ДИСПЕРСИЯ ПИГМЕНТА Российский патент 2012 года по МПК C09C1/30 C09D7/12 C09D17/00 

Данное изобретение относится к водной дисперсии пигмента, способу получения указанной дисперсии и ее применению.

Уровень техники изобретения

Неорганические пигменты часто вводят в различные полимеры в качестве отбеливателей, подкрашивающих агентов или веществ, придающих непрозрачность. В частности, для указанных целей применимы пигменты, такие как TiO₂, поскольку они весьма эффективно рассеивают свет. Указанные пигменты могут присутствовать в дисперсиях пигментов, известных из, например, патента США 5886069, предлагающего частицы TiO₂ c дискретными неорганическими частицами, диспергированными на поверхности частиц TiO₂. Однако указанные дисперсии обычно не являются достаточно стойкими и не могут храниться в течение длительного периода времени без дестабилизации или гелеобразования, приводящих к значительному уменьшению эффективности рассеяния света. Указанные дисперсии могут также страдать от оптического уплотнения, если частицы TiO₂ слишком тесно контактируют друг с другом. В результате этого могут заметно уменьшаться кроющая способность и интенсивность (пигмента). Для сохранения эффективности рассеяния в пространства (между) частицами TiO₂ в композициях красителей добавляли разбавители. Однако распределение разбавителей трудно и они влияют на кроющую способность. Желательно получить водную дисперсию пигмента в отсутствие диспергаторов, таких как поверхностно-активные вещества. Поверхностно-активные вещества могут создавать проблемы с вспениванием дисперсии, которые в свою очередь могут портить водостойкость и химическую стойкость.

В патенте WO 2004/035474 A1 предложены частицы силанизированного коллоидного диоксида кремния в соединении с органическим связующим. Органические связующие, однако, могут нарушать стабильность дисперсии пигмента. Процесс диспергирования пигмента в присутствии органических связующих может также требовать подачи дополнительной энергии, поскольку могут быть необходимы более высокие усилия сдвига. Более того, присутствие органических связующих уменьшает количество диспергируемого пигмента, что в свою очередь уменьшает получаемую эффективность рассеяния света.

Данное изобретение относится к улучшенному способу получения водной дисперсии пигмента, обладающей повышенной стабильностью. Одним из дополнительных аспектов изобретения является способ предоставления возможности более длительного хранения и стабильности при хранении, что обеспечивает полезные свойства пигмента, такие как эффективность рассеяния света при подмешивании к любой композиции, содержащей красители.

Изобретение

Данное изобретение относится к способу получения по существу водной дисперсии пигмента, по существу свободной от органического связующего, предусматривающему смешение водорастворимого или диспергируемого в воде соединения силана и частиц коллоидного диоксида кремния с образованием частиц силанизированного коллоидного диоксида кремния в водной дисперсии, причем по меньшей мере одно соединения силана смешивают с частицами коллоидного диоксида кремния в массовом соотношении силана к диоксиду кремния от примерно 0,2 до примерно 1,5, смешивания указанные частицы силанизированного коллоидного диоксида кремния с органическим и/или неорганическим пигментом, причем массовое соотношение оксида кремния к пигменту составляет от примерно 0,001 до примерно 0,8 с образованием указанной в основном водной дисперсии пигмента.

Под термином "в основном или по существу свободная от органического связующего" понимают содержание органического связующего в водной дисперсии пигмента менее примерно 15, например, менее примерно 10, или менее примерно 5, например, менее примерно 3, или менее примерно 1, или менее примерно 0,1 мас.%. Таким образом, согласно одному из вариантов осуществления дисперсию получают таким образом, чтобы полученная дисперсия содержала органическое связующее в количестве менее указанных пределов.

Согласно одному из вариантов осуществления силан и частицы коллоидного диоксида кремния смешивают в массовом соотношении силана к диоксиду кремния в интервале от примерно 0,25 до примерно 1,5, например, от примерно 0,3 до примерно 1,2, или от примерно 0,35 до примерно 0,8, или от примерно 0,4 до примерно 0,8.

Соединения силана могут образовывать устойчивые ковалентные силоксановые связи (Si-O-Si) с силанольными группами или быть связаны с силанольными группами, например, водородными связями на поверхности частиц коллоидного диоксида кремния.

Согласно одному из вариантов осуществления смешение силана и частиц коллоидного диоксида кремния может проходить непрерывно, например, при температуре от примерно 20 до примерно 95, или от примерно 50 до примерно 75, как, например, от примерно 60 до примерно 70°С. Силан можно медленно прибавлять к частицам диоксида кремния при интенсивном перемешивании с контролируемой скоростью, которая соответственно равна от примерно 0,01 до примерно 100, например, от примерно 0,1 до примерно 10, или от примерно 0,5 до примерно 5, как, например, от примерно 1 до примерно 2 молекул силана на нм² площади поверхности коллоидного оксида кремния (на частицах коллоидного диоксида кремния) в час. Прибавление силана может быть продолжено в течение любого подходящего времени в зависимости от скорости введения, количества силана, который должен быть прибавлен, и желаемой степени силанизации. Однако введение силана может продолжаться вплоть до примерно 5 часов, например, вплоть до примерно 2 часов, пока не будет прибавлено соответствующее количество силана. Подходящее количество силана, прибавленного к коллоидным частицам диоксида кремния, равно от примерно 0,1 до примерно 6, например, от примерно 0,3 до примерно 3, или от примерно 1 до примерно 2 молекул силана на нм² площади поверхности частиц коллоидного диоксида кремния.

Смешение силана и диоксида кремния может проводиться при рН от примерно 1 до примерно 13, например, от примерно 6 до примерно 12, или от примерно 7,5 до примерно 11, или от примерно 9 до примерно 10,5.

Частицы коллоидного диоксида кремния относятся также к коллоидным растворам кремнекислоты и могут быть получены из, например, осажденного диоксида кремния, микрокремнезема (паров диоксида кремния), пирогенного диоксида кремния (дымящего диоксида кремния), или силикагеля достаточной степени чистоты, или их смесей.

Частицы коллоидного диоксида кремния и коллоидные растворы кремнекислоты могут быть модифицированы и могут содержать другие составные части, такие как амины, алюминий и/или бор, которые могут присутствовать в частицах и/или в непрерывной фазе. Коллоидные растворы кремнекислоты, модифицированные бором, описаны, например, в патенте США 2630410. Частицы диоксида кремния, модифицированные алюминием, обычно содержат Al₂O₃ в количестве от примерно 0,05 до примерно 3 мас.%, например, от примерно 0,1 до примерно 2 мас.%. Способ получения коллоидного раствора кремнекислоты, модифицированного алюминием, дополнительно описан, например, в "The Chemistry of Silica" Iler, K. Ralf, стр.407-409, John & Sons (1979) и в патенте США 5368833.

Подходящие для использования частицы коллоидного диоксида кремния имеют средний диаметр частицы в интервале от примерно 2 до примерно 150, например, от примерно 2 до примерно 100 или от примерно 3 до примерно 50, или от примерно 4 до примерно 40, или от примерно 4 до примерно 15, или от примерно 5 до примерно 12 нм. Подходящие частицы коллоидного диоксида кремния имеют удельную площадь поверхности от примерно 20 до примерно 1500, например, от примерно 50 до примерно 900, или от примерно 70 до примерно 600, или от примерно 200 до примерно 500 м²/г.

Частицы коллоидного диоксида кремния могут иметь узкое распределение частиц по размерам, то есть низкое относительное стандартное отклонение размера частиц. Относительное стандартное отклонение распределения частиц по размерам представляет собой отношение стандартного отклонения распределения частиц по размерам к среднему размеру частиц в цифрах. Относительное стандартное отклонение распределения частиц по размерам может быть менее примерно 60% в цифрах, например, менее примерно 30% в цифрах или менее примерно 15% в цифрах.

Частицы коллоидного диоксида кремния, соответственно, диспергируют в водном растворителе, обычно в присутствии стабилизирующих катионов, таких как К⁺, Na⁺, Li⁺, NH₄ ⁺, органических катионов, первичных, вторичных, третичных и четвертичных аминов или их смесей таким образом, чтобы образовался коллоидный раствор кремнекислоты. Однако также может быть использован коллоидный диоксид кремния, диспергированный в частично органических дисперсиях, включая, например, низшие спирты, ацетон или их смеси, в которых объем органической части, как правило, составляет от примерно 1 до примерно 20, например, от примерно 1 до примерно 10, или от примерно 1 до примерно 5% по объему от общего водного и органического объема. Согласно одному из вариантов осуществления частицы коллоидного диоксида кремния заряжены отрицательно. Соответственно, содержание диоксида кремния в коллоидном растворе составляет от примерно 1 до примерно 80, например, от примерно 5 до примерно 80, или от примерно 10 до примерно 80, например, от примерно 20 до примерно 80, например, от примерно 25 до примерно 70, или от примерно 30 до примерно 60 мас.%. (Значение) рН коллоидного раствора кремнекислоты, соответственно, равно от примерно 1 до примерно 13, например, от примерно 6 до примерно 12 или от примерно 7,5 до примерно 11. Однако для коллоидного раствора кремнекислоты, модифицированного алюминием, рН, соответственно, равен от примерно 1 до примерно 12, или от примерно 3,5 до примерно 11.

Коллоидный раствор кремнекислоты может иметь показатель S (S-value) от примерно 20 до примерно 100, например, от примерно 30 до примерно 90, или от примерно 60 до примерно 90.

Показатель S характеризует степень агрегации частиц коллоидного диоксида кремния, то есть степень образования агрегатов или микрогелей. Показатель S может быть измерен и вычислен по формулам, приведенным в J.Phys.Chem. 60(1956), 955-957 Iler, R.K. & Dalton, R.L.

Показатель S зависит от содержания диоксида кремния, вязкости и плотности частиц коллоидного диоксида кремния. Высокий показатель S указывает на низкое содержание микрогеля. Показатель S отображает количество SiO₂ в массовых процентах, присутствующее в диспергированной фазе, например, коллоидного раствора кремнезема. Степень микрогеля может быть проконтролирована в процессе получения, как дополнительно описано, например, в патенте США 5368833.

Согласно одному из вариантов осуществления для дополнительного повышения стабильности к частицам силанизированного коллоидного диоксида кремния могут быть подмешаны силикаты, такие как силикаты щелочных металлов, например, силикат натрия, силикат калия, или силикат лития. Согласно одному из вариантов осуществления молярное отношение диоксида кремния к М₂О, где М представляет собой щелочной металл, равно от примерно 4 до примерно 20, например, от примерно 5 до примерно 15, как, например, от примерно 6 до примерно 11.

Согласно одному из вариантов осуществления подходящие соединения силана, которые должны быть подмешаны к частицам коллоидного диоксида кремния, включают в себя эпоксисиланы и соединения силана, содержащие глицидокси- или глицидоксипропильную группы; трис(триметокси)силан, октилтриэтоксисилан, метилтриэтоксисилан, метилтриметоксисилан, изоцианатосилан, такой как трис-[3-(триметоксисилил)пропил]изоцианурат; гамма-меркаптопропилтриметоксисилан, бис-(3-[триэтоксисилил]пропил)полисульфид, бета-(3,4-эпоксициклогексил)этилтриметоксисилан; силаны, содержащие эпоксигруппу (эпоксисилан), глицидокси- и/или глицидоксипропильную группы, такие как гамма-глицидоксипропилтриметоксисилан, гамма-глицидоксипропилметилдиэтоксисилан, (3-глицидоксипропил)триметоксисилан, (3-глицидоксипропил)гексилтриметоксисилан, бета-(3,4-эпоксициклогексил)этилтриэтоксисилан; силаны, содержащие винильную группу, такие как винилтриэтоксисилан, винилтриметоксисилан, винил-трис-(2-метоксиэтокси)силан, винилметилдиметоксисилан, винилтриизопропоксисилан; гамма-метакрилоксипропилтриметоксисилан, гамма-метакрилоксипропилтриизопропоксисилан, гамма-метакрилоксипропилтриэтоксисилан, октилтриметоксисилан, этилтриметоксисилан, пропилтриэтоксисилан, фенилтриметоксисилан, 3-меркаптопропилтриэтоксисилан, циклогексилтриметоксисилан, циклогексилтриэтоксисилан, диметилдиметоксислан, 3-хлорпропилтриэтоксисилан, 3-метакрилоксиприпилтриметоксисилан, изобутилтриэтоксисилан, триметилэтоксисилан, фенилдиметилэтоксисилан, гексаметилдисилоксан, триметилсилилхлорид, винилтриэтоксисилан, гексаметилдисилазан и их смеси. В патенте США 4927749 предложены дополнительные подходящие силаны, которые могут быть использованы в данном изобретении.

Согласно одному из вариантов осуществления по меньшей мере примерно 1% от числа силанольных поверхностных групп на частицах коллоидного диоксида кремния способны связываться или соединяться с силановыми группами соединений силана, например, по меньшей мере примерно 5%, или по меньшей мере примерно 10%, или по меньшей мере примерно 30%, или по меньшей мере примерно 50% связываются или соединяются с силановой группой.

Согласно одному из вариантов осуществления соединение силана перед смешением с частицами коллоидного диоксида кремния разбавляют, например, водой для образования премикса силана и воды, соответственно, в массовом соотношении силана к воде от примерно 1:8 до примерно 8:1, или от примерно 3:1 до примерно 1:3, таком как от примерно 1,5:1 до примерно 1:1,5. Получаемый силано-водный раствор по существу прозрачен и стабилен и легко смешивается с частицами коллоидного диоксида кремния. При непрерывном прибавлении силана к частицам коллоидного диоксида кремния смешение может продолжаться в течение от примерно 1 секунды до примерно 30 минут, или от примерно 1 до примерно 10 минут после прекращения прибавления силана.

Согласно одному из вариантов осуществления пигмент является неорганическим. Согласно одному из вариантов осуществления неорганический пигмент выбирают из карбоната кальция, сульфата бария, оксида железа(II, III), например, Fe₃O₄, a-Fe₂O₃, гидроксида оксида железа(III), например, а-FeOOH, оксида хрома(III), соединений кобальта, таких как алюминат кобальта, оксида цинка, сульфида цинка, основного сульфата свинца, основного карбоната свинца, оксида сурьмы, литопона, оксида титана, например, TiO₂ в форме рутила или анатаза, или их смесей. Согласно одному из вариантов осуществления пигмент также может представлять собой глину, такую как каолин, или материал наполнителя со свойствами пигмента, такой как дымящий диоксид кремния, микродиоксид кремния, осажденный диоксид кремния или силикагели.

Согласно одному из вариантов осуществления пигмент имеет размер частиц в интервале от примерно 10 до примерно 5000, например, от примерно 100 до примерно 1000, или от примерно 100 до примерно 500, или от примерно 200 до примерно 400 нм.

Согласно одному из вариантов осуществления пигмент смешивают с частицами силанизированного коллоидного диоксида кремния в массовом соотношении диоксида кремния к пигменту в интервале от примерно 0,01 до примерно 0,7, например, от примерно 0,01 до примерно 0,6, или от примерно 0,01 до примерно 0,5, или от примерно 0,01 до примерно 0,4, или от примерно 0,01 до примерно 0,3, или от примерно 0,01 до примерно 0,2, или от примерно 0,02 до примерно 0,05.

Согласно одному из вариантов осуществления для смешения пигмента с частицами силанизированного коллоидного диоксида кремния используют смеситель, например, турбину-смеситель при 1400 об./мин. Время смешения может быть от примерно 1 до примерно 40, например, от примерно 5 до 30, или, например, от примерно 10 до 20 минут. Температура смешения может быть равна от примерно 1 до примерно 80, например, от примерно 10 до примерно 60, или от примерно 20 до примерно 40°С. Согласно одному из вариантов осуществления радиальная скорость колеблется от примерно 1 до 50, например, от примерно 5 до примерно 35, например, от примерно 15 до примерно 25 м/сек.

Пигменты TiO₂, будучи одними из перечисленных пигментов, обычно могут представлять собой рутил или анатаз, полученные либо хлоридным, либо сульфатным способом. Согласно одному из вариантов осуществления используют частицы рутила TiO₂, полученного хлоридным способом, с размером частиц в интервале от примерно 100 до примерно 500 нм. Согласно одному из вариантов осуществления частицы TiO₂, использованные для получения пигмента TiO₂, могут быть основным TiO₂, обозначенным при этом как частицы TiO₂, прямо отделенные при окислении TiCl₄ и перед заключительными стадиями и/или перед любой обработкой поверхности. В сульфатном способе основной TiO₂ относится к частицам TiO₂ перед обработками любой поверхности. В качестве альтернативы частицы TiO₂, использованные для получения пигмента данного изобретения, могут представлять собой частицы конечного TiO₂, обозначенные здесь как частицы TiO₂, подвергнутые обычным заключительным стадиям и/или поверхность, обработанную водными оксидами, такими как оксид алюминия, диоксид кремния, диоксид циркония или подобные, или комбинациями указанных веществ. Водные оксиды могут составлять до примерно 16, например, до примерно 10 мас.% от общей массы продукта, пигмента TiO₂.

Изобретение также относится к водной дисперсии пигмента, получаемой описанным ниже способом.

Изобретение также относится к водной дисперсии пигмента, по существу свободной от органического связующего и содержащей частицы силанизированного коллоидного диоксида кремния в массовом соотношении силана к диоксиду кремния от примерно 0,2 до примерно 1,5 и органический и/или неорганический пигмент, в котором массовое соотношение диоксида кремния к пигменту равно от примерно 0,001 до примерно 0,8.

Согласно одному из вариантов осуществления в полученной водной дисперсии пигмента может содержаться до примерно 20, например, до примерно 10, или до примерно 5 об.% водорастворимого или диспергируемого в воде органического растворителя, например, низшего спирта. Указанная дисперсия может быть образована из водной дисперсии, содержащей некоторую часть органического растворителя, например, коллоидного раствора кремнекислоты, соединения силана, или пигмента, по меньшей мере частично диспергированного в органическом растворителе или среде.

Согласно одному из вариантов осуществления пигмент является неорганическим. Согласно одному из вариантов осуществления пигмент подмешан в таком количестве, чтобы получить содержание пигмента в образованной дисперсии пигмента от примерно 25 до примерно 85, например, от примерно 50 до примерно 80, или от примерно 60 до примерно 75 мас.%. Согласно одному из вариантов осуществления массовое соотношение диоксида кремния к пигменту в полученной дисперсии пигмента колеблется от примерно 0,01 до примерно 0,7, например, от примерно 0,01 до примерно 0,6, или от примерно 0,01 до примерно 0,5, или от примерно 0,01 до примерно 0,4, или от примерно 0,01 до примерно 0,3, или от примерно 0,01 до примерно 0,2, или от примерно 0,02 до примерно 0,05.

Общее содержание диоксида кремния в полученной дисперсии пигмента состоит из диоксида кремния, присутствующего в частицах модифицированного силанизированного диоксида кремния и в частицах немодифицированного диоксида кремния, которые также могут присутствовать в полученной дисперсии. Общее количество соединений силана рассчитано на основе на всех свободно диспергированных или растворенных соединений силана и всех соединений силана, соединенных или связанных через группы или производные силана. Таким образом, массовое соотношение силана к диоксиду кремния в полученной дисперсии пигмента, включающее как свободные, так и связанные или соединенные группы, может представлять собой массовое соотношение смешанных компонентов силана и диоксида кремния, то есть от примерно 0,25 до примерно 1,5, например, от примерно 0,3 до примерно 1,2, или от примерно 0,35 до примерно 0,8, или от примерно 0,4 до примерно 0,8.

Согласно одному из вариантов осуществления водная дисперсия пигмента состоит из свободно диспергированных соединений силана и/или частиц коллоидного диоксида кремния и частиц силанизированного коллоидного диоксида кремния, полученных из частиц коллоидного диоксида кремния и соединений силана, как здесь предложено.

Согласно одному из вариантов осуществления водная дисперсия пигмента содержит любые неорганические пигменты, как предложено здесь. Дополнительные свойства компонентов, содержащихся в водной дисперсии пигмента, могут быть описаны в разделе способы.

Стабильность дисперсии пигменте облегчает обращение с ней и ее применение при ее любом использовании, поскольку она пригодна для хранения и не нуждается в приготовлении непосредственно перед применением. Таким образом, легко может быть использована уже приготовленная дисперсия. Дисперсия также выгодна в смысле отсутствия опасных количеств токсичных компонентов.

Наряду с частицами силанизированного коллоидного диоксида кремния дисперсия может также содержать, по меньшей мере в некоторой степени, частицы несиланизированного коллоидного диоксида кремния в зависимости от размера частиц диоксида кремния, массового отношения силана к диоксиду кремния, типа подмешанного соединения силана, условий реакции и т.д. Соответственно, силанизировали по меньшей мере примерно 40 мас.% частиц коллоидного диоксида кремния, так например по меньшей мере примерно 65, или по меньшей мере примерно 90, или по меньшей мере 95, например, по меньшей мере примерно 99 мас.%. Дисперсия наряду с силаном в форме силановых групп или производных силана, связанных или присоединенных к поверхности частиц диоксида кремния, может также содержать по меньшей мере в некоторой степени свободно диспергированные несвязанные соединения силана. Соответственно, с поверхностью частиц диоксида кремния было соединено или связано по меньшей мере примерно 40, например, по меньшей мере примерно 60, или по меньшей мере примерно 75, как, например, по меньшей мере примерно 90, или по меньшей мере примерно 95% соединений силана.

Согласно одному из вариантов осуществления полученная дисперсия пигмента может иметь содержание диоксида кремния от примерно 1 до примерно 80, например, от примерно 5 до примерно 80, или от примерно 10 до примерно 80, как, например, от примерно 20 до примерно 80, например, от примерно 25 до примерно 70, или от примерно 30 до примерно 60 мас.%.

Полученная дисперсия пигмента пригодна для использования при нанесении покрытий, включая архитектурные покрытия, краски для внутреннего и наружного применения, протравы, промышленные покрытия, такие как койлкоутинг, бумажные покрытия, также как и защитные покрытия, или в других применениях, включая производство бумаги, изготовления слоистых материалов и композиционных материалов, таких как бумага, пластики, резины, бетон и цементирующие системы, типографские краски и керамика, например керамические плитки. Дисперсия пигмента может также быть использована на окрашенных или неабсорбирующих субстратах, таких как стекловолокнистые обои, для уменьшения или предупреждения образования пузырьков в, например, штукатурке или шпатлевке.

Изобретение описано таким образом, что оно может варьироваться многими путями. Следующие примеры дополнительно иллюстрируют, как описанное изобретение может быть осуществлено без ограничения его рамок.

Все части и проценты относятся к частям и процентам по массе, если не указано иначе.

Примеры

Использованный коллоидный раствор кремнекислоты имел содержание диоксида кремния 13,4 мас.%, за исключением образцов 11 и 12, для которых содержание диоксида кремния перед использованием в качестве диспергатора пигмента составляло 4,46 мас.%, если не оговорено особо. Частицы коллоидного диоксида кремния в золе модифицировали гамма-глицидоксипроилтриметоксисиланом. Модифицирование силаном проводили при 60°С, как описано в патентном описании WO 2004/035474 А1. Различные дисперсии коллоидного диоксида кремния, использованные в данной оценке, охарактеризованы в таблице 1 ниже, которая также включает в себя полиакрилат, использованный в качестве ссылки на предшествующий уровень техники.

Таблица 1 № Коллоидный раствор кремневой кислоты (размер частицы и степень модифицирования силаном) 1 5 нм, силан/SiO₂:0,4 2 5 нм, силан/SiO₂:0,2 3 4 нм, силан/SiO₂:0,2 4 4 нм, силан/SiO₂:0,4 5 5 нм, без силана 6 7 нм, без силана, модифицирован алюминатом 7 7 нм, силан/SiO₂:0,2 8 12 нм, без силана 9 12 нм, силан/SiO₂:0,15 10 Полиакрилат (Dispex 40N), 0,4 мас.% 11 5 нм, силан/SiO₂:0,4 12 5 нм, силан/SiO₂:0,4 13 5нм, силан/SiO₂:0,4

Получение пигментных паст

300 г диоксида титана (тонко размолотого пигмента диоксида титана, Tiona 595, производимого Univar) при умеренном перемешивании прибавляли в течение примерно 20 секунд к 100 г разбавленного коллоидного раствора кремневой кислоты согласно таблице 1 и получали 75 мас.%-ную пигментную пасту, если не указанно иначе (смотри таблицу 2). Пигменты диспергировали в течение 10 минут при 1400 об./мин растворяющей турбиной диаметром 40 мм, получая хорошо диспергированные пигменты. Номера паст соответствуют номеру коллоидного раствора кремневой кислоты в таблице 1, использованного в качестве диспергатора.

Таблица 2 Пигментная паста № Примечания 1 Стабильна, вязкость постоянная (через 9 дней) 2 Сначала немного более вязкая, чем №1. Через 1 день: очень вязкая, тиксотропная 3 Сначала более вязкая, чем №2. Примерно через 1 час не жидкая. Через 1 день: твердая 4 Сначала немного более вязкая, чем №1. Через 1 день: вязкая, тиксотропная 5 Сначала гель (через 8 минут диспергирования) 6 Сначала гель (через 1 минуту диспергирования) 7 Паста становится твердой после прибавления 260-270 г TiO₂ 8 Сначала гель (после прибавления TiO₂, до диспергирования) 9 Сначала гель. Паста становится твердой после прибавления 220 г TiO₂ 10 Тиксоторопное поведение через 1 день, еще жидкая через 9 дней, хотя фазы разделены; вода сверху 11 Сначала немного вязкая, меньше, чем №1, но становится тиксотропной через 3 ч 12 В пасте 350 г TiO₂. Гель через 15 минут. Паста флокулирует после прибавления к связующему. 13 Дисперсия за 20 минут при 2000 об./мин. Стабильна, вязкость постоянная (через 6 дней)

Серии покрытий

Пасты вводили в эмульсии смол с образованием кроющих композиций для оптической оценки. Использованной эмульсией смолы была Setalux^® 6774, поставляемая Nuplex Resins. Полученные кроющие композиции содержали 5, 10, 20, 30, 40 и 50 мас.% пигмента диоксида титана, соответственно, в высушенных кроющих композициях. Пленки отливали с использованием пленочного аппликатора с отверствиями 100 микрон. Каждая кроющая композиция содержала 50 г эмульсии смолы (равной 22 г сухой смолы).

Оценка пленок

Оптические измерения производили в диапазоне длин волн видимого света (300-700 нм). Коэффициент отражения пигментированных покрытий измеряли спектрофотометром Бекмана Acta 5240, снабженном интегрирующей сферой с использованием сульфата бария в качестве эталона коэффициента отражения. Оценивали кроющие композиции, основанные на пигментных пастах 1-4, 10, 11 и 13. Пигментные пасты 5, 6, 8, 9 и 12, как видно из таблицы 2, желируют срезу через короткий период времени, тогда как паста 7 становится твердой после прибавления 260-270 г TiO₂. В этой связи можно отметить, что ни одна из паст 5, 6 или 8 не содержит частиц силанизированного коллоидного диоксида кремния и что массовое соотношение силана к диоксиду кремния в 7 и 9 равно только 0,2 и 0,15, соответственно. В противоположность этому паста №12 содержит в пасте избыточное количество пигмента, то есть 350 г TiO₂.

Стабильность пигментной пасты

Высокая степень модифицирования силаном коллоидного диоксида кремния улучшает стабильность по сравнению с низкой степенью модифицирования; сравни, например, №1(высокая), №2 (низкая), №3 (низкая) и №4 (высокая) в таблице 2. "Сравнительная" паста №10, в которой используют Dispex N40, полиакрилат, в качестве диспергатора, проявляет тенденцию к оседанию и разделению пасты.

Кроющие композиции

Кроющие композиции проверяли через 7,5 месяца. Все образцы разделяли. Пигмент TiO₂ оседал на дно образца. Однако кроющие серии №1, 4 и 13 были легкоредиспергируемы, тогда как кроющие серии №3, 10 (сравнительная) и 11 имели намного большую "лепешку" на дне образца.

Эффективность светорассеяния пигмента

Обсуждение в данном разделе сосредоточено на светорассеянии как интегрированном коэффициенте отражения видимого (света) (интервал длин волн λ: 300-700 нм) по дисперсии коллоидного оксида кремния против обычного диспергатора полиакрилата, Dispex N40. Можно было получить большое увеличение эффективности пигмента при использовании дисперсий коллоидного диоксида кремния вместо Dispex N40 в качестве диспергатора пигмента при рекомендованной дозировке 0,40 мас.%; сравни серии №1 (содержащую коллоидный раствор кремневой кислоты №1) и 10 (содержащую Dispex N40, как показано в таблице 1) в таблице 3 ниже. Наиболее явный эффект был получен при высокой загрузке пигмента; например, содержание диоксида титана 30%, диспергированного коллоидным диоксидом кремния, дает такой же коэффициент отражения в кроющей пленке, что и примерно 40% диоксида титана, диспергированного Dispex N40.

Таблица 3 Серия № Отражение видимого (света) (%) 1 10 Мас.% TiO ₂     5 38,55 31,18 10 47,64 41,99 20 59,20 53,42 30 61,13 58,27 40 69,52 61,34 50 67,44 63,66

Размер частиц

В смысле коэффициента отражения размер частиц 5 нм, соответствующий удельной площади поверхности 500 м²/г, оказался более эффективным, чем размер частиц 4 нм, соответствующий удельной площади поверхности 750 м²/г (сравни серии нанесения покрытий 1 и 4 в таблице 4).

Таблица 4 Серия № 1 4 Мас.% TiO ₂ Отражение видимого (света)(%) Отражение видимого (света)(%) 5 38,55 34,78 10 47,64 35,06 20 59,20 57,97 30 61,13 61,94 40 69,52 64,44 50 67,44 42,90

Степень модифицирования силаном дисперсий коллоидного диоксида кремния

Высокая степень модифицирования силаном коллоидного диоксида кремния была также благоприятна в видимой (части) спектра (длины волн 300-700 нм), особенно для частиц 5 нм. Причина указанного явления вероятно зависела от повышенного увлажнения пигмента и улучшенной стабильности по отношению к флоккуляции и распределения пигментов оксида титана (сравни серии покрытий 1-4 в таблице 5, в которых коллоидные растворы кремнекислоты 1-4 были смешаны для получения дисперсий в сериях 1-4, соответственно), хотя различия не ярко выражены для последней серии покрытий.

Таблица 5 Серия № 1 Отражение видимого (света)(%) 2 Отражение видимого (света)(%) 3 Отражение видимого (света)(%) 4 Отражение видимого (света)(%) Мас.% TiO ₂         5 38,55 24,79 17,69 34,78 10 47,64 42,10 34,84 35,06 20 59,20 54,52 52,72 57,97 30 61,13 62,48 62,56 61,94 40 69,52 62,75 64,87 64,44 50 67,44 63,74 63,17 42,90

Изобретение относится к водной дисперсии пигмента, по существу свободной от органического связующего, пригодной для применения в покрытиях, красках, протравах и в других областях промышленности. Описывается способ получения по существу водной дисперсии пигмента, по существу свободной от органического связующего, и полученные этим способом дисперсии. Способ включает смешение водорастворимого или диспергируемого в воде соединения силана и частиц коллоидного диоксида кремния при массовом соотношении силана к диоксиду кремния от 0,25 до 1,5 с образованием частиц силанизированного коллоидного диоксида кремния в водной дисперсии. Указанные частицы коллоидного диоксида кремния далее смешивают с органическим и/или неорганическим пигментом при массовом соотношении диоксида кремния к пигменту от примерно 0,001 до примерно 0,8, с образованием указанной по существу водной дисперсии пигмента. Описывается также применение предложенной дисперсии пигмента при нанесении покрытий и для уменьшения образования пузырьков на неабсорбирующих субстратах. Дисперсии пигмента согласно изобретению обладают повышенной устойчивостью к флокуляции и повышенной стабильностью во времени. 5 н. и 15 з.п. ф-лы, 5 табл., 13 пр.

1. Способ получения, по существу, водной дисперсии пигмента, по существу, свободной от органического связующего, включающий смешение по меньшей мере одного водорастворимого или диспергируемого в воде соединения силана и частиц коллоидного диоксида кремния с образованием частиц силанизированного коллоидного диоксида кремния в водной дисперсии, причем указанное по меньшей мере одно соединение силана смешивают с частицами коллоидного диоксида кремния в массовом соотношении силана к диоксиду кремния от 0,25 до 1,5; смешивание указанных частиц силанизированного коллоидного диоксида кремния с органическим и/или неорганическим пигментом, при массовом соотношении диоксида кремния к пигменту от примерно 0,001 до примерно 0,8, с образованием указанной, по существу, водной дисперсии пигмента.

2. Способ по п.1, в котором пигмент имеет размер частиц в интервале от примерно 10 до примерно 5000 нм.

3. Способ по п.1, в котором содержание пигмента в дисперсии составляет от примерно 25 до примерно 85 мас.%.

4. Способ по п.1, в котором пигмент представляет собой TiO₂.

5. Способ по п.1, в котором массовое соотношение диоксида кремния к пигменту находится в интервале от примерно 0,01 до примерно 0,4.

6. Способ по п.1, в котором массовое соотношение силана к диоксиду кремния равно от примерно 0,3 до примерно 1,5.

7. Способ по п.1, в котором водная дисперсия содержит до 20% по объему водорастворимого или диспергируемого в воде органического растворителя.

8. Способ по п.1, в котором прибавление органического связующего таково, что полученная дисперсия содержит его в количестве менее примерно 1 мас.%.

9. Водная дисперсия пигмента, получаемая по любому из пп.1-8.

10. Водная дисперсия пигмента, по существу, свободная от органического связующего, содержащая частицы силанизированного коллоидного диоксида кремния, в которой массовое соотношение силана к диоксиду кремния в дисперсии пигмента равно от 0,25 до 1,5; и органический и/или неорганический пигмент, в которой массовое соотношение диоксида кремния к пигменту равно от примерно 0,001 до примерно 0,8.

11. Дисперсия по п.9 или 10, в которой пигмент имеет размер частиц в интервале от примерно 10 до примерно 5000 нм.

12. Дисперсия по п.9 или 10, в которой массовое соотношение силана к диоксиду кремния равно от примерно 0,3 до примерно 1,5.

13. Дисперсия по п.9 или 10, в которой массовое соотношение диоксида кремния к пигменту равно от примерно 0,01 до примерно 0,4.

14. Дисперсия по п.9 или 10, в которой содержание диоксида кремния в дисперсии составляет от примерно 1 до примерно 80 мас.%.

15. Дисперсия по п.9 или 10, в которой содержание пигмента в дисперсии составляет от примерно 25 до примерно 85 мас.%.

16. Дисперсия по п.9 или 10, в которой пигмент является неорганическим.

17. Дисперсия по п.9 или 10, в которой пигмент представляет собой TiO₂.

18. Дисперсия по п.9 или 10, в которой дисперсия характеризуется содержанием менее примерно 1 мас.% органического связующего.

19. Применение дисперсии по любому из пп.9-18, в котором дисперсию используют при нанесении покрытий.

20. Применение дисперсии по любому из пп.9-18, в котором дисперсию используют для уменьшения образования пузырьков.