JPH06220251A - 金属イオン活性化処理による疎水性の改良 - Google Patents

金属イオン活性化処理による疎水性の改良

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JPH06220251A
JPH06220251A JP5258075A JP25807593A JPH06220251A JP H06220251 A JPH06220251 A JP H06220251A JP 5258075 A JP5258075 A JP 5258075A JP 25807593 A JP25807593 A JP 25807593A JP H06220251 A JPH06220251 A JP H06220251A
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アール． パーマー ブルース
Rodney D Stramel
ディー． ストレイメル ロドニー
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Kerr McGee Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 固体材料の疎水性を高めるための方法を提供
する。 【構成】 本発明の方法は、（ａ）固体基材の表面を金
属イオン活性化処理して、表面上に反応性金属部位を形
成する段階と、（ｂ）表面上の反応性金属部位に界面活
性剤を化学的に結合する段階とから成る。本発明の方法
にしたがって処理された二酸化チタニウム顔料およびそ
の他の粒子特性変性剤はポリマー組成物中において優れ
た分散性を示す。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は基材の疎水性を改良する
方法と、そのような方法により処理された基材に関す
る。すなわち、本発明は、その一態様において、界面活
性剤を基材表面に結合する方法と界面活性剤が結合した
基材に関する。また、他の一態様において、本発明は表
面処理された粒子特性変性剤を分散したポリマー組成物
を形成する方法と、そのような方法により形成されたポ
リマー組成物に関する。さらに他の態様においては、本
発明は表面処理された顔料と顔料を表面処理する方法に
関する。さらに他の態様において、本発明は水性媒体か
ら粒子状の材料を除去する方法に関する。さらに他の態
様において、本発明は多孔質材料の多孔度を変化する方
法に関する。さらに他の態様において、本発明はポリマ
ー組成物において粒子状の補強剤を分散する方法に関す
る。さらに他の態様において、本発明はアスファルトに
凝集材を分散する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】通常、ポリマー組成物には粒子特性変性
剤（例えば、充填剤、不透明化剤、顔料、補強剤、難燃
剤等）が使用されている。この場合、ポリマー組成物に
粒子特性変性剤を加える前に、粒子特性変性剤の疎水性
を増加するべく、特性変性剤を表面処理することが可能
である。このように特性変性剤の疎水性を増加すると、
一般に、変性材料のポリマー組成物における分散性が高
められ、かつ、特性変性剤とポリマー基材との間の結合
強度が増加する。この結果、（ａ）粒子特性変性剤はポ
リマー組成物内により容易に取り込まれ、（ｂ）粒子特
性変性剤のポリマー組成物内への取り込み量を増加する
ことができ、さらに／あるいは、（ｃ）結果として生じ
るポリマー生成体の全体的な強度が増加する。
【０００３】このような粒子特性変性剤の疎水性を高め
るために通常に使用される方法の一例として、材料をシ
リコンあるいはチタニウムアルコキシドから成るカップ
リング剤で処理する方法がある。すなわち、シリコンや
チタニウムアルコキシドは多くの種類の粒子材料を有効
に処理することが知られている。しかしながら、このよ
うなシリコンやチタニウムアルコキシドは比較的高価で
あり、それゆえ、普通は特定の用途に限って使用されて
いる。
【０００４】また、粒子状顔料の疎水性を増加するため
に通常に使用される他の方法においては、含水金属酸化
物（例えば、アルミニウム、亜鉛、チタニウム、ジルコ
ニウムあるいはマグネシウムの含水酸化物）を粒子顔料
材の表面上にまず沈澱させ、次いで、界面活性剤（例え
ば、飽和または不飽和の長鎖脂肪酸または脂肪酸塩、長
鎖アルコール、ポリアルコール、ジメチルポリシロキサ
ン、あるいは、ポリエチルヒドロシロキサン）を含水金
属酸化物上に吸着させて、粒子状材料の疎水性を実質的
に改良する。しかしながら、通常、このような処理方法
における含水金属酸化物の沈澱には極めて時間がかか
る。
【０００５】「浮遊法（Ｆｌｏｔａｔｉｏｎ）」と題す
る文献（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ
Ｍｉｎｉｎｇ， Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ ａｎ
ｄＰｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ，Ｉｎ
ｃ．，Ｎ．Ｙ．１９７６，ｐｐ．１４８−１９６）にお
いて、Ｍ．Ｃ．ＦｕｅｒｓｔｅｎａｕおよびＢ．Ｒ．Ｐ
ａｌｍｅｒは鉱物酸化物およびケイ酸塩のアニオン浮遊
法について論じている。この鉱物酸化物やケイ酸塩の浮
遊法において開示されている有用なアニオン捕集剤に
は、カルボン酸塩（脂肪酸）、スルホン酸塩、アルキル
硫酸塩および特定のキレート剤が含まれる。また、この
場合の捕集剤の吸着は、鉱物表面への静電作用、捕集剤
の会合、あるいは、捕集剤と鉱物表面を構成する金属イ
オンとの化学的相互作用により行われる。なお、鉱物表
面を構成する金属イオンは特定の吸着イオンであっても
よい。この場合、特定の吸着イオンとしては、イオンが
加水分解してヒドロキシ複合体を形成する範囲のｐＨ領
域における多価金属イオンが含まれる。また、Ｆｕｅｒ
ｓｔｅｎａｕおよびＰａｌｍｅｒは、実験結果に基づい
て、化学的吸着作用における捕集剤の吸着機構が、
（１）溶解した鉱物材料に含まれる金属イオンの加水分
解の前における鉱物の僅かな溶解、（２）結果として生
じる金属イオンヒドロキシ複合体の水素結合若しくは水
分子の作用による鉱物表面への吸着、および（３）結果
として生じる金属イオン部位への捕集剤の吸着を含み得
る、ことを示唆している。さらに、Ｆｕｅｒｓｔｅｎａ
ｕおよびＰａｌｍｅｒは、石英の場合には、金属イオン
がそれらの最初のヒドロキシ複合体への加水分解が生じ
るｐＨ領域においてこのシステムに加えられた後にのみ
このような浮遊が生じる、ことを示唆している。
【０００６】特開平２−２７９７９１号公報は表面処理
した絹雲母材を分散した潤滑剤組成物を開示している。
この潤滑剤組成物は、（ａ）絹雲母の超微粒子を水に懸
濁した後に、懸濁液のｐＨを７ないし１２の範囲におけ
る特定値に調節する段階と、（ｂ）アルカリ性土類金属
塩を前記懸濁液に加えて、アルカリ性土類金属のイオン
を前記絹雲母の表面上に吸着させる段階と、（ｃ）結果
として生じる懸濁液をアニオン性界面活性剤により処理
して、アニオン性界面活性剤から成る吸着膜を前記絹雲
母の表面上に形成する段階と、（ｄ）前記絹雲母を乾燥
する段階と、さらに、（ｅ）乾燥した絹雲母材を非イオ
ン性界面活性剤およびキャリヤオイルと混合する段階、
とから成る方法により形成される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、種々
の基材の疎水性を高めるための安価で迅速かつ効果的な
方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の方法において
は、金属イオンの活性化処理を利用することによって、
界面活性剤が基材表面に強力に結合する。
【０００９】本発明は疎水性基材を所望とするいかなる
状況においても一般に使用することができる。本発明の
方法の一実施例においては、（ａ）ポリマー組成物中に
おいて高度に分散可能であり、（ｂ）より高い全体的強
度を有するポリマー組成物を生成する、表面処理された
粒子特性変性剤が提供される。また、他の実施例におい
ては、本発明は非粒子状の基材表面の前処理に使用さ
れ、ペイント、各種防止剤および他のポリマーコート材
のこれら基材への結合力を高める。さらに他の実施例に
おいては、本発明は粒状材料の疎水性を高めて、これら
材料の水性媒体からの除去を容易にするために使用され
る。さらに他の実施例においては、本発明は多孔質の固
体材料の多孔度を変化し、これら材料の外部表面および
細孔表面の疎水性を増加するために使用される。さらに
他の実施例においては、本発明は凝集材を表面処理し
て、凝集材をアスファルト中に容易に分散可能にするた
めに使用される。
【００１０】本発明は、その一態様において、ポリマー
組成物を形成する方法を提供する。この方法はポリマー
材中に処理された粒子特性変性剤を分散する段階から成
る。なお、処理された粒子特性変性剤とは、（ａ）粒子
特性変性剤の表面を金属イオンにより活性化して前記表
面上に反応性の金属部位を設ける段階と、（ｂ）前記表
面の反応性金属部位に界面活性剤を化学的に結合させる
段階、とから成る処理によって生成された材料である。
【００１１】加えて、本発明は顔料材を処理する方法を
提供する。この方法は、（ａ）顔料材の表面を金属イオ
ンにより活性化してその表面上に反応性の金属部位を設
ける段階と、（ｂ）前記表面の反応性金属部位に界面活
性剤を化学的に結合させる段階、とから成る。本発明の
当該実施例において使用される顔料材は好ましくは二酸
化チタニウム顔料材である。
【００１２】また、本発明は水性媒体から粒子状材料を
除去する方法を提供する。この方法は、（ａ）粒子状材
料の表面を金属イオンにより活性化してその表面上に反
応性の金属部位を設ける段階と、（ｂ）水性媒体に界面
活性剤を添加する段階と、（ｃ）前記表面の反応性金属
部位に界面活性剤を化学的に結合させる段階と、（ｄ）
粒子状材料を凝集させる段階、とから成る。
【００１３】また、本発明は非粒子状多孔質材料の多孔
度を変えるための方法を提供する。この方法は、（ａ）
多孔質材料の少なくとも一表面を金属イオンにより活性
化してその表面上に反応性の金属部位を設ける段階と、
（ｂ）前記表面の反応性金属部位に界面活性剤を化学的
に結合させる段階、とから成る。
【００１４】加えて、本発明はアスファルト中に凝集材
を分散させる方法を提供する。この方法は、（ａ）凝集
材の表面を金属イオンにより活性化してその表面上に反
応性の金属部位を設ける段階と、（ｂ）前記表面の反応
性金属部位に界面活性剤を化学的に結合させる段階と、
（ｃ）凝集材とアスファルトとを混合する段階、とから
成る。
【００１５】本発明の他の目的、特徴および利点は、添
付図面および以下の好ましい実施例の説明により、当業
者において明白容易となる。
【００１６】
【実施例】本発明の各実施例においては、基材の表面
は、基材の疎水性を高めるために、処理されるか、ある
いは、予め処理されている。すなわち、基材表面は、好
ましくは、（ａ）基材表面を金属イオンにより活性化し
てその表面上に反応性の金属部位を設ける段階と、
（ｂ）基材表面の反応性金属部位に界面活性剤を化学的
に結合させる段階とから成る方法により処理される。な
お、基材の疎水性をさらに高めるために、本発明の方法
は、必要に応じて、界面活性剤の疎水性の部分に非荷電
炭化水素を吸着させる段階を含み得る。
【００１７】本発明において使用する基材の表面は活性
化用金属イオンを吸着するための部位を提供し得る材料
から単純に構成する必要がある。この結果、基材の表面
は、水にさらされたときに水素イオンやヒドロキシイオ
ンを吸着する材料のほとんどすべてにより構成すること
ができる。このような本発明における用途に好適な基材
の例として、酸化物、ケイ酸塩、硫化物、硫酸塩および
炭酸塩が挙げられる。なお、金属表面は一般に酸化スズ
膜を含んでいるので、金属表面もまた本発明における用
途に好適である。
【００１８】本発明における用途に好適な特定基材とし
ては、二酸化チタニウム、酸化鉄、チタン酸ニッケル、
酸化アンチモン、クロム酸鉛、酸化亜鉛、硫化カドミウ
ム等の顔料材、ポリマー組成物において使用される粒子
特性変性剤（例：ファイバーグラス、セラミック粒子、
コロイド材、アルミニウム三水塩や水酸化マグネシウム
等の難燃剤、炭酸カルシウム、酸化亜鉛）、吸収剤
（例：ゼオライト）、岩石凝集材、非粒子状金属材およ
びセラミック膜等の多孔質固体材料が挙げられる。
【００１９】特に、本発明の方法は二酸化チタニウム顔
料の表面処理に適している。すなわち、二酸化チタニウ
ム顔料のほとんどいずれも本発明の方法における基材と
して使用することができる。さらに、本発明の方法にお
ける用途に好適な二酸化チタニウム顔料材の例として
は、プラスチックグレードの二酸化チタニウム顔料、オ
イルベースのペイントグレード二酸化チタニウム顔料、
約０．１５マイクロメータよりも小さな粒径を有する超
微粒のチタニア、およびチタニウム酸化物顔料をコーテ
ィングした水和金属酸化物が挙げられる。
【００２０】また、本発明においては、当該基材表面の
金属イオンによる活性化が、その表面を加水分解した金
属イオンを含む水性媒体に暴露することにより行われ
る。なお、本説明および特許請求の範囲に使用している
用語「金属イオン」とは、金属イオン、金属オキシカチ
オン（ｏｘｙｃａｔｉｏｎｓ）、ヒドロキシ金属カチオ
ン、含水金属カチオンから成る群から選択されるイオン
をいう。さらに、本発明の方法における金属イオン活性
化段階において使用する金属イオンは、好ましくは、二
価、三価または四価の金属イオン、あるいは、二価、三
価または四価の金属オキシカチオン、あるいは、二価、
三価または四価のヒドロキシ金属カチオン、あるいは、
二価、三価または四価の含水金属カチオン、若しくはこ
れらの組み合わせである。
【００２１】さらに、本発明の方法における用途に好適
な金属イオンの例としては、Ｍｇ＋ ２、Ｃａ＋２、Ｓｒ
＋２、Ｂａ＋２等のアルカリ性土類金属イオンおよびこ
れらの組み合わせが挙げられる。また、本発明の方法に
おける用途に好適な他の金属イオンの例として、Ｚｎ
＋２、Ｃｄ＋２、Ｐｂ＋２、Ａｌ＋３、ＺｒＯ＋２、Ｆ
ｅ＋２、Ｆｅ＋３、Ｍｎ＋２、Ｃｕ＋２、Ｎｉ＋２、Ｃ
ｏ＋２、Ｃｒ＋３、ＶＯ＋２、Ｃｅ＋３、Ｃｅ＋４およ
びこれらの組み合わせが挙げられる。なお、本発明を無
色または白色の顔料または不透明化剤の表面処理に用い
る場合は、Ｍｇ＋ ２、Ｃａ＋２、Ｓｒ＋２、Ｂａ＋２、
Ｃｄ＋２、Ｐｂ＋２、Ａｌ＋３およびＺｒ＋２等の無色
の水性金属イオンを使用するのが好ましい。
【００２２】このような本発明の方法における金属イオ
ン活性化段階においては、所望の金属イオン（例えばＭ
ｇ＋２イオン）を含む化合物をまず水性媒体に溶解す
る。溶解後、金属イオンは加水分解してヒドロキシ−金
属複合体を形成する。例えば、水性媒体に添加されたＭ
ｇ＋２イオンは以下のように加水分解する。
【００２３】（１）Ｍｇ＋２＋ＯＨ−→ＭｇＯＨ＋（ヒ
ドロキシ−マグネシウム複合体） 次いで、ヒドロキシ−金属複合体は基材表面上の適当な
部位に（例えば、アルミナ含有二酸化チタニウム顔料の
表面におけるアルミナ水和物またはチタニア水和物の部
位に、あるいは、含水アルミナ被覆二酸化チタニウム顔
料の表面におけるアルミナ水和物の部位に）以下のよう
にして吸着して、界面活性剤の分子が化学的に結合し得
る反応性金属部位を当該基材表面に形成する。
【００２４】（２）−ＡｌＯＨ＋ＭｇＯＨ＋→−ＡｌＯ
Ｍｇ＋＋Ｈ２Ｏ（反応性金属部位） 本発明の金属イオン活性化段階中で、かつ、好ましく
は、本発明の界面活性剤結合段階中に、当該水性媒体の
ｐＨは、好ましくは、約±４の範囲内に維持され、この
ｐＨ値において、水性媒体中における溶解可能な加水分
解金属イオンの濃度が最大となる。さらに好ましくは、
水性媒体のｐＨ値が、金属イオン活性化段階の間で、か
つ、好ましくは界面活性剤結合段階の間において、約±
２の範囲内に維持され、このｐＨ値において加水分解金
属イオンの濃度が最大となり、しかも、ｐＨ値の範囲が
金属イオンが実質的に沈澱を開始するｐＨ値よりも低い
ことである。そして、最も好ましいのは、水性媒体のｐ
Ｈ値が、金属イオン活性化段階の間で、かつ、好ましく
は界面活性剤結合段階の間において、加水分解金属イオ
ンの水性媒体中における濃度を実質的な量の金属イオン
の沈澱を生じることのない最大値にする値に維持される
ことである。
【００２５】当業者において知られるように、このよう
な加水分解金属イオン濃度を最大とする水性媒体のｐＨ
値は片対数濃度図を使用することにより一般に決定でき
る。図１はマグネシウムイオンの場合の水性媒体濃度図
を示している。なお、図１では、水性媒体中のマグネシ
ウムの全濃度を１．０×１０−４モルとしている。図１
に示すように、水性媒体において可溶の加水分解Ｍｇイ
オン（例えばＭｇＯＨ＋）の濃度は約１０．４のｐＨ値
において最大である。また、図１からわかるように、固
体物質Ｍｇ（ＯＨ）２の沈澱を回避するためには、当該
水性媒体のｐＨ値を約１０．５以下に維持する必要があ
る。
【００２６】さらに、図２はアルミニウムの場合の水性
媒体濃度図を示している。図２では、水性媒体中のアル
ミニウムの全濃度を１．０×１０−４モルとしている。
この図２に示すように、水性媒体において可溶の加水分
解アルミニウムイオンの濃度は約４．８のｐＨ値におい
て最大である。また、図２からわかるように、固体物質
Ａｌ（ＯＨ）３の沈澱を回避するためには、当該水性媒
体のｐＨ値を約５．２以下に維持する必要がある。
【００２７】すなわち、アルミニウムイオンを本発明の
方法における金属イオン活性化段階で使用する場合は、
この水性媒体のｐＨ値を（ａ）好ましくは約３．８ない
し約５．２の範囲に維持し、（ｂ）最も好ましくは約
４．８に維持する。
【００２８】また、当該水性媒体のｐＨ値を調節しかつ
制御するために本発明の方法において使用する好適な酸
としては、各種鉱酸もしくは当該鉱酸を組み合わせたも
のが挙げられる。さらに、本発明の方法におけるｐＨ制
御剤として好適な酸の特定例としては、塩酸、次亜塩素
酸、塩素酸および過塩素酸等のハロゲン酸や、硫酸、亜
硫酸および硝酸が挙げられる。なお、これらの内で本発
明の方法におけるｐＨ制御剤として使用するに最も好ま
しい酸は、硫酸と塩酸である。
【００２９】また、当該水性媒体のｐＨ値を調節しかつ
制御するために本発明の方法において使用する好適な塩
基性物質としては、各種の水酸化物、炭酸塩、酸化物お
よびアミン類が挙げられる。さらに、本発明の方法にお
けるｐＨ制御剤として好適な塩基性物質の特定例として
は、ナトリウム、カリウム、リチウム、カルシウム、マ
グネシウム、バリウムまたはストロンチウムの水酸化
物、水酸化アンモニウム、炭酸アンモニウム、ナトリウ
ム、カリウム、リチウム、カルシウム、マグネシウム、
バリウムまたはストロンチウムの炭酸塩、ナトリウム、
カリウム、リチウム、カルシウム、マグネシウム、バリ
ウムまたはストロンチウムの酸化物、および、活性化金
属イオン自体の水酸化物、炭酸塩または酸化物が挙げら
れる。
【００３０】さらに、本発明の方法の一実施例において
は、金属イオンの活性化に要する加水分解可能な金属イ
オンを提供するために、別の金属イオン源が水性媒体に
加えられる。このような本発明の方法において使用する
に適する別の金属イオン源としては、金属塩化物、金属
硫酸塩、金属塩化物または金属硫酸塩の水和物、およ
び、水酸化物、酸化物または炭酸塩等の他の化合物で、
酸または塩基に溶解して加水分解可能な金属イオンを生
じるものが挙げられる。なお、当該水性媒体に加える金
属イオン源の量は、好ましくは、基材表面上に吸着され
る金属イオンの被覆膜が約０．０１ないし約１００の単
分子層を形成するに足る量である。最も好ましくは、水
性媒体に加える金属イオン源の量は、基材表面上に吸着
される金属イオンの被覆膜が約０．１ないし約５の単分
子層を形成するに足る量である。
【００３１】また、本発明の方法の他の実施例において
は、金属イオン活性化処理において使用される金属イオ
ンの少なくとも一部が基材自体により供与される。この
実施例においては、当該基材（例えば含水アルミナ含有
二酸化チタニウム顔料）は、水性媒体に暴露されたとき
に加水分解可能な金属イオン（例えばＡｌ＋３イオン）
を生じ得る材料（例えば含水アルミナ）を含んでいる。
具体的にいえば、当該基材が水性媒体中に置かれるか、
あるいは、媒体に暴露されると、基材表面から加水分解
可能な金属イオンが溶解する。このようにして水性媒体
中に溶解すると、金属イオンは加水分解して基材上の水
和物部位（例えば水和したチタニアおよびアルミナの部
位）において再吸着する。
【００３２】また、本発明の方法のさらに他の実施例に
おいては、金属イオン活性化処理において使用される金
属イオンの少なくとも一部が基材上に予め設けられたコ
ーティング材により供与される。例えば、アルミナコー
トされた二酸化チタニウム顔料が水性媒体中に置かれる
か、あるいは、暴露されると、一部のＡｌ＋３イオンが
アルミナコーティング材から溶解する。このようにして
水性媒体中に溶出すると、Ａｌ＋３イオンは加水分解し
てアルミナコーティング上の水和したアルミナ部位に再
吸着する。
【００３３】さらに、本発明の方法の金属イオン活性化
段階中においては、当該水性媒体と基材とは基材表面へ
の金属イオンの吸着を最大とする温度に維持されること
が好ましい。すなわち、たいていの場合において、水性
媒体と基材とは、金属イオン活性化段階中に、約５℃な
いし約１００℃の範囲の温度に維持されることが好まし
い。特に、水性媒体と基材とは、金属イオン活性化段階
中に、約２０℃ないし約７０℃の範囲の温度に維持され
ることが好ましい。
【００３４】上述の如く、本発明の方法において使用す
る基材の表面は、当該基材（あるいは、少なくとも基材
の表面）を水性媒体中に置くことによって、水性媒体に
暴露することができる。例えば、基材が二酸化チタニウ
ム顔料またはポリマー組成物において使用する他の種の
粒子特性変性剤である場合、当該基材を水性媒体と混合
してスラリーを作ることにより、基材を水性媒体に暴露
することができる。
【００３５】また、別の金属イオン源を使用する場合
は、金属イオン源を、基材の添加前、添加と同時、ある
いは、添加後に水性媒体に加えることができる。さら
に、本発明の方法において使用する界面活性剤は好まし
くは金属イオン源の添加と同時か添加後に水性媒体に添
加される。最も好ましくは、界面活性剤は基材と金属イ
オンの両方を添加した後に水性媒体に加えられる。ま
た、基材表面上への加水分解金属イオンの吸着を促進す
るために、金属イオン活性化段階において、好ましくは
基材スラリーを攪拌するか、あるいは、震盪する。さら
に、酸性および／または塩基性のｐＨ制御剤も、金属イ
オン活性化段階の間において、上述の如く適当なｐＨ値
を維持するための必須要素として水性媒体に加えられ
る。
【００３６】一方、非粒子状の基材（例えば金属製の物
体）は、当該基材表面上に水性媒体をスプレーすること
により、本発明の方法にしたがう適当なｐＨ値を有する
水性媒体に暴露することができる。所望または必要であ
れば、当該水性媒体として、金属イオン源を溶解した水
性媒体を使用することができる。このようにして非粒子
状基材を水性媒体に暴露した後で、適当な界面活性剤の
溶液をさらに表面上にスプレーすることが可能である。
また、これとは別に、当該非粒子状基材は、基材を上述
の金属イオンを含む適当な水性媒体中に単純に浸漬した
後に、さらにこれを適当な界面活性剤の溶液に浸漬する
か、あるいは、金属イオンを金属表面上に吸着させた後
に界面活性剤を金属イオンを含む溶液中に添加すること
により、本発明の方法にしたがって処理することができ
る。
【００３７】また、本発明の方法にしたがう非粒子状の
金属材表面を処理する前に、油、グリースおよびその他
の不純物質を除去するために、当該表面を洗浄すること
が好ましい。なお、金属表面は通常行われているいかな
る金属表面の洗浄方法でも一般的に洗浄できる。このよ
うな金属表面の洗浄に適する方法としては、洗剤による
洗浄、溶剤洗浄、蒸気によるグリース除去処理、超音波
によるグリース除去処理等が挙げられる。
【００３８】場合によっては、金属イオン活性化処理や
界面活性剤の結合に適する水性媒体を供与するために充
分量の水が当該基材表面上に保持される。当業者におい
て理解されることであるが、酸化物、ケイ酸塩およびそ
の他の基材は水素結合を介して水を吸着する。この場
合、基材表面への水の吸着は、単純に基材を水に接触さ
せるか、または、基材を空気中の水分に暴露することに
より行うことができる。
【００３９】このように本発明に沿うように適当な水性
媒体を供与するべく基材表面上に充分量の水を保持する
ことにより、本発明の方法による金属イオン活性化段階
および界面活性剤結合段階は、単純に金属イオン源と界
面活性剤とを基材と混合することによって行うことがで
きる。例えば、アスファルト材に分散される岩石凝集材
の場合、本発明の方法による金属イオン活性化段階およ
び界面活性剤結合段階は、適当な界面活性剤をスプレー
しながらセメント用ミキサー中において凝集材と金属イ
オン源とを回転しながら混合することにより実行でき
る。このようにして金属イオン源と界面活性剤とが凝集
材に完全に混ぜ合わされた後に、凝集材はさらにアスフ
ァルト材と混合される。
【００４０】本発明の方法の界面活性剤結合段階におい
ては、界面活性剤が水性媒体に加えられ、その後、金属
イオン活性化処理により設けられた基材表面上の反応性
金属部位に吸着する。この場合、上述したように、界面
活性剤は、（別の金属イオン源が使用されると仮定し
て）金属イオン源の添加と同時かその後に、水性媒体に
加えることが可能である。しかしながら、界面活性剤
は、（ａ）基材の添加後、（ｂ）何らかの別の金属イオ
ン源の添加後、および、（ｃ）金属イオン活性化処理が
実質的に完了した後に、水性媒体に加えられるのが好ま
しい。
【００４１】また、界面活性剤は基材の全表面上に活性
剤の単分子層を約１／１００層ないし約１００層形成す
るに足る量で水性媒体に加えられることが好ましい。さ
らに、界面活性剤が基材の全表面上に活性剤の単分子層
を約１／１０層ないし約５層形成するに足る量で水性媒
体に加えられることが最も好ましい。
【００４２】さらに、本発明の方法の界面活性剤結合段
階においては、水性媒体の温度およびｐＨは、本発明の
方法の金属イオン活性化段階において好ましいとされる
上述の範囲と同一に維持されることが好ましい。また、
水性媒体と基材とは、界面活性剤結合段階において可能
であれば、活性剤の結合を容易にするために、攪拌され
るか震盪されることが好ましい。
【００４３】このような本発明の方法において使用され
るに適する界面活性剤の例としては、約４個ないし約３
０個の炭素原子を有する直線状および分岐状のカルボン
酸およびその塩、約４個ないし約３０個の炭素原子を有
する直線状および分岐状のアルキルスルホン酸およびそ
の塩、直線状のアルキル鎖が約４個ないし約３０個の炭
素原子を含んでいる直線状アルキルベンゼンスルホン酸
塩、スルホコハク酸塩、リン酸塩、ホスホン酸塩、リン
脂質、およびこれらの混合物が挙げられる。さらに、本
発明の方法において最も適する特定の界面活性剤として
は、ステアリン酸ナトリウム、オクタデカン酸、ヘキサ
デシルスルホン酸塩、ラウリル硫酸塩、オレイン酸ナト
リウム、およびこれらの混合物が挙げられる。
【００４４】このような本発明の方法において使用され
る界面活性剤は、上記の金属イオン活性化段階において
基材表面上に吸着した金属イオンと安定な化合物を形成
する。この結果、界面活性剤は基材の表面に強固に結合
する。例えば、カルボン酸界面活性剤と上記反応（２）
により形成される種類の反応性金属部位を有する基材表
面との場合を考えると、カルボン酸界面活性剤は以下の
ようにして基材表面と強固に結合する。
【００４５】（３）−ＡｌＯＭｇ＋＋ＲＣＯＯ−→−Ａ
ｌＯＭｇＯＯＣＲ なお、（３）においては、Ｒは長鎖の疎水性炭化水素部
分を示している。
【００４６】本発明の方法により処理した基材の疎水性
をさらに高めるために、この方法は、必要に応じて、非
荷電の長鎖炭化水素（すなわち、約４個ないし約３０個
の炭素原子を有する直線状または分岐状の炭化水素鎖を
有するもの）を界面活性剤により供与される疎水性部分
に吸着させる付加的な段階を含み得る。このような本発
明の方法において使用するに適する非荷電の長鎖炭化水
素の例としては、長鎖状アルコールおよび長鎖状パラフ
ィン化合物が挙げられる。
【００４７】また、非荷電炭化水素吸着段階に使用され
る非荷電の長鎖炭化水素は界面活性剤を基材表面に結合
させた後で水性媒体に加えるのが好ましい。なお、この
非荷電炭化水素吸着段階の間、当該水性媒体の温度およ
びｐＨ値は、本発明の方法における金属イオン活性化段
階および界面活性剤結合段階において好ましいとされる
上述した範囲と同一に維持されることが好ましい。加え
て、非荷電炭化水素吸着段階の間に、可能であれば、非
荷電炭化水素の水性媒体中への分散を迅速化し、かつ、
非荷電炭化水素の界面活性剤における疎水性部分への吸
着を迅速化するために、基材および水性媒体は攪拌され
るかあるいは震盪されるのが好ましい。
【００４８】二酸化チタニウム顔料材、若しくは、ポリ
マー組成物に加えられる種類の他の粒子特性変性剤を上
述した基材スラリー技法を用いる本発明の方法にしたが
って処理する場合、処理した基材は水性媒体から濾過処
理により回収することができる。さらに、濾過処理の
後、処理した基材は、粒子状材料を乾燥するために当業
界において通常使用されている一般的ないかなる手段
（例えば、炉における加熱処理）によっても乾燥するこ
とができる。また、処理された充填材を同時に水性媒体
スラリーから回収して通常のスプレー乾燥法により乾燥
することができる。この場合、典型的なスプレー乾燥法
を用いると、基材スラリーは燃焼したスプレー乾燥室内
において生じた加熱ガス中に吹き込まれる。そして、ス
プレー乾燥室において、スラリーの水分が蒸発し、乾燥
した基材生成物が当該乾燥室のガス流に沿って同室から
送り出される。このようにして乾燥された基材は、例え
ば、サイクロンやバッグフィルターを用いてガス流から
回収することができる。
【００４９】脱水および乾燥処理の後、このように処理
した粒子状材料は、上記の処理および回収プロセスの間
に形成された凝集体を崩壊するために、必要に応じて、
粉砕することができる。
【００５０】上述のように、本発明により生成した処理
済みの粒子特性変性剤はポリマー材料中に分散すること
ができ、改良された諸特性を有するポリマー組成物が提
供できる。すなわち、（１）界面活性剤と粒子状材料の
表面との間の強固な結合と、（２）ポリマー材と界面活
性剤により供与される疎水性部分との間に生じる比較的
強いファンデアワールス力（ｖａｎ ｄｅｒ Ｗａａｌ
ｓ’ ｆｏｒｃｅｓ）とにより、本発明の方法により生
成された処理された粒子状材料はポリマー材により容易
に分散可能となる。加えて、（１）粒子特性変性剤が、
通常、それらを取り込むプラスチック材よりも高い弾性
率と降伏強さとを備えており、（２）本発明がプラスチ
ック基体と粒子状材料との間の結合力を高めるために、
本発明はポリマー組成物の全体的な強度を増加する。
【００５１】このようなポリマー組成物を形成するため
に、本発明において使用するに好適なポリマー材の例と
しては、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリビニルクロ
ライド、ポリプロピレン、アクリロニトリル−ブタジエ
ン−スチレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニ
レンオキサイド、ナイロン、ポリエチレンテレフタレー
ト、エポキシ樹脂、アルキルウレアホルムアルデヒド、
およびこれらの混合物が挙げられる。
【００５２】本発明にしたがって生成した処理済の粒子
特性変性剤は、粒子状材料をポリマー組成物に取り込ま
せるために当業界において通常に使用されるいかなる方
法によっても、ポリマー材中に分散させることができ
る。例えば、本発明の方法により生成した処理済粒子特
性変性剤は、バンドベリ−（Ｂａｎｄｂｕｒｙ）ミキサ
ー、二本ロールミル、高剪断ミキサー若しくはＧＥＬ−
Ｏ−ＭＡＴ（商品名）ミキサー等を使用する方法により
ポリマー材に分散することができる。
【００５３】また、上述したように、本発明は水性媒体
から粒子状材料を除去する方法も提供する。本発明の方
法の実施例は、（ａ）粒子状材料の表面を金属イオンに
より活性化して、粒子状材料の表面上に反応性金属部位
を形成する段階と、（ｂ）水性媒体に界面活性剤を添加
する段階と、（ｃ）界面活性剤を当該材料表面の反応性
金属部位に化学的に結合させる段階と、（ｄ）粒子状材
料を凝集させる段階とから成る。本発明の方法における
当該実施例の金属イオン活性化段階は一般に上述した粒
子特性変性剤を金属イオンにより活性化する方法と同様
に行われる。また、粒子状材料が段階（ｄ）により凝集
した後に、例えば、沈澱、沈降、濾過、浮選またはこれ
らの組み合わせにより、粒子状材料を水性媒体から除去
することができる。
【００５４】当業者にとって明白ではあるが、本発明の
方法における当該実施例は環境への本質的な適用性を備
えている。すなわち、粒子状材料が小径であることやそ
の表面電荷が小さいことにより、粒子状材料は排水や他
の水性媒体から除去することがしばしば困難である。し
かしながら、本発明の方法にしたがって処理されると、
これらの粒子状材料は凝集し、それゆえ、水性媒体から
の除去がより容易となる。
【００５５】さらに、上述したように、本発明は多孔質
材料（例えば、セラミック膜またはゼオライト材）の多
孔度を変化する方法を提供する。本発明の当該方法の実
施例においては、多孔質材は、他の非粒子状基材を表面
処理するための本発明の方法において使用されるものと
同一の金属イオン活性化処理および界面活性剤結合処理
を一般に使用して表面処理される。基材の孔径を変化す
る処理に加えて、本発明の方法における当該実施例は多
孔質材の外部表面および多孔表面の疎水性を増加するべ
く作用する。
【００５６】本発明をさらに説明するべく以下の実施例
について詳述する。
【００５７】実施例Ｉ 塩化マグネシウムの六水塩０．０５モルを１リットルの
水に室温（２２℃）において加えた。次いで、得られた
溶液のｐＨを１規定水酸化アンモニウムを用いて１０．
２４に調節した。その後、Ｋｅｒｒ−ＭｃＧｅｅ社製の
ＣＲ−８３４プラスチックグレード顔料２００グラムを
塩化マグネシウム溶液に加えた。なお、ＣＲ−８３４は
含水アルミナによりコーティングした二酸化チタニウム
顔料である。また、ＣＲ−８３４は約９．５ｍ２／ｇの
表面積を有しており、そのアルミナ含有量は約１．５重
量％である。
【００５８】ＣＲ−８３４顔料の添加に続いて、得られ
たスラリーを約１０分間攪拌した。次いで、スラリーの
ｐＨを１規定水酸化アンモニウムを用いて再び約１０．
２４に調節した。その後、スラリーをさらに１０分間攪
拌して、塩化マグネシウム六水塩から得られるヒドロキ
シ−マグネシウム複合体を顔料表面に吸着させた。この
ヒドロキシ−マグネシウム複合体吸着処理の終了時にお
ける水性スラリー媒体中のマグネシウム含有量は０．２
３モルであった。したがって、水性スラリー媒体中にも
ともと存在していたマグネシウムの約５５重量％がヒド
ロキシ−マグネシウム複合体吸着処理中に顔料表面に吸
着したことになる。
【００５９】このヒドロキシ−マグネシウム複合体吸着
処理に続いて、ステアリン酸ナトリウム０．０５モルを
顔料スラリーに添加した。この結果、ステアリン酸ナト
リウムから生じたステアリン酸イオンは顔料材に吸着す
る。さらに、このようなステアリン酸塩の吸着処理を促
進するために、スラリーをステアリン酸ナトリウムの添
加後１０分間攪拌した。
【００６０】このステアリン酸塩吸着処理が終了した時
点で、処理済の顔料材を濾過により顔料スラリーから回
収した。処理済の顔料材から分離した濾液のｐＨは９．
９１であった。その後、濾過処理により回収した処理済
の顔料材を炉中において１００℃で３時間乾燥した。次
いで、処理済の顔料材を３２５メッシュの篩にかけて上
記処理中に生じた凝集体を除去した。このようにして得
られた最終の処理済顔料材の重量は２０４．８グラムで
あった。
【００６１】実施例ＩＩ ０．０１モルの塩化マグネシウム六水塩と０．０１モル
のステアリン酸ナトリウムとを使用したことを除いて実
施例Ｉと同じ処理をおこなった。この場合、ヒドロキシ
−マグネシウム複合体吸着処理終了時における水性媒体
中のマグネシウム含有量はわずかに６．７×１０−５モ
ルであった。したがって、ヒドロキシ−マグネシウム複
合体吸着処理の終了時において、当初に水性媒体に加え
たマグネシウムの９９．３重量％が顔料表面上に吸着し
た。
【００６２】ステアリン酸塩吸着処理終了時において、
顔料スラリーのｐＨを希釈硫酸により約１０．２６に再
調節した。このようにして処理した顔料材を濾過処理に
よりスラリーから濾別し、炉中において１００℃で１５
分間乾燥した。乾燥後、処理済顔料材を３２５メッシュ
のスクリーンを通して、処理中に生じた凝集体を除去し
た。最終顔料材の重量は１９２．４グラムであった。
【００６３】実施例ＩＩＩ ２００グラムのＣＲ−８３４顔料を本発明にしたがって
再び処理した。しかしながら、当該処理においては、上
記金属イオン活性化処理のための金属イオン源としてＣ
Ｒ−８３４顔料の水和アルミナコーティングを使用し
た。
【００６４】まず、１リットルの水のｐＨを希釈硫酸を
用いて５．０に調節した。次いで、水にＣＲ−８３４を
加え、得られたスラリーを室温下で１０分攪拌した。そ
の後、スラリーのｐＨを希釈硫酸により再び５．０に調
節した。この処理の終了時においては、水性スラリー媒
体中におけるアルミニウム濃度は７．５×１０−６モル
よりも少なく、アルミナコーティングから生じるヒドロ
キシ−アルミニウム複合体が当該顔料材表面に強固に吸
着することを示している。
【００６５】顔料スラリーのｐＨを５．０に再調節した
後、０．０１モルのステアリン酸ナトリウムをスラリー
に加えた。その後、このスラリーを１０分間攪拌した。
次いで、スラリーのｐＨを希釈硫酸により５．０に再び
調節した。
【００６６】このようにして生成した顔料材をスラリー
から濾過処理により回収し、炉中において１００℃で１
５時間乾燥した。次に、乾燥した材料を３２５メッシュ
の篩にかけて当該処理中に生じた凝集体を除いた。この
結果、最終の乾燥顔料材の重量は１９５．５グラムであ
った。
【００６７】次いで、上記実施例Ｉ、ＩＩおよびＩＩＩ
の各処理済顔料の分散性を高荷重ポリスチレン分散性試
験により評価した。当該試験においては、各顔料材をブ
ラベンダー（ＢＲＡＢＥＮＤＥＲ）ミキサー中において
ポリスチレンと混合する。顔料材がブラベンダーミキサ
ー中においてポリスチレンと混合すると、プラスチック
が溶けて顔料を濡らすにつれてその混合に要するトルク
が上昇する。しかしながら、顔料がポリスチレン中に取
り込まれた後は、混合に要するトルクは降下し、安定状
態の値に至る。この場合、任意の顔料材に対しての安定
状態のトルク値が低ければ低いほど、顔料のポリスチレ
ン媒体に対する分散性が高い。
【００６８】実施例Ｉ、ＩＩおよびＩＩＩの処理済顔料
に加えて、Ｋｅｒｒ−ＭｃＧｅｅ社製のＣＲ−８３６プ
ラスチック−グレード顔料材と他の一つの典型的プラス
チック−グレード顔料材とを同高荷重ポリスチレン分散
性試験により評価した。
【００６９】これらの高荷重ポリスチレン分散性試験の
結果を表Ｉに示す。表Ｉに示すように、実施例Ｉ、ＩＩ
およびＩＩＩの処理済顔料の分散特性はＣＲ−８３６お
よび他の一つの市販のプラスチック−グレード顔料材の
分散特性に比して有意差をもって優れていることがわか
った。とりわけ、実施例Ｉの処理済顔料材が特に望まし
い分散特性を示した。加えて、実施例Ｉ、ＩＩおよびＩ
ＩＩで得られた充填ポリスチレン組成物は、上記の市販
の未処理プラスチックーグレード顔料材に比して、高荷
重ポリスチレン分散性試験において使用の実験器具の洗
浄が実質的に容易であった。したがって、本発明により
顔料材を処理すれば、分散性のみならず、他の諸特性を
も顕著に向上することが可能となる。
【００７０】
【表１】 実施例ＩＶ 表ＩＩに示すように、９種の付加的な表面処理済顔料材
（すなわち、顔料材４−１ないし４−９）を本発明の方
法により作成した。各ケースにおいて処理された顔料材
はチタニア−アルミナ顔料であった。チタニア−アルミ
ナ顔料とは、光の作用を減少するためにその顔料格子に
少量のアルミナを有している二酸化チタニウム顔料をい
う。顔料材４−１、４−２および４−３は無被覆チタニ
ア−アルミナ顔料材から生成したものである。また、顔
料材４−４、４−５および４−６はアルミナ水和物コー
ティングにより被覆されたシリカ水和物コーティングを
有する市販のチタニア−アルミナ顔料材から生成したも
のである。さらに、顔料材４−７、４−８および４−９
はアルミナ水和物コーティングのみを有する市販のチタ
ニア−アルミナ顔料から生成したものである。さらに、
表ＩＩに示されるように、顔料材４−１、４−４および
４−７は金属イオン活性化段階においてＡｌ＋３イオン
を用いて作成し、顔料材４−２、４−５および４−８は
金属イオン活性化段階においてＭｇ＋２イオンを使用
し、また、顔料材４−３、４−６および４−９は金属イ
オン活性化段階においてＺｎ＋２イオンを用いて作成し
た。加えて、顔料材４−１、４−６および４−８の生成
に使用した界面活性剤はステアリン酸ナトリウムであ
り、顔料材４−２、４−４および４−９の生成に使用し
た界面活性剤はラウリル硫酸ナトリウムであり、さら
に、顔料材４−３、４−５および４−７の生成に使用し
た界面活性剤はヘキサデシルスルホン酸ナトリウムであ
る。
【００７１】Ｍｇ＋２またはＺｎ＋２イオンを金属イオ
ン活性化段階において使用する場合の各々においては、
金属イオンの塩（すなわち、Ｍｇ＋２イオンを使用する
場合は塩化マグネシウム、Ｚｎ＋２イオンを使用する場
合は塩化亜鉛）を３００ｇの水に１００ｇの顔料材を室
温下に分散して成るスラリーに加えた。次いで、スラリ
ーのｐＨを、１個の水酸基を有する活性化ヒドロキシ−
金属複合体の濃度を最大とする値に調節した。すなわ
ち、Ｍｇ＋２イオンを使用する場合においては、スラリ
ーのｐＨを１０．２とした。また、Ｚｎ＋２イオンを使
用する場合には、スラリーのｐＨは７．０に調節した。
なお、このｐＨ調節は、必要に応じて、５．０モル水酸
化ナトリウムか１．０モル硫酸のいずれかにより行っ
た。ｐＨ調節の後、０．００５モルの界面活性剤（すな
わち、ステアリン酸ナトリウム、ラウリル硫酸ナトリウ
ムまたはヘキサデシルスルホン酸ナトリウム）をスラリ
ーに加えた。次いで、スラリーを１０分間攪拌した。そ
の後、ｐＨを上記の最適値に再調節した。続いて、スラ
リーをさらに３０分間攪拌した後、濾過処理した。この
濾過処理物を炉中において１１０℃で１２時間乾燥した
後、微粉砕処理した。
【００７２】一方、Ａｌ＋３イオンを用いる場合の各々
においては、Ａｌ＋３イオンを顔料自体により供給し
た。具体的には、まず、Ａｌ＋３イオンを使用する各場
合において、１００ｇの顔料材を３００ｇの水に室温下
で分散して成るスラリーを作成した。次いで、硫酸によ
り、スラリーのｐＨを約４．５（すなわち、水性スラリ
ー媒体中に可溶な加水分解アルミニウムイオンの濃度が
実質的に最大となるｐＨ値）に調節した。次に、０．０
０５モルの界面活性剤（すなわち、ステアリン酸ナトリ
ウム、ラウリル硫酸ナトリウムまたはヘキサデシルスル
ホン酸ナトリウム）をスラリーに加えて、このスラリー
を１０分間攪拌した。その後、スラリーのｐＨを約４．
５に再調節した後、スラリーをさらに３０分間攪拌し
た。続いて、このように表面処理した顔料材を濾過処理
によりスラリーから回収し、炉中において１１０℃で１
２時間乾燥した後に微粉砕処理した。
【００７３】当該実施例において生成した各顔料材の分
散性を上記と同じ高荷重ポリスチレン分散性試験により
評価した。この各々の場合においては、混合トルクおよ
び最終混合温度を７５重量部の顔料材および２５重量部
のポリスチレンの条件下で決定した。また、対照とし
て、典型的なプラスチック−グレード顔料の分散性も試
験した。これらの試験結果を表ＩＩに示す。
【００７４】
【表２】 表ＩＩの結果から、ステアリン酸塩およびヘキサデシル
スルホン酸塩は、顔料材の分散性を向上する点で、本発
明の方法における使用上効果的であることがわかる。ま
た、表ＩＩのデータから、顔料格子中またはアルミナコ
ーティング中に存するアルミナは本発明の方法における
金属イオン活性化段階のために有効な金属イオン源とな
ることがわかる。
【００７５】実施例Ｖ 実施例ＩＶにおいて述べた種類の無被覆チタニア−アル
ミナ顔料とこの顔料から生じるＡｌ＋３イオンとを用い
て本発明の方法にしたがい表面処理顔料材（すなわち、
顔料材５−１ないし５−１０）を作成した。なお、これ
らの顔料材５−１ないし５−１０は上述の顔料材４−
１、４−４および４−７とほぼ同一の方法により作成し
た。ただし、材料５−１ないし５−１０の作成において
は、界面活性剤の濃度、スラリーのｐＨ、およびスラリ
ーの温度が表ＩＩＩに示す如く異なる。また、生成物５
−１ないし５−１０は、各々、燃焼スプレー乾燥室にお
けるスプレー乾燥により回収し乾燥した。
【００７６】さらに、実施例ＩＶにおいて用いた高荷重
ポリスチレン分散性試験によりこれら生成物５−１ない
し５−１０の各々の分散性を評価した。同時に、対照と
して、典型的なプラスチック−グレード顔料の分散性を
調べた。これらの試験結果を表ＩＩＩに示す。
【００７７】
【表３】 表ＩＩＩにおける各データの統計学的分析により、界面
活性剤濃度およびｐＨが９９％の信頼度でトルクと温度
とに有意差のある効果をもたらすことがわかる。さら
に、界面活性剤濃度０．０２モル／１００ｇ顔料および
ｐＨ４．５の場合の顔料生成物は例外的な分散特性を示
すこともわかった。また、ｐＨに関する結果はアルミニ
ウムの加水分解についての片対数濃度図（図２）を基に
した上述の予測に一致している。しかしながら、反応温
度（２５℃または６０℃）および界面活性剤の構成（ス
テアリン酸塩またはオレイン酸塩）はトルクや温度に関
してなんら有意差のある効果を示さない。
【００７８】実施例ＶＩ ４種の顔料材（すなわち、顔料材６−１ないし６−４）
を市販の超微粒の二酸化チタニウム材を用いて作成し
た。超微粒子材は７０重量％のアナタース型ＴｉＯ２と
３０重量％のルチル型ＴｉＯ２とから成る無被覆粒状材
であり、約０．０４ミクロンの粒径と約５０ｍ２／ｇの
表面積とを有する。さらに、超微粒チタニア材はアルミ
ナを全く含まない。
【００７９】当該実施例において使用するこの種の超微
粒二酸化チタニウム材は一般に紫外線を減衰する目的で
ペイントやプラスチック等に添加される。しかしなが
ら、当業者において理解されることであるが、このよう
な超微粒二酸化チタニウム材をポリエチレン中に分散す
ることはこれまで困難であった。すなわち、超微粒チタ
ニアをポリエチレンに約１０重量％を越える濃度で加え
ると、黄色味がかった樹脂状物が一般に得られるだけで
あった。この黄色味がかった色は顔料材の分散性が悪い
ことと比較的高い混合温度により生じるポリマーの劣化
とによる。
【００８０】顔料材６−１ 顔料材６−１を、（１）０．０５モルの塩化マグネシウ
ムを６００ｍｌの水に室温下で加え、（２）得られた溶
液のｐＨを５Ｎ水酸化ナトリウムにより１０．２に調節
し、（３）２００ｇの超微粒チタニアを加え、（４）得
られたチタニアスラリーを３０分間攪拌し、（５）チタ
ニアスラリーのｐＨを５Ｎ水酸化ナトリウムを用いて１
０．２に再調節し、（６）８０℃の水１５０ｍｌに溶解
した０．０５モルのステアリン酸ナトリウムを加え、
（７）チタニアスラリーをさらに１５分間攪拌し、
（８）スラリーのｐＨを５Ｎ水酸化ナトリウムにより１
０．２に再び調節し、（９）スラリーをさらに１５分間
攪拌することによって作成した。その後、顔料材６−１
を、当該スラリーを燃焼スプレー乾燥室においてスプレ
ー乾燥することにより、回収し乾燥した。スプレー乾燥
の後、顔料材６−１のかさ密度は０．６８ｇ／ｃｍ３で
あった。なお、顔料材６−１を作成するために用いた超
微粒チタニアのかさ密度はわずかに０．０９ｇ／ｃｍ３
であった。
【００８１】顔料材６−２ 顔料材６−２を、２００ｇの超微粒チタニアを６００ｍ
ｌの水に室温下で混合してチタニアスラリーを形成する
ことにより作成した。さらに、チタニアスラリーをスプ
レー乾燥して、かさ密度０．７５ｇ／ｃｍ３の顔料材を
得た。
【００８２】顔料材６−３ 顔料材６−３を顔料材６−１の場合と概ね同一の方法で
作成した。ただし、顔料材６−３は濾過処理により回収
し、炉において１１０℃で１２時間の加熱処理により乾
燥した。次いで、顔料材６−３を微粉砕処理して、かさ
密度０．５１ｇ／ｃｍ３の目的物を得た。
【００８３】顔料材６−４ 顔料材６−４を、（１）２００ｇの超微粒チタニアを６
００ｍｌの水に室温下で混合してチタニアスラリーを形
成し、（２）濾過処理によりスラリーからチタニアを回
収し、（３）チタニアを炉中において１１０℃で１２時
間乾燥した後、（４）微粉砕処理して乾燥した目的物を
得た。微粉砕処理後の顔料材６−４のかさ密度は０．５
５ｇ／ｃｍ３であった。
【００８４】上記顔料材６−１ないし６−４の各々につ
いて、顔料材５０重量部をメルトインデックスが８．５
のポリエチレン樹脂５０重量部に分散することにより試
験した。なお、顔料材と樹脂はブラベンダーミキサーに
より混合した。次いで、各顔料材／樹脂混合系について
その安定状態トルクと安定状態混合温度とを測定した。
加えて、標準色調および着色力試験により各顔料材／樹
脂混合系の光学的特性評価した。これらの試験結果を表
ＩＶに示す。
【００８５】
【表４】 表ＩＶに示されるように、本発明にしたがって処理され
た顔料材（すなわち、顔料材６−１および６−３）は未
処理の顔料材６−２および６−４に比してポリエチレン
における分散性が大幅に優れている。とりわけ、顔料材
６−１および６−３を使用した場合のトルク値および混
合温度は顔料材６−２および６−４を使用した場合の値
に比べてはるかに低い。
【００８６】一方、色調および着色力については、すべ
ての顔料材／樹脂組成物において良好であった。しかし
ながら、表ＩＶにおいて高い正の上色値で示されるよう
に、未処理の顔料材６−２および６−４を用いて作成し
た組成物はいずれも黄色に着色し望ましからぬ状態であ
った。これに対して、顔料材６−１および６−３を用い
て作成した組成物は白色であった。上述の如く、このよ
うな樹脂組成物の黄色着色は、顔料材の分散性が不都合
に小さいことと高い処理温度によるポリエチレンの劣化
とにより生じる。
【００８７】したがって、本発明は上記の目的、利点お
よび本来的にこれらに関連する作用効果を実行し、か
つ、達成するに充分適合していると考えられる。なお、
好ましい実施態様の幾つかを開示のためここに記載した
が、当業者においては、これらについての無数の変形並
びに変更が可能である。ただし、このような変形並びに
変更は特許請求の範囲により規定する本発明の趣旨の範
囲に及ぶものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】マグネシウムイオンの加水分解についての片対
数濃度図である。図１における全マグネシウム濃度は
１．０×１０−４モルである。
【図２】アルミニウムイオンの加水分解についての片対
数濃度図である。図２における全アルミニウム濃度は
１．０×１０−４モルである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０９Ｃ 1/36 ＰＡＷ 6904−4Ｊ 3/00 ＰＢＴ 6904−4Ｊ 3/08 ＰＢＵ 6904−4Ｊ 3/10 ＰＢＷ 6904−4Ｊ (72)発明者 ロドニー ディー． ストレイメル アメリカ合衆国 73034 オクラホマ州 エドマンド ウッドソラル ロード 17605

Claims (68)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 表面処理した粒子特性変性剤をポリマー
    材に分散する段階から成るポリマー組成物の形成方法に
    おいて、表面処理した粒子特性変性剤が、（ａ）粒子特
    性変性剤の表面を金属イオン活性化処理して前記表面上
    に反応性金属部位を形成する段階と、（ｂ）界面活性剤
    を前記表面の反応性金属部位に化学的に結合する段階と
    から成る処理により生成されていることを特徴とする方
    法。
  2. 【請求項２】 前記処理における段階（ａ）において、
    前記表面が、二価、三価および四価の金属イオン、二
    価、三価および四価の金属オキシカチオン、二価、三価
    および四価のヒドロキシ金属カチオン、二価、三価およ
    び四価の水和金属カチオン、およびこれらの組み合わせ
    から成る群から選ばれた加水分解金属イオンを用いて金
    属イオン活性化処理されることを特徴とする請求項１に
    記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記処理における段階（ａ）において、
    前記表面が、前記表面を前記加水分解金属イオンを溶解
    する水性媒体に暴露することにより金属イオン活性化処
    理されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記処理が、さらに、少なくとも段階
    （ａ）の一部において、前記水性媒体のｐＨ値を、前記
    水性媒体中の前記加水分解金属イオンの濃度を最大に
    し、かつ、前記金属イオンの沈澱が生じるｐＨ値よりも
    低い値に対して、約±２．０という範囲に維持する段階
    から成ることを特徴とする請求項３に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記加水分解金属イオンが加水分解した
    アルミニウムイオンであり、前記維持段階において、前
    記水性媒体のｐＨが約３．８ないし約５．２の範囲に維
    持されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記処理において使用される前記粒子特
    性変性剤が、前記表面の前記水性媒体への暴露時に前記
    加水分解金属イオンを生じる材料から成る無被覆の粒子
    特性変性剤であることを特徴とする請求項３に記載の方
    法。
  7. 【請求項７】 前記表面がコーティングから成り、前記
    コーティングが前記表面の前記水性媒体への暴露時に前
    記加水分解金属イオンを生じる材料から成ることを特徴
    とする請求項３に記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記コーティングがアルミナ水和物コー
    ティングであることを特徴とする請求項７に記載の方
    法。
  9. 【請求項９】 前記処理における段階（ａ）が、さら
    に、（ｉ）前記表面を水性媒体に暴露する段階と、（ｉ
    ｉ）前記水性媒体に加水分解性金属イオン源を加えて、
    前記加水分解金属イオンが生じるようにする段階とから
    成ることを特徴とする請求項２に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記加水分解性金属イオンがＭ
    ｇ＋２、Ｃａ＋２、Ｓｒ＋ ２、Ｂａ＋２またはこれらの
    組み合わせであることを特徴とする請求項９に記載の方
    法。
  11. 【請求項１１】 前記加水分解性金属イオンがＺ
    ｎ＋２、Ｃｄ＋２、Ｐｂ＋ ２、Ａｌ＋３、ＺｒＯ＋２、
    Ｆｅ＋２、Ｆｅ＋３、Ｍｎ＋２、Ｃｕ＋２、Ｎｉ＋ ２、
    Ｃｏ＋２、Ｃｒ＋３、ＶＯ＋２、Ｃｅ＋３、Ｃｅ＋４ま
    たはこれらの組み合わせであることを特徴とする請求項
    ９に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記処理が、さらに、少なくとも段階
    （ａ）の一部において、前記水性媒体のｐＨ値を、前記
    水性媒体中の前記加水分解金属イオンの濃度を最大に
    し、かつ、前記金属イオンの沈澱が生じるｐＨ値よりも
    低い値に対して、約±２．０という範囲に維持する段階
    から成ることを特徴とする請求項９に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記処理において使用される前記粒子
    特性変性剤が、二酸化チタニウム、酸化鉄、チタン酸ニ
    ッケル、酸化アンチモン、クロム酸ニッケル、酸化亜
    鉛、硫化カドミウム、ファイバーガラス、セラミック粒
    子、コロイド材、アルミニウム三水塩および水酸化マグ
    ネシウム等の難燃材、炭酸カルシウムおよびこれらの組
    み合わせから成る群から選ばれた材料であることを特徴
    とする請求項３に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記ポリマー材が、ポリスチレン、ポ
    リエチレン、ポリビニルクロライド、ポリプロピレン、
    アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン、ポリフェニ
    レンスルフィド、ポリフェニレンオキサイド、ナイロ
    ン、ポリエチレンテレフタレート、エポキシ類、アルキ
    ルウレアホルムアルデヒドおよびこれらの組み合わせか
    ら成る群から選ばれることを特徴とする請求項１に記載
    の方法。
  15. 【請求項１５】 前記界面活性剤が、直鎖状または分岐
    状のカルボン酸およびカルボン酸塩、直鎖状または分岐
    状のアルキルスルホン酸およびアルキルスルホン酸塩、
    直鎖状アルキルベンゼンスルホン酸塩、スルホコハク酸
    塩、リン酸塩、ホスホン酸塩、リン脂質およびこれらの
    混合系から成る群から選ばれることを特徴とする請求項
    １に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 前記処理がさらに前記界面活性剤上に
    非荷電炭化水素を吸着させる段階から成り、前記非荷電
    炭化水素が、約４個ないし約３０個の炭素原子から成る
    直鎖状または分岐状の炭化水素鎖を有するアルコール類
    および約４個ないし約３０個の炭素原子から成る直鎖状
    または分岐状の炭化水素鎖を有するパラフィン類から成
    る群から選ばれることを特徴とする請求項１に記載の方
    法。
  17. 【請求項１７】 請求項１の方法により作成されるポリ
    マー組成物。
  18. 【請求項１８】 請求項４の方法により作成されるポリ
    マー組成物。
  19. 【請求項１９】 請求項５の方法により作成されるポリ
    マー組成物。
  20. 【請求項２０】 請求項６の方法により作成されるポリ
    マー組成物。
  21. 【請求項２１】 請求項７の方法により作成されるポリ
    マー組成物。
  22. 【請求項２２】 請求項８の方法により作成されるポリ
    マー組成物。
  23. 【請求項２３】 請求項１３の方法により作成されるポ
    リマー組成物。
  24. 【請求項２４】 請求項１４の方法により作成されるポ
    リマー組成物。
  25. 【請求項２５】 請求項１６の方法により作成されるポ
    リマー組成物。
  26. 【請求項２６】 （ａ）顔料材の表面を金属イオン活性
    化処理して前記表面上に反応性金属部位を形成する段階
    と、（ｂ）界面活性剤を前記表面の反応性金属部位に化
    学的に結合する段階とから成る粒子状の顔料材の処理方
    法。
  27. 【請求項２７】 前記表面が加水分解金属イオンにより
    前記段階（ａ）において金属イオン活性化処理されるこ
    とを特徴とする請求項２６に記載の方法。
  28. 【請求項２８】 前記加水分解金属イオンが、加水分解
    した二価、三価および四価の金属イオン、加水分解した
    二価、三価および四価の金属オキシカチオン、加水分解
    した二価、三価および四価のヒドロキシ金属カチオン、
    加水分解した二価、三価および四価の水和金属カチオ
    ン、およびこれらの組み合わせから成る群から選ばれる
    ことを特徴とする請求項２７に記載の方法。
  29. 【請求項２９】 前記表面が、段階（ａ）において、前
    記表面を前記加水分解金属イオンを溶解する水性媒体に
    暴露することにより金属イオン活性化処理されることを
    特徴とする請求項２７に記載の方法。
  30. 【請求項３０】 前記処理が、さらに、少なくとも段階
    （ａ）の一部において、前記水性媒体のｐＨ値を、前記
    水性媒体中の前記加水分解金属イオンの濃度を最大に
    し、かつ、前記金属イオンの沈澱が生じるｐＨ値よりも
    低い値に対して、約±２．０という範囲に維持する段階
    から成ることを特徴とする請求項２９に記載の方法。
  31. 【請求項３１】 前記加水分解金属イオンが加水分解し
    たアルミニウムイオンであり、前記維持段階において、
    前記水性媒体のｐＨが約３．８ないし約５．２の範囲に
    維持されることを特徴とする請求項３０に記載の方法。
  32. 【請求項３２】 前記顔料材が、前記水性媒体への暴露
    時に少なくとも前記加水分解金属イオンの一部を生じる
    材料から成ることを特徴とする請求項２９に記載の方
    法。
  33. 【請求項３３】 前記表面がコーティングから成ること
    を特徴とする請求項２９に記載の方法。
  34. 【請求項３４】 前記コーティングが、前記表面の前記
    水性媒体への暴露時に前記加水分解金属イオンを生じる
    ことを特徴とする請求項３３に記載の方法。
  35. 【請求項３５】 前記コーティングがアルミナから成
    り、前記加水分解金属イオンが加水分解したアルミニウ
    ムイオンであることを特徴とする請求項３４に記載の方
    法。
  36. 【請求項３６】 さらに、前記水性媒体に加水分解性金
    属イオン源を加えて、前記水性媒体中に前記加水分解金
    属イオンが生じるようにする段階から成ることを特徴と
    する請求項２９に記載の方法。
  37. 【請求項３７】 前記加水分解性金属イオンがＭ
    ｇ＋２、Ｃａ＋２、Ｓｒ＋ ２、Ｂａ＋２またはこれらの
    組み合わせであることを特徴とする請求項３６に記載の
    方法。
  38. 【請求項３８】 前記加水分解性金属イオンがＺ
    ｎ＋２、Ｃｄ＋２、Ｐｂ＋ ２、Ａｌ＋３、ＺｒＯ＋２、
    Ｆｅ＋２、Ｆｅ＋３、Ｍｎ＋２、Ｃｕ＋２、Ｎｉ＋ ２、
    Ｃｏ＋２、Ｃｒ＋３、ＶＯ＋２、Ｃｅ＋３、Ｃｅ＋４ま
    たはこれらの組み合わせであることを特徴とする請求項
    ３６に記載の方法。
  39. 【請求項３９】 さらに、前記界面活性剤上に非荷電炭
    化水素を吸着させる段階から成り、前記非荷電炭化水素
    が、約４個ないし約３０個の炭素原子から成る直鎖状ま
    たは分岐状の炭化水素鎖を有するアルコール類および約
    ４個ないし約３０個の炭素原子から成る直鎖状または分
    岐状の炭化水素鎖を有するパラフィン類から成る群から
    選ばれることを特徴とする請求項２６に記載の方法。
  40. 【請求項４０】 前記界面活性剤が、直鎖状または分岐
    状のカルボン酸およびカルボン酸塩、直鎖状または分岐
    状のアルキルスルホン酸およびアルキルスルホン酸塩、
    直鎖状アルキルベンゼンスルホン酸塩、スルホコハク酸
    塩、リン酸塩、ホスホン酸塩、リン脂質およびこれらの
    混合物から成る群から選ばれることを特徴とする請求項
    ２６に記載の方法。
  41. 【請求項４１】 前記界面活性剤が、ステアリン酸ナト
    リウム、オレイン酸ナトリウム、オクタデカン酸、ヘキ
    サデシルスルホン酸塩、ラウリル硫酸塩およびこれらの
    組み合わせから成る群から選ばれることを特徴とする請
    求項２６に記載の方法。
  42. 【請求項４２】 前記顔料材が二酸化チタニウム顔料で
    あることを特徴とする請求項２６に記載の方法。
  43. 【請求項４３】 前記表面が段階（ａ）において加水分
    解金属イオンを用いて金属イオン活性化処理され、か
    つ、 前記表面が段階（ａ）において、前記表面を加水分解金
    属イオンを溶解する水性媒体に暴露することにより金属
    イオン活性化処理されることを特徴とする請求項４２に
    記載の方法。
  44. 【請求項４４】 前記加水分解金属イオンが加水分解し
    たアルミニウムイオンであり、前記方法が、さらに、少
    なくとも段階（ａ）の一部において、前記水性媒体のｐ
    Ｈを約３．８ないし約５．２の範囲に維持する段階から
    成ることを特徴とする請求項４３に記載の方法。
  45. 【請求項４５】 前記二酸化チタニウム顔料が二酸化チ
    タニウムとアルミナから成る無被覆の二酸化チタニウム
    顔料であり、 前記アルミナが前記表面の前記水性媒体への暴露時に前
    記加水分解したアルミニウムイオンを生じることを特徴
    とする請求項４４に記載の方法。
  46. 【請求項４６】 前記表面がコーティングから成り、 前記コーティングがアルミナから成り、さらに、 前記アルミナが前記表面の前記水性媒体への暴露時に前
    記加水分解したアルミニウムイオンを生じることを特徴
    とする請求項４４に記載の方法。
  47. 【請求項４７】 前記段階（ｂ）がさらに前記界面活性
    剤を前記水性媒体に添加する段階から成ることを特徴と
    する請求項４３に記載の方法。
  48. 【請求項４８】 前記界面活性剤が、段階（ｂ）におい
    て、約０．０１ないし約１００単一層の前記界面活性剤
    で前記表面を被覆するのに充分な量で前記水性媒体に添
    加されることを特徴とする請求項４７に記載の方法。
  49. 【請求項４９】 前記界面活性剤が、段階（ｂ）におい
    て、約０．１ないし約５単一層の前記界面活性剤で前記
    表面を被覆するのに充分な量で前記水性媒体に添加され
    ることを特徴とする請求項４７に記載の方法。
  50. 【請求項５０】 前記界面活性剤がステアリン酸塩また
    はオレイン酸塩から選ばれ、かつ、段階（ｂ）におい
    て、前記水性媒体中の界面活性剤濃度が前記二酸化チタ
    ニウム顔料１００ｇに対して約０．０２モルとするに充
    分な量で前記水性媒体に添加されることを特徴とする請
    求項４７に記載の方法。
  51. 【請求項５１】 請求項２６の方法により処理した顔料
    材。
  52. 【請求項５２】 請求項３０の方法により処理した顔料
    材。
  53. 【請求項５３】 請求項３１の方法により処理した顔料
    材。
  54. 【請求項５４】 請求項３２の方法により処理した顔料
    材。
  55. 【請求項５５】 請求項３４の方法により処理した顔料
    材。
  56. 【請求項５６】 請求項３５の方法により処理した顔料
    材。
  57. 【請求項５７】 請求項３９の方法により処理した顔料
    材。
  58. 【請求項５８】 請求項４２の方法により処理した二酸
    化チタニウム顔料。
  59. 【請求項５９】 請求項４４の方法により処理した二酸
    化チタニウム顔料。
  60. 【請求項６０】 請求項４５の方法により処理した二酸
    化チタニウム顔料。
  61. 【請求項６１】 請求項４６の方法により処理した二酸
    化チタニウム顔料。
  62. 【請求項６２】 請求項４９の方法により処理した二酸
    化チタニウム顔料。
  63. 【請求項６３】 請求項５０の方法により処理した二酸
    化チタニウム顔料。
  64. 【請求項６４】 （ａ）粒子状材料の表面を金属イオン
    活性化処理して前記表面上に反応性金属部位を形成する
    段階と、（ｂ）水性媒体に界面活性剤を添加する段階
    と、（ｃ）前記界面活性剤を前記表面の反応性金属部位
    に化学的に結合する段階と、（ｄ）前記粒子状材料を凝
    集させる段階とから成ることを特徴とする水性媒体から
    粒子状材料を分離する方法。
  65. 【請求項６５】 さらに、（ｅ）前記粒子状材料を濾過
    処理により前記水性媒体から分離する段階から成ること
    を特徴とする請求項６４に記載の方法。
  66. 【請求項６６】 （ａ）多孔質材料の少なくとも一表面
    を金属イオン活性化処理して前記表面上に反応性金属部
    位を形成する段階と、（ｂ）界面活性剤を前記表面の反
    応性金属部位に化学的に結合する段階とから成ることを
    特徴とする非粒子状多孔質材料の多孔度を変化する方
    法。
  67. 【請求項６７】 前記多孔質材料がセラミック膜または
    ゼオライトであることを特徴とする請求項６６に記載の
    方法。
  68. 【請求項６８】 （ａ）凝集材料の表面を金属イオン活
    性化処理して前記表面上に反応性金属部位を形成する段
    階と、（ｂ）界面活性剤を前記表面の反応性金属部位に
    化学的に結合する段階と、（ｃ）前記凝集材料をアスフ
    ァルトと混合する段階とから成ることを特徴とするアス
    ファルトに凝集材料を分散する方法。
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