(57)【要約】本発明は、塩化物法または硫酸塩法のいずれかで生成した未完成二酸化チタン顔料から直接製造されるルチル型二酸化チタンスラリーに関する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
未完成ルチル型二酸化チタン顔料と、分散剤と、有機アミンとを含むルチル型二酸化チタン顔料スラリーであって、前記分散剤は、（ａ）約９０〜５０重量％のポリマー主鎖と、対応する約１０〜５０重量％の、前記主鎖と結合するマクロモノマー側鎖とを含み、重量平均分子量が約５，０００〜１００，０００であるグラフトコポリマーであって、（１）前記ポリマー主鎖は、前記側鎖と比較すると疎水性であり、エチレン系不飽和疎水性モノマーの重合体と、前記グラフトコポリマーの重量を基準にして２０重量％までのエチレン系不飽和酸含有モノマーの重合体とから実質的になり、（２）前記側鎖は、１つの末端部分で前記主鎖に結合する親水性マクロモノマーであり、コバルト連鎖移動剤の存在下で重合したエチレン系不飽和モノマーの重合体から実質的になり、前記マクロモノマーの重量を基準にして２０〜５０重量％のエチレン系不飽和酸含有モノマーの重合体を含み、重量平均分子量が約１，０００〜３０，０００であり、前記グラフトコポリマーの前記酸基は無機塩基またはアミンで中和されるグラフトコポリマーと、（ｂ）ＢＭＡ／／ＭＡＡ（１０／／１０）およびＢＭＡ／／ＢＭＡ／ＭＭＡ（１０／／５／１０）からなる群より選択されるＡＢ型およびＢＡＢ型のブロックコポリマーとからなる群より選択されることを特徴とするルチル型二酸化チタン顔料スラリー。
【請求項２】
前記顔料が、前記スラリーの重量の少なくとも６０％の濃度で存在することを特徴とする請求項１に記載のスラリー。
【請求項３】
前記顔料が、前記スラリーの重量の７０〜８５％の濃度で存在することを特徴とする請求項１に記載のスラリー。
【請求項４】
前記アミンが、２−アミノ−２−メチル−１−プロパノールおよびモノ−イソプロパノールアミンからなる群より選択されるアルコールアミンであることを特徴とする請求項１に記載のスラリー。
【請求項５】
前記分散剤が、前記顔料に対して０．２〜１重量％の濃度で存在することを特徴とする請求項１に記載のスラリー。
【請求項６】
前記分散剤が、重量平均分子量が約２，０００〜５，０００であるマクロモノマーであって、前記マクロモノマーの重量を基準にして約５０〜８０重量％のメタクリル酸メチルの重合体と、前記マクロモノマーの重量を基準にして２０〜５０重量％のメタクリル酸の重合体とを含むマクロモノマーの側鎖を有し、さらにアクリル酸メチルとアクリル酸ブチルとの重合体、アクリル酸メチルとアクリル酸ブチルとアクリルアミドメチルプロパンスルホン酸との重合体、アクリル酸メチルとアクリル酸ブチルとアクリル酸との重合体、アクリル酸エチルの重合体、アクリル酸エチルとアクリル酸メチルとアクリル酸との重合体、およびアクリル酸エチルとアクリル酸との重合体からなる群より選択される主鎖を有するグラフトコポリマーであることを特徴とする請求項１に記載のスラリー。
【請求項７】
未完成ルチル型二酸化チタン顔料からスラリーを製造する方法であって、
（ａ）分散剤を水と混合し、そのｐＨを、有機アミンを使用して約７〜１０の値に調整して、分散剤溶液を調製する工程と、
（ｂ）約８０〜８５重量％の未完成二酸化チタン顔料の顔料濃度を有する混合物を調製するのに十分な未完成ルチル型二酸化チタン顔料を前記分散剤溶液に加える工程と、
（ｃ）高速分散装置を使用してダイラタント剪断条件下で前記混合物を粉砕する工程と、
（ｄ）水、または水およびアミンを加えて、前記混合物の顔料濃度を約８０％〜約７２％に低下させ、それによって得られた混合物をふるい分けする工程とを含み、
前記分散剤は、（ａ）約９０〜５０重量％のポリマー主鎖と、対応する約１０〜５０重量％の、前記主鎖と結合するマクロモノマー側鎖とを含み、重量平均分子量が約５，０００〜１００，０００であるグラフトコポリマーであって、（１）前記ポリマー主鎖は、前記側鎖と比較すると疎水性であり、エチレン系不飽和疎水性モノマーの重合体と、前記グラフトコポリマーの重量を基準にして２０重量％までのエチレン系不飽和酸含有モノマーの重合体とから実質的になり、（２）前記側鎖は、１つの末端部分で前記主鎖に結合する親水性マクロモノマーであり、コバルト連鎖移動剤の存在下で重合したエチレン系不飽和モノマーの重合体から実質的になり、前記マクロモノマーの重量を基準にして２０〜５０重量％のエチレン系不飽和酸含有モノマーの重合体を含み、重量平均分子量が約１，０００〜３０，０００であり、前記グラフトコポリマーの前記酸基は無機塩基またはアミンで中和されるグラフトコポリマーと、（ｂ）ＢＭＡ／／ＭＡＡ（１０／／１０）およびＢＭＡ／／ＢＭＡ／ＭＭＡ（１０／／５／１０）からなる群より選択されるＡＢ型およびＢＡＢ型のブロックコポリマーと、からなる群より選択されることを特徴とする方法。
【請求項８】
建築塗料および紙のコーティングにおける使用に好適な未完成ルチル型二酸化チタン顔料スラリーを、塩化物法の酸化生成物から直接製造する方法であって、
（ａ）前記未完成二酸化チタン顔料をなんらの粒径減少工程にかけず、かつ前記顔料をなんらの湿式処理にかけずに、酸化から直接、未完成ルチル型二酸化チタン顔料を、分散剤と有機アミンとを含有する水に混入して、混合物を調製する工程であって、前記有機アミンは、前記混合物のｐＨが約７〜約１０の間となるのに十分な濃度であり、前記混合物中の前記顔料の濃度を前記混合物の約８０〜約８５重量％にする工程と、
（ｂ）高速分散装置を使用してダイラタント剪断条件下で工程（ａ）の前記混合物を粉砕する工程と、
（ｃ）水、または水およびアミンを加えて、前記混合物の顔料濃度を約８０％〜約７２％に低下させ、それによって得られた混合物をふるい分けする工程と、
（ｄ）工程（ｃ）の前記得られた混合物をメディアミルで微粉砕する工程とを含み、
前記分散剤は、（ａ）約９０〜５０重量％のポリマー主鎖と、対応する約１０〜５０重量％の前記主鎖と結合するマクロモノマー側鎖とを含み、重量平均分子量が約５，０００〜１００，０００であるグラフトコポリマーであって、（１）前記ポリマー主鎖は、前記側鎖と比較すると疎水性であり、エチレン系不飽和疎水性モノマーの重合体と、前記グラフトコポリマーの重量を基準にして２０重量％までのエチレン系不飽和酸含有モノマーの重合体とから実質的になり、（２）前記側鎖は、１つの末端部分で前記主鎖に結合する親水性マクロモノマーであり、コバルト連鎖移動剤の存在下で重合したエチレン系不飽和モノマーの重合体から実質的になり、前記マクロモノマーの重量を基準にして２０〜５０重量％のエチレン系不飽和酸含有モノマーの重合体を含み、重量平均分子量が約１，０００〜３０，０００であり、前記グラフトコポリマーの前記酸基は無機塩基またはアミンで中和されるグラフトコポリマーと、（ｂ）ＢＭＡ／／ＭＡＡ（１０／／１０）およびＢＭＡ／／ＢＭＡ／ＭＭＡ（１０／／５／１０）からなる群より選択されるＡＢ型およびＢＡＢ型のブロックコポリマーと、からなる群より選択されることを特徴とする方法。
【請求項９】
建築塗料および紙のコーティングにおける使用に好適な未完成ルチル型二酸化チタン顔料スラリーを、硫酸塩法の焼成生成物から直接製造する方法であって、
（ａ）前記未完成二酸化チタン顔料をなんらの粒径減少工程にかけず、かつ前記顔料をなんらの湿式処理にかけずに、焼成から直接、未完成ルチル型二酸化チタン顔料を、分散剤と有機アミンとを含有する水に混入して、混合物を調製する工程であって、前記有機アミンは、前記混合物のｐＨが約７〜約１０の間となるのに十分な濃度であり、前記混合物中の前記顔料の濃度を前記混合物の約８０〜約８５重量％にする工程と、
（ｂ）高速分散装置を使用してダイラタント剪断条件下で工程（ａ）の前記混合物を粉砕する工程と、
（ｃ）水、または水およびアミンを加えて、工程（ｂ）の前記混合物の顔料濃度を約８０％〜約７２％に低下させ、それによって得られた混合物をふるい分けする工程と、
（ｄ）工程（ｃ）の前記得られた混合物をメディアミルで微粉砕する工程とを含み、
前記分散剤は、（ａ）約９０〜５０重量％のポリマー主鎖と、対応する約１０〜５０重量％の、前記主鎖と結合するマクロモノマー側鎖とを含み、重量平均分子量が約５，０００〜１００，０００であるグラフトコポリマーであって、（１）前記ポリマー主鎖は、前記側鎖と比較すると疎水性であり、エチレン系不飽和疎水性モノマーの重合体と、前記グラフトコポリマーの重量を基準にして２０重量％までのエチレン系不飽和酸含有モノマーの重合体とから実質的になり、（２）前記側鎖は、１つの末端部分で前記主鎖に結合する親水性マクロモノマーであり、コバルト連鎖移動剤の存在下で重合したエチレン系不飽和モノマーの重合体から実質的になり、前記マクロモノマーの重量を基準にして２０〜５０重量％のエチレン系不飽和酸含有モノマーの重合体を含み、重量平均分子量が約１，０００〜３０，０００であり、前記グラフトコポリマーの前記酸基は無機塩基またはアミンで中和されるグラフトコポリマーと、（ｂ）ＢＭＡ／／ＭＡＡ（１０／／１０）およびＢＭＡ／／ＢＭＡ／ＭＭＡ（１０／／５／１０）からなる群より選択されるＡＢ型およびＢＡＢ型のブロックコポリマーと、からなる群より選択されることを特徴とする方法。
【請求項１０】
建築用コーティングの製品におけることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のスラリーの使用。
【請求項１１】
汎用の着色剤が使用されるコーティング配合物におけることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のスラリーの使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塩化物法または硫酸塩法のいずれかで生成した未完成二酸化チタン顔料から直接製造されるルチル型二酸化チタンスラリーに関する。
【背景技術】
【０００２】
製紙のウェットエンドにおける用途、および紙のコーティングのために配合された未完成ルチル型二酸化チタン顔料スラリーは従来存在しているが、建築塗料系のためのルチル型二酸化チタンスラリーの配合に関する進展はわずかであった。
【０００３】
建築塗料系は、広範囲の二酸化チタン濃度にわたって配合され、外装および内装の両方のコーティングで良好な塗料性能が得られるようにするための種々の他の顔料および添加剤を含む。特に、汎用の着色剤を扱うために、一般に建築塗料は配合される。したがって、塗料の小売店は、塗料の色見本からの顧客の選択に適合させるためにその小売店で製造するために、数種類の着色ベースとある範囲の着色剤とだけを在庫すればよい。
【０００４】
【特許文献１】
米国特許第４，６８０，３５２号明細書
【特許文献２】
米国特許第４，７２２，９８４号明細書
【特許文献３】
米国特許第５，０８５，６９８号明細書
【特許文献４】
米国特許第５，３１０，７７８号明細書
【特許文献５】
米国特許第５，３５６，４７０号明細書
【特許文献６】
米国特許第３，７６７，４５５号明細書
【特許文献７】
米国特許第５，８２４，１４５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明以前には、特に外注の着色剤または汎用の着色剤が共用される消費者市場で使用される非常に多様なコーティング配合物において満足な性能が得られる未完成二酸化チタンスラリー生成物の配合物は存在しなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、未完成ルチル型二酸化チタン顔料と、分散剤と、有機アミンとを含むルチル型二酸化チタン顔料スラリーである。前記分散剤は、（ａ）約９０〜５０重量％のポリマー主鎖と、対応する約１０〜５０重量％の、前記主鎖と結合するマクロモノマー側鎖とを含み、重量平均分子量が約５，０００〜１００，０００であるグラフトコポリマーであって、（１）前記ポリマー主鎖は、前記側鎖と比較すると疎水性であり、エチレン系不飽和疎水性モノマーの重合体と、前記グラフトコポリマーの重量を基準にして２０重量％までのエチレン系不飽和酸含有モノマーの重合体とから実質的になり、（２）前記側鎖は、１つの末端部分で前記主鎖に結合する親水性マクロモノマーであり、コバルト連鎖移動剤の存在下で重合したエチレン系不飽和モノマーの重合体から実質的になり、前記マクロモノマーの重量を基準にして２０〜５０重量％のエチレン系不飽和酸含有モノマーの重合体を含み、重量平均分子量が約１，０００〜３０，０００であり、前記グラフトコポリマーの前記酸基は無機塩基またはアミンで中和されるグラフトコポリマーと、（ｂ）ＢＭＡ／／ＭＡＡ（１０／／１０）およびＢＭＡ／／ＢＭＡ／ＭＭＡ（１０／／５／１０）からなる群より選択されるＡＢ型およびＢＡＢ型のブロックコポリマーと、からなる群より選択される。
【０００７】
本発明は、未完成ルチル型二酸化チタン顔料からスラリーを製造する方法も含み、この方法は、
（ａ）分散剤を水と混合し、そのｐＨを、有機アミンを使用して約７〜１０の値に調整して、分散剤溶液を調製する工程と、
（ｂ）約８０〜８５重量％の未完成二酸化チタン顔料の顔料濃度を有する混合物を調製するのに十分な未完成ルチル型二酸化チタン顔料を前記分散剤溶液に加える工程と、
（ｃ）高速分散装置を使用してダイラタント剪断条件下で前記混合物を粉砕する工程と、
（ｄ）水、または水およびアミンを加えて、前記混合物の顔料濃度を約８０％〜約７２％に低下させ、それによって得られた混合物をふるい分けする工程とを含み、
前記分散剤は、（ａ）約９０〜５０重量％のポリマー主鎖と、対応する約１０〜５０重量％の、前記主鎖と結合するマクロモノマー側鎖とを含み、重量平均分子量が約５，０００〜１００，０００であるグラフトコポリマーであって、（１）前記ポリマー主鎖は、前記側鎖と比較すると疎水性であり、エチレン系不飽和疎水性モノマーの重合体と、前記グラフトコポリマーの重量を基準にして２０重量％までのエチレン系不飽和酸含有モノマーの重合体とから実質的になり、（２）前記側鎖は、１つの末端部分で前記主鎖に結合する親水性マクロモノマーであり、コバルト連鎖移動剤の存在下で重合したエチレン系不飽和モノマーの重合体から実質的になり、前記マクロモノマーの重量を基準にして２０〜５０重量％のエチレン系不飽和酸含有モノマーの重合体を含み、重量平均分子量が約１，０００〜３０，０００であり、前記グラフトコポリマーの前記酸基は無機塩基またはアミンで中和されるグラフトコポリマーと、（ｂ）ＢＭＡ／／ＭＡＡ（１０／／１０）およびＢＭＡ／／ＢＭＡ／ＭＭＡ（１０／／５／１０）からなる群より選択されるＡＢ型およびＢＡＢ型のブロックコポリマーと、からなる群より選択される。
【０００８】
本発明は、建築塗料および紙のコーティングにおける使用に好適な未完成ルチル型二酸化チタン顔料スラリーを、塩化物法の酸化生成物から直接製造する方法も含み、この方法は、
（ａ）前記未完成二酸化チタン顔料をなんらの粒径減少工程にかけず、かつ前記顔料をなんらの湿式処理にかけずに、酸化から直接、未完成ルチル型二酸化チタン顔料を、分散剤と有機アミンとを含有する水に混入して、混合物を調製する工程であって、前記有機アミンは、前記混合物のｐＨが約７〜約１０の間となるのに十分な濃度であり、前記混合物中の前記顔料の濃度を前記混合物の約８０〜約８５重量％にする工程と、
（ｂ）高速分散装置を使用してダイラタント剪断条件下で工程（ａ）の前記混合物を粉砕する工程と、
（ｃ）水、または水およびアミンを加えて、工程（ｂ）の前記混合物の顔料濃度を約８０％〜約７２％に低下させ、それによって得られた混合物をふるい分けする工程と、
（ｄ）工程（ｃ）の前記得られた混合物をメディアミルで微粉砕する工程とを含み、
前記分散剤は、（ａ）約９０〜５０重量％のポリマー主鎖と、対応する約１０〜５０重量％の、前記主鎖と結合するマクロモノマー側鎖とを含み、重量平均分子量が約５，０００〜１００，０００であるグラフトコポリマーであって、（１）前記ポリマー主鎖は、前記側鎖と比較すると疎水性であり、エチレン系不飽和疎水性モノマーの重合体と、前記グラフトコポリマーの重量を基準にして２０重量％までのエチレン系不飽和酸含有モノマーの重合体とから実質的になり、（２）前記側鎖は、１つの末端部分で前記主鎖に結合する親水性マクロモノマーであり、コバルト連鎖移動剤の存在下で重合したエチレン系不飽和モノマーの重合体から実質的になり、前記マクロモノマーの重量を基準にして２０〜５０重量％のエチレン系不飽和酸含有モノマーの重合体を含み、重量平均分子量が約１，０００〜３０，０００であり、前記グラフトコポリマーの前記酸基は無機塩基またはアミンで中和されるグラフトコポリマーと、（ｂ）ＢＭＡ／／ＭＡＡ（１０／／１０）およびＢＭＡ／／ＢＭＡ／ＭＭＡ（１０／／５／１０）からなる群より選択されるＡＢ型およびＢＡＢ型のブロックコポリマーと、からなる群より選択される。
【０００９】
本発明は、建築塗料および紙のコーティングにおける使用に好適な未完成ルチル型二酸化チタン顔料スラリーを、硫酸塩法の焼成生成物から直接製造する方法も提供し、この方法は、
（ａ）前記未完成二酸化チタン顔料をなんらの粒径減少工程にかけず、かつ前記顔料をなんらの湿式処理にかけずに、焼成から直接、未完成ルチル型二酸化チタン顔料を、分散剤と有機アミンとを含有する水に混入して、混合物を調製する工程であって、前記有機アミンは、前記混合物のｐＨが約７〜約１０の間となるのに十分な濃度であり、前記混合物中の前記顔料の濃度を前記混合物の約８０〜約８５重量％にする工程と、
（ｂ）高速分散装置を使用してダイラタント剪断条件下で工程（ａ）の前記混合物を粉砕する工程と、
（ｃ）水、または水およびアミンを加えて、工程（ｂ）の前記混合物の顔料濃度を約８０％〜約７２％に低下させ、それによって得られた混合物をふるい分けする工程と、
（ｄ）工程（ｃ）の前記得られた混合物をメディアミルで微粉砕する工程とを含み、
前記分散剤は、（ａ）約９０〜５０重量％のポリマー主鎖と、対応する約１０〜５０重量％の、前記主鎖と結合するマクロモノマー側鎖とを含み、重量平均分子量が約５，０００〜１００，０００であるグラフトコポリマーであって、（１）前記ポリマー主鎖は、前記側鎖と比較すると疎水性であり、エチレン系不飽和疎水性モノマーの重合体と、前記グラフトコポリマーの重量を基準にして２０重量％までのエチレン系不飽和酸含有モノマーの重合体とから実質的になり、（２）前記側鎖は、１つの末端部分で前記主鎖に結合する親水性マクロモノマーであり、コバルト連鎖移動剤の存在下で重合したエチレン系不飽和モノマーの重合体から実質的になり、前記マクロモノマーの重量を基準にして２０〜５０重量％のエチレン系不飽和酸含有モノマーの重合体を含み、重量平均分子量が約１，０００〜３０，０００であり、前記グラフトコポリマーの前記酸基は無機塩基またはアミンで中和されるグラフトコポリマーと、（ｂ）ＢＭＡ／／ＭＡＡ（１０／／１０）およびＢＭＡ／／ＢＭＡ／ＭＭＡ（１０／／５／１０）からなる群より選択されるＡＢ型およびＢＡＢ型のブロックコポリマーと、からなる群より選択される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
用語「未完成ルチル型二酸化チタン顔料」は、顔料表面上に金属酸化物を付着させる湿式処理が行われておらず、または顔料上に有機表面処理剤を付着させる処理が実施されていない顔料を意味する。
【００１１】
塩化物法では、未完成顔料は時折、酸化塩基または塩基性顔料として知られている。塩化物法では未完成二酸化チタン顔料は、酸化部位から直接取り出される顔料であり、硫酸塩法では未完成二酸化チタン顔料は、顔料になんらの湿式処理が行われる前に焼成工程から取り出される顔料である。
【００１２】
未完成顔料は、酸化工程または沈殿工程から不純物を除去するための種々の工程によって処理してもよい。塩化物法では、たとえば塩または塩化物を除去するために顔料を処理してもよい。硫酸塩法では、不純物を除去するために顔料を洗浄してもよい。また未完成二酸化チタン顔料は、塩化物法の酸化工程で種々の金属酸化物前駆物質が加えられる場合に生成する顔料を含む。アルミニウム，リン、ケイ素などの塩化物のこのようないわゆる共酸化物質は、粒径と酸化塩基の他の顔料の性質とを制御するために酸化中に顔料に混入してもよい。
【００１３】
未完成顔料は、湿式処理や、市販の二酸化チタン顔料生成物の分散性を向上させるために通常使用されるまたは種々の有機物質による処理が行われた顔料は含まない。
【００１４】
本明細書で使用される場合、用語「スラリー」は、水中に分散した高濃度の二酸化チタンである。顔料の濃度は、スラリー重量の少なくとも６０％であり、好ましくは約７０〜約８５％の範囲内である。
【００１５】
本明細書に記載の方法によって調製される本発明のグラフトコポリマー分散剤は効率的に調製されて、１００％グラフトコポリマーが生成し、グラフトコポリマーの調製に使用される従来技術の方法の場合には一般に含まれるグラフトコポリマーと低分子量の主鎖ポリマーおよび共重合したマクロモノマーセグメントとの混合物は含まない。
【００１６】
本発明のグラフトコポリマーは、約５０〜９０重量％のポリマー主鎖と、対応する約１０〜５０重量％の側鎖とを含む。本発明のグラフトコポリマーの重量平均分子量は約４，０００〜１００，０００であり、好ましくは約１０，０００〜４０，０００である。本発明のグラフトコポリマーの側鎖は、親水性マクロマーから形成され、この親水性マクロマーは、重量平均分子量が約１，０００〜３０，０００、好ましくは２，０００〜５，０００であり、マクロモノマーの重量を基準にして約２〜１００重量％、好ましくは２０〜５０重量％のエチレン系不飽和酸モノマーの重合体を含む。これらの側鎖は親水性であり、顔料分散液中、および結果として得られるコーティング組成物中で分散剤と顔料とを均一に分散した状態に維持する。
【００１７】
グラフトコポリマーの主鎖は側鎖と比較すると疎水性であり、グラフトコポリマーの重量を基準にして２０重量％まで、好ましくは１〜１０重量％のエチレン系不飽和酸モノマーの重合体を含んでよく、これらのモノマーについては以下に列挙する。主鎖は、後に列挙するアルキルメタクリレートおよびアクリレート、脂環式メタクリレートおよびアクリレート、およびアリールメタクリレートおよびアクリレートなどの疎水性モノマーの重合体を含み、またグラフトコポリマーの重量を基準にして３０重量％までの、官能基を含んでよいエチレン系不飽和非疎水性モノマーの重合体を含んでよい。このようなモノマーの例は、ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、ｔ−ブチルアミノエチルメタクリレート、ジエチルアミノエチルアクリレート、ジエチルアミノエチルメタクリレート、アクリルアミド、ニトロフェノールアクリレート、ニトロフェノールメタクリレート、フタルイミドメチルアクリレート、フタルイミドメタクリレート、アクリル酸、アクリロアミドプロパンスルホン酸である。
【００１８】
グラフトコポリマーの主鎖は分散液中に使用される顔料の表面に対して親和性を有し、コポリマーを顔料に固定し、顔料を分散した状態に維持し、グラフトコポリマーが水相に戻るのを防止する。主鎖上の反応性基は顔料と反応して、顔料との結合を形成することができる。
【００１９】
分子量は、標準物質としてポリスチレンを使用するゲル浸透クロマトグラフィーによって求められる。
【００２０】
マクロモノマーは、グラフトコポリマーの主鎖と重合する１つの末端エチレン系不飽和基を有し、メタクリル酸、そのエステル、ニトリル、アミド、またはこれらのモノマーの混合物であるモノマーの重合体を主に含む。
【００２１】
通常、使用することができるアルキルメタクリレートは、そのアルキル基中に１〜８個の炭素原子を有し、たとえば、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸イソプロピル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸ペンチル、メタクリル酸ヘキシル、メタクリル酸２−エチルヘキシルなどである。
【００２２】
メタクリル酸トリメチルシクロヘキシル、メタクリル酸イソブチルシクロヘキシルなどの脂環式メタクリレートを使用することもできる。メタクリル酸ベンジルなどのアリールメタクリレートも使用することができる。使用することができるその他の重合性モノマーは、スチレン、α−メチルスチレン、メタクリルアミド、およびメタクリロニトリルである。上記モノマーは、グラフトコポリマーの主鎖中に使用することもできる。
【００２３】
マクロモノマーは、マクロモノマーの重量を基準にして２〜１００重量％、好ましくは約２０〜５０重量％のエチレン系不飽和酸の重合体を含むことができる。特に単独成分となる場合には、メタクリル酸が好ましい。使用することができるその他の酸は、アクリル酸、イタコン酸、マレイン酸などのエチレン系不飽和カルボン酸である。スチレンスルホン酸、アクリルアミドメチルプロパンスルホン酸、ビニルホスホン酸、およびそのエステルなどのエチレン系不飽和スルホン酸、スルフィン酸、リン酸、またはホスホン酸およびそれらのエステルも使用することができる。上記の酸はグラフトコポリマーの主鎖中に使用することもできる。
【００２４】
マクロモノマーの重量を基準にして４０重量％までの他のエチレン系不飽和モノマーの重合体が、マクロモノマー中に存在することができる。主として、１〜１２個の炭素をアルキル基中に有するアルキルアクリレート、たとえば、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸イソプロピル、アクリル酸ブチル、アクリル酸ペンチル、アクリル酸ヘキシル、アクリル酸２−エチル、アクリル酸ノニル、アクリル酸ラウリルなどを使用することができる。アクリル酸トリメチルシクロヘキシル、アクリル酸ｔ−ブチルシクロヘキシルなどの脂環式アクリレートを使用することもできる。アクリル酸ベンジルなどのアリールアクリレートも使用することができる。上記モノマーはグラフトコポリマーの主鎖中に使用することもできる。
【００２５】
好ましいマクロモノマーの１つは、約５０〜８０重量％のメタクリル酸メチルの重合体と、２０〜５０重量％のメタクリル酸の重合体とを含み、重量平均分子量が約２，０００〜５，０００である。
【００２６】
得られるマクロモノマーのみが、主鎖モノマーと重合してグラフトコポリマーを形成する１つの末端エチレン系不飽和基を有するようにするため、ＣＯ＋２基を含有する触媒的連鎖移動剤、すなわちコバルト連鎖移動剤を使用して、マクロモノマーの重合が行われる。通常、マクロモノマーの調製方法の第１の工程では、水と混和性または水分散性である不活性有機溶媒およびコバルト連鎖移動剤とモノマーが混合され、通常は反応混合物の乾留温度まで加熱される。続く工程では、追加のモノマーおよびコバルト触媒、ならびに２，２’−アゾビス（２−メチルブタンニトリル）や２，２’−アゾビス（２，４’−ジメチルペンタンニトリル）２，２’−アゾビス（２，４−ジメチル−４−メトキシバレロニトリル）などの従来のアゾ型重合触媒が加えられ、所望の分子量のマクロモノマーが生成するまで重合が続けられる。
【００２７】
好ましいコバルト連鎖移動剤または触媒は、ジャノウィッツ（Ｊａｎｏｗｉｃｚ）らに付与された米国特許公報（特許文献１）およびジャノウィッツ（Ｊａｎｏｗｉｃｚ）に付与された米国特許公報（特許文献２）に記載されている。ペンタシアノコバルト酸塩（ＩＩ）、ジアクアビス（ボロンジフルオロジメチル−グリオキシマト）コバルト酸塩（ＩＩ）、およびジアクアビス（ボロンジフルオロフェニルグリオキシマト）コバルト酸塩（ＩＩ）が最も好ましい。通常、これらの連鎖移動剤は、使用されるモノマーを基準にして約５〜１０００ｐｐｍの濃度で使用した。
【００２８】
前述のようにしてマクロモノマーを生成した後、任意に溶媒が除去され、別の溶媒および重合触媒とともに主鎖モノマーがマクロモノマーに加えられる。前述のアゾ型触媒のいずれも使用可能であり、過酸化物やヒドロペルオキシドなどの他の好適な触媒を使用することもできる。このような触媒の代表例は、過酸化ジ−ｔｅｒｔ−ブチル、過酸化ジ−クミル、過酸化ｔｅｒｔ−アミル、クメンヒドロペルオキシド、ジ（ｎ−プロピル）ペルオキシジカーボネート、アミルペルオキシアセテートなどの過酸エステルである。通常、所望の分子量のグラフトコポリマーが生成するまで、反応混合物の還流温度で重合が続けられる。
【００２９】
マクロモノマーまたはグラフトコポリマーの生成に使用することができる代表的な溶媒は、メチルエチルケトン、イソブチルケトン、エチルアミルケトン、アセトンなどのケトン、メタノール、エタノール、イソプロパノールなどのアルコール、酢酸エチルなどのエステル、エチレングリコール、プロピレングリコールなどのグリコール、テトラヒドロフラン、エチレングリコールモノブチルエーテルなどのエーテルなどである。
【００３０】
グラフトコポリマーが生成した後で、そのグラフトコポリマーはアミンや、水酸化アンモニウムまたは水酸化ナトリウムなどの無機塩基で中和され、続いて水が加えられて分散液が調製される。使用することができる代表的なアミンとしては、アミノメチルプロパノール、アミノエチルプロパノール、ジメチルエタノールアミン、トリエチルアミンなどが挙げられる。好ましいアミンはアミノメチルプロパノールであり、好ましい無機塩基は水酸化アンモニウムである。
【００３１】
特に有用なグラフトコポリマーとしては、
アクリル酸メチルとアクリル酸ブチルとの重合体の主鎖と、重量平均分子量が約２，０００〜５，０００であるマクロモノマーの側鎖であって、マクロモノマーの重量を基準にして約５０〜８０重量％のメタクリル酸メチルの重合体と、マクロモノマーの重量を基準にして２０〜５０重量％のメタクリル酸の重合体とを含むマクロモノマーの側鎖とを有するグラフトコポリマー、
アクリル酸メチルとアクリル酸ブチルとアクリルアミドメチルプロパンスルホン酸との重合体の主鎖と、上記マクロモノマーの側鎖とを有するグラフトコポリマー、
アクリル酸メチルとアクリル酸ブチルとアクリル酸との重合体の主鎖と、上記マクロモノマーの側鎖とを有するグラフトコポリマー、
アクリル酸エチルの重合体の主鎖と、上記マクロモノマーの側鎖とを有するグラフトコポリマー、
アクリル酸エチルと、アクリル酸メチルと、アクリル酸との重合体の主鎖と、上記マクロモノマーの側鎖とを有するグラフトコポリマー、
アクリル酸エチルとアクリル酸との重合体の主鎖と、上記マクロモノマーの側鎖とを有するグラフトコポリマー、
が挙げられる。
【００３２】
本明細書で使用される場合、用語「ダイラタント剪断条件」は、高粘度の高固形分スラリーがほとんど流体とならないように加えられる機械的エネルギーを意味する。これらのスラリーが流動しようとすると、粒子が互いに妨害し合う。これによって、濃厚スラリーが耐えられるよりも高い局所的剪断速度が発生し、それによって局所的なダイラタンシー、すなわち剪断速度のわずかな増加による剪断応力の急速な増大が生じる。続いて、これらの高剪断応力領域は凝集体を分解し、その結果分散性が向上する。
【００３３】
通常、本発明におけるダイラタントスラリー粉砕条件を得るために高速分散装置で混合するのに好適なスラリー組成物は、固形分が約８０重量％を超え、好ましくは固形分が約８１〜８３重量％である。
【００３４】
本発明での使用に好ましい有機アミンとしては、２−アミノ−２−メチル−１−プロパノール（ＡＭＰ）やモノ−イソパノールアミン（ＭＩＰＡ）などのアルコールアミンなどが挙げられる。
【００３５】
本発明の分散剤の濃度は、顔料に対して０．２〜１重量％である。分散剤濃度の好ましい範囲は０．５〜１％である。
【００３６】
本発明の高速顔料粉砕を実施する場合、水と、アミンと、分散剤との混合物にできるだけ速く顔料を加えることが好ましい。すべての顔料が内部に存在したときに粉砕は完了する。このため、本発明は連続的なプラント作業において特に有用である。
【００３７】
本発明の方法は、バッチ法または連続法として操作することができる。バッチ式スラリー加工の場合、通常は、水および分散剤が一部または全部の有機アミンとともに既に存在するタンクに未完成二酸化チタン顔料が加えられる。粉砕で使用される水、顔料、および分散剤の量は、タンクの寸法に依存する。タンク中の固形分量は、時間が経つにつれて徐々に増加される。最終的に所望の％固形分に達したときに、ダイラタントスラリー粉砕が起こる。
【００３８】
本発明の方法は連続的に実施できることが特に好都合である。好ましくは、この方法は、製造能力を大きく向上させるためにタンク中で連続的に実施される。乾燥した未完成二酸化チタン顔料は、水および分散剤とともにタンクに連続的にかつ同時に加えてよく、良好なダイラタントスラリー粉砕が起こるための所望の％固形分にタンクは常に維持される。新しい材料を加えるのと同時に、タンク中の材料の一部が連続的に抜き取られ、重力流れ、移送スクリューなどによってタンク底部から通常は抜き取られる。抜き取られる材料は、直ちに水で希釈されることによって、後の加工に十分な流動性が付与される。水の添加と同時にまたは独立して、アルコールアミンを加えてよい。水をダイラタントスラリー水に加えた後の混合は、別のタンク、ポンプなどを使用する分散装置を使用して実施されることが多い。バッチ式または連続式の場合、通常、スラリーの取り扱いおよび移送が可能となるのに十分なレベルまでスラリーは希釈される。結果として得られる最終スラリー製品に望まれる％固形分までスラリーが希釈されることは当業者には明らかであろう。通常、スラリーは、約７７％未満の固形分まで希釈され、好ましくは約７２〜７６％の固形分、より好ましくは約７４％の固形分まで希釈され、そのｐＨは７を超え、好ましくは７〜１０となる。次に、グリットを除去するためにスラリーのふるい分けが行われる。
【００３９】
本発明に有用なブロックコポリマーは、ＢＭＡ／／ＭＡＡ（１０／／１０）およびＢＭＡ／／ＢＭＡ／ＭＭＡ（１０／／５／１０）のＡＢおよびＢＡＢブロックコポリマーである。これらの分散剤ＡＢおよびＢＡＢ、ならびにそれらの調製方法は、米国特許公報（特許文献３）および米国特許公報（特許文献４）に記載されており、それぞれの記載内容を本明細書に援用する。前述したように、分散剤は、セグメントＡおよびＢを有するブロックコポリマーである。Ａセグメントは疎水性であり、顔料と結合する機能を果たす。Ｂブロックは親水性であり、水性媒体中に顔料を分散させる機能を果たす。
【００４０】
分散剤の表記において、２重のスラッシュはブロック間で分離していることを意味し、１つのスラッシュはランダムコポリマーを意味する。たとえば、ＢＭＡ／／ＭＡＡ（１０／／１０）は、ＡブロックがＢＭＡ、ＢブロックがＭＡＡであり、各ブロックが１０モノマー単位の長さであることを示している。ＢＭＡ／／ＢＭＡ／ＭＡＡ（１０／／５／１０）では、ＡブロックがＢＭＡの１０モノマー単位であり、Ｂブロックは５モノマー単位のＢＭＡと１０モノマー単位のＭＡＡのＢＭＡとＭＡＡのランダムコポリマーである。
【００４１】
ポリマー分散剤ＢＭＡ／／ＭＡＡ（１０／１０）は以下のように調製することができる。
【００４２】
１２リットルのフラスコに、機械的撹拌装置、温度計、Ｎ２入口、乾燥管出口、および添加漏斗を取り付けた。テトラヒドロフラン（「ＴＨＦ」）３７５０ｇ、およびｐ−キシレン７．４ｇをフラスコに装入した。次に、触媒のｍ−クロロ安息香酸テトラブチルアンモニウム（アセトニトリル中の１．０Ｍの溶液３．０ｍｌ）を加えた。開始剤の１，１−ビス（トリメチルシロキシ）−２−メチルプロペン２９１．１ｇ（１．２５Ｍ）を注入した。供給Ｉ［ｍ−安息香酸テトラブチルアンモニウム、アセトニトリル中の１．０Ｍの溶液３．０ｍｌ］を開始し、１５０分間かけて加えた。供給ＩＩ［トリメチルシリルメタクリレート、１９７６ｇ（１２．５Ｍ）］を０．０分で開始し、３５分間かけて加えた。供給ＩＩが完了してから１８０分後（９９％を超えるモノマーが反応した）、供給ＩＩＩ［メタクリル酸ブチル、１７７２ｇ（１２．５Ｍ）］を開始し、３０分間かけて加えた。
【００４３】
４００分の時点で、７８０ｇの乾燥メタノールを上記溶液に加え、蒸留を開始した。蒸留の第１段階中、沸点が５５℃未満の１３００．０ｇの材料がフラスコから除去された。除去されるべきメトキシトリメチルシラン（ＢＰ＝５４℃）の理論量は１１４４．０ｇであった。第２段階中で蒸留を続けると、沸点は７６℃まで上昇した。蒸留の第２段階中に、５１００ｇのイソプロパノールを加えた。合計８００７ｇの溶媒が除去された。
【００４４】
これによって、Ｍｎが２４００で固形分が５２．１％のメタクリル酸ブチル／／メタクリル酸１０／／１０のＡＢブロックポリマーが調製された。
【００４５】
本発明のスラリーを調製する工程では、乾燥顔料の混入を向上させる攪拌機速度が使用され、高顔料固形分と混合することによって、剪断速度が増加するという利点が得られ、ダイラタント粉砕領域のさらなる向上が起こった。具体的な攪拌機の特性は、装置、製造速度、ブレードの構造などに依存する。たとえば、撹拌機の先端速度、すなわち撹拌機のブレードの外端の線速度は約１４〜４５フィート／秒となりうる。圧送作用がより少ない連続的に配列したディスク型攪拌機（ホックメイヤー（Ｈｏｃｋｍｅｙｅｒ）ブレードなど）を使用する場合、５５フィート／秒を超える先端速度が必要となりうる。処理される材料に約３３ｋＷｈ／Ｔまでのエネルギー入力を使用してよく、好ましくは２２ｋＷｈ／Ｔまでであり、より好ましくは４〜１１ｋＷｈ／Ｔの間である。
【００４６】
ダイラタントスラリー粉砕後のスラリーの光学的性能を最大化するために、希釈したスラリーの研磨粉砕を行ってよい。この研磨工程は、１０μｍを超えるより大きな粒子の粉砕、さらに０．６μｍを超える粒子の脱凝集に望ましい。これは、米国特許公報（特許文献５）に記載されるようなメディアミルによって実施してよい。考慮される同等物としては、コロイドミル、アトリションミル、マントン−ガウリン（Ｍａｎｔｏｎ−Ｇａｕｌｉｎ）ミル、高速分散装置などが挙げられる。加工用機器は市販されている。
【００４７】
本発明を実施する場合、工程（ｃ）の二酸化チタンスラリーは、ビーズが充填された粉砕チャンバーに供給される。多くの種類および異なる寸法のメディアを使用してよく、当業者であれば、出発材料の粒子の粒径分布に基づいて所望の結果を得るための媒体を調整することができる。通常、媒体の公称寸法は直径約０．３〜２．５ｍｍの範囲であり、好ましくは直径が約０．６〜１．０ｍｍの範囲であり、より好ましくは０．８〜１．０ｍｍの範囲である。メディアの粒径が小さいほど、および／または先端速度が増加するほど、０．６μｍを超える粒子、特に０．６〜２．０μｍを超える粒子、好ましくは０．６〜１．０μｍを超える粒子の粒径が減少することが分かった。メディアは、回転軸に取り付けられた一連の円板によって粉砕チャンバー中で撹拌される。通常、メディアミルのディスク先端速度は、約２０００〜３０００フィート／分の範囲であり、好ましくは約２５００〜２８００フィート／分の範囲である。メディアミル中の平均滞留時間は、メディアミルの寸法に依存して変動する。通常、２００Ｌの大きさのメディアミルにおける平均滞留時間は、約１〜１０分間の間であり、好ましくは２．５〜５分間の間である。より小さな寸法のメディアミルが使用される場合には、より短い滞留時間を使用することができる。メディアの動きは、スラリーが圧送される方向に対して垂直であり、そのためＴｉＯ２粒子はメディアによって剪断される。通常、スクリーンによってメディアは粉砕チャンバー内部に保持されるが、ＴｉＯ２スラリーはミルから出ることができる。任意に、ミルの生成物をさらにふるい分けすることができる。
【００４８】
通常、本発明に従って処理されたスラリーは、メディアミル粉砕の後に、光散乱粒径分布分析装置で測定して約１．６２未満、好ましくは約１．４０〜１．４８の幾何学的標準偏差（本明細書で後に定義される）を有する狭い粒径分布を有し、約２５％未満が０．６μｍを超え、好ましくは約１０〜２０％未満が０．６μｍを超えるＴｉＯ２粒子を有する。本発明者らは、本発明のスラリーの光学的性質を向上させるためには、メディアミルに１回通せば十分であることを発見した。
【００４９】
本発明のスラリーの光学的性能を十分に向上させるためにはメディアミル粉砕が必要であるが、メディアミル粉砕の前に分散剤または粉砕助剤を加える必要はない。ｐＨを７〜１０、好ましくは８〜１０の所望の範囲に維持するために必要であれば、メディアミル粉砕の前に追加の有機アミン（ダイラタント剪断条件下での粉砕工程で使用したものと同じ）を加えることができる。
【００５０】
従来、内装用光沢剤、半光沢剤、および艶消し剤などの建築長コーティング中に乾燥状態およびスラリー中の両方で使用される二酸化チタン顔料は、最終コーティング系中で分散安定性であり、凝集抵抗性である顔料表面を得るために湿式処理（溶液からの金属酸化物表面上への付着）が必要であった。通常、その製造順序は以下の通りである。
【００５１】
塩化物法の酸化工程、または硫酸塩法の沈殿工程で生成した塩基性顔料は、不純物を除去するために、最初に洗浄が行われるか、あるいはその他の処理の後に洗浄が行われる。この時点で、この塩基性顔料は、本発明の未処理顔料に対応する。
【００５２】
次に、この塩基性顔料は、商業的利用に好適となるように仕上が行われる。この仕上工程における一つの工程は、大きすぎる顔料粒子を除去し、顔料の粒径分布の範囲を狭くすることである。この工程を達成するために、乾燥して、微粉化や粉砕などのある種の粒径減少工程を実施することができる。あるいは、メディアミルで粉砕する前に、未乾燥ろ過ケーキの固形分を調整してもよい。粉砕または微粉化工程で、ＴＭＰなどの有機物質を使用してもよい。仕上の次の工程は、塗料系およびコーティング系中で最終顔料の分散および安定化を促進する種々の金属酸化物を顔料表面に付着または析出させる湿式処理を顔料に対して行うことである。湿式処理の後、顔料を再び乾燥させ、粉砕または微粉化した後に、水と分散剤の混合物中にスラリーとして分散される。
【００５３】
湿式処理は、米国特許公報（特許文献６）に記載されるような析出や、米国特許公報（特許文献７）に記載されるような付着であってよい。
【００５４】
本発明は、スラリーと、未完成ルチル型二酸化チタン顔料で出発するそのスラリーの製造方法とを提供する。本発明の分散剤の存在下でダイラタント剪断条件下での粉砕以外のなんらの他の処理工程を塩基性顔料に対して実施しなくても、建築塗料系への使用に許容できるスラリー生成物が生成される。本発明の方法は、顔料表面の仕上のための湿式処理の必要性が解消され、建築用コーティングへの使用、または紙および板のコーティングにおいて光学的効率を向上させるための使用に好適となる。
【００５５】
本発明のスラリー以前に、ルチル型とアナタース型の両方の未完成顔料スラリーが公知であったが、これらの顔料は、建築用コーティングへの使用、および紙と板のコーティングの効率化のために必要な光沢および凝集抵抗性を付与することができなかった。このような未完成顔料スラリーは、許容される市販の分散剤や、本発明の分散剤を加えてさえも、建築用、紙用、および板用のコーティングに必要な安定性および凝集抵抗性を付与することができなかった。
【００５６】
本発明は、建築用コーティング用の市販のスラリー製品と同等の安定性を有し、市販の湿式処理された顔料スラリーと同等の光沢、色強度、および不透明性を付与するための凝集抵抗性を有するスラリーを提供する。以前は必要であった顔料仕上工程が解消されるこうとから考えると、これらの性質を併せ持つことは驚くべきことである。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
2004536195.tif 000031
2004536195.tif 000032