(57)【要約】  本開示は、多孔質シリカ処理済み無機コア粒子および水を含むスラリーを、少なくとも約９０℃、より一般的には約９３〜約９７℃、さらにより一般的には約９５〜９７℃の温度で加熱するステップと、ｐＨを約８．０〜９．５に維持しながら、可溶性アルミナ源を、スラリーに添加して、多孔質シリカ処理済み無機コア粒子にアルミナ処理物を形成するステップとを含み、処理済み無機コア粒子は、高密度のシリカまたはアルミナの処理物を含まず、約７％〜約１４％の量で存在するシリカおよび約４．０％〜約８．０％の量で存在するアルミナを有し、表面処理物が粒子−粒子間で実質的に均質である、方法により作製された、分散性の改善された処理済み無機コア粒子を含むコーティング組成物を提供する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
分散性の改善された処理済み無機コア粒子を含むコーティング組成物であって、
（ａ）多孔質シリカ処理済み無機コア粒子および水を含むスラリーを、少なくとも約９０℃の温度で加熱するステップと、
（ｂ）ｐＨを約８．０〜９．５に維持しながら、可溶性アルミナ源を、工程（ａ）からの前記スラリーに添加して、前記多孔質シリカ処理済み無機コア粒子上にアルミナ処理物を形成するステップと、を含む方法により製造され、
前記処理済み無機コア粒子は、高密度のシリカまたはアルミナの処理物を含まず、約７％〜約１４％の量で存在するシリカおよび約４．０％〜約８．０％の量で存在するアルミナを有し、表面処理物が粒子−粒子間で実質的に均質である、コーティング組成物。
【請求項２】
樹脂をさらに含む、請求項１に記載のコーティング組成物。
【請求項３】
前記樹脂が、アクリル、スチレン−アクリル、ビニル−アクリル、エチレン−酢酸ビニル、酢酸ビニル、アルキド、塩化ビニル、スチレン−ブタジエン、ビニルバーサテート（ｖｉｎｙｌ  ｖｅｒｓａｔａｔｅ）、酢酸ビニル−マレエートまたはこれらの混合物である、請求項２に記載のコーティング組成物。
【請求項４】
前記アルキド樹脂が、不飽和脂肪酸残基を有する複合分岐または架橋ポリエステルである、請求項３に記載のコーティング組成物。
【請求項５】
前記樹脂が、ウレタン樹脂である、請求項１に記載のコーティング組成物。
【請求項６】
前記ウレタン樹脂が、ポリイソシアネートと乾燥油酸（ｄｒｙｉｎｇ  ｏｉｌ  ａｃｉｄ）の多価アルコールエステルの反応生成物を含む、請求項５に記載のコーティング組成物。
【請求項７】
前記ポリイソシアネートが、トルエンジイソシアネートである、請求項６に記載のコーティング組成物。
【請求項８】
前記樹脂が、前記コーティング組成物の総重量を基準として、約５〜約４０重量％の量で存在する、請求項２に記載のコーティング組成物。
【請求項９】
前記無機コア粒子が、チタン、アルミニウム、亜鉛、銅または鉄の酸化物、カルシウム、ストロンチウムもしくはバリウムの硫酸塩、硫化亜鉛、硫化銅、ゼオライト、マイカ、タルク、カオリン、ムライト、炭酸カルシウムまたはシリカである、請求項１に記載のコーティング組成物。
【請求項１０】
前記無機コア粒子が、二酸化チタン、ＴｉＯ２または硫酸バリウムである、請求項９に記載のコーティング組成物。
【請求項１１】
前記無機コア粒子が、二酸化チタン、ＴｉＯ２である、請求項１０に記載のコーティング組成物。
【請求項１２】
工程（ａ）の前記スラリーが、約９３〜約９７℃の温度まで加熱される、請求項１に記載のコーティング組成物。
【請求項１３】
前記可溶性アルミナ源が、アルミン酸塩アニオンのアルカリ金属塩である、請求項１に記載のコーティング組成物。
【請求項１４】
前記可溶性アルミナ源が、アルミン酸ナトリウムまたはアルミン酸カリウムである、請求項１３に記載のコーティング組成物。
【請求項１５】
前記処理済み無機コア粒子が、水に完全に分散されて、１０分未満にスラリーを形成する、請求項１に記載のコーティング組成物。
【請求項１６】
前記多孔質シリカ処理済み無機コア粒子中の前記シリカが、発熱性シリカの発熱性無機コア粒子への堆積により、四塩化ケイ素の四塩化チタンとの共酸素化により、または前記無機コア粒子上への凝縮相水性酸化物沈殿による堆積により、施される、請求項１に記載のコーティング組成物。
【請求項１７】
多孔質シリカ処理済み無機コア粒子および水を含むスラリーを、
（ａ１）水中無機コア粒子のスラリーを提供するステップと、
（ａ２）前記スラリーを、約３０〜約４０℃まで加熱し、前記ｐＨを約３．５〜約７．５に調整するステップと、
（ａ３）前記ｐＨを約３．５〜約７．５に維持しながら、可溶性ケイ酸塩溶液を前記スラリーに添加するステップと、
（ａ４）少なくとも約５分間攪拌するステップと、
を含む方法により調製する、請求項１６に記載のコーティング組成物。
【請求項１８】
前記スラリーを、約３３〜約３７℃の温度まで加熱する、請求項１７に記載のコーティング組成物。
【請求項１９】
前記可溶性ケイ酸塩が、ケイ酸ナトリウムまたはケイ酸カリウムである、請求項１８に記載のコーティング組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、分散性の改善された処理済み無機コア粒子を作製する方法、特に、処理済み二酸化チタン粒子の作製、その作製方法、およびコーティング組成物におけるそれらの使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
本開示の当該のコーティング組成物は、水分散性コーティング組成物であり、例えば、ラテックスコーティング組成物、例を挙げると、アクリル、スチレンアクリル、酢酸ビニル、エチレン酢酸ビニル、ポリウレタン、アルキド分散液等、アルキドコーティング組成物等の溶剤系のもの、ウレタンコーティング組成物、不飽和ポリエステルコーティング組成物、アクリル、スチレン−アクリル組成物、典型的に、塗料、透明コーティングまたは染料である。これらのコーティングは、スプレー、ブラシ、ローラで、または静電的に適用すること、例えば顔料コーティング等により基材へ適用される。これらのコーティング組成物は、Ｏｕｔｌｉｎｅｓ  ｏｆ  Ｐａｉｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｈａｌｓｔｅａｄ  Ｐｒｅｓｓ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，ＮＹ，第３版、１９９０年）およびＳｕｒｆａｃｅ  Ｃｏａｔｉｎｇｓ第Ｉ巻、Ｒａｗ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ａｎｄ  Ｔｈｅｉｒ  Ｕｓａｇｅ（Ｃｈａｐｍａｎ  ａｎｄ  Ｈａｌｌ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，ＮＹ，第２版、１９８４年）に記載されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
無機粒子を、コーティング組成物に添加してよい。特に、二酸化チタン粒子は、最終物品に白色度および／または不透明度を付与するために、コーティング組成物に添加されてきた。しかしながら、あるコーティング組成物に用いられる標準等級の顔料は、分散性に乏しく、取扱いが難しい。
【０００４】
分散性が改善され、使用するのに扱い易い、処理済み二酸化チタン粒子等の処理済み無機コア粒子が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１の態様において、本開示は、
（ａ）多孔質シリカ処理済み無機コア粒子および水を含むスラリーを、少なくとも約９０℃、より典型的には、約９３〜約９７℃、さらに典型的には、約９５〜約９７℃の温度で加熱するステップと、
（ｂ）ｐＨを約８．０〜９．５に維持しながら、可溶性アルミナ源を、工程（ａ）からのスラリーに添加して、多孔質シリカ処理済み無機コア粒子にアルミナ処理物を形成するステップとを含み、処理済み無機コア粒子は、高密度のシリカまたはアルミナの処理物を含まず、約７％〜約１４％の量で存在するシリカおよび約４．０％〜約８．０％の量で存在するアルミナを有し、表面処理物が粒子−粒子間で実質的に均質である、方法により作製された、分散性の改善された処理済み無機コア粒子、特に処理済み二酸化チタン（ＴｉＯ２）を含むコーティング組成物を提供する。
【０００６】
第１の態様において、処理済み無機コア粒子、特に、処理済み二酸化チタン（ＴｉＯ２）粒子が、水に完全に分散されて、１０分未満にスラリーを形成する。
【０００７】
「均質」とは、各コア粒子を、ある量のアルミナおよびシリカの表面に付加して、全粒子が水、有機溶媒または分散剤分子と同様に相互作用するよう、粒子間の処理レベルのばらつきを低くする（すなわち、全粒子が、共通の方法で共通の範囲までその化学環境と相互作用する）ことを意味する。
【０００８】
「完全に分散」とは、水処理および／または乾燥プロセス中に形成された全凝集体を、顔料製造の粒子形成段階で作製される個々の粒子または粒子の小集団（集合体）へと縮小されたことを意味する。
【０００９】
第１の態様において、後述するように、シリカは、発熱性シリカの発熱性無機コア粒子、特に、発熱性二酸化チタン（ＴｉＯ２）粒子への堆積により、四塩化ケイ素の四塩化チタンとの共酸素化により、または無機コア粒子、特に、発熱性二酸化チタン（ＴｉＯ２）粒子への凝縮相水性酸化物沈殿による堆積により適用される。
【００１０】
第１の態様において、本開示は、シリカ処理済み無機コア粒子、特に、処理済み二酸化チタン（ＴｉＯ２）粒子および水を含むスラリーであって、
（ａ１）無機コア粒子の水中スラリーを提供するステップと、
（ａ２）スラリーを、約３０〜約４０℃、より典型的には、３３〜３７℃まで加熱し、ｐＨを約３．５〜約７．５に調整するステップと、
（ａ３）ｐＨを約３．５〜約７．５に維持しながら、可溶性ケイ酸塩溶液をスラリーに添加するステップと、
（ａ４）少なくとも約５分間攪拌するステップと
を含む方法により調製されるスラリーを提供する。
【００１１】
第１の態様において、コーティング組成物は、樹脂をさらに含む。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本開示において、「含む」とは、規定された特徴、整数、工程または参照した成分の存在を指定するものと解釈されるが、１つまたは複数の特徴、整数、工程もしくは成分またはそのグループの存在または追加を排除するものではない。さらに、「含む」という用語には、「から実質的になる」および「からなる」という用語に包含される例も含まれるものとする。同様に、「から実質的になる」という用語は、「からなる」という用語に包含される例も含まれるものとする。
【００１３】
本開示において、量、濃度またはその他値やパラメータが、範囲、典型的な範囲または典型的な上限値と典型的な下限値のリストのいずれかとして与えられたときは、範囲が個別に開示されていようとなかろうと、任意の上限または典型的な値と、任意の下限または典型的な値の任意の対から作られる全ての範囲を具体的に開示するものと考えられる。ここに示した数値範囲は、特に断りのない限り、その終点、ならびにその範囲内の全ての整数および分数が含まれるものとする。開示の範囲は、範囲を定義するときに示した特定の値に限定されるものではない。
【００１４】
本開示において、単数および単数形態の用語「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」には、特に断りのない限り、複数のものも含まれる。このように、例えば、「ＴｉＯ２粒子」、「ｔｈｅＴｉＯ２」、または「ａＴｉＯ２」には単数と複数の粒子が含まれる。
【００１５】
本開示は、無機コア粒子、典型的には、無機金属酸化物または混合金属酸化物顔料粒子、より典型的には、顔料またはナノ粒子であってよい二酸化チタン粒子に関し、無機コア粒子、典型的には、無機金属酸化物または混合金属酸化物粒子、より典型的には、二酸化チタン粒子の分散性が改善されている。分散性の改善されたこれらの処理済み無機コア粒子、典型的に、二酸化チタン粒子は、紙スラリーまたは塗料やインクとして用いることのできるコーティング組成物の調製に有用である。紙スラリーは、フローリング、家具、カウンター、人工木材および人工石材として有用な紙ラミネートを作製するのに用いられる。
【００１６】
無機コア粒子：
任意の無機コア粒子、特に、二酸化チタン粒子は、本開示に従って処理されるものとする。無機コア粒子とは、ポリマーメルト、コーティングまたはラミネート組成物等の最終生成物全体に分散されて、色や不透明性を付与するものを意味する。無機コア粒子は、チタン、アルミニウム、亜鉛、銅、鉄の酸化物；カルシウム、ストロンチウム、バリウムの硫酸塩；硫化亜鉛；硫化銅、ゼオライト；マイカ；タルク；カオリン、ムライト、炭酸カルシウムまたはシリカであってよい。鉛または水銀化合物も等価のコア材料と考えられるが、毒性のため望ましくはない。より典型的なコア材料は、二酸化チタンＴｉＯ２および硫酸バリウム、最も典型的には、二酸化チタンＴｉＯ２である。
【００１７】
特に、二酸化チタンは、本開示の方法および生成物に特に有用な粒子である。本開示に有用な二酸化チタン（ＴｉＯ２）粒子は、ルチルまたはアナターゼ結晶形である。一般的に、塩化法か硫酸法のいずれかにより作製される。塩化法においては、ＴｉＣｌ４がＴｉＯ２粒子に酸化される。硫酸法においては、硫酸および鉱石含有チタンを溶解し、得られた溶液を一連の工程に通して、ＴｉＯ２を得る。硫酸および塩化法はともに、その教示が本明細書に参照により援用される「Ｔｈｅ  Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ」第１巻、第２版、Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ，ＮＹ（１９８８）に詳細が記載されている。粒子は、顔料またはナノ粒子であってよい。
【００１８】
「顔料」とは、平均サイズが１ミクロン未満の二酸化チタン粒子を意味する。典型的に、粒子の平均サイズは、約０．０２０〜約０．９５ミクロン、より典型的には、約０．０５０〜約０．７５ミクロン、最も典型的には、約０．０７５〜約０．５０ミクロンである。「ナノ粒子」とは、液体懸濁液中粒子の粒子サイズ分布を測定する動的光散乱により求めたとき、一次二酸化チタン粒子が、約１００ナノメートル（ｎｍ）未満の平均粒径を有することを意味する。粒子は、典型的に、約３ｎｍ〜約６０００ｎｍにわたり得る集合体である。
【００１９】
処理済み二酸化チタン粒子の製造プロセス
分散性の改善された処理済み無機コア粒子、特に処理済み二酸化チタン（ＴｉＯ２）粒子の製造プロセスには、多孔質シリカ処理済み無機コア粒子と水を含むスラリーを、少なくとも約９０℃、より典型的には、約９３〜約９７℃、さらに典型的には、約９５〜約９７℃の温度で加熱することが含まれる。シリカは、発熱性シリカの発熱性無機コア粒子、特に、発熱性二酸化チタン（ＴｉＯ２）粒子への堆積により、四塩化ケイ素の四塩化チタンとの共酸素化により、または凝縮相水性酸化物の堆積により適用される。
【００２０】
一実施形態において、シリカ処理済み無機コア粒子、特に、処理済み二酸化チタン（ＴｉＯ２）粒子および水を含むスラリーは、無機コア粒子の水中スラリーを提供する工程を含む方法により調製される。典型的に、ＴｉＯ２は、スラリーの総重量を基準として、２５〜約３５重量％、より典型的には、約３０重量％の量で存在する。次に、スラリーを、約３０〜約４０℃、より典型的には、３３〜３７℃まで加熱し、ｐＨを、約３．５〜約７．５、より典型的には、約５．０〜約６．５に調整する。ｐＨを約３．５〜約７．５、より典型的には、約５．０〜約６．５に維持しながら、ケイ酸ナトリムやカリウム等の可溶性ケイ酸塩を、スラリーに添加する。その後、少なくとも約５分、典型的には、少なくとも約１０分、ただし１５分以下、攪拌して、無機コア粒子、特に、二酸化チタン（ＴｉＯ２）粒子への沈殿を促す。ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏ重量比が約１．６〜約３．７５、固体が３２〜５４重量％で、さらに希釈してもしなくてもよい市販の水溶性ケイ酸ナトリウムが最も実用的である。多孔質シリカを無機コア粒子に適用するには、有効量の可溶性ケイ酸塩の添加中、スラリーは、典型的に酸性とする。用いる酸は、シリカを沈殿させるのに十分な解離定数を有し、スラリー中の酸性条件を維持するのに十分な量で用いられる、ＨＣｌ、Ｈ２ＳＯ４、ＨＮＯ３またはＨ３ＰＯ４等任意の酸でよい。加水分解して酸を形成するＴｉＯＳＯ４やＴｉＣｌ４等の化合物を用いてもよい。酸を全て最初に添加する代わりに、スラリーの酸性度が約７．５未満のｐＨで典型的に維持される限りは、可溶性ケイ酸塩および酸を同時に添加してもよい。酸添加後、さらに添加を進める前に、スラリーは、５０℃以下の温度に少なくとも３０分間保たなければならない。
【００２１】
処理は、無機コア粒子、特に、二酸化チタンコア粒子の総重量を基準として、約７〜約１４重量％、より典型的には、約９．５〜約１２．０％のシリカ、に対応する。等電点を５．０〜７．０に制御すると、工場処理および最終用途における微粒子組成物の分散および／または凝集を促進するのに有利となり得る。
【００２２】
シリカ処理物をＴｉＯ２粒子に添加する別法は、参考文献として援用される、米国特許第５，９９２，１２０号明細書に記載されたとおり、発熱性シリカの、発熱性無機コア粒子、特に、発熱性二酸化チタン（ＴｉＯ２）粒子への堆積による、または米国特許第５，５６２，７６４号明細書および米国特許第７，０２９，６４８号明細書に記載されたとおり、四塩化ケイ素の四塩化チタンとの共酸素化による。
【００２３】
多孔質シリカ処理済み無機コア粒子および水を含むスラリーは、少なくとも約９０℃、より典型的には、約９３〜約９７℃、さらに典型的には、約９５〜約９７℃の温度で加熱する。第２の処理物は、沈殿酸化アルミニウムまたはアルミナを含む。この処理物は、多孔質であり、典型的に、当業者に知られた技術を用いて、可溶アルミン酸塩等の可溶アルミナ源から適用される。特定の実施形態において、可溶アルミン酸塩等の可溶アルミナ源は、ｐＨを約７．０〜１０．０、より典型的には、８．５〜約９．５に維持しながら、シリカ処理済み二酸化チタンを含むスラリーに添加されて、多孔質シリカ処理済み無機コア粒子上にアルミナ処理物を形成する。「可溶アルミナ源」とは、例えば、アルミン酸ナトリウムやカリウム等のアルミン酸塩アニオンのアルカリ金属塩を意味する。あるいは、可溶アルミナ源は、例えば、塩化アルミニウム等、酸性であってもよい。この場合、ｐＨは酸でなく塩基を用いて制御される。処理済み無機コア粒子は、高密度のシリカまたはアルミナの処理物を含まない。
【００２４】
多孔質アルミナ処理物は、無機コア粒子、特に、二酸化チタンコア粒子の総重量を基準として、約４．０％〜約８．０％、より典型的には、約５．０％〜約７．５％の量で存在する。沈殿した実質的に全てのアルミナが、無機コア粒子での処理物になるため、典型的に、その量の可溶アルミン酸塩等の可溶アルミナ源を、沈殿後、適切な処理度となるように、スラリー液に与える必要があるだけである。
【００２５】
典型的に、粒子毎の表面処理は実質的に均質である。これは、各コア粒子が、ある量のアルミナおよびシリカの表面に付加して、全粒子が水、有機溶媒または分散剤分子と同様に相互作用するよう、粒子間のアルミナおよびシリカレベルにおける処理レベルのばらつきを低くする（すなわち、全粒子が、共通の方法で共通の範囲までその化学環境と相互作用する）ことを意味する。典型的に、処理済み無機コア粒子、特に、処理済み二酸化チタン（ＴｉＯ２）粒子は、水に完全に分散されて、１０分未満、より典型的には、約５分未満にスラリーを形成する。「完全に分散」とは、分散液が、粒子形成段階で作製される個々の粒子または粒子の小集団（硬質集合体）で構成され、全ての軟質集合体が個々の粒子へと縮小されたことを意味する。
【００２６】
本プロセスによる処理後、顔料は、スラリーの中和、必要であれば、濾過、洗浄、乾燥、および、しばしば、微細化などの乾燥研削工程をはじめとする公知の手順により回収される。ただし、水が液相であるエマルション塗料を作製するのに、生成物の高粘度スラリーを直接用いることができるため、乾燥は必要ない。本プロセスは、完全に分散した粒子の高固体水スラリーを得る容易かつ効率的な方法である。
【００２７】
本開示は、動作理論により拘束されるものではないが、本開示の多孔質処理済みＴｉＯ２顔料の改善された分散性は、処理物の性質とその適用によるものと考えられる。
【００２８】
用途
処理済み無機コア粒子、典型的には、無機金属酸化物または混合金属酸化物粒子、より典型的には、二酸化チタンは、塗料等のコーティング組成物、成形物品またはフィルム等のプラスチック部品、または紙ラミネートに用いてよい。本開示の紙ラミネートは、フローリング、家具、カウンタートップ、人工木材表面や人造石表面に有用である。
【００２９】
コーティング組成物：
本開示は、コーティング組成物、特に、建築塗料処方またはインク処方を製造するのに特に好適である。
【００３０】
着色剤および処理済み無機粒子、特に、コーティングベースを含有する処理済みＴｉＯ２顔料から調製されたコーティング組成物は、塗料またはインク性能が改善されている。
【００３１】
コーティングベース
コーティングベースは、本開示の樹脂と着色剤の分散液を含む。当業者に知られた他の添加剤も存在してよい。
【００３２】
樹脂：
樹脂は、ラテックスコーティング組成物等の水分散性コーティング組成物、アルキドコーティング組成物、ウレタンコーティング組成物、不飽和ポリエステルコーティング組成物およびこれらの混合物からなる群から選択される。本明細書で用いる「水分散性コーティング」とは、エマルジョン、ラテックスまたは水性相に分散された成膜材料の懸濁液を実質的に含み、界面活性剤、保護コロイドおよび増粘剤、顔料および体質顔料、防腐剤、殺菌剤、凍結融解安定剤、消泡剤、ｐＨ制御剤、合体助剤およびその他成分を典型的に含む基材の装飾または保護のための表面コーティングを意味する。水分散性コーティングとしては、これらに限られるものではないが、ラテックス塗料等の顔料コーティングが例示される。ラテックス塗料については、成膜材料は、アクリル、スチレン−アクリル、ビニル−アクリル、エチレン−酢酸ビニル、酢酸ビニル、アルキド、塩化ビニル、スチレン−ブタジエン、ビニルバーサテート、酢酸ビニル−マレエートまたはこれらの混合物のラテックスポリマーである。かかる水分散性コーティング組成物は、「Ｅｍｕｌｓｉｏｎ  ａｎｄ  Ｗａｔｅｒ−Ｓｏｌｕｂｌｅ  Ｐａｉｎｔｓ  ａｎｄ  Ｃｏａｔｉｎｇｓ」（Ｒｅｉｎｈｏｌｄ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，ＮＹ，１９６５年）においてＣ．Ｒ．Ｍａｒｔｅｎｓにより記載されている。Ｔｅｘ−Ｃｏｔｅ（登録商標）およびＳｕｐｅｒ−Ｃｏｔｅ（登録商標）、Ｒｈｏｐｅｌｘ（登録商標）、Ｖｉｎｎａｐａｓ（登録商標）ＥＦ５００が、１００％アクリル樹脂を含む水系コーティング組成物のさらなる例である。
【００３３】
アルキド樹脂は、不飽和脂肪酸残基を有する複合分岐および架橋ポリエステルであってよい。ウレタン樹脂は、ポリイソシアネート、通常、トルエンジイソシアネートと、乾燥油酸の多価アルコールエステルの反応生成物を典型的に含む。
【００３４】
樹脂は、コーティング組成物の総重量を基準として、約５〜約４０重量％の量で存在する。樹脂の量は、望ましい光沢仕上げの量に応じて異なる。
【００３５】
着色剤
処理済み無機コア粒子、特に、前述した処理済み二酸化チタン粒子は、単独、または従来の着色剤と組み合わせて用いてよい。顔料、染料または分散染料等の従来の着色剤を、本開示において用いて、コーティング組成物を着色してよい。一実施形態において、概して、成分固体の総重量を基準として、約０．１〜約４０重量％の従来の顔料を添加することができる。より典型的には、成分固体の総重量を基準として、約０．１〜約２５重量％の従来の顔料を添加することができる。
【００３６】
本開示の顔料成分は、例えば、Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ，Ｔ．Ｃ．Ｐａｔｔｏｎ，Ｅｄ．，Ｗｉｌｅｙ−Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，１９７３年に報告されているとおり、コーティング処方に用いる一般的に周知された顔料またはその混合物のいずれであってもよい。例えば、二酸化チタン、酸化亜鉛および酸化鉄などの金属酸化物、金属水酸化物、アルミニウムフレーク等の金属フレーク、クロム酸鉛等のクロム酸塩、硫化物、硫酸塩、炭酸塩、カーボンブラック、シリカ、タルク、カオリン、フタロシアニンブルーおよびグリーン、オルガノレッド、オルガノマルーン、真珠光沢顔料およびその他有機顔料および染料等のコーティング組成物に用いられる従来の顔料を、これらの組成物に用いることができる。必要に応じ、クロム酸塩フリーの顔料、例えば、メタホウ酸バリウム、リン酸亜鉛、三リン酸アルミニウムおよびこれらの混合物も用いることができる。
【００３７】
その他添加剤
様々な添加剤を、必要であれば、望ましければ、または従来どおり、本開示のコーティング組成物に存在させてよい。これらの組成物は、分散助剤、耐硬化助剤、湿潤助剤、増粘剤、増量剤、可塑剤、安定剤、光安定剤、泡止め剤、消泡剤、触媒、テクスチャ改善剤および／または抗凝集剤等の様々な従来の塗料添加剤をさらに含むことができる。従来の塗料添加剤は周知されており、例えば、その開示が本明細書に参考文献として援用される「Ｃ−２０９  Ａｄｄｉｔｉｖｅｓ  ｆｏｒ  Ｐａｉｎｔｓ」Ｇｅｏｒｇｅ  Ｉｎｎｅｓ，１９９８年２月に記載されている。かかる添加剤の量は、厚さ、テクスチャ、取扱い性および流動性等の壁塗料において所望の特性を得るために、当業者により、通常どおり最適化される。
【００３８】
本開示のコーティング組成物は、様々なレオロジー改質剤またはレオロジー添加剤（Ａｃｒｙｓｏｌ（登録商標）等）、湿潤剤、分散剤および／または共分散剤ならびに滅菌剤および／または殺菌剤を含んでよい。耐候性を高めるために、本コーティング組成物は、Ｔｉｎｕｖｉｎ（登録商標）等のＵＶ（紫外線）吸収剤をさらに含んでいてよい。
【００３９】
本開示のコーティング組成物は、さらなる熱反射の利点を与えるために、熱および／または赤外反射するセラミックまたはエラストマー物質をさらに含んでいてよい。
【００４０】
コーティング組成物の調製およびその使用：
本開示は、処理済み無機コア粒子と任意の従来の顔料を含む着色剤を、コーティングベースを形成するために、樹脂と混合することを含む、塗料処方等のコーティング組成物を調製する方法を提供する。任意で、ビヒクルを存在させてもよい。ビヒクルは、水性または溶剤ベースであってよい。典型的に、これらのコーティング組成物は、約３０〜約５５固体体積％、典型的には、約２５〜約４５固体体積％含む。典型的に、本開示のコーティング組成物は、１ガロン当たり約９．１〜約１１．９ポンド、より典型的には、１ガロン当たり約９．５〜約１０．８ポンドの密度を有する。当業者に知られた任意の混合手段を用いてこの混合を行ってよい。混合装置の例としては、ＢＹＫ−Ｇａｒｄｎｅｒ（Ｃｏｌｕｍｂｉａ、ＭＤ）により供給される高速Ｄｉｓｐｅｒｍａｔ（登録商標）が挙げられる。
【００４１】
本開示のコーティング組成物は、当業者に知られた任意の手段、例えば、ブラシ、ローラ、商用エアレススプレーにより、または粒子コーティングにおいて静電的に適用してよい。本明細書に示したコーティング組成物は、コート表面、例えば、外壁に十分なコーティングが得られる必要な回数適用してよい。典型的に、これらのコーティング組成物は、約２ミル〜約１０ミルの湿潤膜厚で適用してよく、これは、約１〜約５乾燥ミル膜厚に匹敵する。
【００４２】
本明細書に示したコーティング組成物は、表面に直接適用することも、表面をまず、当業者に知られたプライマーでコートした後に適用することもできる。
【００４３】
本開示のコーティング組成物は塗料であってよく、塗料は、建築材料、自動車部品、スポーツ用品、テンティングファブリック、防水布、ジオメンブレン、スタジアムのシート、芝生用ガーデン家具および屋根材からなる群から選択される表面に適用してよい。
【００４４】
以下の実施例、本開示の例示および典型的な実施形態の記載は、開示の範囲を限定しようとするものではない。様々な修正形態、変形構造および均等物を、添付の請求項の精神および範囲から逸脱することなく用いてよい。一実施形態において、コーティング膜は、他の従来の着色剤を実質的に含まず、本開示の処理済みの二酸化チタン顔料のみを含有していてもよい。
【００４５】
試験方法
コーティングまたは塗料の様々な特性に影響する特徴を有する多くの態様の顔料がある。本明細書に記載した顔料は、着色強度および隠蔽力（拡散率）の増大から明らかなように、顔料を水スラリーへと処理する容易さ、および顔料が可視光を散乱する範囲に好影響を与えるという点で注目に値する。
【００４６】
試料評価
スラリー作製のし易さ：ラテックス塗料製造において、概して、他の塗料成分を含有するスラリーに混合その他組み込むことのできるＴｉＯ２顔料の高固体水スラリーを調製するのが望ましい。典型的に、このＴｉＯ２顔料スラリーは、サブミクロン粒子を分散するよう特別に設計された機器（例えば、Ｈｏｃｋｍｅｙｅｒ分散機、ＫａｔｙミルまたはＤｉｓｐｅｒｍａｔ分散機）により、別個の分散工程で作製される。試料評価については、各顔料例のスラリーを、以下の量の成分により、Ｈｏｃｋｍｅｙｅｒ分散機で作製した。
・３０００ｇのＴｉＯ２顔料
・１９５３ｇの水
・０．９ｇのＴＫＰＰ（トリポリリン酸カリウム）分散剤
・０．５ｇのＰｒｏｘｅｌ(登録商標)（殺生物剤）
【００４７】
１，０００ｒｐｍで剪断しながら、水、ＴＫＰＰおよびＰｒｏｘｅｌ(登録商標)の全てを含む混合ポットに、ＴｉＯ２顔料を増分しながら加えることにより、スラリーを作製した。分散性（分散のし易さ）を、全質量の顔料がスラリーへ完全に組み込むのに必要な時間、定量した。
【００４８】
着色力：着色力は、白色顔料の散乱能力の尺度である。白色顔料は、塗料、プラスチックまたは紙ラミネートに添加されて、可視光を散乱するため、高い着色力が望ましい。この試験においては、当該のＴｉＯ２の標準白色顔料を、ポリマーバインダ（商品名ＡＣ−３４７）を用いて、ＴｉＯ２含量２６％ＰＶＣにより作製した。
【００４９】
希釈緑色染料（ＧＷ−９５１Ｐ）を、１部の染料を２部の脱イオン水と混合することにより作製した。緑色染料を、白色塗料へ、塗料１００グラム当たり３ｇの染料のレベルで加えた。このレベルで、乾燥塗料について測定されたＹ値は５０％に近かった。
【００５０】
各塗料を、０．００４インチの間隙のブレードを用いて、均一白色カードでドローダウンし、空気乾燥させた。乾燥後、同じ塗料の第２のコートを、刷毛を用いてカードの一部に適用し、得られた塗料を激しくブラシで擦って、パネルに「ブラッシュアウト」部分をつくる。Ｙ色値を、そのままにしてあるドローダウン領域とブラッシュアウト領域の両方について別々に、各ドローダウンについて三回求めた。ドローダウンは、当該試料を、既知の顔料と比べる目的で、標準ＴｉＯ２で作製した塗料を用いても行った。
【００５１】
Ｋ／Ｓ値を、
Ｋ／Ｓ＝［（１−Ｙ）２］／［２＊Ｙ］
により、三刺激Ｙ値を用いて、各ドローダウン領域について計算した。着色力値は、当該の顔料で作製した塗料についてのＫ／Ｓ値で除算した標準塗料のＫ／Ｓ値の比率として記録され、パーセンテージで記録された。塗料が乾燥する際の顔料分散安定性の尺度であった剪断強度均一性を、ドローダウンのそのままにしてある領域のＫ／Ｓ値と、ブラッシュアウト領域のＫ／Ｓ値を比べることにより求めた。
【００５２】
重み付き隠蔽力（伝播速度）：重み付き隠蔽力（伝播速度）は、基板の表面外観を覆う白色顔料の能力の尺度である。これは、コントラスト比を用いて求められ、依存光散乱の理論に基づいていた。塗料は、着色剤を添加しなかった以外は、着色力試験の説明に述べたとおりにして、異なるＴｉＯ２顔料により作製した（すなわち、塗料は白色であった）。剪断速度を、一連の工程により、これらの塗料について測定した。まず、間隙が０．００２５〜０．００３５ミルのいくつかの異なるブレードを用いて、当該の塗料を黒色および白色カードでドローダウンすることにより、正確なブレード間隙を求めた。これらのドローダウンのコントラスト比を、パネルの白色領域で測定したＹ値で除算したパネルの黒色領域で反射した光（三刺激Ｙ）の比により求めた。コントラスト比が９２〜９５となるように、ドローダウンブレードを選択した。
【００５３】
次に、当該の各塗料および対照塗料について、４つのチャートを黒色および白色カードにドローダウンした。ドローダウン重量を即時に測定し、そこから適用した塗料の総量を求めた。塗装したカードを一晩空気乾燥させた。この後、カードの各部（黒色または白色）から測定した４つの値から、平均Ｙ値を計算した。
【００５４】
カードの黒色部分で測定した反射率値を、カードの白色部分で測定した反射率値で除算することにより、塗料のコントラスト比を求めた。黒色値についてのコントラスト比および反射率をクベルカ−ムンク式を用いるコンピュータプログラムに入力して、完全な隠蔽力（完全な隠蔽とは、コントラスト比が０．９８を超えるときと定義された）で１ガロンの塗料がカバーする平方フィート数を予測した。この平方フィート数は、顔料の「伝播速度」と呼ばれた。伝播速度が高いということは、隠蔽力が大きいことを示すものであるため、好ましい。
【実施例】
【００５５】
実施例１
２０００ｇのＴｉＯ２酸化ベースを、４５２０ｍｌの脱イオン水中でスラリー化して、４００ｇＴｉＯ２／リットル（３０．７ｗｔ％ＴｉＯ２）の濃度とした。このスラリーを３５℃まで加熱し、ｐＨを５．５まで調整した。ケイ酸ナトリウム溶液（１２１０グラム）に、十分なＨＣｌを添加して、ｐＨを４〜７に維持した。５分間の硬化後（混合しながら）、スラリーを５５℃まで加熱した。６９５グラムのアルミン酸ナトリウムに、十分なＨＣｌを添加して、ｐＨを７に維持した。ｐＨおよび温度を維持しながら、スラリーをさらに３０分間攪拌してから、濾過、洗浄、乾燥および蒸気微粉化した。得られた試料のパーセントＳｉＯ２値は１４％、パーセントアルミナ値は７．６％である。
【００５６】
実施例２
下記以外は、実施例１に記載した手順を用いた。
・シリカ硬化５分後、スラリーを９５℃まで加熱した。
・アルミン酸塩添加中および後、スラリーｐＨを９．０に維持した。
【００５７】
試料評価結果
顔料の組み込み易さを、上述したとおりに測定した。実施例２の試料については、時間は１分未満であった。実施例１の試料は、２，０００ｒｐｍのせん断条件下でさらに９グラムの分散剤（ＴＫＰＰ）をスラリーに入れたにも係らず、スラリーには全く組み込まれなかった。本開示の試料の利点は、従って、明らかである。
【００５８】
実施例１のドローダウン着色強度、ブラッシュアウト着色強度およびせん断強度均一性を１００と定義した。実施例２のドローダウン着色強度、ブラッシュアウト着色強度およびせん断強度均一性を測定したところ、１０３、１０４および１０１であった。実施例２の値が実施例１の値より大きいという事実は、実施例２はより高い着色強度を与えたことを示すものであり、白色顔料において望ましいことである。
【００５９】
実施例１の伝播速度は上記のとおり測られ、１ガロン当たり３０８．４平方フィートと分かった。実施例２の伝播速度は、１ガロン当たり３３７．０平方フィートと測られ、拡散効率が略１０％増えた。
【国際調査報告】
2014534314.tif 000002
2014534314.tif 000003
2014534314.tif 000004