用于塑料應(yīng)用的非微米化顏料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本文中公開并要求的發(fā)明概念涉及使顏料用于塑料應(yīng)用的的方法，更具體地是， 但絕不限于，表面處理顏料用于塑料應(yīng)用從而不需要微米化的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 粒狀無機(jī)顏料在包括涂料、塑料和紙工業(yè)的許多工業(yè)中用作遮光劑和著色劑。二 氧化鈦由于其當(dāng)調(diào)配成最終使用產(chǎn)品時(shí)其賦予高不透明度的能力，使得其在當(dāng)今商業(yè)中為 最廣泛使用的白色顏料。一般使二氧化鈦顏料微米化，從而形成細(xì)粉狀的粉末，由此使賦予 與其調(diào)配的材料的遮光性最大化。
[0003] 此類塑料應(yīng)用中的粒狀顏料的有效性部分地取決于如何可以使顏料均勻地分散 在聚合物熔融物中。二氧化鈦顆粒典型地具有親水性表面，使得它們難以引入至如塑料等 疏水性材料。在沒有進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚淼那闆r下，即使用高能量等級(jí)長期混合，也不能實(shí) 現(xiàn)良好的分散度。另外，二氧化鈦粉末本來為粉塵狀并且在處理二氧化鈦粉末本身期間，特 別是在調(diào)配、配混和最終使用產(chǎn)品的制造期間，頻繁顯示差的粉末流動(dòng)特性。
[0004] 為此，已經(jīng)使用二氧化鈦顆粒表面的物理和化學(xué)改性，從而改進(jìn)二氧化鈦顆粒在 聚合物基質(zhì)中的性質(zhì)。所尋求的此類改進(jìn)包括改進(jìn)的流動(dòng)特性、降低的化學(xué)活性和改進(jìn)的 熱穩(wěn)定性，特別是擠出聚合物膜應(yīng)用中的抗裂孔性（lacingresistance)。將表面處理劑添 加至粒狀二氧化鈦中，從而提供用于塑料的疏水性表面。使二氧化鈦顏料顆粒微米化以實(shí) 現(xiàn)顏料與聚合物配合之前顏料顆粒的充分去凝集，從而制造聚合物濃縮物。在濃縮的聚合 物中用濃度提高的二氧化鈦調(diào)配高性能二氧化鈦母料，使下游聚合物產(chǎn)物加工更容易并且 傳遞優(yōu)異的產(chǎn)物均勾性和抗裂孔性（lacingresistance)。
[0005]目前為止，高性能母料研究集中在用疏水性化合物的表面處理并且總是包括微米 化。盡管在該領(lǐng)域進(jìn)行了大量的研究，但仍需要在不需要微米化的情況下提供改進(jìn)的操作 性、分散性和最終產(chǎn)物性質(zhì)的粒狀二氧化鈦的經(jīng)濟(jì)的表面處理的改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本文中公開并要求的發(fā)明概念一般涉及聚合物濃縮物的制造方法。將粒狀顏料加 入至聚合物濃縮物中的方法包括以下步驟。將具有水溶性有機(jī)鹽的堿性pH水溶液添加至 經(jīng)研磨的含二氧化鈦的經(jīng)經(jīng)研磨的粒狀顏料，從而形成有機(jī)物涂布的粒狀顏料。使堿性水 溶液的PH充分堿性使得水溶性有機(jī)鹽保持鹽的形式。在沒有預(yù)先微米化步驟的情況下，使 有機(jī)物涂布的粒狀顏料與聚合物樹脂混合，從而形成具有約50重量％至約87重量％的具 有與微米化有機(jī)物涂布的粒狀顏料相當(dāng)?shù)姆稚⑿缘牧铑伭系木酆衔餄饪s物。
【具體實(shí)施方式】
[0007] 在詳細(xì)解釋本文中公開的發(fā)明概念的至少一個(gè)實(shí)施方案之前，應(yīng)當(dāng)理解的是，本 發(fā)明構(gòu)思不于應(yīng)用于以下說明書闡述或圖示出的構(gòu)成、實(shí)驗(yàn)、示例性數(shù)據(jù)和/或組成的配 置的細(xì)節(jié)。目前公開并要求的發(fā)明概念能夠使其它實(shí)施方案或者以各種方式實(shí)施或者進(jìn) 行。另外，應(yīng)當(dāng)理解的是，本文中采用的措辭和術(shù)語僅是為了說明的目的并且不應(yīng)當(dāng)以任何 方式視為限定。
[0008] 在本發(fā)明概念的實(shí)施方案的以下詳細(xì)說明中，為了提供本發(fā)明概念的更徹底的理 解，闡述大量具體的細(xì)節(jié)。然而，對(duì)于一個(gè)本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員顯而易見的是，在沒有 這些具體細(xì)節(jié)的情況下，公開范圍內(nèi)的本發(fā)明概念可以實(shí)施。在其它情況下，沒有詳細(xì)描述 公知的特征，從而避免使本公開不必要地復(fù)雜化。
[0009] 此外，除非相反地明確陳述，否則"或"指包括或非互斥性或。例如，通過以下任意 之一來滿足條件A或B:A正確（或存在）且B錯(cuò)去（或不存在），A錯(cuò)誤（或不存在）且B 正確（或存在），以及A和B二者均正確（或存在）。
[0010] 另外，采用〃a〃或"an〃的使用從而描述本文中實(shí)施方案的要素和組成。這樣做僅 僅是為了方便并且給出本發(fā)明概念的大體意義。應(yīng)理解本說明書包括一種或至少一種且單 數(shù)也包括復(fù)數(shù)，除非以其他方式是顯然的。
[0011] 作為本文中使用的任何提及的"一個(gè)實(shí)施方案"或"實(shí)施方案"指與實(shí)施方案相關(guān) 的描述的特定要素、特征、結(jié)構(gòu)或特性包括在至少一個(gè)實(shí)施方案中。在說明書中各位置的短 語"一個(gè)實(shí)施方案中"的出現(xiàn)未必全部指相同實(shí)施方案。
[0012] 在本說明書和所附權(quán)利要求中，術(shù)語"微米化"和"微米化"的其它語法形式指流 體能量研磨或噴射研磨，其中通過經(jīng)研磨的顆粒之間的碰撞來實(shí)現(xiàn)粒徑減小。典型地通過 以高速度和能量進(jìn)入微磨機(jī)的研磨室的壓縮流體供給能量。實(shí)例微磨機(jī)為蒸汽微磨機(jī)和空 氣微磨機(jī)。
[0013] 最后，本文中和所附權(quán)利要求中使用的短語"經(jīng)研磨的粒狀顏料"定義為"沒有微 米化，但已經(jīng)砂研磨，或者使用氧化鋯或其它研磨介質(zhì)進(jìn)行介質(zhì)研磨，或者使用其它研磨方 法研磨的顏料顆粒"。
[0014] 粒狀顏料當(dāng)用于制備高性能聚合物母料時(shí)特別處理。這些高性能母料在用于其中 分散性、熱穩(wěn)定性和抗裂孔性是關(guān)鍵的應(yīng)用中是有用的。目前的主張是粒狀顏料必須為疏 水性的，從而在塑料母料應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)高性能，并且對(duì)于實(shí)現(xiàn)粒狀顏料的充分去凝集，微米化 是必須的。
[0015] 為了改進(jìn)在塑料中的分散性，已經(jīng)研究了大量的表面處理。例如，美國專利No. 7, 601，780公開了用長鏈脂肪酸處理的硅烷化無機(jī)粉末，和美國專利No. 6, 765, 041公 開了用有機(jī)酸磷酸鹽處理。美國專利No. 4, 810, 305公開了通過用特定的有機(jī)聚硅氧烷表 面處理獲得的疏水性顏料和填料。在加入至聚合物濃縮物之前使經(jīng)表面處理的無機(jī)粉末微 米化。
[0016] 美國專利No. 6, 646, 037中公開了用有機(jī)磺酸涂布劑處理粒狀顏料。在使用蒸汽 或空氣微米化之前或期間添加有機(jī)磺酸涂布劑，從而制造保持高水平有機(jī)磺酸涂布劑的最 終顏料。所得微米化顏料具有改進(jìn)的在塑料中的分散性，但如公開的，仍引發(fā)與聚合物樹脂 共混以形成聚合物濃縮物之前高能量微米化的成本。
[0017] 美國專利No. 5, 837, 049公開了用烷基磷酸和烷基磷酸酯處理粒狀二氧化鈦。不 像膦酸鹽，烷基磷酸及其酯不易溶于水中并且典型地與如醇等溶劑混合、熔融和/或通過 快速攪拌或者添加乳化劑而乳化。然后常規(guī)地加工涂布的顏料。
[0018] 相比之下，發(fā)現(xiàn)粒狀顏料可以用包含水溶性有機(jī)鹽的堿性pH水溶液來表面處 理，其中PH為充分的堿性以確保有機(jī)鹽不質(zhì)子化。令人驚訝的是，在沒有預(yù)先微米化的 情況下，所得有機(jī)物涂布的粒狀顏料可以加入至聚合物樹脂中以形成具有約50wt%至約 87wt%的粒狀顏料的聚合物樹脂，并且所得聚合物濃縮物具有與疏水性表面處理的、微米 化的粒狀顏料相當(dāng)?shù)姆稚⑿省?相當(dāng)"指使用以下實(shí)施例中所述的步驟，顏料在聚合物濃 縮物中的分散性測(cè)量值為經(jīng)表面處理的顏料微米化之后獲得的分散性測(cè)量值的至少90% 或更好，或者具有小于5, 000的分散計(jì)數(shù)。由于微米化為能量密集操作，使得目前所述的方 法導(dǎo)致顯著的成本節(jié)省。此外，將水溶性涂布鹽添加至沒有乳化的水性漿料中的能力導(dǎo)致 顯著的工藝簡化。
[0019] 盡管不希望受任何具體理論的束縛，但相信有機(jī)分子的離子部分與留下C-鏈的 顏料表面相互作用以覆蓋顏料表面，因此提供需要與如聚乙烯等聚合物共混的疏水性。此 外，在干燥時(shí)，水溶性有機(jī)鹽占據(jù)顏料顆粒之間的孔隙和間隙，在配合和擠出時(shí)幫助它們?nèi)?凝集使得微米化不是必需的。
[0020] 對(duì)于有機(jī)鹽為鹽形式，即未質(zhì)子化和水溶性是重要的。質(zhì)子化的有機(jī)物不同地鍵 合至顏料顆粒的表面。在一個(gè)實(shí)施方案中，堿性水溶液為充分的堿性使得即使與中性或酸 性的經(jīng)研磨的粒狀顏料混合后也可以維持堿性環(huán)境和有機(jī)物的鹽形式。在添加至經(jīng)研磨的 粒狀顏料之前或期間可以進(jìn)一步調(diào)節(jié)堿性水溶液的pH。用于調(diào)節(jié)pH的適當(dāng)?shù)脑噭┑膶?shí)例 包括氫氧化鈉、氫氧化銨、氫氧化鉀和胺。
[0021 ] 適當(dāng)?shù)乃苄杂袡C(jī)鹽的非限制性實(shí)例包括磺酸鹽、磷酸鹽、膦酸鹽和亞膦酸鹽等。 術(shù)語"水溶性有機(jī)鹽"指有機(jī)酸鹽和通過添加堿去質(zhì)子化使得有機(jī)物轉(zhuǎn)化為鹽形式而有機(jī) 酸二者。
[0022] 在一個(gè)實(shí)施方案中，水溶性有機(jī)鹽包括磺酸鹽；S卩，有機(jī)磺酸鹽，其可以有下式表 示