(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高密度シリカの第一被覆層を有する二酸化チタン顔料の水性スラリーのｐＨを１〜４に保持しながら、ケイ酸塩溶液と酸もしくはアルカリを添加して、多孔質シリカを被覆することを特徴とする二酸化チタン顔料の製造方法。
【請求項２】
二酸化チタン顔料の水性スラリーを８０℃以上でｐＨ９以上に調整し、次いでケイ酸塩を添加し、しかる後酸で緩徐に中和し、この高密度シリカの第一被覆層を有する二酸化チタン顔料の水性スラリーのｐＨを１〜４に保持しながら、ケイ酸塩溶液と酸もしくはアルカリを添加して、多孔質シリカを被覆することを特徴とする二酸化チタン顔料の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、多孔質シリカの第二被覆層処理後ポリオール化合物を被覆処理することを特徴とする二酸化チタン顔料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、水性分散体用の二酸化チタン顔料及びその製造方法に関する。
【０００２】
【発明の技術的背景】
塗料分野においては、地球環境の安全や作業環境の安全、衛生面、さらには省資源化などへの対応ともあいまって、水性溶媒系塗料への指向が一層強まってきている。
【０００３】
ところで、水性溶媒系塗料、とりわけエマルション塗料は、常乾型のものが多く、また臭気、火気への安全性に優れ、かつ塗装作業性が良好であるなど多くの特長を有しているところから、今日、工業用や家庭用の塗料として種々の適用分野において多量に使用されている。
【０００４】
しかして、エマルション塗料は、基本的には主要構成成分であるビヒクルの合成樹脂エマルションに顔料を配合、分散させたものであるが、この分散過程で強い機械的衝撃を受けるとエマルション系が破壊されて安定性を失い易く、溶剤型ビヒクル系塗料のように強力な剪断力下での分散処理が困難である場合が少なくない。このため通常、種々の分散剤や増粘剤などの存在下に水性媒体中に二酸化チタン顔料のほか、体質顔料などを懸濁、分散させて高濃度顔料スラリーを調製し、該顔料スラリーを樹脂エマルションに添加して塗料化することが行なわれている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記分散剤は、分散作業性を改善する上で有用なものではあるが、反面例えば塗膜の耐水性などの塗膜物性を損なったり、また二酸化チタン顔料の分散性付与には有用であっても体質顔料の分散性を損ない易かったりするなど、改善を要する問題点も少なくない。このため分散剤の不存在下もしくは添加量を極力少なくし得るような易分散性顔料、とりわけ主要構成成分である二酸化チタン顔料について強く希求されている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、予てより前記問題点について、二酸化チタン顔料の粒子表面を金属の含水酸化物や酸化物で変成処理することによってその解決を図るべく前記処理について詳細に検討を進めた結果、意外にも、互いに沈殿物の形態が異なるシリカ被覆層のみを特定の順序で二酸化チタン顔料の粒子表面に存在させることによって、（1)エマルション塗料系における分散作業性に極めて優れた高顔料濃度の二酸化チタン顔料水性分散体を容易に得ることができること、（2)前記（1)の高顔料濃度の二酸化チタン顔料水性分散体を用いて塗料化してなるエマルション塗料は、優れた隠蔽性能や耐水性能などの塗膜性能を付与し得るとともに、いわゆるグロスエマルション系において優れた光沢性を有する塗膜性能を付与し得ること、さらの（3)シリカ被覆処理工程で惹起し易い処理スラリーやケーキのチキソトロピック粘性による取扱い作業の困難性や生産効率の低下などを実質的に回避し得ることの知見を得、本発明を完成したものである。
【０００７】
すなわち、本発明は、
１．二酸化チタン粒子表面に、高密度シリカの第一被覆層と多孔質シリカの第二被覆層とを有する二酸化チタン顔料、
２．高密度シリカの第一被覆層を有する二酸化チタン顔料の水性スラリーのｐＨを１〜４に保持しながら、ケイ酸塩溶液と酸もしくはアルカリを添加して、多孔質シリカを被覆することを特徴とする二酸化チタン顔料の製造方法、
３．二酸化チタン顔料の水性スラリーを８０℃以上でｐＨ９以上に調整し、次いでケイ酸塩を添加し、しかる後酸で緩徐に中和し、この高密度シリカの第一被覆層を有する二酸化チタン顔料の水性スラリーのｐＨを１〜４に保持しながら、ケイ酸塩溶液と酸もしくはアルカリを添加して、多孔質シリカを被覆することを特徴とする二酸化チタン顔料の製造方法、
４．多孔質シリカの第二被覆層処理後ポリオール化合物を被覆処理することを特徴とする二酸化チタン顔料の製造方法、
５．前記の二酸化チタン顔料を水性媒体に分散させてなる水性分散体及び、
６．前記の水性分散体に、エマルション樹脂を配合してなる水性塗料である。
【０００８】
本発明に用いる二酸化チタンは、例えば硫酸チタン溶液を加水分解し、得られた含水酸化チタンを焼成するいわゆる硫酸法や、ハロゲン化チタンを気相酸化するいわゆる塩素法で製造されたものを用いることができ、その平均粒子径は０．１〜１．０μｍ程度のものであって、その結晶形はアナタース型，ルチル型のいずれでもよく、さらにアナタース型二酸化チタンとルチル型二酸化チタンとを混合した混合物でもよい。なお、前記硫酸法の二酸化チタンにあっては、その製造工程の焼成過程で例えば亜鉛、カリウム、アルミニウム、リチウム、ニオブ、マグネシウムなどの金属またはリンなどの化合物を焼成処理剤として添加することもでき、また塩素法二酸化チタンにあっては、その製造工程における四塩化チタンの酸化過程で例えばアルミニウム、カリウムなどの化合物を処理剤として添加してもよい。
【０００９】
本発明において、二酸化チタン粒子表面に、高密度シリカの第一被覆層と多孔質シリカの第二被覆層とを形成するには、まず、二酸化チタンの水性スラリーを調製する。スラリーの濃度は、普通１００〜６００ｇ／ｌ、好ましくは２００〜４００ｇ／ｌである。
【００１０】
このスラリーはアルカリ化合物たとえば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニアなどによりpHを９以上に調整するのがよい。また、このスラリーに必要に応じ適当な分散剤たとえばリン酸塩、ケイ酸塩、ポリアクリル酸塩などを添加して二酸化チタンの分散を良くすることができる。リン酸塩としてヘキサメタリン酸ナトリウム、ピロリン酸ナトリウムなどを使用するときは、普通二酸化チタンに対し０．０１〜３％（Ｐ換算重量％）が好ましい添加量である。
【００１１】
次に、二酸化チタンの水性スラリーに対してケイ酸塩を添加し、ついで加温するか、もしくは加温下にケイ酸塩を添加する。ケイ酸塩としては、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウムなどの種々のケイ酸塩およびその他のケイ素化合物を使用することができる。とくに水ガラスが好ましいものの一つである。二酸化チタン粒子表面に被覆する高密度シリカの被覆量は、二酸化チタンの重量に対してSiO2として１〜１０重量％、望ましくは２〜６重量％であり、前記範囲より少な過ぎると耐候性等の所望の効果が得られず、また、多過ぎると経済的に有利でないばかりか分散性、塗膜光沢が損なわれたりする。
【００１２】
ケイ酸塩は、予めその添加前に必要に応じて所定濃度になるように水または弱アルカリ水溶液で希釈し、所定量を添加する。ついで添加終了後さらに充分に撹拌し混合する。続いてスラリーの温度を８０℃以上、望ましくは９０℃以上に維持するように攪拌しながら酸で緩徐に中和する。なお、前記スラリーの加温は、ケイ酸塩の添加前、または添加途中であってもよい。ここで使用する酸としては、硫酸、塩酸、硝酸、リン酸、酢酸などが挙げられ、これらによりスラリーのpHを７．５望ましくは７以下に調整する。また中和は緩徐に行い、中和時の温度、スラリー量などによって異なるが、通常望ましくは３０分間以上さらに望ましくは１時間以上かけて行うのがよい。なお必要に応じ、さらに撹拌下に前記温度を保持しながら熟成処理する。中和および熟成の間も前記の温度に維持するのがよく、熟成温度を更に高くすることにより一層好ましい効果をもたらす場合がある。上記の中和時の望ましい温度、望ましい中和時間などは、シリカをとくに高密度に被覆させるのに好適である。中和時の温度が低きに過ぎたり、中和時間が短きに過ぎたりすると、高密度シリカの被覆層を形成させるのが困難となる。
【００１３】
次に、二酸化チタン粒子表面に高密度シリカの第一被覆層を有する上記被覆二酸化チタンに、多孔質シリカの第二被覆層を形成するには、まず、被覆二酸化チタンの水性スラリーを調製する。このスラリーの濃度は、普通１００〜６００ｇ／ｌ、好ましくは２００〜４００ｇ／ｌである。
【００１４】
このスラリーは、酸たとえば硫酸、塩酸、硝酸、リン酸、酢酸などによりpHを１〜４、望ましくはpH２〜３に調整する。また、このスラリーに必要に応じ適当な分散剤たとえばリン酸塩、ケイ酸塩、ポリアクリル酸塩などを添加して被覆二酸化チタンの分散を良くすることができる。リン酸塩としてヘキサメタリン酸ナトリウム、ピロリン酸ナトリウムなどを使用するときは、普通二酸化チタンに対し０．０１〜３％（Ｐ換算重量％）が好ましい添加量である。
【００１５】
次に、二酸化チタンの水性スラリーに対してpHを１〜４、望ましくは２〜３に保持しながら酸およびケイ酸塩を添加し、次いで酸又はアルカリで中和して多孔質シリカの第二被覆層を形成する。ケイ酸塩としては、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウムなどの種々のケイ酸塩およびその他のケイ素化合物を使用することができる。とくに水ガラスが好ましいものの一つである。二酸化チタン粒子表面に被覆する多孔質シリカの被覆量は、二酸化チタンの重量に対してSiO2として１〜１０重量％、望ましくは２〜５重量％であり、前記範囲より少な過ぎると生産性の低下を来たす等の所望の効果が得られず、また、多過ぎると経済的に有利でないばかりか塗膜光沢が損なわれ易かったりする。
【００１６】
ケイ酸塩は、予めその添加前に必要に応じて所定濃度になるように水または弱アルカリ水溶液で希釈し、所定量を添加する。中和時の被覆二酸化チタン分散液の温度は適宜設定できるが、通常室温から９０℃程度が適当である。
【００１７】
本発明においては、次に前記被覆処理スラリーを濾過、洗浄、乾燥し、粉砕処理して、表面被覆処理された二酸化チタン顔料として回収する。具体的には、中和反応後のスラリーは、一定時間、普通１０〜６０分間、４０〜９０℃の温度で熟成後公知の方法に従って分別し、洗浄し、乾燥し、必要に応じて乾式粉砕などの工程を経て二酸化チタン顔料製品とする。この乾燥後の乾式粉砕は通常、ジェットミルやマイクロナイザーなどの気流粉砕機、ローラーミル、パルペライザーなどで行う。
【００１８】
なお、前記のようにして得られた二酸化チタン顔料は、必要に応じ種々の有機物を表面処理することもできる。前記有機物としては、種々のものを使用し得るが、例えばポリオール系又はアミン系のものがあり、具体例としては例えばトリメチロールメタン、トリメチロールエタン、ペンタエリスリノール、ジメチルエタノールアミン、トリエタノールアミンなどが挙げられる。これらの添加量は、水性塗料系での例えば耐水性などの塗膜性能を損なわない範囲でなるベく少量であるのが望ましい。また、前記のようにして得られた二酸化チタン顔料を、水性媒体に分散させてなる高濃度の顔料水性分散体を調製し塗料化に供するには、場合によっては前記表面被覆処理後の濾過、洗浄ケーキを水性媒体に分散させりことによっても調製することができる。前記水性分散体の固形分濃度は４０〜８０重量％、望ましくは６０〜８０重量％で、pHは、６〜９である。
【００１９】
本発明の二酸化チタン顔料は、色材として塗料やプラスチックス、インキのほか種々の分野に適用し得るものであるが、とりわけ水性系塗料、特にエマルション系塗料の塗料化に好適なものであり、前記エマルション系塗料ビヒクルとしては、種々のいわゆる合成樹脂エマルション系のものや、合成ラテックス系のものなど広範なものを使用し得る。前記水性エマルション塗料の酸化チタン顔料濃度は１５〜６０重量％、樹脂と酸化チタン顔料の固形分重量比は２／１〜１／１０、pHは、６〜１０である。
【００２０】
【実施例】
実施例１
四塩化チタンを気相で酸化して得られた二酸化チタンを粉砕し、分級してＴｉＯ2 濃度３００ｇ／ｌの水性スラリーとし、水酸化ナトリウム水溶液を添加して、スラリーpHを１０．５とした後、３０分間超音波分散を行った。次いで該スラリー４０００ｍｌを撹拌下に、７５℃に昇温し該温度を保持しながら水ガラス(JIS 3号）水溶液（Siとして７重量％含有）を３２０ｍｌ添加し、その後３０分間撹拌し混合した。次いで９０℃に昇温した後１Ｎの硫酸水溶液を約３ｍｌ／分の速度で４０分間添加して、pHが５となるまで中和した。その後さらに７０℃に保持し、撹拌下に６０分間熟成した。
次に、上記で得た被覆二酸化チタンスラリーに硫酸を添加してpHを２に調整した。次いで撹拌下に、水性スラリーのpHを２に保持しながら、水ガラス(JIS 3号）水溶液（Siとして７重量％含有）１６０ｍｌを、硫酸と共に添加した。次いで２Ｎの硫酸水溶液を約１ｍｌ／分の速度で６０分間添加して、pHが８となるまで中和した。その後さらに７０℃でpH７に保持し、撹拌下に６０分間熟成した。
この生成スラリーを濾過、水洗、乾燥、粉砕して高密度シリカの第一被覆層と多孔質シリカの第二被覆層とを有する本発明の二酸化チタン顔料（試料Ａ）を得た。
【００２１】
実施例２
前記実施例１で得られた二酸化チタン顔料（試料Ａ）１００重量部に対してトリメチロールエタン０．５重量部添加処理して本発明の二酸化チタン顔料（試料Ｂ）を得た。
【００２２】
比較例１
実施例１において、高密度シリカ及び多孔質シリカの被覆処理を行うことなく、アルミナ被覆処理（Al2O3 として２重量％）のみを行ったことの他は、同例の場合と同様に処理して比較例の二酸化チタン顔料（試料Ｃ）を得た。
【００２３】
比較例２
実施例１において、多孔質シリカの被覆処理を行うことなく、アルミナ被覆処理（Al2O3 として２重量％）を行ったことの他は、同例の場合と同様に処理して比較例の二酸化チタン顔料（試料Ｄ）を得た。
【００２４】
前記実施例及び比較例で得られた各試料の二酸化チタン顔料について、次の試験を実施した。
【００２５】
試験１
脱イオン水９０ｇに対し、所定の濃度になるように酸化チタン顔料を加え、ディスパー（ＴＫディスパー、東京機工製）で１０分間分散させた。その後分散スラリーの粘度をコーンプレート型粘度計（Ｅ型粘度計、TOKIMEC 社製、２０℃、シェアレート１９２〜２００ s-1）でスラリー粘度を測定した。結果を表１に示す。
【００２６】
【表１】
0003773220.tif 000002
【００２７】
表１より明らかなように本発明の二酸化チタン顔料は、比較例のものに比べ水分散性に優れ、高濃度の水分散体が得られることがわかる。
【００２８】
試験２
下記の配合組成で二酸化チタン顔料水性分散体を調製した。
顔料水性分散体                          重量（ｇ）
二酸化チタン                          ８５
水                                    ３０
メチルカルビトール                      ６．４
タモール731 分散剤（固形分２５％）      １．７
トライトンＣＦ−１０界面活性剤          １．０
フォマスターＶＬ  消泡剤                ０．４
ガラスビーズ                          ８０．０
タモール731 は、ポリカルボキシレート系分散剤（タモールはロームアンドハース社の登録商標である）である。トライトンＣＦ−１０は、アルキルアリルポリエーテル界面活性剤（トライトンはロームアンドハース社の登録商標である）である。フォマスターＶＬは消泡剤（フォマスターはサンノプコ社の登録商標である）である。これらの成分をペイントコンディショナー（レッドデビル社製）で２０分間分散させ、以下の配合組成でゆっくりとレットダウンして塗料化した。
【００２９】
配合組成                                重量（ｇ）
二酸化チタン顔料水性分散体            ４９．２
水                                    ３２．１
ブチルカルビトール                    １２．０
プライマルQR-708  レオロジー改質剤      １．６
テキサノール  造膜助剤                  ６．９
アンモニア水（２８％）                  ０．７
メインコートHG-54                   １１０．１
プライマルとメインコートは、ロームアンドハース社の登録商標であり、テキサノールは、イーストマンコダック社の登録商標である。
【００３０】
前記の方法によって調製した塗料を、ガラス板にチミルアプリケーターで塗布し、１週間常温で乾燥させた後、２０°−２０°及び６０°−６０°光沢を測定した。この結果を表２に示す。
【００３１】
次に前記で調製した塗料を、白黒チャート紙＃３０バーコーターで塗布し、常温で１週間乾燥させた。その後黒地上の反射率（ＹＢ値）と白地上の反射率（ＹＷ値）を計測し、それらからコントラストレシオ（ＣＲ値）を下記式により求めた。その結果を表２に示した。
【００３２】
【数１】
0003773220.tif 000003
【００３３】
さらに、前記で調製した塗料を、リン酸亜鉛処理鋼板（３．５cm×１５cm）上に約７０μｍ厚（乾燥塗膜として）に塗布し、常温で１週間乾燥して試験板を作製した。この試験板について、カーボンアーク型サンシャインウエザーメーター装置内で促進曝露（６０分照射中に１２分降水、ブラックパネル温度６３±３℃）した。白亜化進行度合を日本塗料検査協会の塗膜評価基準に準じて評価するとともに、光沢保持性を一定間隔ごとに測定し、それらを総合評価して耐候性評価とした（○印：良好、×：不良）。この結果を表２に示す。
【００３４】
【表２】
0003773220.tif 000004
【００３５】
表２から明らかなように、本発明の二酸化チタン顔料は比較例のものに比べ光沢が同等以上であり、分散性にも優れていることがわかる。また、本発明の二酸化チタン顔料は比較例のものに比べＹＢ値、ＣＲ値とも大きく隠蔽性に優れていることがわかる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の二酸化チタン顔料は、その粒子表面に、高密度シリカの第一被覆層と多孔質シリカの第二被覆層とを有するものであって、とりわけ水性塗料、特にエマルション系塗料に特に好適なものである。このものは、分散作業性に優れているほか、塗膜の隠蔽力、光沢、耐候性、さらには被覆処理時の生産効率にも優れたものである。このものは、建築用塗料や汎用の工業用塗料などに好適なものであるほか、プラスチック、インキなどに使用され得る甚だ有用なものである。