27μm 的平均統(tǒng)計(jì)顆粒直徑(D50)。\n優(yōu)選該含碳酸鹽的顏料的比表面積為20-25m2／g，更具體地為21- 24m2／g。\n根據(jù)本發(fā)明制備的產(chǎn)品的本專利申請中的所有提到的粒度特征是使用 5100?SEDIGRAPH儀由美國，喬治亞州的測微儀器公司(The?Micromeritics Instrument?Company，Norcross，Georgia，U．S．A．)生產(chǎn)，在重力場中使用沉降 分析法測定的。該領(lǐng)域的普通技術(shù)人員知道此儀器并廣泛用其來測量填料和 顏料的粒度。\n根據(jù)德國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(DIN)66，131編制的BET法測定其比表面積。把先在 105℃下干燥到恒重的樣品在恒溫控制、氮?dú)庾M的爐中、250℃下加熱1 小時(shí)。使用氮?dú)?N2)作為測量氣體并使用液氮冷卻來進(jìn)行測試。\n這里的“固體濃度”是指在含水的懸浮液中用重量百分?jǐn)?shù)表示的、絕干 含碳酸鹽的顏料的含量，更具體地為碳酸鈣的含量。\n用于本發(fā)明的常規(guī)粘合劑是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的，且選擇適當(dāng)?shù)?粘合劑和添加劑不需要?jiǎng)?chuàng)造性勞動(dòng)。僅給出一個(gè)例子，下列的粘合劑和添加 劑可更具體地被使用：\n粘合劑(丙烯酸酯、丙烯腈、苯乙烯的共聚物)；\n增稠劑(尿素-甲醛縮合產(chǎn)物)；\n天然CO-粘合劑(羧甲基纖維素)。\n本發(fā)明涂料著色劑的制備如下：\n根據(jù)本發(fā)明，在循環(huán)的攪拌球磨機(jī)中、30-20％并優(yōu)選26-21％(重 量)的固體濃度下、在不加入潤濕劑或分散劑情況下，通過濕研磨該含碳酸鹽 的顏料，直到最后粒子達(dá)到100％粒子＜2μm、94-100％粒子＜1μm、 75-94％粒子＜0．5μm和31-59％粒子＜0．2μm，且平均統(tǒng)計(jì)顆粒直徑 (D50)為0．18-0．28和比表面積為19-26m2／g，來制備本發(fā)明的涂料著色 劑。\n然后把以此方式制備的含碳酸鹽的顏料濃縮到63％-65％(重量)的固 含量，并用常規(guī)市購的分散劑以已知方式來再分散。最后，通過加入常規(guī)市 購的粘合劑、水和常規(guī)市購的添加劑與該涂料著色劑混合，結(jié)果滿足了權(quán)利 要求1規(guī)定的參數(shù)。\n\n使用的實(shí)施方案：\n以常規(guī)方式干預(yù)磨天然碳酸鈣。在攪拌球磨機(jī)中、在26-21％(重量) 固體濃度下、在不加入分散劑和潤濕劑、濕潤的情況下，進(jìn)行細(xì)研磨。循環(huán) 繼續(xù)研磨，直到通過沉降分析檢測到所需的最終粒度。\n沒有分散劑的濕研磨參數(shù)為：\n攪拌球磨機(jī)：由Drais制造，12升容積。\n攪拌盤的旋轉(zhuǎn)速率：10米／秒。\n固含量：26-21％，加入水后從26％降為21％。\n投料量：CaCO3-大理石，9kg，絕干。\n操作方式：循環(huán)操作\n??????????(攪拌器→泵→研磨機(jī)→攪拌器)。\n然后，使用所說的BET法測定比表面積。\nEP4(實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物4)=在攪拌球磨機(jī)中以循環(huán)模式、在21％(重量)固含量、 不加入分散劑或潤濕劑下，通過濕研磨制備的本發(fā)明CaCO3產(chǎn)品。使用過濾 器壓榨和接著用微波干燥使該產(chǎn)品濃縮到約65％的固含量。將制得的濾餅在 62％固含量時(shí)使用溶解器再分散在以1．0％(絕干)的比例的陰離子分散劑(丙 烯酸和馬來酸酐的共聚物)中。\n這樣制得的本發(fā)明產(chǎn)物(EP4)的最終的粒度為：100％粒子＜2μm、 96％粒子＜1μm、83％粒子＜0．5μm、41％粒子＜0．2μm，比表面積為 22．7m2／g，平均統(tǒng)計(jì)顆粒直徑(D50)為0．24μm。\n對照產(chǎn)物的制備：\n為了測試用于紙幅供應(yīng)膠版印刷的紙張涂料著色劑，在比表面積最大程 度相同的情況下制備對照和工業(yè)產(chǎn)品并一起測試。\nEP1是可得到的本領(lǐng)域主導(dǎo)產(chǎn)品形式的天然碳酸鈣，它的粒度為： 91％＜1μm、64％＜0．5μm，另外比表面積為21．8m2／g。在攪拌球磨機(jī) 中，加入陰離子分散劑(丙烯酸和馬來酸酐的共聚物)、在75％(重量)的高固 含量下，以串聯(lián)操作方式濕研磨制備該產(chǎn)品。\nEP2是主導(dǎo)產(chǎn)品形式的可市購的高嶺土，其粒度為98％＜1μm和 90％＜0．5μm，且比表面積為21m2／g。該噴霧干燥的產(chǎn)品可直接加到該涂 料著色劑的配方中。\nEP3是通過濕分粒制得的CaCO3試驗(yàn)產(chǎn)品，其粒度為98％＜1μm、 85％＜0．5μm以及比表面積為22．5m2／g。該產(chǎn)品具有與EP4幾乎相同的粒 度參數(shù)。用90％＜2μm的CaCO3標(biāo)準(zhǔn)漿作原料，與陰離子分散劑混合，用 濕分粒法分離最大粒度的級(jí)分，來制備該實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品。然后該精細(xì)級(jí)分通過過 濾壓榨器濃縮到63％(重量)的固含量并加以使用。為了再分散，向所說的產(chǎn) 物中加入0．8％(重量)相同的陰離子分散劑(丙烯酸和馬來酸酐的共聚物)。\n實(shí)施例1\n用于紙幅供應(yīng)補(bǔ)償式膠版印刷的涂料著色劑配方。 粘合劑????????????????????????????6．8％絕干； (丙烯酸酯、苯乙烯、丙烯腈) 增稠劑????????????????????????????0．24％色干； (尿素-甲醛縮合產(chǎn)物) 天然CO粘合劑???????????????????0．5％絕干； (羧甲基纖維素) 涂層顏料，即CaCO3??????????????48．5％絕干； 把固含量調(diào)到??????????????????????56％。\n涂布條件：常規(guī)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)室涂布器。 原料紙：????36-37g／m2，???無木質(zhì)紙； 涂布速率：??頂側(cè)7．7g／m2，網(wǎng)側(cè)：8g／m2； 涂布裝置：??刮板式涂布機(jī)， ????????????工作速率30米／分； 干燥：????紅外加熱； 上光：????Kleinewefers實(shí)驗(yàn)室雙輥砑光機(jī)， ??????????90℃輥溫下管線壓力為90達(dá)因／厘米。\n測試條件： 光澤度實(shí)驗(yàn)室：T480，Tappi法，入口與出口噴射角為75℃； 印刷光澤度：??在實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)印刷的整個(gè)表面上，也根據(jù)入口與出口角為 Tappi?75℃的方法進(jìn)行光澤度測試； 不透明度：????根據(jù)德國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(DIN)53，146。 ???????????????????????????????產(chǎn)品的物理性能： 實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品???????????????EP1??????EP2?????EP3?????EP4 粒度性能： 小于2μm的級(jí)分?????????99??????100??????100??????100 小于1μm的級(jí)分?????????91???????98???????98???????97 小于0．5μm的級(jí)分??????64???????90???????85???????83 小于0．2μm的級(jí)分??????34???????47???????43???????41 平均粒徑D50，μm??????0．40????0．21????0．25????0．24 比表面積，BET，m2／g??21．8????21．0????22．5????22．7 測試結(jié)果： 紙的光澤度?????????????39???????55???????51???????65 印刷光澤度?????????????55???????58???????57???????61 紙白度，R-457??????????73．7????72．9????74．5????74．4 56g／m2時(shí)的不透明度???85．1????88．1????86．4????86．8。\n和所測試的對照產(chǎn)品相比，用于實(shí)施例1中的碳酸鈣(EP4)產(chǎn)生了至今最 好的光澤度和印刷光澤度。雖然本領(lǐng)域普通技術(shù)人員曾期望：可市購的具有 膠束結(jié)構(gòu)的高嶺土產(chǎn)品，EP2本來就將產(chǎn)生最佳光澤度，實(shí)際上它不能達(dá)到 EP4的杰出的光澤度。測試中實(shí)際上與EP4具有相同粒徑分布曲線和22．5 m2／g比表面積的EP3令人意外地差，考慮實(shí)際相同的產(chǎn)品參數(shù)，只可能由于 使用分散劑和潤濕劑來制備EP3導(dǎo)致了粒子位于其表面，由此產(chǎn)生了較差的 光澤度。然而它們?nèi)匀槐葘φ諛悠稥P1好。\n在所測試的試驗(yàn)產(chǎn)品中光澤度存在很大的差異，這完全出乎本領(lǐng)域普通 技術(shù)人員的意料，盡管所有測試的產(chǎn)品實(shí)際上具有相同的比表面積，即21．0 m2／g-22．7m2／g。\n與現(xiàn)有技術(shù)的產(chǎn)品相比，本發(fā)明的產(chǎn)品意想不到地產(chǎn)生了更高的光澤 度。盡管其固含量低，本發(fā)明的涂料著色劑相對于現(xiàn)有技術(shù)的產(chǎn)品，具有明 顯好的光澤度和更好的印刷光澤度。\n本發(fā)明的涂料著色劑優(yōu)選用于涂料紙，特別用于高質(zhì)量光澤紙(gloss paper)和紙板涂層(board?coating)。