用于塑料应用的非微米化颜料的制作方法
【技术领域】
[0001] 本文中公开并要求的发明概念涉及使颜料用于塑料应用的的方法，更具体地是， 但绝不限于，表面处理颜料用于塑料应用从而不需要微米化的方法。
【背景技术】
[0002] 粒状无机颜料在包括涂料、塑料和纸工业的许多工业中用作遮光剂和着色剂。二 氧化钛由于其当调配成最终使用产品时其赋予高不透明度的能力，使得其在当今商业中为 最广泛使用的白色颜料。一般使二氧化钛颜料微米化，从而形成细粉状的粉末，由此使赋予 与其调配的材料的遮光性最大化。
[0003] 此类塑料应用中的粒状颜料的有效性部分地取决于如何可以使颜料均匀地分散 在聚合物熔融物中。二氧化钛颗粒典型地具有亲水性表面，使得它们难以引入至如塑料等 疏水性材料。在没有进行适当的表面处理的情况下，即使用高能量等级长期混合，也不能实 现良好的分散度。另外，二氧化钛粉末本来为粉尘状并且在处理二氧化钛粉末本身期间，特 别是在调配、配混和最终使用产品的制造期间，频繁显示差的粉末流动特性。
[0004] 为此，已经使用二氧化钛颗粒表面的物理和化学改性，从而改进二氧化钛颗粒在 聚合物基质中的性质。所寻求的此类改进包括改进的流动特性、降低的化学活性和改进的 热稳定性，特别是挤出聚合物膜应用中的抗裂孔性（lacingresistance)。将表面处理剂添 加至粒状二氧化钛中，从而提供用于塑料的疏水性表面。使二氧化钛颜料颗粒微米化以实 现颜料与聚合物配合之前颜料颗粒的充分去凝集，从而制造聚合物浓缩物。在浓缩的聚合 物中用浓度提高的二氧化钛调配高性能二氧化钛母料，使下游聚合物产物加工更容易并且 传递优异的产物均勾性和抗裂孔性（lacingresistance)。
[0005]目前为止，高性能母料研究集中在用疏水性化合物的表面处理并且总是包括微米 化。尽管在该领域进行了大量的研究，但仍需要在不需要微米化的情况下提供改进的操作 性、分散性和最终产物性质的粒状二氧化钛的经济的表面处理的改进。
【发明内容】
[0006] 本文中公开并要求的发明概念一般涉及聚合物浓缩物的制造方法。将粒状颜料加 入至聚合物浓缩物中的方法包括以下步骤。将具有水溶性有机盐的碱性pH水溶液添加至 经研磨的含二氧化钛的经经研磨的粒状颜料，从而形成有机物涂布的粒状颜料。使碱性水 溶液的PH充分碱性使得水溶性有机盐保持盐的形式。在没有预先微米化步骤的情况下，使 有机物涂布的粒状颜料与聚合物树脂混合，从而形成具有约50重量％至约87重量％的具 有与微米化有机物涂布的粒状颜料相当的分散性的粒状颜料的聚合物浓缩物。
【具体实施方式】
[0007] 在详细解释本文中公开的发明概念的至少一个实施方案之前，应当理解的是，本 发明构思不于应用于以下说明书阐述或图示出的构成、实验、示例性数据和/或组成的配 置的细节。目前公开并要求的发明概念能够使其它实施方案或者以各种方式实施或者进 行。另外，应当理解的是，本文中采用的措辞和术语仅是为了说明的目的并且不应当以任何 方式视为限定。
[0008] 在本发明概念的实施方案的以下详细说明中，为了提供本发明概念的更彻底的理 解，阐述大量具体的细节。然而，对于一个本领域中的普通技术人员显而易见的是，在没有 这些具体细节的情况下，公开范围内的本发明概念可以实施。在其它情况下，没有详细描述 公知的特征，从而避免使本公开不必要地复杂化。
[0009] 此外，除非相反地明确陈述，否则"或"指包括或非互斥性或。例如，通过以下任意 之一来满足条件A或B:A正确（或存在）且B错去（或不存在），A错误（或不存在）且B 正确（或存在），以及A和B二者均正确（或存在）。
[0010] 另外，采用〃a〃或"an〃的使用从而描述本文中实施方案的要素和组成。这样做仅 仅是为了方便并且给出本发明概念的大体意义。应理解本说明书包括一种或至少一种且单 数也包括复数，除非以其他方式是显然的。
[0011] 作为本文中使用的任何提及的"一个实施方案"或"实施方案"指与实施方案相关 的描述的特定要素、特征、结构或特性包括在至少一个实施方案中。在说明书中各位置的短 语"一个实施方案中"的出现未必全部指相同实施方案。
[0012] 在本说明书和所附权利要求中，术语"微米化"和"微米化"的其它语法形式指流 体能量研磨或喷射研磨，其中通过经研磨的颗粒之间的碰撞来实现粒径减小。典型地通过 以高速度和能量进入微磨机的研磨室的压缩流体供给能量。实例微磨机为蒸汽微磨机和空 气微磨机。
[0013] 最后，本文中和所附权利要求中使用的短语"经研磨的粒状颜料"定义为"没有微 米化，但已经砂研磨，或者使用氧化锆或其它研磨介质进行介质研磨，或者使用其它研磨方 法研磨的颜料颗粒"。
[0014] 粒状颜料当用于制备高性能聚合物母料时特别处理。这些高性能母料在用于其中 分散性、热稳定性和抗裂孔性是关键的应用中是有用的。目前的主张是粒状颜料必须为疏 水性的，从而在塑料母料应用中实现高性能，并且对于实现粒状颜料的充分去凝集，微米化 是必须的。
[0015] 为了改进在塑料中的分散性，已经研究了大量的表面处理。例如，美国专利No. 7, 601，780公开了用长链脂肪酸处理的硅烷化无机粉末，和美国专利No. 6, 765, 041公 开了用有机酸磷酸盐处理。美国专利No. 4, 810, 305公开了通过用特定的有机聚硅氧烷表 面处理获得的疏水性颜料和填料。在加入至聚合物浓缩物之前使经表面处理的无机粉末微 米化。
[0016] 美国专利No. 6, 646, 037中公开了用有机磺酸涂布剂处理粒状颜料。在使用蒸汽 或空气微米化之前或期间添加有机磺酸涂布剂，从而制造保持高水平有机磺酸涂布剂的最 终颜料。所得微米化颜料具有改进的在塑料中的分散性，但如公开的，仍引发与聚合物树脂 共混以形成聚合物浓缩物之前高能量微米化的成本。
[0017] 美国专利No. 5, 837, 049公开了用烷基磷酸和烷基磷酸酯处理粒状二氧化钛。不 像膦酸盐，烷基磷酸及其酯不易溶于水中并且典型地与如醇等溶剂混合、熔融和/或通过 快速搅拌或者添加乳化剂而乳化。然后常规地加工涂布的颜料。
[0018] 相比之下，发现粒状颜料可以用包含水溶性有机盐的碱性pH水溶液来表面处 理，其中PH为充分的碱性以确保有机盐不质子化。令人惊讶的是，在没有预先微米化的 情况下，所得有机物涂布的粒状颜料可以加入至聚合物树脂中以形成具有约50wt%至约 87wt%的粒状颜料的聚合物树脂，并且所得聚合物浓缩物具有与疏水性表面处理的、微米 化的粒状颜料相当的分散效率。"相当"指使用以下实施例中所述的步骤，颜料在聚合物浓 缩物中的分散性测量值为经表面处理的颜料微米化之后获得的分散性测量值的至少90% 或更好，或者具有小于5, 000的分散计数。由于微米化为能量密集操作，使得目前所述的方 法导致显著的成本节省。此外，将水溶性涂布盐添加至没有乳化的水性浆料中的能力导致 显著的工艺简化。
[0019] 尽管不希望受任何具体理论的束缚，但相信有机分子的离子部分与留下C-链的 颜料表面相互作用以覆盖颜料表面，因此提供需要与如聚乙烯等聚合物共混的疏水性。此 外，在干燥时，水溶性有机盐占据颜料颗粒之间的孔隙和间隙，在配合和挤出时帮助它们去 凝集使得微米化不是必需的。
[0020] 对于有机盐为盐形式，即未质子化和水溶性是重要的。质子化的有机物不同地键 合至颜料颗粒的表面。在一个实施方案中，碱性水溶液为充分的碱性使得即使与中性或酸 性的经研磨的粒状颜料混合后也可以维持碱性环境和有机物的盐形式。在添加至经研磨的 粒状颜料之前或期间可以进一步调节碱性水溶液的pH。用于调节pH的适当的试剂的实例 包括氢氧化钠、氢氧化铵、氢氧化钾和胺。
[0021 ] 适当的水溶性有机盐的非限制性实例包括磺酸盐、磷酸盐、膦酸盐和亚膦酸盐等。 术语"水溶性有机盐"指有机酸盐和通过添加碱去质子化使得有机物转化为盐形式而有机 酸二者。
[0022] 在一个实施方案中，水溶性有机盐包括磺酸盐；S卩，有机磺酸盐，其可以有下式表 示