低温での改良された光沢を有する二酸化チタンを生成するための方法
【課題】より少ない総熱エネルギーを使用して製造される、改善された光沢を有する二酸化チタン顔料を提供する。
【解決手段】改良された光沢を有する二酸化チタン顔料を調製する方法であって、ａ）ベース二酸化チタン顔料の水性スラリーを、約７５℃未満の温度まで加熱する工程；ｂ）このベース二酸化チタン顔料を約７５℃未満の温度にてシリカ化合物でコーティングして、シリカでコーティングされた二酸化チタン顔料を形成する工程；およびｃ）このシリカでコーティングされた二酸化チタン顔料を、約７５℃未満の温度にてアルミナ化合物でコーティングして改良された光沢および許容可能な耐久性を有する二酸化チタン顔料を形成する工程、を包含する。
【解決手段】改良された光沢を有する二酸化チタン顔料を調製する方法であって、ａ）ベース二酸化チタン顔料の水性スラリーを、約７５℃未満の温度まで加熱する工程；ｂ）このベース二酸化チタン顔料を約７５℃未満の温度にてシリカ化合物でコーティングして、シリカでコーティングされた二酸化チタン顔料を形成する工程；およびｃ）このシリカでコーティングされた二酸化チタン顔料を、約７５℃未満の温度にてアルミナ化合物でコーティングして改良された光沢および許容可能な耐久性を有する二酸化チタン顔料を形成する工程、を包含する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、「Ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ Ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ Ｔｉｔａｎｉｕｍ Ｄｉｏｘｉｄｅ Ｐｉｇｍｅｎｔｓ Ｐｏｓｓｅｓｓｉｎｇ Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ Ｒｅｓｕｌｔｉｎｇ ｆｒｏｍ
Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」と題する米国特許仮出願第６０／１９６，６８４号（２０００年４月１２日出願）、および「Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｆｏｒ Ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ Ｔｉｔａｎｉｕｍ Ｄｉｏｘｉｄｅ Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｐｏｓｓｅｓｓｉｎｇ Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｖｉａ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｔ Ｈｉｇｈ Ｒａｔｅｓ」と題する米国特許仮出願第６０／１９６，８５６号（２０００年４月１２日出願）、ならびに「Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ Ｔｉｔａｎｉｕｍ Ｄｉｏｘｉｄｅ Ｐｉｇｍｅｎｔｓ ｈａｖｉｎｇ Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｇｌｏｓｓ ａｔ Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ」と題する米国特許出願第０９／７０５，５３０号（２０００年１１月３日出願）（これらの開示全体が、本明細書中で本開示の参考として援用される）の利益を主張する。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、従来技術の方法より低い反応温度で二酸化チタン顔料を調製する方法に関する。本発明の二酸化チタン顔料は、低温で調製された場合に予期し得ない光沢の改善を有する。
【背景技術】
【０００３】
（発明の背景）
二酸化チタン（ＴｉＯ２）顔料は、塗料、プラスチック、およびコーティングの製造において重要である。塗料、プラスチック、またはコーティングの光沢を改善するための二酸化チタン顔料を作製しようとする研究が多く行われてきた。
【０００４】
一般的に、プラスチック、塗料およびコーティングの製造において有用な顔料は、種々の有機化合物の層またはコーティングを有するベース二酸化チタン顔料を含む。このような化合物としては、アルミナ、シリカ、ジルコニア、リン酸塩などが挙げられる。代表的に、シリカおよびアルミナで二酸化チタン顔料をコーティングすることは、最初に７５℃以上の温度でチタニア粒子の水性スラリーを調製すること、および続いて、可溶性シリカ化合物をスラリーに添加することを包含する。次いで、このスラリーのｐＨは、約８と１０との間に調整されて、厚いシリカ層の分解を開始する。シリカの分解後、アルミナ化合物が、このスラリーに添加され、そしてチタニア粒子上に堆積する。
【０００５】
多くの先行技術文献は、商業的に許容されるコーティングされた二酸化チタン顔料を調製するために、７５℃より高い温度およびｐＨの両方の注意深い制御が必要であることを開示する。従来の先行技術の知見は、７５℃未満の温度で二酸化チタンをコーティングすることにより、不十分な光沢および／または耐久性を有する、商業的に許容できない顔料を生じることを教示する。
【０００６】
多くの商業的処理システム、すなわち単一または多段階のシステムは、７５℃以下の最高加熱温度を有するように設計される。従って、７５℃より高い温度でコーティングされる従来技術の二酸化チタン顔料は、このようなシステムでは生成され得ない。
【０００７】
光沢を改良しかつ耐久性を維持しながら、より少ない総熱エネルギーを利用する、より低い反応温度（例えば、７５℃未満）でコーティングされた二酸化チタン顔料を製造することは、有益である。このような顔料は、７５℃よりも低い温度で作動するように設計された反応容器、およびより高い温度で作動する反応容器で調製され得る。
【０００８】
前述に基づいて、商業的に許容可能な光沢および耐久性を有する二酸化チタン顔料を、約７５℃未満の温度で調製する方法の必要性が、当該分野に存在している。約７５℃未満の温度で製造されるコーティングされた二酸化チタン顔料が、耐久性を維持しながら、商業的に許容可能かまたは改善された光沢を有することが、予期せず発見された。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（発明の要旨）
本発明は、より少ない総熱エネルギーを使用して製造される、改善された光沢を有する二酸化チタン顔料を提供する。従って、本発明は、改善された光沢特性を有する二酸化チタン顔料を調製する方法を提供し、この方法は、以下の工程：ａ）ベース二酸化チタン顔料の水性スラリーを、約７５℃未満の温度まで加熱する工程；ｂ）このベース二酸化チタン顔料を約７５℃未満の温度にてシリカ化合物でコーティングして、シリカでコーティングされた二酸化チタン顔料を形成する工程；およびｃ）このシリカでコーティングされた二酸化チタン顔料を、約７５℃未満の温度にてアルミナ化合物でコーティングして改良された光沢および許容可能な耐久性を有する二酸化チタン顔料を形成する工程、を包含する。
【００１０】
代替の実施形態において、本発明は、二酸化チタン顔料の光沢を増強する方法を提供し、この方法は、二酸化チタン顔料を、約７５℃未満の温度にてシリカ化合物およびアルミナ化合物で処理する工程を包含する。
【００１１】
さらに別の実施形態において、本発明は、二酸化チタンをシリカ化合物およびアルミナ化合物でコーティングして、増強された光沢を有する処理された二酸化チタンを形成することにより二酸化チタンを処理する方法を提供し、その改良点には、この方法の間に二酸化チタンの温度を約７５℃未満の温度に維持することが含まれる。
【００１２】
好ましい実施形態において、本発明は、改良された光沢を有する二酸化チタン顔料を、低温（ｒｅｄｕｃｅｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）で調製する方法を提供し、この方法は、以下の工程を包含する：ａ）二酸化チタン顔料のスラリーを攪拌下で、約６０℃以上約７５℃未満の温度に加熱する工程；ｂ）シリカ化合物をこのスラリーに添加する工程；ｃ）このシリカを硬化させてシリカでコーティングされた二酸化チタン顔料を形成する工程；ｄ）スラリーのｐＨを約６〜約７の値に調整する工程；ｅ）ｐＨを約６．５の値に維持しながらシリカで処理されたスラリーにアルミナ化合物を添加する工程；ｆ）攪拌下でこのアルミナ化合物を硬化させて、アルミナコーティングを形成する工程；ｇ）このスラリーのｐＨを約５．５〜約６．５の値に調整する工程；ｈ）顔料を取り出し、洗浄しそして濾過する工程；およびｉ）この顔料を乾燥し、微粉化し、そしてトリメチロールプロパンで処理する工程。
【００１３】
その他およびさらなる利点および実施形態と共に本発明をよりよく理解するために、以下の説明が、実施例と組み合わせて参照され、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲に記載される。
例えば本願発明は、以下の項目を提供する。
（項目１） 改良された光沢を有する二酸化チタン顔料を調製する方法であって、
ａ）ベース二酸化チタン顔料の水性スラリーを約７５℃未満の温度まで加熱する工程、
ｂ）約７５℃未満の温度で、ベース二酸化チタン顔料をシリカ化合物でコーティングして、シリカでコーティングされた二酸化チタン顔料を形成する工程；および
ｃ）約７５℃未満の温度で、該シリカでコーティングされた二酸化チタン顔料をアルミナ化合物でコーティングして、改良された光沢を有する二酸化チタン顔料を形成する工程、を包含する、方法。
（項目２） 前記スラリーが７４℃未満の温度まで加熱される、項目１に記載の方法。
（項目３） 前記スラリーが約６０℃〜約７４℃の温度まで加熱される、項目１に記載の方法。
（項目４） 前記スラリーが約７０℃の温度まで加熱される、項目１に記載の方法。
（項目５） 前記スラリーが約６５℃の温度まで加熱される、項目１に記載の方法。
（項目６） 前記シリカ化合物がケイ酸ナトリウムである、項目１に記載の方法。
（項目７） 前記アルミナ化合物がアルミン酸ナトリウムである、項目１に記載の方法。
（項目８） ベース二酸化チタン顔料がアナターゼまたはルチルである、項目１に記載の方法。
（項目９） 改良された光沢を有する前記二酸化チタン顔料が連続プロセスによって生成される、項目１に記載の方法。
（項目１０） 改良された光沢を有する前記二酸化チタン顔料がバッチプロセスによって生成される、項目１に記載の方法。
（項目１１） 改良された光沢を有する前記二酸化チタン顔料が空気微粉化され、そして約１０〜約２０の４０％ＰＶＣ光沢値を生じる、項目１に記載の方法。
（項目１２） 改良された光沢を有する前記二酸化チタン顔料が蒸気微粉化され、そして約２０〜約６０の４０％ＰＶＣ光沢値を生じる、項目１に記載の方法。
（項目１３） 約６．０〜７．０の初期ｐＨ値で、前記ベース二酸化チタン顔料が前記シリカ化合物でコーティングされ、そして約５．０〜７．０のｐＨ値でアルミナでコーティングされる、項目１に記載の方法。
（項目１４） 前記方法が、ｄ）前記二酸化チタン顔料を濾過、洗浄および乾燥する工程；およびｅ）該二酸化チタン顔料を微粉化し、そして有機化合物で処理する工程、をさらに包含する、項目１に記載の方法。
（項目１５） 前記有機化合物がポリオールである、項目１４に記載の方法。
（項目１６） 前記ポリオールがトリメチロールプロパンである、項目１５に記載の方法。
（項目１７） 前記トリメチロールプロパンが、前記二酸化チタン顔料の重量に基づいて約０．２％〜０．４％の量で添加される、項目１６に記載の方法。
（項目１８） 二酸化チタン顔料の光沢を改良する方法であって、約７５℃未満の温度で、該二酸化チタン顔料をシリカ化合物およびアルミナ化合物で処理して、改良された光沢を有する二酸化チタン顔料を形成する工程を包含する、方法。
（項目１９） 前記温度が７４℃未満である、項目１８に記載の方法。
（項目２０） 前記温度が約６０℃〜約７４℃である、項目１８に記載の方法。
（項目２１） 前記温度が約７０℃である、項目１８に記載の方法。
（項目２２） 前記温度が約６５℃である、項目１８に記載の方法。
（項目２３） 前記シリカ化合物がケイ酸ナトリウムである、項目１８に記載の方法。
（項目２４） 前記アルミナ化合物がアルミン酸ナトリウムである、項目１８に記載の方法。
（項目２５） 改良された光沢を有する前記二酸化チタン顔料が連続プロセスによって生成される、項目１８に記載の方法。
（項目２６） 改良された光沢を有する前記二酸化チタン顔料がバッチプロセスによって生成される、項目１８に記載の方法。
（項目２７） 改良された光沢を有する前記二酸化チタン顔料が、空気微粉化により約１０〜約２０の４０％ＰＶＣ光沢値を生じる、項目１８に記載の方法。
（項目２８） 改良された光沢を有する前記二酸化チタン顔料が蒸気微粉化により約２０〜約６０の４０％ＰＶＣ光沢値を生じる、項目１８に記載の方法。
（項目２９） シリカ化合物およびアルミナ化合物で二酸化チタンをコーティングし、改良された光沢を有する処理された二酸化チタンを形成する工程によって二酸化チタンを処理する方法において、改善として、該方法の間、該二酸化チタンの温度を約７５℃未満の温度に維持することを包含する方法。
（項目３０） 前記温度が７４℃未満である、項目２９に記載の方法。
（項目３１） 前記温度が約６０℃〜約７４℃である、項目２９に記載の方法。
（項目３２） 前記温度が約７０℃である、項目２９に記載の方法。
（項目３３） 前記温度が約６５℃である、項目２９に記載の方法。
（項目３４） 改良された光沢を有する二酸化チタン顔料を低温で調製する方法であって、
ａ）二酸化チタン顔料のスラリーを攪拌下で約６０℃以上約７５℃未満の温度まで加熱する工程；
ｂ）該スラリーにシリカ化合物を添加する工程；
ｃ）該シリカを硬化してシリカ処理されたスラリーを形成する工程；
ｄ）該シリカ処理されたスラリーのｐＨを約６〜約７の値に調整する工程；
ｅ）該ｐＨを約６．５の値に維持しながら該シリカ処理されたスラリーにアルミナ化合物を添加する工程；
ｆ）攪拌下で該アルミナ化合物を硬化してアルミナおよびシリカで処理されたスラリーを形成する工程；
ｇ）アルミナおよびシリカで処理された該スラリーのｐＨを約５．５〜約６．５の値に調整する工程；
ｈ）アルミナおよびシリカで処理された二酸化チタン顔料の該スラリーを取り出し、洗浄して濾過する工程；および
ｉ）アルミナおよびシリカで処理された該顔料を乾燥し、微粉化してポリオールで処理する工程、を包含する、方法。
（項目３５） 前記ポリオールがトリメチロールプロパンである、項目３４に記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、ＳｉＯ２およびＡｌ２Ｏ３でコーティングされた二酸化チタン顔料の光沢（４０％ＰＶＣアクリル光沢）に対する、温度の効果の比較グラフ図である。７０℃の温度で生成された顔料は、８５℃で生成された顔料に対して改良された光沢を有する。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（発明の詳細な説明）
本発明は、ここで好ましい実施形態と組み合わせて記載される。これらの実施形態は、本発明の理解における補助のために示され、如何なる場合にも本発明を限定することは意図されずそして、如何なる場合にも本発明を限定すると解釈されるべきではない。本開示を読む際に当業者に自明となり得る全ての代替、改変および等価物は、本発明の精神および範囲内に含まれる。
【００１６】
本開示は、二酸化チタン顔料の製造の入門書ではなく、当業者に公知の基本概念は、詳述していない。
【００１７】
（二酸化チタンベース顔料）
二酸化チタン顔料ベースは、２つの結晶性多形体（ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｐｏｌｙｍｏｒｐｈｉｃ ｆｏｒｍ）で商業的に生産されている。すなわち、クロリドおよびサルフェートプロセスの両方により生成され得るルチル形態、ならびに通常サルフェートプロセスにより生成されるアナターゼ形態である。これらの周知のプロセスの両方は、概して米国特許第ＲＥ２７，８１８号に記載され、そしてその基本的な記載は、本明細書に参考として援用される。
【００１８】
好ましくは、本発明において有用なベース顔料は、実質的にルチル結晶構造を有する。例えば、塩化プロセスによって作製されるこのようなベースは、約０．１〜約０．５ミクロンの程度のオーダーの粒子サイズ範囲を有する。代表的に、塩化プロセスを介して作製されるベースは、塩化アルミニウムからの塩化プロセスで形成される少量の酸化アルミニウムを含む。アルミニウム化合物は、代表的に当該分野で公知のチタン化合物に基づいて約０．１％〜約１．５％の量で、ＴｉＯ２顔料ベースに存在し得る。
【００１９】
一般に、本発明のプロセスにおいて有用なＴｉＯ２ベース顔料を湿式粉砕し、そして必要に応じて本発明のプロセスに従った処理の前にヒドロ分類（ｈｙｄｒｏｃｌａｓｓｉｆｙ）し、それによって実質的に均一な粒子サイズの顔料ベースを提供する。
【００２０】
本発明のプロセスは、二酸化チタンベース顔料の最初の水性スラリーの形成を含む。二酸化チタン顔料のスラリーを、当該分野で公知の方法によって作製し得る。好ましくは、このスラリーは、スラリーの約４０重量％未満、好ましくは約３５重量％未満、そしてより好ましくは約３０重量％未満のＴｉＯ２固体含量を有する。
【００２１】
代表的には、最初のスラリーのｐＨを、当業者が決定し得、そして当該分野で公知の方法によって使用される所望のｐＨ範囲に調整し得る。例えば、スラリーのｐＨの調節が必要になる場合には、このような調整を、適切な酸または適切な塩基を単に添加することによってなし得る。適切な塩基としては、水溶性アルカリ性塩基（例えば、アンモニア、水酸化ナトリウムまたは他の適切なアルカリ性化合物）が挙げられる。適切な酸としては、水溶性の酸（例えば、塩酸、硫酸、リン酸、硝酸など）が挙げられる。好ましくは、最初のスラリーのｐＨ（シリカ化合物の添加前）は、少なくとも約７．０である。
【００２２】
このスラリーを、約７５℃未満の温度まで加熱し、そしてプロセスを通じてこの温度で維持する。好ましくは、このスラリー温度を、約６０℃〜約７５℃未満、より好ましくは約６５℃〜約７０℃、最も好ましくは約６５℃〜約７５℃未満の温度で維持する。スラリーの温度を、当業者に公知の慣用的な加熱手段（例えば、蒸気による）の使用によってプロセスを通じて維持し得る。
【００２３】
（シリカ化合物）
最初のスラリーの形成に続き、シリカ化合物を、スラリーを約７５℃未満の温度で維持しながらこのスラリーに添加する。本発明の目的のために、プロセスの実行条件下で二酸化チタン顔料に堆積するためのシリカを提供し得る任意の水溶性シリカ化合物を使用し得る。本発明の使用のために適切なシリカ化合物は、水溶性ケイ酸アルカリ金属を含むが、これに限定されない。好ましい水溶性ケイ酸アルカリ金属としては、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウムなどが挙げられる。最も好ましくは、このシリカ化合物は、ケイ酸ナトリウムである。
【００２４】
スラリー中のシリカ化合物の重量パーセントは、所望の被覆の厚さまたは濃度に依存して変化し得る。好ましくは、このシリカ被覆は、多孔かつ非連続的であるよりも、むしろ密、非晶質かつ連続的である。本明細書中で使用する場合、硬化とは、シリカ化合物が二酸化チタンベース顔料上に堆積するような条件下でスラリーを維持することをいう。好ましくは、シリカ化合物を、最終顔料含量が二酸化チタン顔料の総重量に基づいて、約０．５重量％〜約５．０重量％のシリカを含むような量で、スラリーに添加する。最も好ましくは、このシリカ含量は、二酸化チタン顔料の重量に基づいて、約１％〜約３％、そして最も好ましくは約２．５％である。
【００２５】
シリカ化合物は、撹拌しながら（例えば、インラインミキサーまたは他の適切な手段によって）、好ましくは約１５分〜約１２０分かけてスラリーに添加され得る。本発明は、連続プロセスまたはバッチプロセスに適切である。処理時間が代表的には、１２０分より長いバッチプロセスとは対照的に、連続プロセスでは、滞留時間は、好ましくは、約１２０分未満である。しかし、当業者は、当該分野に知識により導かれ、そして本発明は、限定しないが、連続プロセスまたはバッチプロセス、およびそれらの組み合わせにより生成された、改良された光沢を有する二酸化チタン顔料を包含する。
【００２６】
スラリーのｐＨは、二酸化チタン顔料上に高密度なアモルファス状のコーティングを生成するために、シリカ化合物の添加後に調整される。特定のｐＨは、当業者によって決定され得、そして当該分野で公知の方法によって、使用される所望のｐＨ範囲に調整され得る。例えば、スラリーのｐＨの調整が必要になった場合、このような調整は、上記のような適切な酸または適切な塩基を添加することによって行われ得る。最も好ましくは、ｐＨは、約６．０〜約７．０の範囲に、シリカ化合物が添加された後に約１５〜約６０分の時間にわたって調整される。
【００２７】
（アルミナ化合物）
本発明の二酸化チタン顔料上へのシリカの沈着の後、スラリーを約７５℃より下の温度に維持しつつ、アルミナ化合物がこのスラリーに添加される。本明細書中で使用する場合、アルミナ化合物は、水和したアルミナ化合物（例えば、水溶性のアルカリ金属のアルミン酸塩）を含む。いくつかの水溶性アルミン酸アルカリ金属としては、アルミン酸ナトリウムまたはアルミン酸カリウムが挙げられるが、これらに限定されない。いくつかの他のアルミナ化合物としては、硫酸アルミニウム、塩酸アルミニウムなどが挙げられる。最も好ましくは、水溶性アルミナ化合物は、アルミン酸ナトリウムである。
【００２８】
アルミナ化合物の重量％は変化し得る。好ましくは、アルミナ化合物は、二酸化チタン顔料の全重量に基づいて、約１．５重量％〜約５．０重量％、より好ましくは約２．０重量％〜約３．０重量％、最も好ましくは約２．０重量％のアルミナ化合物のアルミナ化合物を提供する量で、スラリーに添加される。
【００２９】
好ましくは、アルミナ化合物は、撹拌しながら（例えば、例えば、インラインミキサーまたは他の適切な手段によって）、好ましくは約５〜１２０分、より好ましくは約１０分〜６０分にかけてスラリーに添加され、最も好ましくは、アルミナ化合物は、約１０分〜２０分かけて添加される。
【００３０】
スラリーのｐＨは、シリカでコーティングされた二酸化チタン顔料上にアルミナ化合物を沈着するために、同時に調整される。特定のｐＨは、当業者によって決定され、そして当該分野で公知の方法によって、使用される所望のｐＨ範囲に調整される。例えば、スラリーのｐＨの調整が必要になった場合、このような調整は、上記のような適切な酸および適切な塩基を添加することによって行われ得る。最も好ましくは、ｐＨは、約２０分にわたって、約６．０〜約７．０の範囲に調整される。
【００３１】
アルミナ化合物の沈着の間のスラリーの温度は、約７５℃より下に維持され得る。好ましくは、このスラリーの温度は、約６０℃と約７５℃より下との間の温度、より好ましくは約６５℃〜約７０℃の間、最も好ましくは、約６５℃〜約７５℃より下の間に維持される。本発明の一実施形態において、アルミナは、６５℃ほどの低い温度で、シリカでコーティングされた二酸化チタン顔料上に沈着される。
【００３２】
アルミナ化合物の添加が完了すると、このスラリーのｐＨは、好ましくは約６．０〜６．５、最も好ましくは約６．３に調整される。得られるシリカおよびアルミナでコーティングされた二酸化チタン顔料は、濾過により回収され、この顔料に付着する可溶性塩を実質的に含まないように洗浄され、乾燥され、次いで当該分野で公知の液体エネルギー製粉技術を使用して、最終の粉砕に供される。好ましくは、この洗浄されて乾燥された顔料は、所望の粒子サイズ分布を生成するために、当業者に公知の強度において、スチームミクロナイザーで微粉化される。
【００３３】
必要に応じて、有機化合物（例えば、トリメチロイルプロパン（ＴＰ）またはペンタエリスリトール）が、空気微粉化または蒸気微粉化の間に顔料に添加され得る。最も好ましい実施形態では、ＴＭＰは、二酸化チタン顔料の重量に基づいて、約０．２％〜０．４％の量で添加される。
【００３４】
（光沢）
約７５℃未満の温度で本発明の方法で製造された顔料が、より高い温度で製造される顔料と比較した場合、改善された光沢を有することが予期外に発見された。
【００３５】
光沢は、当該分野で公知の方法によって決定される。好ましくは、光沢は塗料中へ顔料を取り込む工程、および光沢を、光沢測定器を使用して測定する工程によって、決定される。最も好ましい実施形態において、本発明の方法で製造された顔料は、アクリルベース塗料中に４０％ＰＶＣ（顔料の体積濃度）で取り込まれ、そして２０°の光沢が測定された。最も好ましい実施形態において、測定された４０％ＰＶＣ光沢値は、空気微粉化した顔料に対して約１０〜約２０であり、そして蒸気微粉化した（ｓｔｅａｍ ｍｉｃｒｏｎｉｚｅｄ）顔料に対してこの値は約２０〜約６０である。
【００３６】
一般に、蒸気微粉化は、所望の粒子サイズの顔料を得るために約２６０℃の温度および約１５０〜１６０ｐｓｉの圧力を必要とする。光沢を改善するための、顔料に対する蒸気の好ましい比は、当業者により決定され、そして約１．７〜約３．０の比が含まれる。
【００３７】
本明細書中で使用される場合、改善された光沢は、７５℃より高い温度において製造された顔料と比較した場合、増大した光沢を含む。増大した光沢は、７５℃より高い温度において調製された顔料に比べ、好ましくは、約１％〜約１００％、より好ましくは、約１０％〜約９０％、最も好ましくは、約２０％〜約６０％の増大を含む。市販の光沢は、７５℃より高い温度において調製された顔料の光沢の評価に等しい光沢の評価が必要である。
【００３８】
（連続プロセスおよびバッチプロセス）
本発明の方法が、バッチプロセスまたは連続プロセスおよびそれらの組み合わせによって実施され得ることは、当業者によって理解される。連続プロセスは、好ましくは、シリカおよびアルミニウム化合物、ｐＨ調製剤ならびに他の添加物を、別個の添加ポイントで処理タンクにカスケードする連続供給パイプラインを必要とする。連続プロセスは、二酸化チタン顔料上のシリカおよびアルミニウム析出物に対して、約１２０分未満の滞留時間を必要とし、好ましくは、約５分〜１２０分の滞留時間、そして最も好ましくは約１０〜約３０分間の滞留時間を必要とする。従って、得られたスラリーは、連続的に、コート、濾過、洗浄および乾燥される。
【００３９】
バッチプロセスは、一般により長い顔料処理時間を必要とする。バッチプロセスは、二酸化チタン顔料上の無機含水酸化析出物（すなわち、シリカおよびアルミナ）に対して約１２０分より一般に長い各処理工程の滞留時間を必要とし得る。
【００４０】
本発明の方法はまた、バッチプロセスと連続プロセスとの組み合わせについて適切である。しかし、使用したプロセスにかかわらず、本発明の顔料は、より高い光沢が必要とされる、塗料、プラスチック、およびコーティングの使用について適切である。さらに、本発明の顔料はまた、他の市販の顔料に匹敵する耐久性を維持する。
【００４１】
本発明の一般的な記載をしてきたが、この同一のものが、以下の実施例（例示する目的であって、特定しない限り本発明を限定することを意図していない）を以下の文献を通じて、より容易に理解され得る。
【００４２】
（実施例）
以下の実施例は、約７５℃未満で製造した、二酸化チタン顔料が、市販の光沢または改善された光沢を有することが示される。以下の一連の実施例は、バッチプロセスによって調製される。同じ条件が、連続プロセスに対しても適用可能である。
【００４３】
（実施例１）
温度の重要性を例示するために、以下の顔料を、処理温度を除いて、同一の条件（同一の薬剤、滞留時間、添加時間、濃度およびｐＨ値）および仕上げ条件を使用して調製した。この顔料を表１に従って、６５℃、７５℃（第２のサンプル）、および８５℃（最後のサンプル）で調製した。各顔料を、以下に従って調製した：ＴｉＯ２顔料を、約１．３の比重（約３１％のＴｉＯ２固体含量）を与えるに十分な濃度で各表面コーティング実験に使用した。スラリーを、攪拌下で６５℃、７５℃または８５℃まで加熱し、そしてこのプロセス全体を通じて温度（表Ｉに示される）に維持した。次いで、次に、スラリーに２．５％のＳｉＯ２（ＴｉＯ２の重量に基づく）を珪酸ナトリウムの溶液（１６８ｇ／ｌのＳｉＯ２）として、２０分の期間をかけて添加した。このスラリーをさらに５分間攪拌した。次いで、ＨＣｌ（２２５ｇ／ｌ）を用いて、２０分、４０分または６０分の期間をかけて、ｐＨ６．５にｐＨを調整した。続いて、ＨＣＬの同時添加でｐＨを６．５に維持しながら、２．０％のＡｌ２Ｏ３（ＴｉＯ２の重量に基づく）をアルミン酸ナトリウムの溶液（２２６．９ｇ／ｌのＡｌ２Ｏ３）として、２０分の期間をかけて次に添加した。このスラリーをさらに１０分間攪拌した。ＨＣｌを用いてｐＨを６．３に調整し、そしてこの生成物を濾過し、そして実質的に塩を含まないように洗浄した。この顔料を、２つの部分に分け、一方をＴｉＯ２の重量に基づいて０．４％のＴＭＰと共に混合し、そして他方は、ＴＭＰで処理しなかった。顔料を一晩かけて１１０Ｂ １２０℃で乾燥し、２０メッシュのスクリーンを介して粉砕し、そして１３０ｐｓｉの注入圧／研削圧で２０ｇ／分の流速で空気微紛化した。次いで、この顔料を４０％ＰＶＣ（容積に対する顔料の比）でアクリル酸ベースの塗料中に調製し、そして２０°光沢を測定した。
【００４４】
（光沢測定）
各顔料を、Ｓｙｎｏｃｒｙｌ ９１２２Ｘ樹脂を使用して、４０％ＰＶＣ（顔料容積濃度）のアクリル塗料中に取り込んだ。この調製されたコーティグを、１００ミクロンのドクターブレードを取り込む自動展色デバイスを使用して、ガラスパネル上に展色させた。この塗料パネルを、Ｇｌｏｓｓｇａｒｄ ＩＩ光沢計から２０°光沢度を読取る前に、ダストを含まないキャビネット中で最低５時間乾燥させた。表１は、全沈殿プロセスの間に温度を下げる場合（８５℃、７５℃、６５℃）の、顔料の光沢の改善を例示する。このような光沢の改善は、ＨＣＬの添加速度、およびＴＭＬ処理とは無関係であった。
【００４５】
【表１】
（実施例２）
この実施例において、実験の第２のシリーズを、７０℃および８５℃で独立して実施した。図１は、７０℃および８５℃で調製されたサンプル顔料の結果をグラフにより例示する。７０℃で調製したサンプルは、約２．５１％のＳｉＯ２および２．９％のＡｌ２Ｏ３（ＴｉＯ２顔料の重量に基づく）を含んだ。８５℃で調製したサンプルは、２．４８％のＳｉＯ２および２．９７％のＡｌ２Ｏ３（ＴｉＯ２顔料の重量に基づく）を含んだ。上の実施例において記載される他の反応パラメーターは、蒸気微紛化を低い強度の空気微紛化の変わりに使用したことを除いて、各試験した顔料に対して同一であった。蒸気微紛化を、２６０℃の温度および１５０〜１６０ｐｓｉの圧力で実施し、所望の粒径の顔料を得た。顔料のスチームに対する比は、約１．７〜３．０であった。
【００４６】
図１から、サンプルの調製温度を下げた場合に、光沢の改善の傾向が増加することは、明らかである。より低い温度で調製されたサンプルの光沢レベルは、８５℃で調製されたサンプルよりも約１０％改善されるようである。
【００４７】
本発明は、その特定の実施形態と関連して記載されるが、本発明がさらに改変されることが理解され、そして本発明が属する分野内で公知であるかまたは慣用的に実施され得る場合、本明細書中上記の本質的な特徴に適用され得る場合、および添付の特許請求の範囲の範囲に従う場合に、本出願は、一般に本発明の原理に従い、本発明の開示からのこのような逸脱を含む、本発明の任意の改変、使用または適用に及ぶことが意図される。
【００４８】
本発明の好ましい実施形態は、例示および説明の目的のために選択されるが、如何なる場合においても本発明の範囲を制限することは意図されない。本発明の特定の実施形態の特定の局面は、添付の図面に示される。
【技術分野】
【０００１】
本出願は、「Ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ Ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ Ｔｉｔａｎｉｕｍ Ｄｉｏｘｉｄｅ Ｐｉｇｍｅｎｔｓ Ｐｏｓｓｅｓｓｉｎｇ Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ Ｒｅｓｕｌｔｉｎｇ ｆｒｏｍ
Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」と題する米国特許仮出願第６０／１９６，６８４号（２０００年４月１２日出願）、および「Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｆｏｒ Ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ Ｔｉｔａｎｉｕｍ Ｄｉｏｘｉｄｅ Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｐｏｓｓｅｓｓｉｎｇ Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｖｉａ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｔ Ｈｉｇｈ Ｒａｔｅｓ」と題する米国特許仮出願第６０／１９６，８５６号（２０００年４月１２日出願）、ならびに「Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ Ｔｉｔａｎｉｕｍ Ｄｉｏｘｉｄｅ Ｐｉｇｍｅｎｔｓ ｈａｖｉｎｇ Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｇｌｏｓｓ ａｔ Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ」と題する米国特許出願第０９／７０５，５３０号（２０００年１１月３日出願）（これらの開示全体が、本明細書中で本開示の参考として援用される）の利益を主張する。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、従来技術の方法より低い反応温度で二酸化チタン顔料を調製する方法に関する。本発明の二酸化チタン顔料は、低温で調製された場合に予期し得ない光沢の改善を有する。
【背景技術】
【０００３】
（発明の背景）
二酸化チタン（ＴｉＯ２）顔料は、塗料、プラスチック、およびコーティングの製造において重要である。塗料、プラスチック、またはコーティングの光沢を改善するための二酸化チタン顔料を作製しようとする研究が多く行われてきた。
【０００４】
一般的に、プラスチック、塗料およびコーティングの製造において有用な顔料は、種々の有機化合物の層またはコーティングを有するベース二酸化チタン顔料を含む。このような化合物としては、アルミナ、シリカ、ジルコニア、リン酸塩などが挙げられる。代表的に、シリカおよびアルミナで二酸化チタン顔料をコーティングすることは、最初に７５℃以上の温度でチタニア粒子の水性スラリーを調製すること、および続いて、可溶性シリカ化合物をスラリーに添加することを包含する。次いで、このスラリーのｐＨは、約８と１０との間に調整されて、厚いシリカ層の分解を開始する。シリカの分解後、アルミナ化合物が、このスラリーに添加され、そしてチタニア粒子上に堆積する。
【０００５】
多くの先行技術文献は、商業的に許容されるコーティングされた二酸化チタン顔料を調製するために、７５℃より高い温度およびｐＨの両方の注意深い制御が必要であることを開示する。従来の先行技術の知見は、７５℃未満の温度で二酸化チタンをコーティングすることにより、不十分な光沢および／または耐久性を有する、商業的に許容できない顔料を生じることを教示する。
【０００６】
多くの商業的処理システム、すなわち単一または多段階のシステムは、７５℃以下の最高加熱温度を有するように設計される。従って、７５℃より高い温度でコーティングされる従来技術の二酸化チタン顔料は、このようなシステムでは生成され得ない。
【０００７】
光沢を改良しかつ耐久性を維持しながら、より少ない総熱エネルギーを利用する、より低い反応温度（例えば、７５℃未満）でコーティングされた二酸化チタン顔料を製造することは、有益である。このような顔料は、７５℃よりも低い温度で作動するように設計された反応容器、およびより高い温度で作動する反応容器で調製され得る。
【０００８】
前述に基づいて、商業的に許容可能な光沢および耐久性を有する二酸化チタン顔料を、約７５℃未満の温度で調製する方法の必要性が、当該分野に存在している。約７５℃未満の温度で製造されるコーティングされた二酸化チタン顔料が、耐久性を維持しながら、商業的に許容可能かまたは改善された光沢を有することが、予期せず発見された。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（発明の要旨）
本発明は、より少ない総熱エネルギーを使用して製造される、改善された光沢を有する二酸化チタン顔料を提供する。従って、本発明は、改善された光沢特性を有する二酸化チタン顔料を調製する方法を提供し、この方法は、以下の工程：ａ）ベース二酸化チタン顔料の水性スラリーを、約７５℃未満の温度まで加熱する工程；ｂ）このベース二酸化チタン顔料を約７５℃未満の温度にてシリカ化合物でコーティングして、シリカでコーティングされた二酸化チタン顔料を形成する工程；およびｃ）このシリカでコーティングされた二酸化チタン顔料を、約７５℃未満の温度にてアルミナ化合物でコーティングして改良された光沢および許容可能な耐久性を有する二酸化チタン顔料を形成する工程、を包含する。
【００１０】
代替の実施形態において、本発明は、二酸化チタン顔料の光沢を増強する方法を提供し、この方法は、二酸化チタン顔料を、約７５℃未満の温度にてシリカ化合物およびアルミナ化合物で処理する工程を包含する。
【００１１】
さらに別の実施形態において、本発明は、二酸化チタンをシリカ化合物およびアルミナ化合物でコーティングして、増強された光沢を有する処理された二酸化チタンを形成することにより二酸化チタンを処理する方法を提供し、その改良点には、この方法の間に二酸化チタンの温度を約７５℃未満の温度に維持することが含まれる。
【００１２】
好ましい実施形態において、本発明は、改良された光沢を有する二酸化チタン顔料を、低温（ｒｅｄｕｃｅｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）で調製する方法を提供し、この方法は、以下の工程を包含する：ａ）二酸化チタン顔料のスラリーを攪拌下で、約６０℃以上約７５℃未満の温度に加熱する工程；ｂ）シリカ化合物をこのスラリーに添加する工程；ｃ）このシリカを硬化させてシリカでコーティングされた二酸化チタン顔料を形成する工程；ｄ）スラリーのｐＨを約６〜約７の値に調整する工程；ｅ）ｐＨを約６．５の値に維持しながらシリカで処理されたスラリーにアルミナ化合物を添加する工程；ｆ）攪拌下でこのアルミナ化合物を硬化させて、アルミナコーティングを形成する工程；ｇ）このスラリーのｐＨを約５．５〜約６．５の値に調整する工程；ｈ）顔料を取り出し、洗浄しそして濾過する工程；およびｉ）この顔料を乾燥し、微粉化し、そしてトリメチロールプロパンで処理する工程。
【００１３】
その他およびさらなる利点および実施形態と共に本発明をよりよく理解するために、以下の説明が、実施例と組み合わせて参照され、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲に記載される。
例えば本願発明は、以下の項目を提供する。
（項目１） 改良された光沢を有する二酸化チタン顔料を調製する方法であって、
ａ）ベース二酸化チタン顔料の水性スラリーを約７５℃未満の温度まで加熱する工程、
ｂ）約７５℃未満の温度で、ベース二酸化チタン顔料をシリカ化合物でコーティングして、シリカでコーティングされた二酸化チタン顔料を形成する工程；および
ｃ）約７５℃未満の温度で、該シリカでコーティングされた二酸化チタン顔料をアルミナ化合物でコーティングして、改良された光沢を有する二酸化チタン顔料を形成する工程、を包含する、方法。
（項目２） 前記スラリーが７４℃未満の温度まで加熱される、項目１に記載の方法。
（項目３） 前記スラリーが約６０℃〜約７４℃の温度まで加熱される、項目１に記載の方法。
（項目４） 前記スラリーが約７０℃の温度まで加熱される、項目１に記載の方法。
（項目５） 前記スラリーが約６５℃の温度まで加熱される、項目１に記載の方法。
（項目６） 前記シリカ化合物がケイ酸ナトリウムである、項目１に記載の方法。
（項目７） 前記アルミナ化合物がアルミン酸ナトリウムである、項目１に記載の方法。
（項目８） ベース二酸化チタン顔料がアナターゼまたはルチルである、項目１に記載の方法。
（項目９） 改良された光沢を有する前記二酸化チタン顔料が連続プロセスによって生成される、項目１に記載の方法。
（項目１０） 改良された光沢を有する前記二酸化チタン顔料がバッチプロセスによって生成される、項目１に記載の方法。
（項目１１） 改良された光沢を有する前記二酸化チタン顔料が空気微粉化され、そして約１０〜約２０の４０％ＰＶＣ光沢値を生じる、項目１に記載の方法。
（項目１２） 改良された光沢を有する前記二酸化チタン顔料が蒸気微粉化され、そして約２０〜約６０の４０％ＰＶＣ光沢値を生じる、項目１に記載の方法。
（項目１３） 約６．０〜７．０の初期ｐＨ値で、前記ベース二酸化チタン顔料が前記シリカ化合物でコーティングされ、そして約５．０〜７．０のｐＨ値でアルミナでコーティングされる、項目１に記載の方法。
（項目１４） 前記方法が、ｄ）前記二酸化チタン顔料を濾過、洗浄および乾燥する工程；およびｅ）該二酸化チタン顔料を微粉化し、そして有機化合物で処理する工程、をさらに包含する、項目１に記載の方法。
（項目１５） 前記有機化合物がポリオールである、項目１４に記載の方法。
（項目１６） 前記ポリオールがトリメチロールプロパンである、項目１５に記載の方法。
（項目１７） 前記トリメチロールプロパンが、前記二酸化チタン顔料の重量に基づいて約０．２％〜０．４％の量で添加される、項目１６に記載の方法。
（項目１８） 二酸化チタン顔料の光沢を改良する方法であって、約７５℃未満の温度で、該二酸化チタン顔料をシリカ化合物およびアルミナ化合物で処理して、改良された光沢を有する二酸化チタン顔料を形成する工程を包含する、方法。
（項目１９） 前記温度が７４℃未満である、項目１８に記載の方法。
（項目２０） 前記温度が約６０℃〜約７４℃である、項目１８に記載の方法。
（項目２１） 前記温度が約７０℃である、項目１８に記載の方法。
（項目２２） 前記温度が約６５℃である、項目１８に記載の方法。
（項目２３） 前記シリカ化合物がケイ酸ナトリウムである、項目１８に記載の方法。
（項目２４） 前記アルミナ化合物がアルミン酸ナトリウムである、項目１８に記載の方法。
（項目２５） 改良された光沢を有する前記二酸化チタン顔料が連続プロセスによって生成される、項目１８に記載の方法。
（項目２６） 改良された光沢を有する前記二酸化チタン顔料がバッチプロセスによって生成される、項目１８に記載の方法。
（項目２７） 改良された光沢を有する前記二酸化チタン顔料が、空気微粉化により約１０〜約２０の４０％ＰＶＣ光沢値を生じる、項目１８に記載の方法。
（項目２８） 改良された光沢を有する前記二酸化チタン顔料が蒸気微粉化により約２０〜約６０の４０％ＰＶＣ光沢値を生じる、項目１８に記載の方法。
（項目２９） シリカ化合物およびアルミナ化合物で二酸化チタンをコーティングし、改良された光沢を有する処理された二酸化チタンを形成する工程によって二酸化チタンを処理する方法において、改善として、該方法の間、該二酸化チタンの温度を約７５℃未満の温度に維持することを包含する方法。
（項目３０） 前記温度が７４℃未満である、項目２９に記載の方法。
（項目３１） 前記温度が約６０℃〜約７４℃である、項目２９に記載の方法。
（項目３２） 前記温度が約７０℃である、項目２９に記載の方法。
（項目３３） 前記温度が約６５℃である、項目２９に記載の方法。
（項目３４） 改良された光沢を有する二酸化チタン顔料を低温で調製する方法であって、
ａ）二酸化チタン顔料のスラリーを攪拌下で約６０℃以上約７５℃未満の温度まで加熱する工程；
ｂ）該スラリーにシリカ化合物を添加する工程；
ｃ）該シリカを硬化してシリカ処理されたスラリーを形成する工程；
ｄ）該シリカ処理されたスラリーのｐＨを約６〜約７の値に調整する工程；
ｅ）該ｐＨを約６．５の値に維持しながら該シリカ処理されたスラリーにアルミナ化合物を添加する工程；
ｆ）攪拌下で該アルミナ化合物を硬化してアルミナおよびシリカで処理されたスラリーを形成する工程；
ｇ）アルミナおよびシリカで処理された該スラリーのｐＨを約５．５〜約６．５の値に調整する工程；
ｈ）アルミナおよびシリカで処理された二酸化チタン顔料の該スラリーを取り出し、洗浄して濾過する工程；および
ｉ）アルミナおよびシリカで処理された該顔料を乾燥し、微粉化してポリオールで処理する工程、を包含する、方法。
（項目３５） 前記ポリオールがトリメチロールプロパンである、項目３４に記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、ＳｉＯ２およびＡｌ２Ｏ３でコーティングされた二酸化チタン顔料の光沢（４０％ＰＶＣアクリル光沢）に対する、温度の効果の比較グラフ図である。７０℃の温度で生成された顔料は、８５℃で生成された顔料に対して改良された光沢を有する。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（発明の詳細な説明）
本発明は、ここで好ましい実施形態と組み合わせて記載される。これらの実施形態は、本発明の理解における補助のために示され、如何なる場合にも本発明を限定することは意図されずそして、如何なる場合にも本発明を限定すると解釈されるべきではない。本開示を読む際に当業者に自明となり得る全ての代替、改変および等価物は、本発明の精神および範囲内に含まれる。
【００１６】
本開示は、二酸化チタン顔料の製造の入門書ではなく、当業者に公知の基本概念は、詳述していない。
【００１７】
（二酸化チタンベース顔料）
二酸化チタン顔料ベースは、２つの結晶性多形体（ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｐｏｌｙｍｏｒｐｈｉｃ ｆｏｒｍ）で商業的に生産されている。すなわち、クロリドおよびサルフェートプロセスの両方により生成され得るルチル形態、ならびに通常サルフェートプロセスにより生成されるアナターゼ形態である。これらの周知のプロセスの両方は、概して米国特許第ＲＥ２７，８１８号に記載され、そしてその基本的な記載は、本明細書に参考として援用される。
【００１８】
好ましくは、本発明において有用なベース顔料は、実質的にルチル結晶構造を有する。例えば、塩化プロセスによって作製されるこのようなベースは、約０．１〜約０．５ミクロンの程度のオーダーの粒子サイズ範囲を有する。代表的に、塩化プロセスを介して作製されるベースは、塩化アルミニウムからの塩化プロセスで形成される少量の酸化アルミニウムを含む。アルミニウム化合物は、代表的に当該分野で公知のチタン化合物に基づいて約０．１％〜約１．５％の量で、ＴｉＯ２顔料ベースに存在し得る。
【００１９】
一般に、本発明のプロセスにおいて有用なＴｉＯ２ベース顔料を湿式粉砕し、そして必要に応じて本発明のプロセスに従った処理の前にヒドロ分類（ｈｙｄｒｏｃｌａｓｓｉｆｙ）し、それによって実質的に均一な粒子サイズの顔料ベースを提供する。
【００２０】
本発明のプロセスは、二酸化チタンベース顔料の最初の水性スラリーの形成を含む。二酸化チタン顔料のスラリーを、当該分野で公知の方法によって作製し得る。好ましくは、このスラリーは、スラリーの約４０重量％未満、好ましくは約３５重量％未満、そしてより好ましくは約３０重量％未満のＴｉＯ２固体含量を有する。
【００２１】
代表的には、最初のスラリーのｐＨを、当業者が決定し得、そして当該分野で公知の方法によって使用される所望のｐＨ範囲に調整し得る。例えば、スラリーのｐＨの調節が必要になる場合には、このような調整を、適切な酸または適切な塩基を単に添加することによってなし得る。適切な塩基としては、水溶性アルカリ性塩基（例えば、アンモニア、水酸化ナトリウムまたは他の適切なアルカリ性化合物）が挙げられる。適切な酸としては、水溶性の酸（例えば、塩酸、硫酸、リン酸、硝酸など）が挙げられる。好ましくは、最初のスラリーのｐＨ（シリカ化合物の添加前）は、少なくとも約７．０である。
【００２２】
このスラリーを、約７５℃未満の温度まで加熱し、そしてプロセスを通じてこの温度で維持する。好ましくは、このスラリー温度を、約６０℃〜約７５℃未満、より好ましくは約６５℃〜約７０℃、最も好ましくは約６５℃〜約７５℃未満の温度で維持する。スラリーの温度を、当業者に公知の慣用的な加熱手段（例えば、蒸気による）の使用によってプロセスを通じて維持し得る。
【００２３】
（シリカ化合物）
最初のスラリーの形成に続き、シリカ化合物を、スラリーを約７５℃未満の温度で維持しながらこのスラリーに添加する。本発明の目的のために、プロセスの実行条件下で二酸化チタン顔料に堆積するためのシリカを提供し得る任意の水溶性シリカ化合物を使用し得る。本発明の使用のために適切なシリカ化合物は、水溶性ケイ酸アルカリ金属を含むが、これに限定されない。好ましい水溶性ケイ酸アルカリ金属としては、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウムなどが挙げられる。最も好ましくは、このシリカ化合物は、ケイ酸ナトリウムである。
【００２４】
スラリー中のシリカ化合物の重量パーセントは、所望の被覆の厚さまたは濃度に依存して変化し得る。好ましくは、このシリカ被覆は、多孔かつ非連続的であるよりも、むしろ密、非晶質かつ連続的である。本明細書中で使用する場合、硬化とは、シリカ化合物が二酸化チタンベース顔料上に堆積するような条件下でスラリーを維持することをいう。好ましくは、シリカ化合物を、最終顔料含量が二酸化チタン顔料の総重量に基づいて、約０．５重量％〜約５．０重量％のシリカを含むような量で、スラリーに添加する。最も好ましくは、このシリカ含量は、二酸化チタン顔料の重量に基づいて、約１％〜約３％、そして最も好ましくは約２．５％である。
【００２５】
シリカ化合物は、撹拌しながら（例えば、インラインミキサーまたは他の適切な手段によって）、好ましくは約１５分〜約１２０分かけてスラリーに添加され得る。本発明は、連続プロセスまたはバッチプロセスに適切である。処理時間が代表的には、１２０分より長いバッチプロセスとは対照的に、連続プロセスでは、滞留時間は、好ましくは、約１２０分未満である。しかし、当業者は、当該分野に知識により導かれ、そして本発明は、限定しないが、連続プロセスまたはバッチプロセス、およびそれらの組み合わせにより生成された、改良された光沢を有する二酸化チタン顔料を包含する。
【００２６】
スラリーのｐＨは、二酸化チタン顔料上に高密度なアモルファス状のコーティングを生成するために、シリカ化合物の添加後に調整される。特定のｐＨは、当業者によって決定され得、そして当該分野で公知の方法によって、使用される所望のｐＨ範囲に調整され得る。例えば、スラリーのｐＨの調整が必要になった場合、このような調整は、上記のような適切な酸または適切な塩基を添加することによって行われ得る。最も好ましくは、ｐＨは、約６．０〜約７．０の範囲に、シリカ化合物が添加された後に約１５〜約６０分の時間にわたって調整される。
【００２７】
（アルミナ化合物）
本発明の二酸化チタン顔料上へのシリカの沈着の後、スラリーを約７５℃より下の温度に維持しつつ、アルミナ化合物がこのスラリーに添加される。本明細書中で使用する場合、アルミナ化合物は、水和したアルミナ化合物（例えば、水溶性のアルカリ金属のアルミン酸塩）を含む。いくつかの水溶性アルミン酸アルカリ金属としては、アルミン酸ナトリウムまたはアルミン酸カリウムが挙げられるが、これらに限定されない。いくつかの他のアルミナ化合物としては、硫酸アルミニウム、塩酸アルミニウムなどが挙げられる。最も好ましくは、水溶性アルミナ化合物は、アルミン酸ナトリウムである。
【００２８】
アルミナ化合物の重量％は変化し得る。好ましくは、アルミナ化合物は、二酸化チタン顔料の全重量に基づいて、約１．５重量％〜約５．０重量％、より好ましくは約２．０重量％〜約３．０重量％、最も好ましくは約２．０重量％のアルミナ化合物のアルミナ化合物を提供する量で、スラリーに添加される。
【００２９】
好ましくは、アルミナ化合物は、撹拌しながら（例えば、例えば、インラインミキサーまたは他の適切な手段によって）、好ましくは約５〜１２０分、より好ましくは約１０分〜６０分にかけてスラリーに添加され、最も好ましくは、アルミナ化合物は、約１０分〜２０分かけて添加される。
【００３０】
スラリーのｐＨは、シリカでコーティングされた二酸化チタン顔料上にアルミナ化合物を沈着するために、同時に調整される。特定のｐＨは、当業者によって決定され、そして当該分野で公知の方法によって、使用される所望のｐＨ範囲に調整される。例えば、スラリーのｐＨの調整が必要になった場合、このような調整は、上記のような適切な酸および適切な塩基を添加することによって行われ得る。最も好ましくは、ｐＨは、約２０分にわたって、約６．０〜約７．０の範囲に調整される。
【００３１】
アルミナ化合物の沈着の間のスラリーの温度は、約７５℃より下に維持され得る。好ましくは、このスラリーの温度は、約６０℃と約７５℃より下との間の温度、より好ましくは約６５℃〜約７０℃の間、最も好ましくは、約６５℃〜約７５℃より下の間に維持される。本発明の一実施形態において、アルミナは、６５℃ほどの低い温度で、シリカでコーティングされた二酸化チタン顔料上に沈着される。
【００３２】
アルミナ化合物の添加が完了すると、このスラリーのｐＨは、好ましくは約６．０〜６．５、最も好ましくは約６．３に調整される。得られるシリカおよびアルミナでコーティングされた二酸化チタン顔料は、濾過により回収され、この顔料に付着する可溶性塩を実質的に含まないように洗浄され、乾燥され、次いで当該分野で公知の液体エネルギー製粉技術を使用して、最終の粉砕に供される。好ましくは、この洗浄されて乾燥された顔料は、所望の粒子サイズ分布を生成するために、当業者に公知の強度において、スチームミクロナイザーで微粉化される。
【００３３】
必要に応じて、有機化合物（例えば、トリメチロイルプロパン（ＴＰ）またはペンタエリスリトール）が、空気微粉化または蒸気微粉化の間に顔料に添加され得る。最も好ましい実施形態では、ＴＭＰは、二酸化チタン顔料の重量に基づいて、約０．２％〜０．４％の量で添加される。
【００３４】
（光沢）
約７５℃未満の温度で本発明の方法で製造された顔料が、より高い温度で製造される顔料と比較した場合、改善された光沢を有することが予期外に発見された。
【００３５】
光沢は、当該分野で公知の方法によって決定される。好ましくは、光沢は塗料中へ顔料を取り込む工程、および光沢を、光沢測定器を使用して測定する工程によって、決定される。最も好ましい実施形態において、本発明の方法で製造された顔料は、アクリルベース塗料中に４０％ＰＶＣ（顔料の体積濃度）で取り込まれ、そして２０°の光沢が測定された。最も好ましい実施形態において、測定された４０％ＰＶＣ光沢値は、空気微粉化した顔料に対して約１０〜約２０であり、そして蒸気微粉化した（ｓｔｅａｍ ｍｉｃｒｏｎｉｚｅｄ）顔料に対してこの値は約２０〜約６０である。
【００３６】
一般に、蒸気微粉化は、所望の粒子サイズの顔料を得るために約２６０℃の温度および約１５０〜１６０ｐｓｉの圧力を必要とする。光沢を改善するための、顔料に対する蒸気の好ましい比は、当業者により決定され、そして約１．７〜約３．０の比が含まれる。
【００３７】
本明細書中で使用される場合、改善された光沢は、７５℃より高い温度において製造された顔料と比較した場合、増大した光沢を含む。増大した光沢は、７５℃より高い温度において調製された顔料に比べ、好ましくは、約１％〜約１００％、より好ましくは、約１０％〜約９０％、最も好ましくは、約２０％〜約６０％の増大を含む。市販の光沢は、７５℃より高い温度において調製された顔料の光沢の評価に等しい光沢の評価が必要である。
【００３８】
（連続プロセスおよびバッチプロセス）
本発明の方法が、バッチプロセスまたは連続プロセスおよびそれらの組み合わせによって実施され得ることは、当業者によって理解される。連続プロセスは、好ましくは、シリカおよびアルミニウム化合物、ｐＨ調製剤ならびに他の添加物を、別個の添加ポイントで処理タンクにカスケードする連続供給パイプラインを必要とする。連続プロセスは、二酸化チタン顔料上のシリカおよびアルミニウム析出物に対して、約１２０分未満の滞留時間を必要とし、好ましくは、約５分〜１２０分の滞留時間、そして最も好ましくは約１０〜約３０分間の滞留時間を必要とする。従って、得られたスラリーは、連続的に、コート、濾過、洗浄および乾燥される。
【００３９】
バッチプロセスは、一般により長い顔料処理時間を必要とする。バッチプロセスは、二酸化チタン顔料上の無機含水酸化析出物（すなわち、シリカおよびアルミナ）に対して約１２０分より一般に長い各処理工程の滞留時間を必要とし得る。
【００４０】
本発明の方法はまた、バッチプロセスと連続プロセスとの組み合わせについて適切である。しかし、使用したプロセスにかかわらず、本発明の顔料は、より高い光沢が必要とされる、塗料、プラスチック、およびコーティングの使用について適切である。さらに、本発明の顔料はまた、他の市販の顔料に匹敵する耐久性を維持する。
【００４１】
本発明の一般的な記載をしてきたが、この同一のものが、以下の実施例（例示する目的であって、特定しない限り本発明を限定することを意図していない）を以下の文献を通じて、より容易に理解され得る。
【００４２】
（実施例）
以下の実施例は、約７５℃未満で製造した、二酸化チタン顔料が、市販の光沢または改善された光沢を有することが示される。以下の一連の実施例は、バッチプロセスによって調製される。同じ条件が、連続プロセスに対しても適用可能である。
【００４３】
（実施例１）
温度の重要性を例示するために、以下の顔料を、処理温度を除いて、同一の条件（同一の薬剤、滞留時間、添加時間、濃度およびｐＨ値）および仕上げ条件を使用して調製した。この顔料を表１に従って、６５℃、７５℃（第２のサンプル）、および８５℃（最後のサンプル）で調製した。各顔料を、以下に従って調製した：ＴｉＯ２顔料を、約１．３の比重（約３１％のＴｉＯ２固体含量）を与えるに十分な濃度で各表面コーティング実験に使用した。スラリーを、攪拌下で６５℃、７５℃または８５℃まで加熱し、そしてこのプロセス全体を通じて温度（表Ｉに示される）に維持した。次いで、次に、スラリーに２．５％のＳｉＯ２（ＴｉＯ２の重量に基づく）を珪酸ナトリウムの溶液（１６８ｇ／ｌのＳｉＯ２）として、２０分の期間をかけて添加した。このスラリーをさらに５分間攪拌した。次いで、ＨＣｌ（２２５ｇ／ｌ）を用いて、２０分、４０分または６０分の期間をかけて、ｐＨ６．５にｐＨを調整した。続いて、ＨＣＬの同時添加でｐＨを６．５に維持しながら、２．０％のＡｌ２Ｏ３（ＴｉＯ２の重量に基づく）をアルミン酸ナトリウムの溶液（２２６．９ｇ／ｌのＡｌ２Ｏ３）として、２０分の期間をかけて次に添加した。このスラリーをさらに１０分間攪拌した。ＨＣｌを用いてｐＨを６．３に調整し、そしてこの生成物を濾過し、そして実質的に塩を含まないように洗浄した。この顔料を、２つの部分に分け、一方をＴｉＯ２の重量に基づいて０．４％のＴＭＰと共に混合し、そして他方は、ＴＭＰで処理しなかった。顔料を一晩かけて１１０Ｂ １２０℃で乾燥し、２０メッシュのスクリーンを介して粉砕し、そして１３０ｐｓｉの注入圧／研削圧で２０ｇ／分の流速で空気微紛化した。次いで、この顔料を４０％ＰＶＣ（容積に対する顔料の比）でアクリル酸ベースの塗料中に調製し、そして２０°光沢を測定した。
【００４４】
（光沢測定）
各顔料を、Ｓｙｎｏｃｒｙｌ ９１２２Ｘ樹脂を使用して、４０％ＰＶＣ（顔料容積濃度）のアクリル塗料中に取り込んだ。この調製されたコーティグを、１００ミクロンのドクターブレードを取り込む自動展色デバイスを使用して、ガラスパネル上に展色させた。この塗料パネルを、Ｇｌｏｓｓｇａｒｄ ＩＩ光沢計から２０°光沢度を読取る前に、ダストを含まないキャビネット中で最低５時間乾燥させた。表１は、全沈殿プロセスの間に温度を下げる場合（８５℃、７５℃、６５℃）の、顔料の光沢の改善を例示する。このような光沢の改善は、ＨＣＬの添加速度、およびＴＭＬ処理とは無関係であった。
【００４５】
【表１】
（実施例２）
この実施例において、実験の第２のシリーズを、７０℃および８５℃で独立して実施した。図１は、７０℃および８５℃で調製されたサンプル顔料の結果をグラフにより例示する。７０℃で調製したサンプルは、約２．５１％のＳｉＯ２および２．９％のＡｌ２Ｏ３（ＴｉＯ２顔料の重量に基づく）を含んだ。８５℃で調製したサンプルは、２．４８％のＳｉＯ２および２．９７％のＡｌ２Ｏ３（ＴｉＯ２顔料の重量に基づく）を含んだ。上の実施例において記載される他の反応パラメーターは、蒸気微紛化を低い強度の空気微紛化の変わりに使用したことを除いて、各試験した顔料に対して同一であった。蒸気微紛化を、２６０℃の温度および１５０〜１６０ｐｓｉの圧力で実施し、所望の粒径の顔料を得た。顔料のスチームに対する比は、約１．７〜３．０であった。
【００４６】
図１から、サンプルの調製温度を下げた場合に、光沢の改善の傾向が増加することは、明らかである。より低い温度で調製されたサンプルの光沢レベルは、８５℃で調製されたサンプルよりも約１０％改善されるようである。
【００４７】
本発明は、その特定の実施形態と関連して記載されるが、本発明がさらに改変されることが理解され、そして本発明が属する分野内で公知であるかまたは慣用的に実施され得る場合、本明細書中上記の本質的な特徴に適用され得る場合、および添付の特許請求の範囲の範囲に従う場合に、本出願は、一般に本発明の原理に従い、本発明の開示からのこのような逸脱を含む、本発明の任意の改変、使用または適用に及ぶことが意図される。
【００４８】
本発明の好ましい実施形態は、例示および説明の目的のために選択されるが、如何なる場合においても本発明の範囲を制限することは意図されない。本発明の特定の実施形態の特定の局面は、添付の図面に示される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本願明細書に記載された発明。
【請求項１】
本願明細書に記載された発明。
【図１】
【公開番号】特開２０１１−２５２１５８（Ｐ２０１１−２５２１５８Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１１−１６６０４６（Ｐ２０１１−１６６０４６）
【出願日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【分割の表示】特願２００１−５７７３４５（Ｐ２００１−５７７３４５）の分割
【原出願日】平成１３年４月１２日（２００１．４．１２）
【出願人】（５００５０９３０２）ミレニアム インオーガニック ケミカルズ インコーポレイテッド (5)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６６０４６（Ｐ２０１１−１６６０４６）
【出願日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【分割の表示】特願２００１−５７７３４５（Ｐ２００１−５７７３４５）の分割
【原出願日】平成１３年４月１２日（２００１．４．１２）
【出願人】（５００５０９３０２）ミレニアム インオーガニック ケミカルズ インコーポレイテッド (5)
【Ｆターム（参考）】
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