СТОЙКИЕ ПО ОТНОШЕНИЮ К ОБЕСЦВЕЧИВАНИЮ КРЕМНИЙОКСИДНЫЕ И СИЛИКАТНЫЕ ПИГМЕНТЫ И СПОСОБЫ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 2020 года по МПК C09C1/28 C09C1/30 C09C1/40 C09C1/62 C09C3/10 

ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ

Настоящая заявка подана 4 мая 2016 г., как заявка РСТ на международный патент, и по настоящей заявке испрашивается приоритет по предварительной заявке U.S. №62/158577, поданной 8 мая 2015 г., раскрытие которой во всей его полноте включено в настоящее изобретение в качестве ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к цветным пигментам на основе диоксида кремния и цветным пигментам на основе силиката, обладающим улучшенной стойкостью по отношению к обесцвечиванию.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее краткое изложение предназначено для введения в упрощенной форме некоторых понятий, которые дополнительно описаны ниже в подробном описании изобретения. Настоящее краткое изложение не предназначено для установления необходимых или важных признаков заявленного объекта. Настоящее краткое изложение также не предназначено для наложения ограничений на объем заявленного объекта.

В настоящем изобретении раскрыты и описаны частицы цветного пигмента. В соответствии с различными вариантами осуществления настоящего изобретения такие частицы цветного пигмента могут включать (i) кремнийоксидный и/или силикатный материал, обладающий отрицательным дзета-потенциалом, (ii) анионный краситель и (iii) четвертичное аммониевое соединение.

Настоящее изобретение также относится к способам получения частиц цветного пигмента. Типичный способ может включать (а) введение во взаимодействие кремнийоксидного и/или силикатного материала, обладающего отрицательным дзета-потенциалом, с четвертичным аммониевым соединением с образованием обработанных частиц и (b) введение во взаимодействие обработанных частиц с анионным красителем с образованием частиц цветного пигмента.

В этих и других вариантах осуществления настоящего изобретения, отношение количества четвертичного аммониевого соединения к полному количеству кремнийоксидного и/или силикатного материала часто может находиться в диапазоне от примерно 1% до примерно 400% (или от примерно 10% до примерно 300%, или от примерно 50% до примерно 150% и т.п.)от количества четвертичного аммониевого соединения, достаточного для обеспечения равного 0 мВ дзета-потенциала для обладающей равной 1 мас. % концентрацией смеси сухого кремнийоксидного и/или силикатного материала в деионизированной (ДИ) воде. Дополнительно или альтернативно, отношение массы анионного красителя к массе четвертичного аммониевого соединения обычно может находиться в диапазоне от примерно 0,01:1 до примерно 0,72:1 или от примерно 0,02:1 до примерно 0,36:1 или от примерно 0,04:1 до примерно 0,24:1 и т.п.

Благоприятно, что частицы цветного пигмента, предлагаемые в настоящем изобретении, часто могут практически не обесцвечиваться в воде.

И предшествующее краткое изложение, и последующее подробное описание изобретения предоставляют примеры и являются лишь поясняющими. В соответствии с этим предшествующее краткое изложение, и последующее подробное описание изобретения не следует считать ограничивающими. Кроме того, могут быть приведены признаки и варианты, дополнительные по отношению к приведенным в настоящем изобретении. Например, некоторые варианты осуществления могут относиться к различным комбинациям и субкомбинациям признаков, описанных в подробном описании изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖА

На фиг. 1 приведены зависимости дзета-потенциала (в мВ) от содержания ЦТАБ в мг/г сухого диоксида кремния в примерах 1-2 с использованием подложек из диоксида кремния А-В.

ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Для более точного определения терминов, использующихся в настоящем изобретении, ниже приведены определения. Если не указано иное, то приведенные определения ниже применимы к настоящему описанию. Если термин используют в настоящем изобретении, но он специально не определен в настоящем изобретении, то можно использовать определение, приведенное в публикации IUРАС Compendium of Chemical Terminology, 2nd Ed (1997), если указанное определение не противоречит любому другому раскрытию или определению, использующемуся в настоящем изобретении, или оно не делает неопределенным или недействительным любое притязание, к которому относится это определение. В том случае, когда любое определение или применение, предусмотренное любым документом, включенным в настоящее изобретение в качестве ссылки, противоречит определению или применению, приведенному в настоящем изобретении, действует определение или применение, приведенное в настоящем изобретении.

В настоящем изобретении объект можно описать так, чтобы в конкретных вариантах осуществления можно предусмотреть комбинацию разных признаков. Для каждого варианта осуществления и каждого признака, раскрытого в настоящем изобретении, все комбинации, которые не оказывают неблагоприятного влияния на чертежи, композиции, способы или технологии, описанные в настоящем изобретении, входят в объем настоящего изобретения и они могут быть взаимозаменяемыми при наличии или отсутствии явного описания конкретной комбинации. Соответственно, если явно не указано иное, любой вариант осуществления или признак, раскрытый в настоящем изобретении, можно объединить для описания предлагаемых в настоящем изобретении чертежей, композиций, способов или технологий, согласующихся с настоящим изобретением.

Хотя композиции и способы описаны в настоящем изобретении с использованием терминов "включающие" различные компоненты или стадии, композиции и способы также могут "состоять в основном из" или "состоять из" различных компонентов или стадий, если не указано иное. Например, частицы цветного пигмента, согласующиеся с вариантами осуществления настоящего изобретения, могут включать; альтернативно, могут состоять в основном из; или альтернативно, могут состоять из; (1) кремнийоксидного и/или силикатного материала, (2) анионный краситель и (3) четвертичное аммониевое соединение.

Предполагается, что термины в единственном числе включают и термины во множественном числе, например, по меньшей мере один, если не указано иное.

Обычно группы элементов указаны с использованием схемы нумерации, приведенной в варианте Периодической системы элементов, приведенном в публикации Chemical and Engineering News, 63 (5), 27, 1985. В некоторых случаях группа элементов может быть указана с использованием обычного названия, присвоенного группе; например, щелочные металлы для элементов группы 1, щелочноземельные металлы для элементов группы 2 и т.п.

Термин "взаимодействие" используется в настоящем изобретении для указания на материалы или компоненты, которые можно смешать, перемешать, суспендировать, ввести в реакцию, обработать или другим образом ввести во взаимодействие или объединить некоторым другим путем или по любой подходящей методике. Материалы или компоненты можно вводить во взаимодействие друг с другом в любом порядке, любым образом, и в течение любого промежутка времени, если не указано иное.

Хотя при практическом осуществлении или тестировании настоящего изобретения можно использовать любые методики и материалы, аналогичные описанным в настоящем изобретении или эквивалентные им, в настоящем изобретении описаны типичные методики и материалы.

Все публикации и патенты, отмеченные в настоящем изобретении, включены в него в качестве ссылки для описания и раскрытия, например, концепции и методологии, которые описаны в публикациях, которые можно использовать в связи с описанным настоящим изобретением.

В настоящем изобретении раскрыты несколько типов диапазонов. Если раскрыт и заявлен диапазон любого типа, подразумевается, что раскрыто и заявлено каждое возможное число, которое обоснованно входит в такой диапазон, включая граничные точки диапазона, а также входящие в него любые поддиапазоны и комбинации поддиапазонов. В качестве типичного примера отметим, что площадь поверхности БЭТ (определенная по изотерме Брунауэра - Эметта - Теллера) частиц цветного пигмента может находиться в некоторых диапазонах в различных вариантах осуществления настоящего изобретения. При указании на то, что площадь поверхности БЭТ может находиться в диапазоне отпримерно 50 до примерно 500 м²/г, подразумевается, что площадью поверхности может быть любая площадь поверхности в диапазоне и, например, может равняться примерно до 50, примерно 100, примерно 150, примерно 200, примерно 250, примерно 300, примерно 350, примерно 400, примерно 450 или примерно 500 м²/г. Кроме того, площадь поверхности может находиться в любом диапазоне от примерно 50 до примерно 500 м²/г (например, от примерно 100 до примерно 400 м²/г) и это также включает любую комбинацию диапазонов от примерно 50 до примерно 500 м²/г (например, площадь поверхности может находиться в диапазоне от 50 до примерно 150 м²/г или от примерно 250 до примерно 350 м²/г). Аналогичным образом, все другие диапазоны, раскрытые в настоящем изобретении, следует интерпретировать таким же образом, как в этом примере.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В настоящем изобретении раскрыты стойкие по отношению к обесцвечиванию частицы пигмента, способы получения частиц цветного пигмента и композиций и изделий, содержащих частицы цветного пигмента.

Согласно изобретению неожиданно было установлено, что некоторые комбинации кремнийоксидных и/или силикатных материалов, анионных красителей и четвертичных аммониевых соединений и соответственно относительные количества этих компонентов, могут дать частицы цветного пигмента, обладающие неожиданной стойкостью по отношению к обесцвечиванию. Если не ограничиваться приведенной ниже теорией, то можно полагать, что слишком малое количество четвертичного аммониевого соединения в пересчете на количество кремнийоксидного и/или силикатного материала, может привести к частицам пигмента, обладающим очень слабой насыщенностью цвета или не обладающим насыщенностью цвета, которые не обесцвечиваются, тогда как, в отличие от этого, слишком большое количество четвертичного аммониевого соединения не обязательно является лучшим и неожиданно приводит к неассоциированным комплексам красителей, которые не ассоциированы с кремнийоксидными и/или силикатными материалами и поэтому значительно обесцвечиваются. Кроме того, если не ограничиваться приведенной ниже теорией, то можно полагать, что слишком малое количество красителя в пересчете на количество четвертичного аммониевого соединения может привести к частицам пигмента со слабой окраской или слабой насыщенностью цвета, тогда как, в отличие от этого, слишком большое количество красителя может привести к неассоциированному красителю и значительному обесцвечиванию.

Кроме того, согласно изобретению было установлено, что частицы цветного пигмента, обладающие наиболее благоприятной комбинацией характеристик, неожиданно обладают количеством четвертичного аммониевого соединения (в пересчете на количество кремнийоксидного и/или силикатного материала) и количеством анионного красителя (в пересчете на количество четвертичного аммониевого соединения) в особых соотношениях.

ЧАСТИЦЫ ЦВЕТНОГО ПИГМЕНТА

В соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения, частицы цветного пигмента могут включать (i) кремнийоксидный и/или силикатный материал, обладающий отрицательным дзета-потенциалом, (ii) анионный краситель и (iii) четвертичное аммониевое соединение. В одном варианте осуществления настоящего изобретения кремнийоксидный и/или силикатный материал, обладающий отрицательным дзета-потенциалом, может включать кремнийоксидный материал (один или больше, чем один), тогда как в другом варианте осуществления кремнийоксидный и/или силикатный материал, обладающий отрицательным дзета-потенциалом, может включать силикатный материал (один или больше, чем один). В еще одном другом варианте осуществления кремнийоксидный и/или силикатный материал, обладающий отрицательным дзета-потенциалом, может включать смесь или комбинацию кремнийоксидного материала и силикатного материала. Соответственно, смеси или комбинации двух или большего количества разных кремнийоксидных материалов, двух или большего количества разных силикатных материалов, или кремнийоксидного материала и силикатного материала можно использовать в соответствии с настоящим изобретением.

В соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения, отношение количества четвертичного аммониевого соединения к количеству кремнийоксидного и/или силикатного материала может находиться в диапазоне от примерно 1% до примерно 400% от количества (по массе) четвертичного аммониевого соединения, достаточного для обеспечения равного 0 мВ дзета-потенциала для обладающей равной 1 мас. % концентрацией смеси сухого кремнийоксидного и/или силикатного материала в деионизированной воде, как описано в настоящем изобретении. Это отношение основано на полных количествах соответствующих материалов, если используются смеси или комбинации более одного кремнийоксидного материала, более одного силикатного материала, комбинация кремнийоксидных и силикатных материалов и/или более одного четвертичного соединения. В одном варианте осуществления отношение количества четвертичного аммониевого соединения к количеству кремнийоксидного и/или силикатного материала может находиться в диапазоне от примерно 10% до примерно 400%, от примерно 25% до примерно 400% или от примерно 50% до примерно 400%. В другом варианте осуществления отношение количества четвертичного аммониевого соединения к количеству кремнийоксидного и/или силикатного материала может находиться в диапазоне от примерно 10% до примерно 300%, от примерно 25% до примерно 300%, от примерно 25% до примерно 250%, от примерно 25% до примерно 200%. В еще одном варианте осуществления отношение количества четвертичного аммониевого соединения к количеству кремнийоксидного и/или силикатного материала может находиться в диапазоне от примерно 25% до примерно 150%, от примерно 50% до примерно 300%, от примерно 50% до примерно 200%, от примерно 50% до примерно 150%, от примерно 75% до примерно 200%, от примерно 75% до примерно 175% или от примерно 75% до примерно 150%. Другие подходящие диапазоны в процентах очевидны из настоящего описания. Как описано в настоящем изобретении, эти значения в процентах основаны на количестве (массовом) содержании четвертичного аммониевого соединения, достаточном для обеспечения равного 0 мВ дзета-потенциала для обладающей равной 1 мас. % концентрацией смеси сухого кремнийоксидного и/или силикатного материала в деионизированной воде. Вводят поправку для компенсации содержания влаги в кремнийоксидном и/или силикатном материале на основе потерь при сушке (ППС) материала при 105°С в течение 2 ч. Например, если 100 г обладающей равной 1 мас. % концентрацией суспензии диоксида кремния получают из диоксида кремния, обладающего ППС, равными 6 мас. %, то 1,06 г свежеприготовленного диоксида кремния следует разбавить до 100 г деионизированной водой.

Часто отношение массы анионного красителя к массе четвертичного аммониевого соединения может находиться в диапазоне от примерно 0,01:1 до примерно 0,72:1. В некоторых вариантах осуществления отношение масс может находиться в диапазоне примерно от 0,01:1 до 0,48:1; альтернативно, от примерно 0,01 до примерно 0,24:1; альтернативно, от примерно 0,02:1 до примерно 0,18:1; альтернативно, от примерно 0,02:1 до примерно 0,48:1; альтернативно, от примерно 0,02:1 до примерно 0,36:1; или альтернативно, от примерно 0,02:1 до примерно 0,24:1. В других вариантах осуществления отношение массы анионного красителя к массе четвертичного аммониевого соединения может находиться в диапазоне примерно от 0,04:1 до 0,72:1; альтернативно, от примерно 0,04 до примерно 0,48:1; альтернативно, от примерно 0,04:1 до примерно 0,36:1; альтернативно, от примерно 0,04:1 до примерно 0,24:1; или альтернативно, от примерно 0,04:1 до примерно 0,18:1. Другие подходящие диапазоны для отношения массы анионного красителя к массе четвертичного аммониевого соединения очевидны из настоящего описания.

В других вариантах осуществления частицы цветного пигмента, предлагаемые в настоящем изобретении, также могут обладать любой из характеристик или свойств, указанных ниже, и в любой комбинации.

В некоторых вариантах осуществления, частицы цветного пигмента могут обладать небольшим средним размером частиц и их часто можно назвать измельченными веществами, тогда как в других вариантах осуществления частицы цветного пигмента могут обладать большим размером и их часто можно назвать гранулами. Следовательно, частицы цветного пигмента могут обладать средним размером частиц (d50), который часто находится в диапазоне от примерно 1 до примерно 1000 мкм, таком как, например, от примерно 1 до примерно 100, от примерно 1 до примерно 50, от примерно 1 до примерно 10, от примерно 2 до примерно 10, от примерно 3 до примерно 8, от примерно 100 до примерно 1000, от примерно 100 до примерно 500, от примерно 100 до примерно 250, от примерно 250 до примерно 1000 или от примерно 500 до примерно 1000 мкм и т.п. Другие подходящие диапазоны для среднего размера частиц очевидны из настоящего описания.

Площадь поверхности частиц цветного пигмента не ограничивается каким-либо конкретным диапазоном, однако площадь поверхности БЭТ частиц цветного пигмента часто находится в диапазоне от примерно 1 до примерно 1200, от примерно 20 до примерно 600 или от примерно 50 до примерно 500 м²/г. В некоторых вариантах осуществления, площадь поверхности БЭТ может находиться в диапазоне от примерно 10 до примерно 500, от примерно 50 до примерно 1000, от примерно 50 до примерно 400, от примерно 100 до примерно 500 или от примерно 100 до примерно 250 м²/г и т.п. Другие подходящие диапазоны для площади поверхности БЭТ очевидны из настоящего описания.

Аналогичным образом, маслоемкость частиц цветного пигмента не ограничивается каким-либо конкретным диапазоном, но обычно частицы цветного пигмента обладают маслоемкостью, находящейся в диапазоне от примерно 30 до примерно 600 см³/100 г. Альтернативно, маслоемкость может находиться в диапазоне от примерно 40 до примерно 500 см³/100 г; альтернативно, от примерно 50 до примерно 500 см³/100 г; альтернативно, от примерно 50 до примерно 400 см³/100 г; альтернативно, от примерно 60 до примерно 250 см³/100 г; альтернативно, от примерно 60 до примерно 200 см³/100 г; или альтернативно, от примерно 70 до примерно 150 см³/100 г. Другие подходящие диапазоны для маслоемкости очевидны из настоящего описания.

В одном варианте осуществления частицы цветного пигмента могут обладать значением рН, которое часто находится в диапазоне от примерно 3 до примерно 10,5. В одном варианте осуществления значение рН может находиться в диапазоне от примерно 3 до примерно 9 или от примерно 4 до примерно 10. В другом варианте осуществления значение рН может находиться в диапазоне от примерно 5 до примерно 10 или от примерно 5 до примерно 9. В еще одном варианте осуществления значение рН может находиться в диапазоне от примерно 5 до примерно 8 или от примерно 6 до примерно 9. В еще одном варианте осуществления значение рН может находиться в диапазоне от примерно 6 до примерно 8 или от примерно 6,5 до примерно 7,5. Другие подходящие диапазоны для значения рН очевидны из настоящего описания.

В соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения, частицы цветного пигмента могут обладать кажущейся насыпной плотностью после уплотнения, которая часто находится в диапазоне от примерно 3 до примерно 60, от примерно 3 до примерно 50 или от примерно 3 до примерно 40 фунт/фут³. В других вариантах осуществления кажущаяся насыпная плотность после уплотнения может находиться в диапазоне от примерно 5 до примерно 60, от примерно 5 до примерно 45, от примерно 6 до примерно 40, от примерно 10 до примерно 40 или от примерно 15 до примерно 35 фунт/фут³ и т.п. Другие подходящие диапазоны для кажущейся насыпной плотности после уплотнения очевидны из настоящего описания.

Для частицы цветного пигмента, описанной в настоящем изобретении не требуется связующее. Поэтому в некоторых вариантах осуществления частицы цветного пигмента в основном не содержат связующее, т.е. содержат менее 1 мас. % связующего. В других вариантах осуществления, частицы цветного пигмента могут содержать менее 0,5 мас. % или менее 0,1 мас. %, или 0 мас. % связующего. Типичные связующие включают поливиниловые спирты и т.п.

В некоторых вариантах осуществления, частицы цветного пигмента являются влажными, например, представляют собой суспензию, содержащую частицы цветного пигмента и более 40 мас. % (в пересчете на массу частиц цветного пигмента) любой подходящей жидкости, такой как вода или органический растворитель. Содержание жидкости в мас. % может меняться в зависимости от желательного содержания твердых веществ в суспензии, например, равного от 40 мас. % до 100 мас. % или более в пересчете на массу частиц цветного пигмента.

В других вариантах осуществления частицы цветного пигмента являются сухими и/или сыпучими частицами. Как легко понимает специалист в данной области техники, многие кремнийоксидные/силикатные материалы содержат минимальное количество захваченной воды (например, 3-15 мас. %), даже если они считаются сухими. Следовательно, сухие частицы и/или сыпучие частицы могут содержать менее 70 мас. %, менее 40 мас. %, менее 10 мас. % или менее 5 мас. % (в пересчете на массу цветных частиц) любой жидкости, такой как вода или органический растворитель.

Одним компонентом частиц цветного пигмента является анионный краситель. Можно использовать любой подходящий анионный краситель, например, анионные растворимые в воде красители. Иллюстративные и неограничивающие примеры подходящих анионных красителей могут включать Red 33, FD&C Red 3, FD&C Red 40, FD&C Blue 1, FD&C Yellow 5, FD&C Yellow 6, FD&C Green 3 и т.п., а также их смеси или комбинации.

Другим компонентом частиц цветного пигмента является четвертичное аммониевое соединение. Можно использовать любое подходящее четвертичное аммониевое соединение, такое как полимерное четвертичное аммониевое соединение или неполимерное четвертичное аммониевое соединение или их комбинацию. Иллюстративные и неограничивающие примеры подходящих полимерных четвертичных аммониевых соединений могут включать Poly-DADMAC (полимер диаллилдиметилхлорида аммония), Poly-Quat Q6/6 (полимер, полученный по реакции N,N,N',N'-тетраметил-1,6-диаминогексана с 1,6-дихлоргексаном), ПГМБ (полигексаметиленбигуанидгидрохлорид), WSCP (поли[оксиэтилен-(диметилимино)этилен-(диметилимино)этилендихлорид]) и т.п., а также их смеси или комбинации. Иллюстративные и неограничивающие примеры подходящих неполимерных четвертичных аммониевых соединений могут включать цетилпиридинийхлорид (ЦПХ), цетилтриметиламмонийбромид (ЦТАБ), бензалконийхлорид (БАХ) и т.п., а также их смеси или комбинации.

Кремнийоксидный и/или силикатный материал, обладающий отрицательным дзета-потенциалом, может включать любой подходящий кремнийоксидный и/или силикатный материал, неограничивающие примеры которого могут включать гели диоксида кремния, тонкодисперсные диоксиды кремния, осажденные диоксиды кремния, силикаты, алюмосиликаты щелочных металлов, модифицированные щелочноземельными металлами алюмосиликаты щелочных металлов и т.п., а также их смеси или комбинации. В объем настоящего изобретения также входят кремнийоксидные и/или силикатные материалы, обладающие сферическими частицами, такие как приведенные в патенте U.S. №8945517, который во всей своей полноте включен в настоящее изобретение в качестве ссылки.

Типичные силикагели включают, в частности, выпускающиеся фирмами Grace (например, SYLOID, SYLODENT) и PQ Corporation (например, GASIL, SILCRON, SORBSIL). Типичные тонкодисперсные диоксиды кремния включают, в частности, выпускающиеся фирмами Cabot Corporation (например, CABOSIL) и Evonik Industries (например, AEROSIL). Типичные осажденные диоксиды кремния включают, в частности, выпускающиеся фирмами J.M. Huber Corporation (например, ZEODENT, ZEOFREE, ZEOTHIX), Grace (например, SYLODENT), PQ Corporation (например, SORBOSIL), Solvay (например, TIXOSIL, ZEOSIL) и Evonik Industries (например, SIDENT, SIPERNAT). Типичные алюмосиликаты щелочного металла и модифицированные щелочноземельным металлом алюмосиликаты щелочного металла включают, в частности, выпускающиеся фирмами J.M Huber Corporation (например, ZEOLEX, HYDREX, HUBERSORB).

В некоторых вариантах осуществления кремнийоксидный и/или силикатный материал, обладающий отрицательным дзета-потенциалом, может включать любой подходящий силикат, неограничивающие примеры которого могут включать частицы силиката кальция, частицы силиката магния и т.п., а также их комбинации. В других вариантах осуществления кремнийоксидный и/или силикатный материал может включать любой подходящий алюмосиликат, неограничивающие примеры которого могут включать алюмосиликаты щелочных металлов (например, алюмосиликаты натрия), модифицированные щелочноземельными металлами алюмосиликаты щелочных металлов (например, алюмосиликат натрия-магния) и т.п., а также их комбинации.

В этих и других вариантах осуществления, любой из подходящих кремнийоксидных и/или силикатных материалов независимо может быть аморфным, может быть синтетическим или может быть и аморфным, и синтетическим.

В других вариантах осуществления кремнийоксидный и/или силикатный материал, обладающий отрицательным дзета-потенциалом, предлагаемый в настоящем изобретении, также может обладать любой из характеристик или свойств, указанных ниже в настоящем изобретении, и в любой комбинации. Например, подходящие диапазоны для среднего размера частиц (d50), площади поверхности БЭТ, маслоемкости и значений рН кремнийоксидного и/или силикатного материала обычно могут быть такими, как раскрытые выше в настоящем изобретении для частиц цветного пигмента. Таким образом, кремнийоксидный и/или силикатный материал можно охарактеризовать средним размером частиц, находящимся в диапазоне от примерно 1 мкм до примерно 1000 мкм (или от примерно 1 мкм до примерно 100 мкм, или от примерно 100 мкм до примерно 1000 мкм и т.п.); дополнительно или альтернативно, площадью поверхности БЭТ, находящейся в диапазоне от примерно 1 м²/г до примерно 1200 м²/г (или от примерно 20 м²/г до примерно 600 м²/г, или от примерно 50 м²/г до примерно 500 м²/г и т.п.); дополнительно или альтернативно, значением маслоемкости, находящимся в диапазоне от примерно 30 см³/100 г до примерно 600 см³/100 г (или от примерно 50 см³/100 г до примерно 400 см³/100 г, или от примерно 60 см³/100 г до примерно 250 см³/100 г и т.п.); дополнительно или альтернативно, значением рН, находящимся в диапазоне от примерно 3 до примерно 10,5 (или от примерно 5 до примерно 9, или от примерно 6 до примерно 8 и т.п.).

На объем пор кремнийоксидного и/или силикатного материала не налагаются особые ограничения. Однако объем пор (т.е. полученный с помощью ртутной порометрии объем пор) часто может находиться в диапазоне от примерно 0,2 до примерно 6 см³/г, таком как, например, от примерно 0,3 до примерно 6, от примерно 0,5 до примерно 6, от примерно 0,4 до примерно 5, от примерно 0,5 до примерно 3, от примерно 0,7 до примерно 5, от примерно 0,7 до примерно 2,5 или от примерно 0,8 до примерно 3 см³/г и т.п.Другие подходящие диапазоны для объема пор очевидны из настоящего описания.

Следует отметить, что на доступность поверхностей кремнийоксидного и/или силикатного материала и поэтому на желательную площадь поверхности БЭТ и объем пор (например, на диаметр пор) можно повлиять путем выбора четвертичного аммониевого соединения. Например, для обладающего большой молекулярной массой полимерного четвертичного аммониевого соединения могут не быть доступны все из имеющихся поверхностей кремнийоксидного и/или силикатного материала, отчасти вследствие размера молекулы. В отличие от этого, для обладающего низкой молекулярной массой неполимерного четвертичного аммониевого соединения может быть доступна более значительная часть имеющихся поверхностей кремнийоксидного и/или силикатного материала.

Как раскрыто в настоящем изобретении, кремнийоксидный и/или силикатный материал обладает отрицательным дзета-потенциалом при рН 8,0±0,5. Обычно кремнийоксидный и/или силикатный материал может обладать дзета-потенциалом, находящимся в диапазоне от примерно -2 мВ до примерно -70 мВ, от примерно -2 мВ до примерно -45 мВ, от примерно -5 мВ до примерно -70 мВ, от примерно -10 мВ до примерно -65 мВ или от примерно -15 мВ до примерно -65 мВ; альтернативно, дзета-потенциал может находиться в диапазоне от примерно -10 мВ до примерно -60 мВ, от примерно -15 мВ до примерно -50 мВ, от примерно -20 мВ до примерно -65 мВ или от примерно -20 мВ до примерно -55 мВ. Другие подходящие диапазоны для дзета-потенциала очевидны из настоящего описания.

СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЧАСТИЦ ЦВЕТНОГО ПИГМЕНТА

В настоящем изобретении раскрыты и описаны способы получения частиц цветного пигмента. Такие способы получения частиц цветного пигмента могут включать (а) введение во взаимодействие кремнийоксидного и/или силикатного материала, обладающего отрицательным дзета-потенциалом, с четвертичным аммониевым соединением с образованием обработанных частиц и (b) введение во взаимодействие обработанных частиц с анионным красителем с образованием частиц цветного пигмента.

Обычно признаки способов (например, в частности, характеристики частиц цветного пигмента, характеристики кремнийоксидного и/или силикатного материала, четвертичного аммониевого соединения, анионного красителя, условия, при которых все компоненты вводят во взаимодействие и образуются частицы цветного пигмента) независимо описаны в настоящем изобретении и эти признаки можно объединять в любой комбинации для дополнительного описания раскрытых способов. Например, частицы цветного пигмента можно охарактеризовать любым средним размером частиц, раскрытым в настоящем изобретении, любой площадью поверхности БЭТ, раскрытой в настоящем изобретении, любой маслоемкостью, раскрытой в настоящем изобретении, любым значением рН, раскрытым в настоящем изобретении, и любой кажущейся насыпной плотностью после уплотнения, раскрытой в настоящем изобретении. Способы, раскрытые в настоящем изобретении можно осуществить в любом подходящем аппарате, таком как контейнер или сосуд с перемешивающим устройством, или так с перемешиванием.

Кроме того, другие стадии способа можно провести до, во время и/или после любой из стадий, указанных в раскрытых способах, если не указано иное. Кроме того, частицы цветного пигмента, полученные в соответствии с любым из раскрытых способов входят в объем настоящего изобретения.

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения водную суспензию кремнийоксидного материала можно ввести во взаимодействие с четвертичным аммониевым соединением на стадии (а). В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения водную суспензию силикатного материала можно ввести во взаимодействие с четвертичным аммониевым соединением на стадии (а). В соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения водную суспензию смеси или комбинации кремнийоксидного и силикатного материала можно ввести во взаимодействие с четвертичным аммониевым соединением на стадии (а).

Четвертичное аммониевое соединение можно ввести во взаимодействие с кремнийоксидным и/или силикатным материалом при разных температурах и в течение разных периодов времени. Например, температура может находиться в диапазоне от примерно 10°С до примерно 80°С; альтернативно, от примерно 10°С до примерно 70°С; альтернативно, от примерно 10°С до примерно 60°С; альтернативно, от примерно 20°С до примерно 80°С; альтернативно, от примерно 20°С до примерно 60°С; альтернативно, от примерно 20°С до примерно 50°С; или альтернативно, от примерно 25°С до примерно 75°С. В этих и других вариантах осуществления эти диапазоны температур также включают случаи, когда способы проводят при последовательности разных температур (например, при начальной температуре, конечной температуре), вместо одной фиксированной температуры, входящих в соответствующие диапазоны. Например, четвертичное аммониевое соединение и кремнийоксидный и/или силикатный материал можно ввести во взаимодействие сначала при более низкой температуре и затем температуру можно повысить до более высокой, конечной температуры.

Продолжительность стадии взаимодействия четвертичного аммониевого соединения по меньшей мере с одним из следующих: кремнийоксидный материал и силикатный материал, не ограничивается каким-либо конкретным периодом времени. Следовательно, эту стадию можно провести, например, в течение периода времени, находящегося в диапазоне от всего 15-30 с до составляющего 24-48 ч или более. Подходящая продолжительность взаимодействия может зависеть, например, в числе других переменных, от начальной/конечной температуры и содержания твердых веществ в водной суспензии. Однако обычно стадию взаимодействия можно провести в течение периода времени, который может находиться в диапазоне от примерно 15 с до примерно 48 ч, таком как, например, от примерно 1 мин до примерно 24 ч, от примерно 1 мин до примерно 8 ч, от примерно 15 мин до примерно 6 ч, от примерно 5 мин до примерно 2 ч или от примерно 30 мин до примерно 2 ч. Другие условия, достаточные для проведения способов, описанных в настоящем изобретении, очевидны из настоящего описания.

После образования обработанных частиц на стадии (а) обработанные частицы можно высушить по любой подходящей методике, типичным примером которой является распылительная сушка.

На стадии (b) обработанные частицы можно ввести во взаимодействие с анионным красителем с образованием частиц цветного пигмента. Например, водную суспензию обработанных частиц можно ввести во взаимодействие с анионным красителем на стадии (b). Обработанные частицы можно ввести во взаимодействие с анионным красителем при разных температурах и в течение разных периодов времени, таких как описанные в настоящем изобретении для стадии (а). При желании способ получения частиц цветного пигмента может дополнительно включать стадию удаления избытка красителя из частиц цветного пигмента. Это можно провести по любой подходящей методике, такой как промывка.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения способы получения частиц цветного пигмента могут дополнительно включать стадию выделения частиц цветного пигмента. Стадию выделения можно провести по любой подходящей методике, такой как фильтрование, сушка и т.п., хотя она не ограничивается ими.

Дополнительно или альтернативно, способы получения частиц цветного пигмента могут дополнительно включать стадию мокрого размола частиц цветного пигмента. Можно использовать методику размола в шаровой мельнице, хотя стадия мокрого размола не ограничивается ей.

Дополнительно или альтернативно, способы получения частиц цветного пигмента могут дополнительно включать стадию сухого размола частиц цветного пигмента. Можно использовать методику размола в молотковой мельнице, хотя стадия сухого размола не ограничивается ей.

КОМПОЗИЦИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЧАСТИЦ ЦВЕТНОГО ПИГМЕНТА

Настоящее изобретение также относится к следующим объектам и включает их: любые композиции, составы и изделия, которые содержат любые частицы цветного пигмента, раскрытые в настоящем изобретении (и соответствующие их характеристики или признаки, такие как средний размер частиц, площадь поверхности, маслоемкость, значение рН, и кажущаяся насыпная плотность после уплотнения), или любые частицы цветного пигмента (и соответствующие их характеристики или признаки), полученные любыми из способов, раскрытых в настоящем изобретении.

Таким образом, в одном варианте осуществления настоящего изобретения композиция может включать жидкость и частицы цветного пигмента, раскрытые в настоящем изобретении. Эта "жидкость" может представлять собой любое соединение, которое в виде чистого соединения является жидкостью (не твердым веществом или газом) при нормальных температуре (25°С) и давлении (1 атм.). В настоящем изобретении жидкости также можно назвать разбавителями. Вода, как должны понимать специалисты в данной области техники, является иллюстративной жидкостью или разбавителем, входящим в объем настоящего изобретения, как и многие органические растворители (например, алифатические углеводороды, ароматические углеводороды и т.п.).

В объем настоящего изобретения входят другие композиции и они могут включать частицы цветного пигмента и любую другую добавку или ингредиент, который является подходящим для конечного применения частиц цветного пигмента. Поскольку частицы цветного пигмента фактически могут быть любого цвета (например, желтыми, красными, синими, оранжевыми, зелеными и т.п., а также представляют собой их комбинации), на конечное применение или полученное изделие, содержащее частицы цветного пигмента, не налагаются особые ограничения. В дополнение к применению в качестве исходного сырья для гранулирования или капсулирования, частицы цветного пигмента можно использовать в красках, покрытиях, зубной пасте и средствах для чистки зубов, косметических продуктах и в других случаях конечного применения.

В одном варианте осуществления неожиданно установлено, что полученные частицы цветного пигмента, раскрытые в настоящем изобретении, могут практически не обесцвечиваться в воде. Такие стойкие по отношению к обесцвечиванию частицы пигмента описаны в примерах, приведенных ниже в настоящем изобретении. Поскольку визуальный анализ обесцвечивания является весьма субъективным, разработан аналитический тест для количественного определения и демонстрации того, что "практически" нет обесцвечивания в воде. Коротко говоря, надосадочную жидкость или продукт выщелачивания отделяют от обладающей равной 1 мас. % концентрацией смеси частиц цветного пигмента в деионизированной воде и по данным, полученным с помощью спектрометра в УФ и видимой области, относительное поглощение по сравнению с поглощением деионизированной воды меньше или равно 0,05. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения относительное поглощение может быть меньше или равно 0,01, или меньше или равно 0,005. Дополнительная информация об измерениях обесцвечивания приведена ниже в настоящем изобретении.

ПРИМЕРЫ

Настоящее изобретение дополнительно проиллюстрировано с помощью приведенных ниже примеров, которые не следует считать каким-либо образом ограничивающими объем настоящего изобретения. Различные другие его варианты осуществления, модификации и эквиваленты специалист с общей подготовкой в данной области техники может самостоятельно предложить без отклонения от сущности настоящего изобретения или объема прилагаемой формулы изобретения.

Средний размер частиц, или d50, или медианный размер частиц означает размер частиц, такой что 50% частиц образца обладают меньшим размером и 50% частиц образца обладают более крупным размером. Средний размер частиц определяли по методике лазерной дифракции с использованием прибора Horiba LA 300.

Площади поверхности БЭТ и объемы пор, раскрытые в настоящем изобретении, определяли с помощью прибора Micromeritics TriStar II 3020 V1.03 с использованием соответственно методики адсорбции азота БЭТ, описанной в публикации Brunaur et al., J. Am. Chem. Soc, 60, 309 (1938), и изотерм десорбции BJH с поправкой Halsey Faas, описанной в публикации Halsey, G.D., J. Chem. Phys. (1948), 16, pp. 931, и такие методики хорошо известны специалистам в данной области техники.

Значения маслоемкости определяли по методике растирания, описанной в стандарте ASTM D281, с использованием льняного масла (количество см³ масла, адсорбированного на 100 г частиц). Обычно более значительная маслоемкость указывает на более структурированную частицу, а меньшее значение обычно указывает на менее структурированную частицу.

Значения рН, раскрытые в настоящем изобретении (рН при 5%) определяли в водной системе, содержащей 5 мас. % твердых веществ в деионизированной воде, с использованием рН-метра.

Дзета-потенциал определяли путем приготовления суспензии, содержащей 1 мас. % сухого диоксида кремния или силиката в деионизированной воде. Затем значение рН этой суспензии устанавливали равным 8,0±0,5 с использованием 0,5М раствора гидроксида натрия, и добавленную массу учитывали для регулирования массового содержания в процентах сухого диоксида кремния/силиката в суспензии до проведения измерений. Затем дзета-потенциал измеряли с помощью прибора ZetaProbe, изготовленного фирмой Colloidal Dynamics.

Для определения насыпной плотности и кажущейся насыпной плотности после уплотнения 20 г образца помещали в мерный цилиндр объемом 250 мл с плоским резиновым дном. Регистрировали начальный объем и его использовали для расчета насыпной плотности путем его деления на массу используемого образца. Затем цилиндр помещали в машину для определения плотности утряски, где его вращали в эксцентрике со скоростью 60 об/мин. Эксцентрик устроен так, что он поднимает на расстояние, равное 5,715 см, и сбрасывает цилиндр один раз в секунду, пока объем образца станет постоянным, обычно в течение 15 мин. Этот конечный объем регистрируют и используют для расчета кажущейся насыпной плотности после уплотнения путем его деления на массу используемого образца.

В приведенной ниже таблице I приведены характеристики осажденного диоксида кремния А и осажденного диоксида кремния В, которые использовали для получения частиц цветного пигмента в приведенных ниже примерах.

ПРИМЕРЫ 1-2

Определение количества четвертичного аммониевого соединения, достаточного для обеспечения равного 0 мВ дзета-потенциала.

Для определения количества четвертичного аммониевого соединения, подходящего для надлежащей иммобилизации анионного красителя, проводили титрование дзета-потенциала. В примере 1 использовали подложку из диоксида кремния А, а в примере 2 использовали подложку из диоксида кремния В. Для титрования обладающую равной 1 мас. % концентрацией суспензию желательной подложки из диоксида кремния/силиката готовили путем использования 1,6 г сухого диоксида кремния/силиката и разбавления до 160 г деионизированной водой. Эту суспензию перемешивали с помощью магнитной мешалки при 500 об/мин в течение 10 мин, чтобы диоксид кремния/силикат полностью смочился. Если полученная суспензия обладала значением рН, равным менее 8,0, ее значение рН устанавливали равным 8,0 0,5 М раствором гидроксида натрия. Однако, если значение рН суспензии уже было больше или равно 8,0, значение рН не меняли. После завершения установления значения рН (если его проводили), содержание в мас. % диоксида кремния в суспензии пересчитывали с учетом массы 0,5 М раствора гидроксида натрия, использованного для установления значения рН. Затем суспензию (или суспензию с установленным значением рН) титровали разбавленным раствором желаемого четвертичного аммониевого реагента; в примерах 1-2 использовали обладающий равной 3 мас. % концентрацией раствор цетилтриметиламмонийбромида (ЦТАБ). Титровали одинаковыми порциями этого раствора ЦТАБ, достаточно небольшими, чтобы определить пересечение с равным 0 дзета-потенциалом. Затем массу четвертичного аммониевого соединения, необходимую для обеспечения равного 0 мВ дзета-потенциала, и массу в сухом состоянии диоксида кремния/силиката в суспензии использовали для определения отношения количества миллиграммов четвертичного аммониевого соединения к количеству граммов диоксида кремния/силиката, которое было определено, как количество четвертичного аммониевого соединения, достаточное для обеспечения равного 0 мВ дзета-потенциала для конкретной комбинации четвертичного аммониевого соединения и подложки из диоксида кремния/силиката. На фиг. 1 представлены зависимости для дзета-потенциала для примеров 1-2 (подложка из диоксида кремния А и подложка из диоксида кремния В) и определение количества четвертичного аммониевого соединения, достаточного для обеспечения равного 0 мВ дзета-потенциала (пересечение с равным 0 мВ дзета-потенциалом). Если представляет интерес емкость полимерного четвертичного аммониевого соединения, такого как Poly-DADMAC, то выполняли аналогичную процедуру, но использовали 8 г желательной подложки из диоксида кремния/силиката для обеспечения лучшего разрешения (и количество используемого полимерного четвертичного аммониевого соединения нормировали на такую же обладающую равной 1 мас. % концентрацией суспензию, использующуюся для ЦТАБ), поскольку для этих полимерных материалов может не быть доступно значительное количество внутренних поверхностей частицы.

ПРИМЕРЫ 3-54

Получение цветных пигментов на основе диоксида кремния и исследование обесцвечивания.

Для исследования подходящего отношения массы анионного красителя к массе четвертичного аммониевого соединения для данного диоксида кремния/силиката при данном выраженном в процентах содержании четвертичного аммониевого соединения, готовили несколько групп по 5 окрашенных материалов. Готовили начальную суспензию желательной подложки из диоксида кремния/силиката и значение рН устанавливали таким же образом, как при титрованиях дзета-потенциала, описанных в примерах 1-2. Затем количество перемешанной суспензии, подходящее для введения 0,5 г сухого диоксида кремния/силиката, помещали в группу сосудов и перемешивали с помощью магнитной мешалки. В каждой группе количество четвертичного аммониевого фиксирующего реагента устанавливали равным конкретной выраженной в процентах доле от количества, необходимого для обеспечения равного 0 мВ дзета-потенциала при титровании, например, 50%, 90%, 200% и т.п., и добавляли это конкретное количество раствора четвертичного аммониевого соединения. Затем к каждому из группы материалу из группы добавляли увеличивающиеся количества анионного красителя в виде обладающего равной 1 мас. % концентрацией раствора. Затем суспензии полностью высушивали при 80-95°С, размалывали и помещали в новый чистый сосуд.

Затем исследовали обесцвечивание полученных частиц цветного пигмента путем использования равной 0,1 г порции и ее суспендирования в 9,9 г деионизированной воды в пробирке объемом 45 мл для центрифуги и получали обладающую равной 1 мас. % концентрацией суспензию частиц цветного пигмента. Затем пробирку вращали в течение 30 мин для обеспечения возможности обесцвечивания и центрифугировали с использованием центрифуги с подвешивающимися стаканами при 5000 об/мин в течение 10 мин. Затем каждую надосадочную жидкость помещали в чистую пробирку и центрифугировали в течение еще 10 мин для удаления любых оставшихся измельченных веществ и надосадочную жидкость пипеткой переносили в чистый сосуд. Затем степень обесцвечивания определяли путем измерения поглощения этой надосадочной жидкости и ее сопоставления с поглощением деионизованной воды при длине волны, соответствующей максимуму поглощения анионного красителя, с использованием спектрометра в УФ и видимой области Perkin Elmer Lambda 35 UV-VIS с шириной щели, равной 2,0 нм, и длиной пути в образце, равной 1 см. Длину волны, соответствующую максимуму поглощения, подтверждали путем полного сканирования раствора стандарта, например, Red 33 обладает максимумом поглощения при длине волны, равной 530 нм. Если поглощающая способность полученной надосадочной жидкости равнялась менее 0,05, то считают, что практически нет обесцвечивания. Для Red 33 это соответствует концентрации в надосадочной жидкости, равной примерно 0,0001 мас. %.

В таблице II представлены композиции частиц цветного пигмента примеров 3-54 и характеристики обесцвечивания пигментов. С использованием методик, раскрытых в настоящем изобретении, получали частицы цветного пигмента, обладающие широким диапазоном содержаний диоксида кремния, четвертичного аммониевого соединения и анионного красителя. Обычно пигменты, полученные из диоксида кремния А, обладали большей интенсивностью цвета, чем полученные из диоксида кремния В. На количество анионного красителя, которое приводит к обесцвечиванию, может влиять количество ЦТАБ, а также характеристики подложки из диоксида кремния. В примерах 23-25 использовали большое относительное количество ЦТАБ и обнаруживалось относительно большее обесцвечивание, чем для других сравнимых пигментов. Например, пигменты, содержащие 50-200% ЦТАБ, обычно обладали меньшим обесцвечиванием. Пример 7 показывает, что пигменты с меньшим содержанием ЦТАБ могли приводить к обесцвечиванию, если используют слишком много анионного красителя.

В таблице III приведены дополнительные характеристики частиц цветного пигмента примеров 53-54. Благоприятно, что, за исключением площади поверхности БЭТ, соответствующие характеристики, приведенные в таблице III, были сопоставимы с приведенными в таблице I.

ПРИМЕРЫ 55-81

Получение цветных пигментов на основе диоксида кремния или силиката и исследование обесцвечивания.

Примеры 55-81 выполняли, чтобы продемонстрировать применение других подложек из диоксида кремния/силиката, а также применение других анионных красителей и четвертичных аммониевых соединений. В таблице IV приведены характеристики диоксида кремния С, алюмосиликата натрия D, диоксида кремния Е и диоксида кремния F, которые использовали для получения частиц цветного пигмента в приведенных ниже примерах. Ту же методику, описанную в примерах 1-2, использовали для определения подходящего количества желательного четвертичного аммониевого соединения для обеспечения равного 0 мВ дзета-потенциала для выбранной подложки. Затем это количество использовали для приготовления окрашенных материалов по той же методике, которая описана в примерах 3-54. Конкретная подложка, содержание четвертичного аммониевого соединения и содержание красителя в примерах 55-81, а также соответствующие данные по обесцвечиванию пигмента, если оно происходит (с использованием методики исследования, описанной в настоящем изобретении и модифицированной для использования подходящей длина волны поглощения для выбранного анионного красителя) представлены в таблицах.

В таблице V представлены композиции частиц цветного пигмента примеров 55-69 и характеристики обесцвечивания пигментов. С использованием методик, раскрытых в настоящем изобретении, получали частицы цветного пигмента, обладающие широким диапазоном содержаний диоксида кремния/силиката, четвертичного аммониевого соединения и анионного красителя. Примеры 55-60 выполняли с использованием диоксида кремния С и алюмосиликата D, которые обычно обладают частицами сферообразной формы. Эти примеры также демонстрируют применение силикатной подложки, которая в отличие от подложек из диоксида кремния, приводит к значительному обесцвечиванию, когда содержание четвертичного аммониевого соединения было менее 100%. В примерах 61-69 использовали подложку из диоксида кремния Е с постоянным содержанием четвертичного аммониевого соединения, равным 100%, но с использованием различных анионных красителей при полном содержании, равном 0,12 мг красителя на 1 мг ЦТАБ. В примере 69 смесь двух красителей, FD&C Blue #1 и FD&C Yellow #5, использовали для получения зеленого пигмента. За исключением примеров 58-59, в этих примерах обесцвечивание не обнаружено.

В таблице VI представлены композиции частиц цветного пигмента примеров 70-72 и характеристики обесцвечивания этих пигментов. В примерах 70-72 использовали подложку из диоксида кремния F, которая обладает очень большой площадью поверхности БЭТ. Эти примеры демонстрируют применение диоксида кремния F вместе с обладающим низкой молекулярной массой четвертичным аммониевым соединением (ЦТАБ), для которых может быть доступна наибольшая часть имеющейся площади поверхности. Результатом являлось высокая насыщенность цвета и отсутствие обесцвечивания при содержании четвертичного аммониевого соединения, равном 100%, и при содержании анионного красителя, равном 0,12 мг красителя на 1 мг ЦТАБ.

В таблице VII представлены композиции частиц цветного пигмента примеров 73-81 и характеристики обесцвечивания этих пигментов. Примеры 73-81 выполняли с использованием диоксида кремния F (большая площадь поверхности) и обладающего более высокой молекулярной массой (полимерного) четвертичного аммониевого соединения (Poly-DADMAC с молекулярной массой <100000), для которых может не быть доступна наибольшая часть имеющейся площади поверхности диоксида кремния F. По этой причине количество четвертичного аммониевого соединения, необходимое для обеспечения равного 0 мВ дзета-потенциала, являлось довольно низким (см. таблицу IV). Однако, хотя расположение четвертичного аммониевого соединения и анионного красителя может быть в основном ограничено наружными поверхностями частиц диоксида кремния F, насыщенность цвета все же была видимо хорошей, но обычно не столь высокой, как при использовании ЦТАБ. Эти примеры выполняли с использованием содержаний четвертичного аммониевого соединения, равных 50%, 100% и 150%, но с использованием различных анионных красителей при полном содержании, равном 0,06 мг красителя на 1 мг полимерного четвертичного аммониевого соединения. В большинстве случаев пигменты обладали минимальным обесцвечиванием или обесцвечивание не происходило. Представляется, что при использовании обладающего большей молекулярной массой (полимерного) четвертичного аммониевого соединения проявлялась более значительная чувствительность по отношению к увеличенным содержаниям красителя, но представляется, что ситуация улучшается при увеличении содержания четвертичного аммониевого соединения.

Настоящее изобретение описано выше со ссылкой на многочисленные варианты осуществления и конкретные примеры. Многие изменения предложат сами специалисты в данной области техники с учетом приведенного выше подробного описания. Все такие очевидные изменения входят в полный предполагаемый объем прилагаемой формулы изобретения. Другие варианты осуществления настоящего изобретения могут включать, но не ограничиваются только ими, приведенные ниже (варианты осуществления описаны с использованием выражения "включающие", но, альтернативно, можно использовать выражения "состоящие в основном из" или "состоящие из"):

Вариант осуществления 1. Частицы цветного пигмента, включающие (i) кремнийоксидный и/или силикатный материал, обладающий отрицательным дзета-потенциалом; (ii) анионный краситель; и (iii) четвертичное аммониевое соединение.

Вариант осуществления 2. Способ получения частиц цветного пигмента, способ включает (а) введение во взаимодействие кремнийоксидного и/или силикатного материала, обладающего отрицательным дзета-потенциалом, с четвертичным аммониевым соединением с образованием обработанных частиц; и (b) введение во взаимодействие обработанных частиц с анионным красителем с образованием частиц цветного пигмента.

Вариант осуществления 3. Способ или частицы пигмента, определенные в варианте осуществления 1 или 2, в которых отношение количества четвертичного аммониевого соединения к количеству кремнийоксидного и/или силикатного материала (полному) находится в любом подходящем диапазоне или в любом диапазоне, раскрытом в настоящем изобретении, например, от примерно 1% до примерно 400%, от примерно 50% до примерно 300%, от примерно 25% до примерно 250%, от примерно 75% до примерно 200% и т.п.от количества четвертичного аммониевого соединения, достаточного для обеспечения равного 0 мВ дзета-потенциала для обладающей равной 1 мас. % концентрацией смеси сухого кремнийоксидного и/или силикатного материала в деионизированной воде.

Вариант осуществления 4. Способ или частицы пигмента, определенные в одном из предыдущих вариантов осуществления, в которых отношение массы анионного красителя к массе четвертичного аммониевого соединения находится в любом подходящем диапазоне или в любом диапазоне отношений масс, раскрытых в настоящем изобретении, например, от примерно 0,01:1 до примерно 0,72:1, примерно от 0,01:1 до 0,48:1, от примерно 0,02 до примерно 0,24:1, от примерно 0,02:1 до примерно 0,36:1, от примерно 0,04:1 до примерно 0,24:1, от примерно 0,02:1 до примерно 0,18:1 и т.п.

Вариант осуществления 5. Способ или частицы пигмента, определенные в одном из предыдущих вариантов осуществления, где частицы цветного пигмента характеризуются любым подходящим средним размером частиц или средним размером частиц, находящимся в любом диапазоне, раскрытом в настоящем изобретении, например, от примерно 1 мкм до примерно 1000 мкм, от примерно 1 мкм до примерно 100 мкм, от примерно 100 мкм до примерно 1000 мкм и т.п.

Вариант осуществления 6. Способ или частицы пигмента, определенные в одном из предыдущих вариантов осуществления, где частицы цветного пигмента характеризуются любой подходящей площадью поверхности БЭТ, или площадью поверхности БЭТ, находящейся в любом диапазоне, раскрытом в настоящем изобретении, например, от примерно 1 м²/г до примерно 1200 м²/г, от примерно 20 м²/г до примерно 600 м²/г, от примерно 50 м²/г до примерно 500 м²/г и т.п.

Вариант осуществления 7. Способ или частицы пигмента, определенные в одном из предыдущих вариантов осуществления, где частицы цветного пигмента характеризуются любой подходящей маслоемкостью или значение маслоемкости находится в любом диапазоне, раскрытом в настоящем изобретении, например, от примерно 30 см³/100 г до примерно 600 см³/100 г, от примерно 50 см³/100 г до примерно 400 см³/100 г, от примерно 60 см³/100 г до примерно 250 см³/100 г и т.п.

Вариант осуществления 8. Способ или частицы пигмента, определенные в одном из предыдущих вариантов осуществления, где частицы цветного пигмента характеризуются любым подходящим значением рН или значением рН, находящимся в любом диапазоне, раскрытом в настоящем изобретении, например, от примерно 3 до примерно 10,5, от примерно 5 до примерно 9, от примерно 6 до примерно 8 и т.п.

Вариант осуществления 9. Способ или частицы пигмента, определенные в одном из предыдущих вариантов осуществления, где частицы цветного пигмента характеризуются любой подходящей кажущейся насыпной плотности после уплотнения или кажущейся насыпной плотности после уплотнения, находящейся в любом диапазоне, раскрытом в настоящем изобретении, например, от примерно 3 фунт/фут³ до примерно 60 фунт/фут³, от примерно 5 фунт/фут³ до примерно 45 фунт/фут³, от примерно 6 фунт/фут³ до примерно 40 фунт/фут³ и т.п.

Вариант осуществления 10. Способ или частицы пигмента, определенные в одном из предыдущих вариантов осуществления, в которых кремнийоксидный и/или силикатный материал характеризуется любым подходящим средним размером частиц или средним размером частиц, находящимся в любом диапазоне, раскрытом в настоящем изобретении, например, от примерно 1 мкм до примерно 1000 мкм, от примерно 1 мкм до примерно 100 мкм, от примерно 100 мкм до примерно 1000 мкм и т.п.

Вариант осуществления 11. Способ или частицы пигмента, определенные в одном из предыдущих вариантов осуществления, в которых кремнийоксидный и/или силикатный материал характеризуется любой подходящей площадью поверхности БЭТ или площадью поверхности БЭТ, находящейся в любом диапазоне, раскрытом в настоящем изобретении, например, от примерно 1 м²/г до примерно 1200 м²/г, от примерно 20 м²/г до примерно 600 м²/г, от примерно 50 м²/г до примерно 500 м²/г и т.п.

Вариант осуществления 12. Способ или частицы пигмента, определенные в одном из предыдущих вариантов осуществления, в которых кремнийоксидный и/или силикатный материал характеризуется любым подходящим (ртутная порометрия) объемом пор или объемом пор, находящимся в любом диапазоне, раскрытом в настоящем изобретении, например, от примерно 0,5 см³/г до примерно 6 см³/г, от примерно 0,7 см³/г до примерно 5 см³/г, от примерно 0,8 см³/г до примерно 3 см³/г и т.п.

Вариант осуществления 13. Способ или частицы пигмента, определенные в одном из предыдущих вариантов осуществления, в которых кремнийоксидный и/или силикатный материал характеризуется любой подходящей маслоемкостью или значение маслоемкости находится в любом диапазоне, раскрытом в настоящем изобретении, например, от примерно 30 см³/100 г до примерно 600 см³/100 г, от примерно 50 см³/100 г до примерно 400 см³/100 г, от примерно 60 см³/100 г до примерно 250 см³/100 г и т.п.

Вариант осуществления 14. Способ или частицы пигмента, определенные в одном из предыдущих вариантов осуществления, в которых кремнийоксидный и/или силикатный материал характеризуется подходящим значением рН или значением рН, находящимся в любом диапазоне, раскрытом в настоящем изобретении, например, от примерно 3 до примерно 10,5, от примерно 5 до примерно 9, от примерно 6 до примерно 8 и т.п.

Вариант осуществления 15. Способ или частицы пигмента, определенные в одном из предыдущих вариантов осуществления, в которых кремнийоксидный и/или силикатный материал характеризуется подходящим дзета-потенциалом или дзета-потенциалом, находящимся в любом диапазоне, раскрытом в настоящем изобретении, например, от примерно -2 мВ до примерно -70 мВ, от примерно -15 мВ до примерно -65 мВ, от примерно -10 мВ до примерно -60 мВ и т.п.

Вариант осуществления 16. Способ или частицы пигмента, определенные в одном из предыдущих вариантов осуществления, где частицы цветного пигмента в основном не содержат связующее, например, содержат менее 1 мас. %, менее 0,5 мас. %, менее 0,1 мас. %, 0% и т.п., и неограничивающие примеры связующих включают поливиниловые спирты и т.п.

Вариант осуществления 17. Способ или частицы пигмента, определенные в любом из вариантов осуществления 1-16, где частицы цветного пигмента являются влажными, например, представляют собой суспензию, содержащую более 40 мас. % любой подходящей жидкости, например, воды, органического растворителя и т.п.

Вариант осуществления 18. Способ или частицы пигмента, определенные в любом из вариантов осуществления 1-16, где частицы цветного пигмента являются сухими, например, содержат менее 70 мас. %, менее 40 мас. %, менее 10 мас. %, менее 5 мас. % и т.п.любой жидкости, например, воды, органического растворителя и т.п.

Вариант осуществления 19. Способ или частицы пигмента, определенные в любом из вариантов осуществления 1-16, где частицы цветного пигмента являются сыпучими.

Вариант осуществления 20. Способ или частицы пигмента, определенные в любом из вариантов осуществления 1-19, в которых кремнийоксидный и/или силикатный материал включает любой подходящий силикагель или любой силикагель, раскрытый в настоящем изобретении, такие как выпускающиеся фирмами Grace (например, SYLOID, SYLODENT), PQ Corporation (например, GASIL, SILCRON, SORBSIL) и т.п.

Вариант осуществления 21. Способ или частицы пигмента, определенные в любом из вариантов осуществления 1-19, в которых кремнийоксидный и/или силикатный материал включает любой подходящий тонкодисперсный диоксид кремния или любой тонкодисперсный диоксид кремния, раскрытый в настоящем изобретении, такие как выпускающиеся фирмами Cabot Corporation (например, CABOSIL), Evonik Industries (например, AEROSIL) и т.п.

Вариант осуществления 22. Способ или частицы пигмента, определенные в любом из вариантов осуществления 1-19, в которых кремнийоксидный и/или силикатный материал включает любой подходящий осажденный диоксид кремния или любой осажденный диоксид кремния, раскрытый в настоящем изобретении, такие как выпускающиеся фирмами J.M. Huber Corporation (например, ZEODENT, ZEOFREE, ZEOTHIX), Grace (например, SYLODENT), PQ Corporation (например, SORBOSIL), Solvay (например, TIXOSIL, ZEOSIL), Evonik Industries (например, SIDENT, SIPERNAT) и т.п.

Вариант осуществления 23. Способ или частицы пигмента, определенные в любом из вариантов осуществления 1-19, в которых кремнийоксидный и/или силикатный материал включает любой подходящий алюмосиликат или любой алюмосиликат, раскрытый в настоящем изобретении, например, частицы алюмосиликата щелочного металла, частицы модифицированного щелочноземельным металлом алюмосиликата щелочного металла, а также их комбинации, такие как выпускающиеся фирмами J.M Huber Corporation (например, ZEOLEX, HYDREX, HUBERSORB) и т.п.

Вариант осуществления 24. Способ или частицы пигмента, определенные в любом из вариантов осуществления 1-19, в которых кремнийоксидный и/или силикатный материал включает частицы алюмосиликата натрия.

Вариант осуществления 25. Способ или частицы пигмента, определенные в любом из вариантов осуществления 1-19, в которых кремнийоксидный и/или силикатный материал включает частицы алюмосиликата натрия-магния.

Вариант осуществления 26. Способ или частицы пигмента, определенные в любом из вариантов осуществления 1-19, в которых кремнийоксидный и/или силикатный материал включает частицы силиката кальция и/или силиката магния.

Вариант осуществления 27. Способ или частицы пигмента, определенные в одном из предыдущих вариантов осуществления, в которых кремнийоксидный и/или силикатный материал является аморфным.

Вариант осуществления 28. Способ или частицы пигмента, определенные в одном из предыдущих вариантов осуществления, в которых кремнийоксидный и/или силикатный материал является синтетическим.

Вариант осуществления 29. Способ или частицы пигмента, определенные в любом из вариантов осуществления 1-28, в которых анионный краситель включает любой подходящий растворимый в воде краситель или любой растворимый в воде краситель, раскрытый в настоящем изобретении, например, Red 33, FD&C Red 3, FD&C Red 40, FD&C Blue 1, FD&C Yellow 5, FD&C Yellow 6, FD&C Green 3 и т.п., а также их комбинации.

Вариант осуществления 30. Способ или частицы пигмента, определенные в любом из вариантов осуществления 1-29, в которых четвертичное аммониевое соединение включает любое подходящее полимерное четвертичное аммониевое соединение или любое полимерное четвертичное аммониевое соединение, раскрытое в настоящем изобретении, например, Poly-DADMAC, Poly-Quat и т.п., а также их комбинации.

Вариант осуществления 31. Способ или частицы пигмента, определенные в любом из вариантов осуществления 1-29, в которых четвертичное аммониевое соединение включает любое подходящее неполимерное четвертичное аммониевое соединение или любое неполимерное четвертичное аммониевое соединение, раскрытое в настоящем изобретении, например, цетилпиридинийхлорид (ЦПХ), цетилтриметиламмонийбромид (ЦТАБ), бензалконийхлорид (БАХ) и т.п., а также их комбинации.

Вариант осуществления 32. Способ, определенный в любом из вариантов осуществления 2-31, в котором водную суспензию кремнийоксидного и/или силикатного материала вводят во взаимодействие с четвертичным аммониевым соединением на стадии (а).

Вариант осуществления 33. Способ, определенный в любом из вариантов осуществления 2-32, дополнительно включающий стадию сушки обработанных частиц после стадии (а).

Вариант осуществления 34. Способ, определенный в любом из вариантов осуществления 2-33, в котором четвертичное аммониевое соединение вводят во взаимодействие с кремнийоксидным и/или силикатным материалом при любой подходящей температуре и в течение любого периода времени, или при любой температуре и в течение любого периода времени, раскрытого в настоящем изобретении, например, от примерно 10°С до примерно 80°С, от примерно 20°С до примерно 60°С, от примерно 15 с до примерно 48 ч, от примерно 1 мин до примерно 8 ч, от примерно 5 мин до примерно 2 ч и т.п.

Вариант осуществления 35. Способ, определенный в любом из вариантов осуществления 2-34, в котором водную суспензию обработанных частиц вводят во взаимодействие с анионным красителем на стадии (b).

Вариант осуществления 36. Способ, определенный в любом из вариантов осуществления 2-35, дополнительно включающий стадию удаления избытка красителя из частиц цветного пигмента, по любой подходящей методике или любой методике, раскрытой в настоящем изобретении, например, промывка и т.п.

Вариант осуществления 37. Способ, определенный в любом из вариантов осуществления 2-36, дополнительно включающий стадию выделения частиц цветного пигмента, по любой подходящей методике или любой методике, раскрытой в настоящем изобретении, например, фильтрование, сушку и т.п.

Вариант осуществления 38. Способ, определенный в любом из вариантов осуществления 2-37, дополнительно включающий стадию мокрого размола частиц цветного пигмента, по любой подходящей методике или любой методике, раскрытой в настоящем изобретении, например, размол в шаровой мельнице и т.п.

Вариант осуществления 39. Способ, определенный в любом из вариантов осуществления 2-38, дополнительно включающий стадию сухого размола частиц цветного пигмента, по любой подходящей методике или любой методике, раскрытой в настоящем изобретении, например, размол в молотковой мельнице и т.п.

Вариант осуществления 40. Частицы цветного пигмента, полученные способом, определенным в любом из вариантов осуществления 2-39.

Вариант осуществления 41. Частицы пигмента, определенные в любом из вариантов осуществления 1-31 и 40, где частицы цветного пигмента практически не обесцвечиваются в воде.

Вариант осуществления 42. Частицы пигмента, определенные в любом из вариантов осуществления 1-31 и 40-41, где частицы цветного пигмента являются желтыми, красными, синими, оранжевыми, зелеными и т.п.или представляют собой их комбинации.

Вариант осуществления 43. Композиция, включающая жидкость (например, воду, органический растворитель) и частицы пигмента, определенные в любом из вариантов осуществления 1-31 и 40-42.

Вариант осуществления 44. Изделие, включающее частицы пигмента, определенные в любом из вариантов осуществления 1-31 и 40-42.

Изобретение относится к цветным пигментам на основе кремнийоксидного и/или силикатного материала, находящим широкое применение в строительных материалах. Описываются частицы цветного пигмента, включающие кремнийоксидный и/или силикатный материал, обладающий отрицательным дзета-потенциалом, анионный краситель и четвертичное аммониевое соединение. Указанный материал включает осажденный диоксид кремния. Количественное содержание четвертичного аммониевого соединения находится в диапазоне от 50 до 300 мас.%, достаточном для обеспечения 0 мВ дзета-потенциала смеси сухого указанного материала в деионизированной воде концентрации 1 мас.%. Отношение массы красителя к массе четвертичного соединения находится в диапазоне от 0,02:1 до 0,24:1. Описывается также способ получения частиц цветного пигмента. Указанные частицы цветного пигмента характеризуются средним размером частиц от 1 до 1000 мкм, площадью поверхности БЭТ от 1 до 1200 м²/г, значением маслоемкости от 30 до 600 см³/100 г, кажущейся насыпной плотностью после уплотнения от 3 до 60 фунт/фут³, значением рН от 3 до 10,5. Изобретение обеспечивает повышенную стойкость частиц цветного пигмента, содержащего кремнийоксидный и/или силикатный материал, к обесцвечиванию. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 1 ил., 7 табл., 81 пр.

1. Частицы цветного пигмента, включающие:

(i) кремнийоксидный и/или силикатный материал, обладающий отрицательным дзета-потенциалом;

(ii) анионный краситель; и

(iii) четвертичное аммониевое соединение; где:

количественное содержание четвертичного аммониевого соединения, достаточное для обеспечения равного 0 мВ дзета-потенциала для обладающей равной 1 мас.% концентрацией смеси сухого кремнийоксидного и/или силикатного материала в деионизированной воде, находится в диапазоне от 50 до 300 % по массе; и

отношение массы анионного красителя к массе четвертичного аммониевого соединения находится в диапазоне от 0,02:1 до 0,24:1, и

кремнийоксидный и/или силикатный материал включает осажденный диоксид кремния,

и указанные частицы цветного пигмента характеризуются: средним размером частиц, находящимся в диапазоне от 1 мкм до 1000 мкм;

площадью поверхности БЭТ, находящейся в диапазоне от 1 м²/г до 1200 м²/г; значением маслоемкости, находящимся в диапазоне от 30 см³/100 г до 600 см³/100 г;

значением рН, находящимся в диапазоне от 3 до 10,5; и

кажущейся насыпной плотностью после уплотнения, находящейся в диапазоне от 3 фунт/фут³ до 60 фунт/фут³.

2. Частицы пигмента по п. 1, где:

частицы цветного пигмента характеризуются значением рН, находящимся в диапазоне от 5 до 9;

количественное содержание четвертичного аммониевого соединения, достаточное для обеспечения равного 0 мВ дзета-потенциала для обладающей равной 1 мас.% концентрацией смеси сухого кремнийоксидного и/или силикатного материала в деионизированной воде, находится в диапазоне от 75 до 200 % по массе; и отношение массы анионного красителя к массе четвертичного аммониевого соединения находится в диапазоне от 0,02:1 до 0,18:1.

3. Частицы пигмента по п. 1, в которых кремнийоксидный и/или силикатный материал включает частицы алюмосиликата щелочного металла, частицы модифицированного щелочноземельным металлом алюмосиликата щелочного металла или их комбинации.

4. Частицы пигмента по п. 1, в которых кремнийоксидный и/или силикатный материал характеризуется:

средним размером частиц, находящимся в диапазоне от 1 мкм до 1000 мкм;

площадью поверхности БЭТ, находящейся в диапазоне от 1 м²/г до 1200 м²/г;

объемом пор, находящимся в диапазоне от 0,5 см³/г до 6 см³/г; значением маслоемкости, находящимся в диапазоне от 30 см³/100 г до 600 см³/100 г;

значением рН, находящимся в диапазоне от 3 до 10,5; и

дзета-потенциалом, находящимся в диапазоне от -2 мВ до -70 мВ.

5. Частицы пигмента по п. 1, где частицы цветного пигмента в основном не содержат связующее.

6. Частицы пигмента по п. 1, где частицы цветного пигмента являются сыпучими.

7. Частицы пигмента по п. 1, в которых анионный краситель включает Red 33, FD&C Red 3, FD&C Red 40, FD&C Blue 1, FD&C Yellow 5, FD&C Yellow 6, FD&C Green 3 или их комбинации.

8. Частицы пигмента по п. 1, в которых четвертичное аммониевое соединение включает полимерное четвертичное аммониевое соединение.

9. Частицы пигмента по п. 1, в которых четвертичное аммониевое соединение включает неполимерное четвертичное аммониевое соединение.

10. Частицы пигмента по п. 1, где частицы цветного пигмента практически не обесцвечиваются в воде.

11. Частицы пигмента по п. 1, где частицы цветного пигмента являются желтыми, красными, синими, оранжевыми, зелеными или представляют собой их комбинации.

12. Способ получения частиц цветного пигмента, включающий:

(a) введение во взаимодействие кремнийоксидного и/или силикатного материала, обладающего отрицательным дзета-потенциалом, с четвертичным аммониевым соединением с образованием обработанных частиц; и

(b) введение во взаимодействие обработанных частиц с анионным красителем с образованием частиц цветного пигмента; где:

количественное содержание четвертичного аммониевого соединения, достаточное для обеспечения равного 0 мВ дзета-потенциала для обладающей равной 1 мас. % концентрацией смеси сухого кремнийоксидного и/или силикатного материала в деионизированной воде, находится в диапазоне от 50 до 300 % по массе; и

отношение массы анионного красителя к массе четвертичного аммониевого соединения находится в диапазоне от 0,02:1 до 0,24:1, и

кремнийоксидный и/или силикатный материал включает осажденный диоксид кремния,

и указанные частицы цветного пигмента характеризуются: средним размером частиц, находящимся в диапазоне от 1 мкм до 1000 мкм;

площадью поверхности БЭТ, находящейся в диапазоне от 1 м²/г до 1200 м²/г;

значением маслоемкости, находящимся в диапазоне от 30 см³/100 г до 600 см³/100 г;

значением рН, находящимся в диапазоне от 3 до 10,5; и

кажущейся насыпной плотностью после уплотнения, находящейся в диапазоне от 3 фунт/фут³ до 60 фунт/фут³.

13. Способ по п. 12, в котором кремнийоксидный материал вводят во взаимодействие с четвертичным аммониевым соединением на стадии (а).

14. Способ по п. 12, в котором силикатный материал вводят во взаимодействие с четвертичным аммониевым соединением на стадии (а).

15. Способ по п. 12, в котором:

частицы цветного пигмента характеризуются значением рН, находящимся в диапазоне от 5 до 9;

количественное содержание четвертичного аммониевого соединения, достаточное для обеспечения равного 0 мВ дзета-потенциала для обладающей равной 1 мас.% концентрацией смеси сухого кремнийоксидного и/или силикатного материала в деионизированной воде, находится в диапазоне от 75 до 200 % по массе.

16. Способ по п. 15, в котором:

осажденный кремнийоксидный материал вводят во взаимодействие с четвертичным аммониевым соединением на стадии (а); и

частицы цветного пигмента практически не обесцвечиваются в воде.