TWI304792B - Aluminium oxide powder, dispersion and coating composition - Google Patents

Description

(1) 1304792 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明關於一種氧化鋁粉末及其製備。本發明更進一 步關於一種包含該氧化鋁粉末的分散液，以及關於一種包 ' 含此分散液之塗覆組成物。 【先前技術】 • 細氧化鋁粉末係用於噴墨型記錄介質中作爲油墨接受 _ 層的組成分。 . EP-A-1331102揭示出，若噴墨介質的油墨接受層包含 至少20% δ -氧化鋁之時，係有利者。該油墨接受層可進 —步包含Θ - (theta-)和γ- (gamma) ·氧化銘。於油墨接 受層要包含（5 ( delta-) ，γ-和0 -氧化鋁的混合物之情況 . 中，有可能於一方面在某一溫度下煅燒氫氧化鋁，且於另 —方面可能提供個別變體之物理混合物。已知者，經由煅 # 燒所得氧化鋁粉末會結塊形成更大的聚集體，此等聚集體 罕於再度裂解，即使於隨後加以分散亦然。另一項缺點爲 經由沈澱法所得粉末會包含在許多使用領域中不能耐受的 雜質。 ΕΡ-Α- 1 2 5 654 8聲明氧化鋁粒子，彼等爲非晶態者及/ 或含有γ-，（5-和0-變體者，及具有從5至100奈米的平 均初級粒子尺寸與從50至800奈米的平均聚集物尺寸。 製備此等粒子所用的起始物爲氯化鋁，其係在從5 00 °C至 1，3 0 0 °C的溫度於氧化性氣體和水的存在下之氧化方法中 (2) 1304792 ' 獲得者。不過，從EP-A-1 256548中不能看出該方法係如 何進行才能獲得γ變體以外的變體或非晶態粉末。其 '涵蓋 廣範圍方法參數的諸具體實施例都完全導致氧化銀（實 施例1 -3、5 ' 6 )或非晶態氧化鋁（實施例4 )。其於ΕΡ-' Α-1256548中者可供，特別者，噴墨用途所用。 . ΕΡ-Α- 1 264 705揭示出5 -氧化鋁可特別有利地用於噴 墨塗料中。不過，實施例中所用的 Aluminiumoxid C ® ( • Degussa)及所提供的資訊相比，只具有低含量的δ -氧化 . 鋁。

SpectrAl®51 (Cabot)爲具有55平方米/克的BET表 面積之氧化鋁粉末，係經由火焰水解所製成，具有2 0 %的 5變體含量且不含 γ變體（Cabot Product Information, 2003 )。此粉末可供，特別者，噴墨用途所用》 【發明內容】 φ 本發明的目的爲提供氧化鋁粉末，其可有利地作爲噴 墨接受層的構成分。特別者’其應該導致在噴墨記錄媒體 上良好的油墨接受能力、快速乾燥時間及高度光澤。 本發明目的進一步提供一種製備此種氧化鋁粉末之方 法。 本發明目的進一步提供一種包含此種氧化鋁粉末之分 散液。 本發明目的進一步提供一種包含此種氧化鋁粉末之塗 覆組成物。 -6- (3) 1304792 本發明提供一種氧化鋁粉末，其呈初級聚集物形式’ 具有從10至90平方米/克的BET表面積及包含除了 γ_氧 化鋁及/或0 -氧化鋁之外，呈結晶相的至少30%之<5 -氧化 鋁。 ' 百分比數據係相對於諸結晶組成分的和。結晶相的含 * 量係經由X-射線繞射分析予以測定。其他相不能利用此 種分析方法來偵測。 # 本發明氧化鋁粉末呈初級粒子的聚集物之形式。初級 . 粒子不是多孔型者。此等初級粒子的表面具有羥基。 . 本發明氧化鋁粉末的BET表面積可爲30至70平方米 /克，且特別較佳者爲45至65平方米/克。 本發明氧化鋁粉末的（5 -氧化鋁含量較佳地可爲 70% 至 9 5 %。 . 除了結晶型（5 -、γ-和0-氧化鋁變體之外，本發明氧 化鋁粉末也可含有非晶態氧化鋁成分。非晶態氧化鋁含量 • 較佳者爲低於5重量％且特別較佳者低於2重量％，於每 一情況中，都是以氧化鋁粉末的總量爲基準。非晶態氧化 鋁的含量可從X-射線繞射圖表予以估測。 具有40至60平方米/克的BET表面積及80%至90% 5 -氧化鋁含量和10至20%的0 -氧化鋁及/或γ-氧化鋁含 量（於每一情況中，都是以結晶成分的和爲基準）之本發 明氧化鋁粉末可爲特別有利者。 具有70至90平方米/克的BET表面積及30%至40% 的5 -氧化鋁含量和0至5 % 0 ·氧化鋁含量及6 0 %至7 0 %的 (4) 1304792 γ -氧化鋁含量（於每一情況中都是以結晶成分的和爲基準 )之本發明氧化鋁粉末可更爲特別有利者。 若本發明氧化鋁粉末具有大於8 ΟΗ/平方奈米的羥基 密度，則可進一步證明爲有利者。於大於8 ΟΗ/平方奈米 ' 的値時，可觀察到該粉末摻加到水性介質中的特別良好容 * 易性。特別有利者爲從9至1 1 ΟΗ/平方奈米之羥基密度。 若本發明粉末的表觀密度（tamped density )爲1 0至 # 200克/升，可爲更有利者。在從35至135克/升的範圍可 . 爲特別有利者。此處同樣地，可以觀察到，在此範圍內， - 本發明粉末可特別順利地摻加到水性介質之內。 本發明也提供一種方法，其中 - 將氯化鋁蒸發及利用載體氣體將該蒸氣轉移到一 混合室內；及 . - 與此分開地，將氫氣、空氣（初級空氣）（其可隨意 地用氧氣增濃及/或預先加熱）轉移到該混合室內 © ，隨後 - 將該氯化鋁蒸氣、氫氣和空氣的混合物在一燃燒 器內煅燒，及將火焰燒到與周圍空氣隔離的反應 室內， - 額外地將二級空氣導引到該反應室之內， - 然後從氣態物質分離出固體且隨後使用蒸汽與隨 意的空氣予以處理， 其中 - 初級空氣/二級空氣的比例爲〇 · 〇 1至2， -8- (5) 1304792 - 反應混合物從燃燒器的排出速度VB爲至少1 0米 /秒， - λ値爲1至4， γ値爲1至3，及 ' 1 γ*νΒ/Λ的値爲大於或等於55。 ' 本發明方法爲一種火焰水解法。 較佳者，該λ値可爲1至2.5，γ値爲1至2，及γ * _ VB/λ 爲 55 至 200 。 • γ和λ値的定義如下： ； γ=給入的η2/化學計算上需要的η2， λ =給λ的〇2/化學計算上需要的〇2。於此方面中，λ包 括從初級空氣和二級空氣導入的總氧氣量。 較佳者，於此方面中，初級/二級空氣的比例爲選自 . 0.15與1.5之間。 本發明也提供一種分散液組成物，其包含10至60重 ® 量％的本發明氧化鋁粉末。 本發明分散液的適當分散劑爲水及/或有機溶劑，例 如有1至8個碳原子的醇類，特別者甲醇、乙醇、正丙醇 、異丙醇、丁醇、辛醇、環己醇；有1至8個碳原子的酮 類，特別者丙酮、丁酮和環己酮；酯類，特別者乙酸酯和 二醇酯類；醚類，特別者乙醚、丁醚、茴香醚、二氧雜環 己烷、四氫呋喃和四氫吡喃；二醇醚類，特別者一-、二-、三-、和多·二醇醚類；二醇類，特別者，乙二醇、二乙 二醇和丙二醇；醯胺類和其他氮化合物，特別者二甲基乙 -9- (6) 1304792 醯胺、二甲基甲醯胺、吡啶、N-甲基吡咯啶和乙腈；亞颯 類與碾類，特別者環烷颯及二甲亞硼；硝基化合物，例如 硝基苯；鹵烴類，特別是二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、 三-和四-氯乙烷和氯化乙烯；氯氟碳化合物；脂族、脂環 * 族或芳族烴類，具有5至15個碳原子者，特別是戊烷、 - 己烷、庚烷和辛烷、環己烷、汽油、石油醚、甲基環己烷 、十氫萘 '苯、甲苯和二甲苯。特別較佳的有機分散劑爲 • 乙醇、正丙醇、異丙醇、乙二醇、己烷、庚烷、甲苯和 . 鄰-、間-和對-二甲苯。 . .也可以使用上述諸化合物的混合物作爲分散劑，於此 情況中，彼等必須爲可混溶且只形成一相者。 水爲特別較佳的分散劑。 本發明分散液可進一步包含調整pH所用的物質，例 . 如酸、鹼或緩衝系統；穩定化該分散液所用的添加劑，例 如鹽類、界面活性物質、有機溶劑、殺細菌劑及/或殺真 # 菌劑。 本發明分散液可經由將本發明氧化鋁粉末預分散在分 散劑’較佳者水中，然後將其分散而獲得。例如，溶解器 或齒盤’都適合該預分散所用。轉子-靜子機，例如Ultra Turrax ( IKA ) ’或得自 Ystral者，以及珠磨機或攪拌珠 磨機都適合用來分散。使用行星型捏合機/混合機可達更 高的能量輸入。不過’此種系統的效率係與所處理混合物 的足夠高黏度相關聯以將粒子碎開所需的高剪能量導入。 使用高壓勻化器可得到具有低於2 0 0奈米，較佳者7 0至 -10- (7) 1304792 1 5 0奈米’平均聚集物直徑之分散液。於此等裝置中，係 使兩道預分散過的懸浮液流透過噴嘴在高壓下噴下。兩分 散液注會彼此正面衝擊且使粒子本身相互硏磨。於另一具 體實例中’預分散同樣地係在高壓下進行，但粒子的碰撞 ' 係對鎧裝壁區進行。該操作可視需要頻加進行，以得到較 • 小的粒子尺寸。可以特別有利地採用在編號1 03 60766.8， 申請日期爲2003年十二月23日的德國專利申請案中所述 • 方法。 . 本發明也提供本發明分散液在製備噴墨記錄介質及化 .. 學機械拋光上之用途。 本發明也提供一種塗覆組成物，其包含本發明分散液 及至少一種黏合劑（其較佳者爲親水性者）。 可以使用的黏合劑爲：聚乙烯醇、部份或完全皂化、 , 及陽離子化的在主鏈或側鏈上具有一級、二級或三級胺基 或第四銨基之聚乙烯醇。進一步者，也可以較佳地採用此 Φ 等聚乙烯醇彼此的組合與聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙酸乙烯 酯、矽烷化聚乙烯醇、苯乙烯/丙烯酸酯膠乳、苯乙烯/ 丁 二烯膠乳、三聚氰胺樹脂、乙烯/乙酸乙烯酯共聚物、聚' 胺基甲酸酯樹脂、合成樹脂、例如聚甲基丙烯酸甲酯、聚 酯樹脂（諸如不飽和聚酯樹脂）、聚丙烯酸酯、改質澱粉 、酪蛋白、明膠及/或纖維素衍生物（如羧甲基纖維素） 、聚乙烯醇或陽離子化聚乙烯醇。 該塗覆組成物也可進一步額外地包含一或多種其他顏 料，例如碳酸鈣、層狀矽酸鹽、矽酸鋁、塑膠顏料（如聚 -11 - (8) 1304792 苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯）、氧化矽（如膠體氧化矽、沈 澱型氧化矽）、氧化矽凝膠、所提及的氧化矽化合物之陽 離子化變體、鋁化合物（如鋁溶膠、膠體氧化鋁及彼等的 經基化合物，例如假伯姆石（pseudoboel mite)、伯姆石 ' 、氫氧化鋁）、氧化鎂、氧化鋅、氧化鉻、碳酸鎂、高嶺 - 土、黏土、滑石、硫酸鈣、碳酸鋅、緞光白（Satin white )、鋅鋇白及沸石。 • 該塗覆組成物可較佳地具有在1〇與60重量％之間的 . 氧化鋁粒子含量。其較佳者可大於1 5重量％，且其可特別 . 較佳地大於2 5重量％。 該塗覆組成物可進一步具有以氧化鋁粉末爲基準在3 至150重量％之間的黏合劑含量。其可較佳地介於10與 40重量％之間，且其可非常特別較佳地介於3與1 5重量％ . 之間。 此外，可以使用交聯劑來增加黏合劑系統及因而該塗 Φ 層對水的抗性，例如氧化銷、硼酸、三聚氰胺樹脂、乙二 醛及異氰酸酯類以及可將黏合劑系統的分子鏈彼此接合之 其他分子。 再者，可以採用輔助物質，例如光學增亮劑、消泡劑 、潤濕劑、p Η緩衝劑' U V吸收劑及黏度輔助劑。 該塗覆組成物可經由在攪拌下，將本發明分散液加到 黏合劑溶液中（其中也可視需要加入其他添加劑），且隨 意地稀釋該混合物直到確立所欲氧化鋁粉末和黏合劑的含 量比及合意的總固體含量爲止而製備成。添加順序在此方 -12- 1304792 (9) 面中不具重要性。將該混合物隨意地攪拌某一段時間且， 於需要時，隨後予以真空除氣。添加劑意指，例如，顏料 、交聯劑、光學增亮劑、消泡劑、潤濕劑、pH緩衝劑、 UV吸收劑與黏度助劑。 本發明也提供本發明塗覆組成物對於噴墨記錄介質的 製備上之用途。 【實施方式】 實施例 實施例1 :將4·5仟克/小時的AICI3蒸發。利用惰性氣體 將該蒸氣導引到一混合室內。與此分開地，將2.1 Nm3/h 的氫氣和5 Nm3/h的初級空氣導引到該混合室內。將反應 混合物給到一燃燒器的中央管且予以點燃。反應混合物從 該燃燒器的排出速度爲3 3 · 1米/秒。於此，火焰係燒到一 水冷式反應室內。另外將〗5 Nm3/h的二級空氣導到反應 室內。將形成的粉末沈積在下游過濾器中，然後用空氣和 蒸汽以逆流方式在約700°C下處理。 實施例2至6係以類似於實施例1的方式進行，表1 列出其反應條件之改變。 表1顯示出實施例1至6的粉末之物理化學數據。 實施例1至3產生本發明氧化鋁粉末，具有49.54和 89平方米/克之BET表面積，從30至90%的<5 -氧化鋁含 量。其γ値’ λ値，VB値及γ * VB/ λ値以及初級空氣/二 級空氣比例都在所聲明的範圍之內。 -13- 1304792 do) 另一方面’在實施例4中所得氧化鋁粉末具有太高的 BET表面積和太低的<5-氧化鋁含量。其γ値，Λ値和VB 値以及初級空氣/二級空氣比例確實都所聲明的範圍之內 ，但γ * V B / λ値則在範圍之外。

表1 :起始物質和用量；氣化鋁粉末的物理化學性質 本發明 比較例 實施例 1 2 3 4 5 6 A1C13 Kg/h 4.50 4.50 4.50 4.50 2.76 4.50 氫氣 Nm3/h 2.10 2.60 2.70 1.80 3.04 2.00 初級空氣 Nm3/h 5.00 5.25 4.60 5.00 10.00 5.00 二級空氣 Nm3/h 15.0 16.0 16.0 15.0 20.00 2.00 初級/二級空氣 0.3 0.3 0.28 0.3 0.5 2.50 7* 1.85 2.29 2.38 1.59 4.37 1.76 λ* 1.0 1.0 1.01 1.16 1.38 1.05 Vb m/s 33.1 34.7 33.5 32.0 31.4 32.7 γ * Vb/ λ m/s 61.5 79.6 78.8 43.7 99.4 54.8 BET M2/g 89 54 49 113 175 91 δ -AI2O3 % 30 85 90 10 0 25 Θ -Al2〇3 % 0 5 10 0 0 0 γ -AI2O3 % 70 10 0 90 100 75 表觀密度 G/l 38 54 64 32 26 26 OH密度 OH/nm2 9.4 9.1 10.2 . . pH 5.31 6.07 5.56 5.4 5.3 5.2 * VB =從燃燒器的排出速度；#以初級空氣、氫氣、惰 性氣體的核心氣體爲基準 實施例5中所得氧化鋁粉末具有太高的BET表面積， 且同時測不到6 -氧化鋁。於此實施例中，A値和V B値以 及γ * VB/ λ値和初級/二級空氣比例都在所聲明的範圍之 -14 - (11) 1304792 內，但γ値則否。 •實施例6中所得氧化鋁粉末具有太低的5 -氧化鋁含 -量。於此實施例中，γ、λ和VB等的値，和γ * νΒ/ λ値 都在所聲明的範圍之內，但初級/二級空氣比例則否。 - 分散液： 分散液1 :將80仟克實施例1中所述氧化鋁粉末（對應 鲁 於2 0重量％氧化鋁）分散份導引到2 8 0升的去離子水中， . 在分散條件（轉子-靜子單元）用丙酸將其pH調到3.9且 . 進行分散---導到水中。於摻加完總量的粉末之後，對所得 懸浮液施以強剪力約60分鐘。於粉末的導入期間，經由 添加丙酸將pH保持在4.0與4.1之間。分散液中的平均 聚集物尺寸爲1 3 6奈米（利用動態光散射予以測定）。 分散液 2:取一份分散液用高壓勻化器.進一步硏磨（ • Ultimaizer System，得自 Sugino Machine Ltd·，model HJP-25050)，不過用三注室取代該Ultimaizer System中 所裝的二注室。（該Ultimaizer System係只作爲高壓泵 來使用）。該三注室將預分散液在高壓下分成三份物流， 每一物流各通過直徑0.25毫米的菱形噴嘴下注。以非常 高的速度冒出的三分散液注係在一碰撞點會合，因而達到 要獲得之分散/硏磨效應。碰撞點係以藍寶石珠粒徑由四 面體方形包圍（三個底部珠粒各8毫米，上珠粒1〇毫米 )。由於三液體注係處於一共同的假想平面中，因此相對 -15- (12) 1304792 於毗鄰注的角於各情況中皆爲1 2 0。。選自2 5 0 Μ P a作爲硏 磨氧化鋁預分散液的壓力。之後，可以藉助習用的熱交換 器無問題地冷卻該分散液。該分散液中的平均聚集物尺寸 爲5 1奈米（利用動態光散射法測定）。 染色色料 染色色料A:首先將具有12.26%固體含量的聚乙烯醇水溶 I 液（PVA Mowiol 40-88，Clariant)導到一玻璃燒杯中， 且加入一量的水使得，在添加分散液2之後，得到具有3 4 重量％固體含量之染色色料。此處，該特別分散液係.在使 用溶解器圓盤以500轉/分（rpm )攪拌之下加到已加水的 聚乙烯醇溶液中。在添加結束之時，以5〇〇rpm再攪拌該 混合物30分鐘。其後，藉助乾燥器與水噴射泵將該染色 .色料除氣。 b 染色色料B:如同染色色料A，但該聚乙烯醇水溶液（ PVA Mowiol 26-98，Clariant)具有 13.30 重量 ％之固體含 量。染色色料的固體含量係經調整到26重量％。 染色色料C:如同染色色料A，染色色料的固體含量經調 整到2 6重量％。 該等染色色料係以非常低的黏度爲其特色。 油墨接受介質 -16- (13) 1304792 將染色色料A和B藉助於一 24微米濕膜螺旋葉片塗 布，到一無光噴墨紙（Zweckform, η〇·2 5 76 )。使用電吹 風機進行乾燥。然後藉用實驗室砑光機在50 °C 1〇巴壓力 下將塗覆紙砑光。染色色料A所得塗布率爲1 2克/平方米 ' ，而對B爲15克/平方米。在Epson Stylus Color 980上 - ，於下列條件下印刷該塗覆紙：特級光澤相片紙； 1，440 dpi;雙面；校準Epson，γ(ϋ) : 1·8(使用內部檢 # 驗影像）。 . 染色色料C係藉助於一 100微米濕膜螺旋葉片塗布在 100微米厚，未經處理的聚酯膜（Benn )。使用電吹風機 進行乾燥。使用Epson Stylus Color 980於下述設定下印 刷塗覆膜：相片品質光澤膜；l,400dP ;校準Epson，γ ( D ):1 . 8 (使用內部檢驗影像）。 . 使用該等染色色料所得目視光澤、黏著性及檢驗影像 效果爲良好至非常好。 -17-

Claims (1)

1304792 十、申請專利範圍 附件2A:第94 1 45573號專利申請案 中文申請專利範圍替換本丨 民國97年9月22日修正 1. 一種呈初級粒子的聚集物形式之氧化鋁粉末，其 特徵在於其具有從10至90平方米/克的BET表面積及包 含，除了 〇重量％至70重量％之γ-氧化鋁及/或0重量％至 10重量％之Θ-氧化鋁之外，呈結晶相的30重量％至95重 量％之δ -氧化銘。 2. 根據申請專利範圍第1項之氧化鋁粉末，其中該 BET表面積爲30至70平方米/克。 3. 根據申請專利範圍第1或2項之氧化鋁粉末，其 中該δ-氧化鋁的含量爲70重量％至95重量％。 4. 根據申請專利範圍第1或2項之氧化鋁粉末，其 包含非晶態氧化鋁。 5. 根據申請專利範圍第1或2項之氧化鋁粉末，其 中該BET表面積爲40至60平方米/克，該δ-氧化鋁的含 量爲80重量％至90重量％，且該Θ-氧化鋁及/或該γ_氧化 銘的含量爲1 〇重量％至2 0重量％。 6. 根據申請專利範圍第1或2項之氧化鋁粉末，其 中該BET表面積爲70至90平方米/克，該δ-氧化錦的含 量爲30重量％至40重量％，該Θ-氧化鋁的含量爲〇重量 %至5重量％且該γ -氧化鋁的含量爲6 0重量％至7 〇重量。/〇 1304792 7.根據申請專利範圍第1或2項之氧化鋁粉末，其 中表觀密度（tamped density)爲10至200克/升。 8 . —種製備根據申請專利範圍第1項之氧化鋁粉末 的方法，其特徵在於 - 將氯化鋁蒸發，及用載體氣體將該蒸氣轉移到混 合室內；及 - 與此分開地，將氫氣、空氣（初級空氣）（其可隨意 地用氧氣增濃及/或預先加熱）轉移到該混合室內 ，隨後 - 將該氯化鋁蒸氣、氫氣和空氣的混合物在燃燒器 內燃燒，及將火焰燒到與周圍空氣隔離的反應室 內， - 額外地將二級空氣導引到該反應室之內， - 然後固體從氣態物質分離出，及隨後使用蒸汽與 隨意的空氣予以處理， 其中 - 初級空氣/二級空氣的比例爲0 . 〇 1至2， - 反應混合物從該燃燒器的排出速度Vb爲至少1 〇 米/秒， - λ値爲1至4， - γ値爲1至3，及 - γ * VB/；l的値爲大於或等於55。 9. 一種分散液，其包含1 0至6 0重量％的根據申請專 1304792 利範圍第1項之氧化鋁粉末，係基於1 0 0重量％的分散液 計。 1 0.根據申請專利範圍第9項之分散液，其中在該分 散液中的平均聚集物直徑爲小於200奈米。 1 1 . 一種根據申請專利範圍第9或1 0項之分散液之 用途，其係用於製備噴墨記錄媒體及用於化學機械拋光。 1 2. —種塗覆組成物，其包含根據申請專利範圍第9 或1 0項之分散液以及至少一種黏合劑，其中 該黏合劑的含量爲介於3與1 5 0重量％之間’係以該 氧化鋁粉末計。 1 3 · —種根據申請專利範圍第1 2項之塗覆組成物之 用途，其係用於製備噴墨記錄媒體。 -3-