[发明专利]碳酸锆与碱金属盐的水性组合物的制备方法及其应用

说明书

本发明涉及碳酸锆与碱金属盐的水性组合物的制备方法，并且 涉及所述组合物在纸或板(paper or board)的涂布液(coating baths)中作 为不溶化剂(insolubilizing agent)的应用。

碳酸锆和碱金属盐(例如钾盐)的水溶液可从工业获得，并且可用 于需要溶解有锆的碱性介质的场合。这是因为已知这些锆盐可用于 赋予天然黏结剂(诸如淀粉、酪蛋白或羧羟基纤维素(CMC))或合成黏 结剂(诸如胶乳(latexes)或聚乙烯醇)在水溶液中的不溶性，这些锆盐 还可用于生成不溶性膜，由此改进对水、摩擦力、热和溶剂的抵抗 性。

这些锆溶液可应用于许多技术领域，特别是应用于水性油墨和 油漆(paint)配混物，更特别是应用于进行纸或板的涂布或浸渍用的涂 布液中，以改进外观、耐湿磨性、抗纸张拔毛性(picking)、强度和接 受印刷的能力。

根据US 4 061 720或FR-A-2 156 879的记载，碳酸锆钾(KZC)水 溶液通常通过对碱性碳酸锆(BZC)水溶液和碳酸钾溶液一起加热而制 得，其中碳酸盐与锆的摩尔比小于或等于2。

FR-A-2 088 550提及，BZC可被氯氧化锆(ZrOCl₂)代替，并且在 氢氧化钾存在下可使用碳酸氢钾溶液。

论文“Aqueous Chemistry of Zirconium(IV)in Carbonate Media (在碳酸盐介质中的锆(IV)的水溶液化学)”，Helvetica Chimica Acta，83， 414-427，(2000)中公开了可通过向含有碳酸钾和碳酸氢钾或仅含有碳 酸钾的溶液中添加ZrOCl₂溶液而获得这些溶液。

然而，将这些碳酸锆与碱金属盐的水溶液用作不溶化剂(也称为 交联剂)并不能获得满意的结果，特别是在涂层的耐湿磨性(wet rub) 的方面尤其不能令人满意。

出人意料的是，本申请公司发现，在所述溶液的制备中，采用 碳酸氢盐代替碳酸盐并且使碳酸氢盐与锆的摩尔比至少等于4，可以 获得比商业溶液更有效的碳酸锆与碱金属盐的水溶液。

因此，本发明的主题为碳酸锆与碱金属盐的水性组合物的制备 方法，其特征为，使锆化合物与碱金属碳酸氢盐在水相中进行反 应，并且使碳酸氢盐与锆的摩尔比等于或大于4∶1。

术语“锆化合物”表示碱性碳酸锆，也称为BZC或ZBC；氯氧 化锆(ZrOCl₂)，也称为ZOC；以及碱性硫酸锆，也称为BZS；优选碱 性碳酸锆。

术语“碱金属盐”表示钾或钠盐，优选钾盐。

术语“碱金属碳酸氢盐”表示碳酸氢钠或碳酸氢钾，优选碳酸 氢钾。

本发明一个优选的方面的目标为碳酸锆钾水性组合物的制备方 法，其特征为，使锆化合物与碳酸氢钾在水相中进行反应，并且使 碳酸氢盐与锆的摩尔比等于或大于4∶1。

碳酸氢盐与锆的摩尔比等于或大于4∶1，特别是在约4∶1至约 6∶1之间。

所述摩尔比优选等于约4∶1。

可用于本发明的碱性碳酸锆、氯氧化锆和碱性硫酸锆为商品， 主要为固态和水合物形态。可有利地使用如Astron公司出售的粉状 碱性碳酸锆。

通常将锆化合物加入碱金属碳酸氢盐的水溶液中。

锆化合物与碱金属碳酸氢盐的反应可在环境温度下进行，但是 可通过加热来促进。

根据一个优选的实施方案，在环境温度下加入各种成分后，使 所得溶液在搅拌下达到30至80℃之间的温度，优选70℃，持续1h 至24h，优选4h。

通过加入如FR-A-2 088 550所述的稳定剂，可改进根据本发明 的方法而获得的碳酸锆与碱金属盐的溶液的稳定性。例如可加入酒 石酸或葡糖酸，其有利的添加比例为约占终溶液重量的1-2％。酒石 酸或葡糖酸可在锆化合物与碱金属碳酸氢盐的反应进行之前或之后 添加，优选在反应进行之前添加。

所得的碳酸锆与碱金属盐的水性组合物在长时间内稳定，并且 优选具有约10-12％重量的锆浓度，以ZrO₂计算，以及具有约50- 55％的高固体含量。所得的碳酸锆与碱金属盐的水性组合物的pH大 于8而小于10，特别是在约8.5至9.6之间。