使用新顏料改善的紫外線光油的光澤性能及製備新顏料的方法

2023-05-09 14:55:16 2

專利名稱：：使用新顏料改善的紫外線光油的光澤性能及製備新顏料的方法
技術領域：
：本發明涉及高固含量的碳酸釣懸浮液，特別涉及高固含量的沉澱碳酸鉤(PCC)懸浮液和它們的製備方法。
背景技術：
：使用紫外線(uv)輻射固化的塗料作為罩光油(下文稱為"紫外線光油(UVvarnish)")以賦予塗布紙或塗布紙板(下文稱為"基材")光澤的外觀和優秀的耐磨性能。在典型的紫外線光油施用過程中，通過任何已知的印刷技術對基材施加印刷的圖像，所述印刷技術包括但不限於橡膠版輪轉印刷、膠版印刷、輪轉凹版印刷等。然後，對印刷的和未印刷的區域應用紫外線光油，之後塗覆紫外線光油的區域經受紫外輻射源照射以使紫外線光油交聯或固化在基材上。獲得的交聯或固化的紫外線光油塗層賦予基材高光澤度、耐磨性保護面層。作為塗覆顏料，沉澱碳酸鈣(PCC)對獲得的塗布紙或塗布紙板提供優秀的光學性質。PCC顆粒窄的粒度分布產生了提供優秀的光散射和亮度的塗層。PCC顆粒窄的粒度分布也在塗層內產生含有孔隙或空隙的結構。這些孔隙或空隙的存在進一步提高了PCC塗層的光散射和亮度。然而，當對這種由PCC產生的多孔或開孔結構塗層施用典型為相對低粘度液體的紫外線光油時，在通過紫外線輻射源被交聯或固化前，紫外線光油滲入到塗層中。這種現象在基材沒有印刷的區域更為明顯。結果是紫外線光油並不提供與不滲入塗層時相同水平的光澤度或耐磨性。上文表明了在使用紫外線光油的應用中使用常規PCC塗層顏料已知的局限。因此，提供可替換的克服上述一個或多個局限的方法顯然是有利的。因此，提供高固含量PCC懸浮液、它們的製備方法和在應5用紫外線光油的紙張產品上作為紙張塗層顏料的用途，包括在下文中更詳細/^開的特徵。
發明內容在一些實施方案中，提供高固含量的PCC懸浮液。高固含量的PCC懸浮液具有d,。值約0.7微米或更小的PCC粒度分布。高固含量PCC懸浮液具有&。值約0.4微米或更小的PCC粒度分布。高固含量PCC懸浮液具有d,。/ds。比約1.2-約2.2的PCC粒度分布。高固含量PCC懸浮液具有約10.0m7克或更大的PCC比表面積。在一些實施方案中，製備高固含量PCC懸浮液的方法包括提供第一PCC懸浮液，濃縮第一PCC懸浮液以獲得固體含量約72重量％或更大的第二PCC懸浮液，快速研磨第二PCC懸浮液以製備最終的PCC懸浮液。在一些實施方案中，使用高固含量PCC懸浮液作為紙張塗層顏料。在一些實施方案中，使用高固含量PCC懸浮液作為紙張填料。在一些實施方案中，使用高固含量PCC懸浮液作為油漆和聚合物例如但不限制為塑料、密封劑等中的添加劑。附圖的簡要說明圖1是一些實施方案中製備的PCC的粒度分布(PSD)曲線；圖2是一些實施方案中製備高固含量PCC懸浮液方法的示意性流程圖；和圖3是塗覆商購的PCC與塗覆根據本發明實施方案的PCC的紙張的20°光油光澤度的柱形圖。具體實施例方式本發明的一些實施方案提供高固含量PCC懸浮液、它們的製備方法和/或作為紙張塗層顏料的用途。在一些實施方案中，高固含量PCC懸浮液通常包含具有主要為文石形態的碳酸《丐針狀顆粒。在圖1顯示了高固含量PCC懸浮液典型的粒度分布(PSD)曲線，通常包括具有粒度分布山。值約0.66微米、粒度分布(15。值約0.36微米和粒度分布山。/(15。比約1.8的PCC顆粒。在其它實施方案中，高固含量PCC懸浮液通常包含具有粒度分布山。值約0.7微米或更小、粒度分布d;。值約0.4微米或更小、粒度分布(Wd5。比約1.2-約2.2和比表面積約10.OmV克或更大的PCC顆粒。在另外的實施方案中，高固含量PCC懸浮液通常包含粒度分布d9fl值約0.5微米或更小的PCC顆粒。在一些實施方案中，高固含量PCC懸浮液通常包含粒度分布d,。值約0.5-約0.7微米的PCC顆粒。在一些實施方案中，高固含量PCC懸浮液通常包含粒度分布d5。值約0.35微米或更小的PCC顆粒。在一些實施方案中，高固含量PCC懸浮液通常包含粒度分布山。值約0.32-約0.36微米的PCC顆粒。在一些實施方案中，高固含量PCC懸浮液通常包含比表面積約11.0-約14.0mV克的PCC顆粒。在一些實施方案中，高固含量PCC懸浮液通常包含約72重量％或更高的PCC固體含量。在其它實施方案中，高固含量PCC懸浮液通常包含少於約72重量％的PCC固體含量。在一些實施方案中，高固含量PCC懸浮液通常包含約73-約75重量％的PCC固體含量。在其它實施方案中，PCC固體含量可大於75重量％。如在此使用的，術語"粒度分布d9。值"定義為通常以微米表示的數值，在該粒度分布，顆粒的90質量％或體積％具有小於或等於該值的顆粒尺寸。如在此使用的，術語"粒度分布ds。值"定義為通常以微米表示的數值，在該粒度分布，顆粒的50質量％或體積分數具有小於或等於該值的顆粒尺寸。如在此使用的，術語"主要為文石形態"指的是通過X射線衍射(XRD)分析測定的PCC顆粒的文石含量約75-約100%。在一些實施方案中，高固含量PCC懸浮液通常包含具有約85-約98。/。通過XRD分析測定的文石含量的PCC顆粒。如在此使用的，術語"比表面積"定義為在PCC乾燥粉末樣品中7含有的PCC顆粒的布魯諾-埃梅特-特勒(BET)比表面積，通過MicromeriticsInstrumentCorporation,Georgia製造的MicromeriticsFlowSorbII單點表面積儀進行觀'J量。在圖2中顯示典型的過程，通常包括提供分散的PCC含水懸浮液100，固體含量約73重量％或更少(例如約68-約71重量。/。)，濃縮PCC懸浮液110(例如通過熱蒸發)，任選地在減壓下以獲得PCC固體含量約73-約74重量％的濃縮PCC懸浮液120,快速研磨(130)濃縮的PCC懸浮液製備最終的PCC懸浮液140。固體含量約70-約71重量％的分散的PCC含水懸浮液能從SpecialtyMinerals,Inc，BethlehemPA通過商購獲得，以商標名0PACARBA4G沉澱碳酸釣(PCC)進行銷售。也可使用固體含量低於70%的其它PCC懸浮液作為原料，使用相應的濃縮步驟(例如以更高溫度和/或在更低壓力下進行更長時間的熱蒸發)。能使用本領域中已知的工藝設備(包括但不限於換熱器、薄膜蒸發器、多效蒸發器、真空閃蒸塔等)通過熱蒸發任選地在減壓下進行濃縮PCC懸浮液的步驟以獲得PCC固體含量約72重量％或更高的濃縮的PCC懸浮液。在一些實施方案中，可使用如在美國專利6,454，907(在此通過參考進行完全引用)中描述的真空閃蒸塔，以提高PCC懸浮液的固體含量到最終的約72重量％或更高的固體含量。或者，可使用其它熱蒸發方法，無論先前已知的或將來開發的。如在此使用的，術語"快速研磨，，定義為每幹噸待研磨材料能量輸入少於約50千瓦小時的研磨過程。能使用本領域中已知的工藝設備(包括但不限於介質研磨機、砂磨機等)或將來開發的工藝設備進行快速研磨，濃縮的PCC懸浮液以製備最終的具有好的流變性能的PCC懸浮液。在一個實施方案中，可通過將濃縮的PCC懸浮液引入到含有尺寸約0.2-約5.Oram的研磨介質例如玻璃、鋼、砂、陶瓷介質(包括但不限於氧化鋁、氧化鋯、矽酸鋯等)或其它本領域中已知介質的介質磨中進行快速研磨。在可替換的實施方案中，濃縮步驟提供低於約73%的PCC固體含量，研磨步驟可使用增加的研磨能量輸入(每幹噸待研磨材料約50-約100千瓦小時)。在研磨步驟中所需的能量的量取決於濃縮步驟結束時的固體濃度。在其它實施方案中，可使用非文石PCC進料。使用非文石PCC進料可能需要更高的研磨能量輸入(顯著大於每幹噸待研磨材料約50千瓦小時)，並可能導致比表面積(SSA)顯著大於14mV克。在最終處理後，可簡單稀釋懸浮液到較低的固體含量-保持最終的UV光澤性能。在此描述的高固含量PCC懸浮液特別適用於紙張和紙板製品的塗層顏料。在此描述的高固含量PCC懸浮液的其它用途可包括但不局限於作為紙和紙板的填料、或作為油漆和聚合物例如但不局限於塑料、密封劑等的添加劑。實施例下面非限制性實施例僅是舉例說明本申請教導的實施方案，並不認為是對本發明的限制。在下述的實施例中，使用由MicromeriticsInstrumentCorporation，Georgia製造的型號為5100的MicromerUicsSedigraph儀器，基於沉降技術測定粒度分布值。實施例1將主要為文石沉澱石友酸鉤(由SpecialtyMinerals,Inc.，Bethlehem,PA獲得的OPACARBA4Q沉澱碳酸4丐(PCC))的高固體含量分散的漿料，料漿固體含量70%(在下文中稱為"PCC進料")，引入到真空閃蒸塔(VFC)中，期間通過具有在線轉子-定子單元的泵(IKA⑧型號為HED150,IKAWorks，Inc，Wilmington,NC),漿料進行再循環。VFC在約0.1巴壓力，漿料溫度約120華氏度條件下進行操作。PCC漿料通過VFC單元進行再循環，直到獲得漿料固體含量約74重量％。從VFC取出後，獲得的固體含量74%的PCC漿料通過以每幹噸PCC25千瓦小時的能量輸入的8PCB磨(ChicagoBoilerCo，Gurnee，IL)進行快速研磨。CB磨填裝100體積％直徑約0.6-約0.8mm的矽酸鋯介質進行操作。在表l中歸納了最初PCC進料和最終高固含量產品的顆粒尺寸特徵。能以固體含量74%的漿料形式使用最終產物或能將其調整到較低重量％的固體含量，這取決於商用和應用的需要。表1.高固含量PCC進料和最終高固含量PCC產品tableseeoriginaldocumentpage10實施例2在圓柱形實驗室塗布機6000(SimuTechInternational,Inc.，Hoodsport，WA)上以1500英尺/分的速度對定量210克/平方米的漂白紙板進行刮塗。紙板預先塗覆有10克/平方米的塗料等級的重質碳酸4丐(HYDR0CARB6G重質》灰酸鉤，OmyaInc.，Proctor，VT)。一些預先塗覆的紙板表面塗覆有10克/平方米的塗料製劑，所述塗料製劑含有70份商購的塗料等級？0:(0人0人118@A40PCC)的分散料漿和30份優質上光等級(glossinggrade)塗布用粘土，其具有65重量％的塗料固體含量。一些預先塗覆的紙板表面塗覆有10克/平方米的塗料製劑，所述塗料製劑含有70份的塗料製劑，所述塗料製劑含有70份在此描述的高固含量懸浮液和30份優質上光等級塗布用粘土，其具有65重量％的塗料固體含量。^f吏用BeloitWheeler實驗室用壓光才幾(BeloitCorporation,Otsego，MI)對所有塗覆的紙板樣品進行壓光，使用一個輥隙(nip)、室溫和300磅/平方英寸負荷進行操作。使用Priifbau多用途印刷適性試驗才幾(PriifbauGmbH,Munich,Germany)對塗覆的紙板樣品施用光油(SUNCURE逸SF1738-NS，SunChemicalCorp.，Parsippany，NJ)，並通過小型傳送帶化UV固化單元(AmericanUltravioletCo.，Lebanon,IN)以300瓦特/英寸進行固化。4吏用GardcoStatisticalNovogloss單元(PaulN.GardnerCo.，Inc.，PompanoBeach，FL)根據廠商指示進行所有20°光澤度測量。在圖3中顯示了塗覆有商購的塗料等級PCC對照物的商購的分散漿料和塗覆有在此描述的高固含量PCC懸浮液的紙張20。光油的光澤度值。結果顯示與商購的PCC塗層顏料對照物相比，使用高固含量PCC懸浮液改善了紫外線光油光澤性質。儘管已經顯示和描述了實施方案和應用，對本領域技術人員顯而易見的是，在不脫離在此描述的發明的構思的情況下能夠進行變化。因此，應理解的是，發明能夠進行變化，因此發明並不限制為在此給出的細節描述。而是，可在不脫離本發明的實質的情況下在權利要求等同的範圍內進行各種變化。權利要求1.高固含量沉澱碳酸鈣(PCC)懸浮液，其包括PCC顆粒並具有d90值約0.7微米或更小的PCC粒度分布；d50值約0.4微米或更小的PCC粒度分布；d90/d50比為約1.2-約2.2的PCC粒度分布；及約10.0m2/克或更大的PCC比表面積。2.權利要求1的高固含量沉澱碳酸鈣(PCC)懸浮液，其中PCC顆粒具有山。值約0.5微米或更小的粒度分布。3.權利要求1的高固含量沉澱碳酸鈣(PCC)懸浮液，其中PCC顆粒具有山。值約0.35微米或更小的粒度分布。4.權利要求1的高固含量沉澱碳酸鈣(PCC)懸浮液，其中PCC顆粒具有約75-約100%的文石含量。5.權利要求1的高固含量沉澱碳酸鈣(PCC)懸浮液，其中PCC顆粒具有約85-約98%的文石含量。6.權利要求1的高固含量沉澱碳酸鈣(PCC)懸浮液，其中懸浮液具有約72重量％或更高的PCC固體含量。7.權利要求1的高固含量沉澱碳酸鈣(PCC)懸浮液，其中懸浮液具有低於約72重量％的PCC固體含量。8.製備高固含量沉澱碳酸鉤(PCC)懸浮液的方法，其包括提供第一PCC懸浮液；濃縮第一PCC懸浮液以獲得固體含量約72重量％或更大的第二PCC懸浮液；及快速研磨第二PCC懸浮液以製備最終的PCC懸浮液。9.權利要求7的方法，其中通過熱蒸發進行濃縮步驟。10.權利要求8的方法，其中在低於大氣壓的壓力下進行熱蒸發。11.權利要求7的方法，還包括稀釋PCC懸浮液到固含量低於約72重量％。12.權利要求8的方法，其中第一PCC懸浮液中的PCC具有約75-約100%的文石含量。13.權利要求8的方法，其中快速研磨步驟包括將PCC固體含量提高到約73%或更高。14.權利要求8的方法，其中快速研磨步驟包括每幹噸待研磨材料輸入約50千瓦小時或更少。15.權利要求8的方法，其中第一PCC懸浮液中的PCC具有約75-約100%的文石含量；快速研磨步驟包括將PCC固體含量提高到約73%或更高，及快速研磨步驟包括每幹噸待研磨材料輸入約50千瓦小時或更少。16.塗覆有權利要求1的沉澱碳酸鈣的紙張或紙板。17.填充有權利要求1的沉澱碳酸鈣的紙張或紙板。18.含有權利要求1的沉澱碳酸鈣的牙骨。19.含有權利要求1的沉澱碳酸鈣的聚合物。全文摘要提供高固含量沉澱碳酸鈣(PCC)懸浮液和製備懸浮液的方法，PCC具有d90值約0.7微米或更小的PCC粒度分布、d50值約0.4微米或更小的PCC粒度分布、d90/d50比為約1.2-約2.2的PCC粒度分布及約10.0m2/克或更大的PCC比表面積。文檔編號D21H17/00GK101512069SQ200780033576公開日2009年8月19日申請日期2007年8月17日優先權日2006年8月17日發明者C·W·漢森,L·J·蔡尼爾,N·V·帕古託申請人:密執安特種礦石公司