[发明专利]聚合物、聚合物改性的二氧化钛颜料和形成着色涂料配制物的方法

说明书

提供了一种新型聚合物，其在与二氧化钛颗粒和乳胶颗粒掺混时能够与其形成复合物。所述新型聚合物包含水溶性聚合物骨架、连接至所述聚合物骨架并对乳胶具有亲合性的第一官能团和连接至所述聚合物骨架并能够与二氧化钛形成键的第二官能团。还提供了聚合物改性的二氧化钛颜料和形成着色的涂料配制物的方法。

背景技术

二氧化钛是熟知的颜料和白色不透明剂。例如，二氧化钛颜料与涂层(coating)配制物(包括涂料(paint)和油墨配制物)、纸组合物、聚合物组合物及其它产品结合使用。此类颜料通常以粉末形式产生，且取决于最终应用而具有具体的性质和特性。二氧化钛是一种非常有效的白色不透明颜料。它可通过硫酸盐工艺或氯化物工艺制造。

在用于制造二氧化钛的硫酸盐工艺中，将钛矿渣溶解在硫酸中以形成硫酸氧钛。然后使硫酸氧钛水解以形成水合二氧化钛。在煅烧炉中加热经水合的二氧化钛，以使二氧化钛晶体生长至颜料尺寸。

在用于制造二氧化钛的氯化物工艺中，将干二氧化钛矿与焦炭和氯气一起进料至氯化器中以产生气态卤化钛(如四氯化钛)。纯化所产生的卤化钛，并在专门设计的反应器中将其在高温下氧化，以产生具有期望粒径的二氧化钛颗粒。通常将氯化铝或某些其它助氧化剂添加至氧化反应器中的卤化钛中，以促进金红石的形成并控制粒径。然后将二氧化钛和气态反应产物冷却，并回收二氧化钛颗粒。

无论是通过硫酸盐工艺还是氯化物工艺产生，通常都用一种或多种无机材料涂布所产生的二氧化钛颗粒，以针对特定应用改变或增强颜料的性质和特性。例如，通常采用用于改善颜料的不透明性、光稳定性和耐久性的化合物涂布颜料颗粒。用于涂布二氧化钛颜料的无机材料的实例包括氧化铝和二氧化硅。

二氧化钛颜料赋予涂料、纸张、塑料及其它产品的主要性质是遮盖力。二氧化钛颜料的遮盖力基于所述颜料在添加它的基础产品(例如，涂料配制物)中散射光的能力。颜料在添加它的基础产品中散射光的能力(颜料的光散射效率)取决于各种因素，包括颜料的粒径、颜料颗粒和它们的环境的折射率的差异(例如，颜料颗粒和基础产品的折射率的较大差异导致高散射效率)以及颜料颗粒彼此间的邻近度。这些因素已经以不同程度的成功得到解决。

与在水基涂料配制物中使用二氧化钛颜料相关的潜在问题是颜料颗粒在涂料配制物中团聚的倾向。所述颜料颗粒在涂料配制物中的团聚可不利地影响颜料的期望性质，包括颜料的不透明性、亮度、调色强度(tint strength)及其它光学性质。

例如，在水基涂料配制物中的成问题的颜料团聚通常发生在已将涂料膜施加至衬底之后，以及涂料膜干燥时。这种现象有时被称为光学拥挤(optical crowding)，其会降低颜料颗粒的光散射效率。因此，颜料的调色强度将会减弱。

当颜料以高颜料体积浓度(“PVC”)用于涂料配制物中时，颜料颗粒在水基涂料配制物中的团聚问题加剧。当涂料配制物中的所述PVC增加至某一水平时，颜料的光散射效率可显著降低。在高PVC值下，颜料颗粒彼此更为接近，这使得颗粒的各光散射横截面发生重叠，从而降低分散颜料的光散射效率。除了颜料的光散射效率之外，光拥挤效应还可降低颜料的光稳定性、亮度和不透明性。

已利用各种技术来试图减弱光学拥挤效应并解决上述的其它问题。例如，已将填料和增量剂如粘土、碳酸钙、氧化铝和二氧化硅添加至涂料基础产品中，以使相邻的颜料颗粒彼此间隔开。已将中空球的不透明聚合物添加至基础涂料产品中，以在基础产品中产生用于使颜料颗粒间隔开的空气空隙。此外，已用某些无机化合物涂布颜料颗粒，所述无机化合物用于以阻止颗粒团聚的方式改变颗粒的表面性质。

发明内容

在一个方面，本发明提供了在与二氧化钛颗粒和乳胶颗粒掺混时能够与其形成复合物的新型聚合物。所述聚合物包含水溶性聚合物骨架、至少一个连接至所述聚合物骨架并对乳胶具有亲合性的疏水性官能团和至少一个连接至所述聚合物骨架并能够与二氧化钛形成键的官能团。