Результат интеллектуальной деятельности: Пигмент белого цвета

Изобретение относится к химической промышленности и может найти применение при изготовлении пигментов для лаков и красок.

Известен пигмент с ядром из диоксида титана, покрытым оксидом, гидроксидом или оксогидроксидом металла (RU 2162443 C1, МПК C01G23/053, C09D5/32, C09C1/36, A61K7/42).

Недостаток известного пигмента заключается в том, что вследствие покрытия частиц диоксида титана слоем оксидов и гидроксидов металлов повышается химическая устойчивость пигмента, но снижает степень белизны и укрывистости в сравнении с чистым диоксидом титана.

Известен пигмент, состоящий из слюды, являющейся ядром, покрытым слоем диоксида титана (RU 2198191, МПК С09С 1/00, С09С 1/36).

Недостаток известного пигмента заключается в том, что не обеспечивается прочная взаимосвязь между ядром из слюды и диоксидом титана, что приводит к низкому содержанию диоксида титана на поверхности ядра и, как следствие, появлению перламутрового оттенка.

Известен пигмент для красок и эмалей, содержащий ядро из синтетических силикатов кальция, покрытое пигментным диоксидом титана (SU 1837610 A1, МПК C09C 1/02, С09С 1/36).

Недостаток известного технического решения заключается в том, что материал оболочки имеет слабую адгезию к материалу ядра вследствие низкой поверхностной адсорбционной активности материала ядра. Это не позволяет обеспечить прочную взаимосвязь между ядром и оболочкой и обуславливает содержание пигментного оксида титана в оболочке известного пигмента не более 20 мас.ч. по отношению к материалу ядра. Низкая поверхностная адсорбционная активность материала ядра препятствует формированию на его поверхности сплошной оболочки диоксида титана, что негативно влияет на показатели «белизна» и «укрывистость». Низкая поверхностная адсорбционная активность материала ядра приводит также к отслаиванию оболочки и ее разрушению при механических воздействиях в процессе хранения и транспортирования. При взаимодействии с кислотосодержащими атмосферными осадками силикат кальция разрушается и усиливается отслоение оболочки из диоксида титана от ядра, что еще более ухудшает качество покрытий, в которых используется этот пигмент.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в улучшении качества пигмента за счет создания на поверхности ядра плотной оболочки диоксида титана, устойчивой к разрушению в условиях эксплуатации при кислотных атмосферных осадках, при хранении и транспортировании.

Для решения этой задачи в отличие от известного пигмента, содержащего ядро из наполнителя и оболочку из диоксида титана, в предлагаемом пигменте ядро выполнено из смеси каолина, гидроксида алюминия и оксида алюминия с суммарным содержанием алюмосиликатов, гидроксида алюминия и оксида алюминия не менее 97%, причем массовое отношение суммарного содержания гидроксида и оксида алюминия к содержанию алюмосиликатов составляет от 1:1 до 1:2, a массовое содержание гидроксида алюминия составляет от 10 до 25 мас.ч., по отношению к общей массе ядра, при этом массовое соотношение материала оболочки к материалу ядра составляет от 0,66 до 4 при фракционном составе материала ядра от 2 до 5 мкм, а материала оболочки от 0,2 до 0,5 мкм.

При суммарном содержании в материале ядра силикатов алюминия, оксида и гидроксида алюминия менее 97% ухудшается монолитность и изотропность ядра, а также ослабляются адгезионные связи между ядром и оболочкой. Следствием является потеря механической стабильности пигмента при хранении и перевозке, а также снижение атмосферостойскости пигмента как в свободном состоянии, так и в составе лакокрасочных материалов.

При массовом отношении суммарного содержания в ядре оксида и гидроксида алюминия к содержанию алюмосиликатов более чем 1:1 ухудшаются показатели белизна и укрывистость пигмента вследствие низкой оптической плотности оксида и гидроксида алюминия.

При суммарном массовом отношении содержания оксида и гидроксида алюминия к содержанию алюмосиликатов меньше, чем 1:2 не обеспечивается равновесная структура ядра и не достигается необходимое подвижное равновесие в системе ядро-оболочка.

При содержании гидроксида алюминия более 25 мас.ч. по отношению к массе ядра значение pH пигмента превышает 10, что не приемлемо для применения в составе лакокрасочных материалов.

При содержании гидроксида алюминия менее 10 мас.ч. по отношению к массе ядра снижается устойчивость связей как внутри структуры ядра, так и в приграничном слое между ядром и оболочкой.

При массовом соотношении материала оболочки к материалу ядра менее 0,66 ухудшаются показатели «белизна» и «укрывистость» вследствие недостаточного содержания диоксида титана в оболочке пигмента.

Массовое соотношение материала оболочки к материалу ядра 4 является максимально предельным.

При фракционном составе материала ядра менее 2 мкм ухудшается адгезия материала оболочки к материалу ядра, так как само ядро утрачивает монолитность и изотропность.

При фракционном составе материала ядра более 5 мкм ухудшается структурная монолитность ядра из-за образования в ядре воздушных микропустот, наличия на поверхности ядра участков с различной плотностью, интегральной твердостью и поверхностной активностью.

При фракционном составе диоксида титана более 0,5 мкм ухудшается адгезия материала оболочки к материалу ядра из-за стерических факторов, препятствующих укладке микрочастиц диоксида титана в монолитный и равномерный слой по всей поверхности ядра.

При фракционном составе диоксида титана менее 0,2 мкм происходит самопроизвольная агрегации микрочастиц диоксида титана с высокой поверхностной активностью, что приводит к самопроизвольному появлению на поверхности ядра лабильных структурных агрегатов и нарушению подвижного равновесия в системе ядро-оболочка.

Соблюдение указанных выше количественных и размерных соотношений между частицами веществ, составляющих пигмент, позволяет достигнуть необходимого уровня свойств заявляемого пигмента, а также его стабильности.

Предлагаемый пигмент получают путем совместной механической обработки в шаровой мельнице материала ядра и материала оболочки. Материал ядра предварительно подвергают термомеханической обработке до получения продукта белого цвета, при которой достигаются заявляемые интервалы размерностей входящих в пигмент частиц. Результатом термомеханической обработки становится подвижное равновесие между ядром и оболочкой из диоксида титана, сдвинутое в сторону стабильных структур благодаря сочетанию адсорбционных и стерических факторов. После совместной механической обработки получают зерна пигмента размером от 6 до 10 мкм.

Оксид алюминия в составе ядра обеспечивает увеличение рассеивающей способности пигмента за счет распределения дисперсных частиц диоксида титана, получаемых в процессе размола. Это приводит к улучшению равномерности и устойчивой равновесной гомогенности в составе лакокрасочных покрытий, что благоприятствует сохранению стабильности основных оптических свойств.

В качестве оболочки может применяться диоксид титана как анатазной, так и рутильной формы.

Ниже приведены примеры получения пигмента белого цвета.

Пример 1.

1 кг пигмента содержит 0,8 кг диоксида титана марки Crimea TIOX размером частиц 0,2-0,5 мкм рутильной модификации, образующего оболочку зерен пигмента, 0,1 кг каолина марки «Супер» размером частиц 2-5 мкм, 0,05 кг оксида алюминия размером частиц 2-5 мкм и 0,05 кг гидроксида алюминия размером частиц 2-5 мкм, образующих ядро зерен пигмента с суммарным массовым содержанием алюмосиликатов, оксида и гидроксида алюминия 97%. Компоненты предварительно прошли термомеханическую обработку. Полученный пигмент имеет белый цвет со степенью белизны не менее 93 у.е. и укрывистость не более 24 г/м², тонкодисперсную структуру без посторонних включений, pH 7,9. Пигмент устойчив к разрушению в условиях эксплуатации при кислотных атмосферных осадках, не изменяет своих свойств при хранении и транспортировании.

Пример 2.

1 кг пигмента содержит 0,8 кг диоксида титана марки Sum Titan R-202 размером частиц 0,2-0,5 мкм рутильной модификации, образующего оболочку зерен пигмента, 0,1 кг каолина марки «Супер» размером частиц 2-5 мкм, 0,08 кг оксида алюминия размером частиц 2-5 мкм и 0,02 кг гидроксида алюминия размером частиц 2-5 мкм, образующих ядро зерен пигмента с суммарным массовым содержанием алюмосиликатов, оксида и гидроксида алюминия 97%. Компоненты прошли предварительную термомеханическую обработку. Полученный пигмент имеет белый цвет со степенью белизны не менее 93 у.е. и укрывистость не более 24 г/м², тонкодисперсную структуру без посторонних включений, pH 7,7. Пигмент устойчив к разрушению в условиях эксплуатации при кислотных атмосферных осадках, не изменяет своих свойств при хранении и транспортировании.

Пример 3.

1 кг пигмента содержит 0,8 кг диоксида титана марки Sum Titan R-206 размером частиц 0,2-0,5 мкм рутильной модификации, образующего оболочку зерен пигмента, 0,13 кг каолина марки «Супер» размером частиц 2-5 мкм, 0,02 кг оксида алюминия размером частиц 2-5 мкм и 0,05 кг гидроксида алюминия размером частиц 2-5 мкм, образующих ядро зерен пигмента с суммарным массовым содержанием алюмосиликатов, оксида и гидроксида алюминия 97%. Компоненты предварительно прошли термомеханическую обработку. Полученный пигмент имеет белый цвет со степенью белизны не менее 93 у.е. и укрывистость не более 24 г/м², тонкодисперсную структуру без посторонних включений, pH 7,9. Пигмент устойчив к разрушению в условиях эксплуатации при кислотных атмосферных осадках, не изменяет своих свойств при хранении и транспортировании.

Пример 4.

1 кг пигмента содержит 0,8 кг диоксида титана марки СRIMEA TIOX-230 размером частиц 0,2-0,5 мкм, образующего оболочку зерен пигмента, 0,13 кг каолина марки «Стандарт» размером частиц 2-5 мкм, 0,05 кг оксида алюминия размером частиц 2-5 мкм и 0,02 кг гидроксида алюминия размером частиц 2-5 мкм, образующих ядро зерен пигмента с суммарным массовым содержанием алюмосиликатов, оксида и гидроксида алюминия 97%. Компоненты предварительно прошли термомеханическую обработку. Полученный пигмент имеет белый цвет со степенью белизны не менее 93 у.е. и укрывистость не более 24 г/м², тонкодисперсную структуру без посторонних включений, pH 7,8. Пигмент устойчив к разрушению в условиях эксплуатации при кислотных атмосферных осадках, не изменяет своих свойств при хранении и транспортировании.

Пример 5.

1 кг пигмента содержит 0,4 кг диоксида титана марки СRIMEA TIOX-230 размером частиц 0,2-0,5 мкм, образующего оболочку зерен пигмента, 0,3 кг каолина марки «Супер» размером частиц 2-5 мкм, 0,15 кг оксида алюминия размером частиц 2-5 мкм и 0,015 кг гидроксида алюминия размером частиц 2-5 мкм, образующих ядро пигмента с суммарным массовым содержанием алюмосиликатов, оксида и гидроксида алюминия 97%. Компоненты предварительно прошли предварительную термомеханическую обработку. Полученный пигмент имеет белый цвет со степенью белизны не менее 90 у.е. и укрывистость не более 25 г/м², тонкодисперсную структуру без посторонних включений, pH 8,0. Пигмент устойчив к разрушению в условиях эксплуатации при кислотных атмосферных осадках, не изменяет своих свойств при хранении и транспортировании.

Пример 6.

1 кг пигмента содержит 0,4 кг диоксида титана марки СRIMEA TIOX-280 размером частиц 0,2-0,5 мкм, образующего оболочку зерен пигмента, 0,3 кг каолина марки «Супер» размером частиц 2-5 мкм, 0,24 кг оксида алюминия размером частиц 2-5 мкм и 0,06 кг гидроксида алюминия размером частиц 2-5 мкм, образующих ядро пигмента с суммарным массовым содержанием алюмосиликатов, оксида и гидроксида алюминия 97%. Компоненты прошли предварительную термомеханическую обработку. Полученный пигмент имеет белый цвет со степенью белизны не менее 91 у.е. и укрывистость не более 24 г/м², тонкодисперсную структуру без посторонних включений, pH 8,0. Пигмент устойчив к разрушению в условиях эксплуатации при кислотных атмосферных осадках, не изменяет своих свойств при хранении и транспортировании.

Пример 7.

1 кг пигмента содержит 0,40 кг диоксида титана марки Du-Point Ti-Pure R-706 размером частиц 0,2-0,5 мкм, образующего оболочку зерен пигмента, 0,4 кг каолина марки «Стандарт» размером частиц 2-5 мкм, 0,14 кг оксида алюминия размером частиц 2-5 мкм и 0, 06 кг гидроксида алюминия размером частиц 2-5 мкм, образующих ядро зерен пигмента с суммарным массовым содержанием алюмосиликатов, оксида и гидроксида алюминия 97%. Компоненты предварительно прошли термомеханическую обработку. Полученный пигмент имеет белый цвет со степенью белизны не менее 91 у.е. и укрывистостью не более 25 г/м², тонкодисперсную структуру без посторонних включений, pH 8,1. Пигмент устойчив к разрушению в условиях эксплуатации при кислотных атмосферных осадках, не изменяет своих свойств при хранении и транспортировании.

Пример 8.

1 кг пигмента содержит 0,4 кг диоксида титана марки Sum Titan R-206 размером частиц 0,2-0,5 мкм, образующего оболочку зерен пигмента, 0,4 кг каолина марки «Стандарт» размером частиц 2-5 мкм, 0,05 кг оксида алюминия размером частиц 2-5 мкм и 0,15 кг гидроксида алюминия размером частиц 2-5 мкм, образующих ядро зерен пигмента с суммарным массовым содержанием алюмосиликатов, оксида и гидроксида алюминия 97%. Компоненты предварительно прошли термомеханическую обработку. Полученный пигмент имеет белый цвет со степенью белизны не менее 92 у.е. и укрывистостью не более 24 г/м², тонкодисперсную структуру без посторонних включений, pH 7,9. Пигмент устойчив к разрушению в условиях эксплуатации при кислотных атмосферных осадках, не изменяет своих свойств при хранении и транспортировании.

Пример 9.

1 кг пигмента содержит 0,5 кг диоксида титана марки Du-Point Ti-Pure R-900 размером частиц 0,2-0,5 мкм, образующего оболочку зерен пигмента, 0,3кг каолина марки «Супер» размером частиц 2-5 мкм, 0,1 кг оксида алюминия размером частиц 2-5 мкм и 0,1 кг гидроксида алюминия размером частиц 2-5 мкм, образующих ядро зерен пигмента с суммарным массовым содержанием алюмосиликатов, оксида и гидроксида алюминия 97%. Компоненты предварительно прошли термомеханическую обработку. Полученный пигмент имеет белый цвет со степенью белизны не менее 91 у.е. и укрывистостью не более 24 г/м², тонкодисперсную структуру без посторонних включений, pH 8,0. Пигмент устойчив к разрушению в условиях эксплуатации при кислотных атмосферных осадках, не изменяет своих свойств при хранении и транспортировании.

Пример 10.

1 кг пигмента содержит 0,4 кг диоксида титана марки СRIMEA TIOX-230 размером частиц 0,2-0,5 мкм, образующего оболочку зерен пигмента, 0,2 кг каолина марки «Супер» размером частиц 2-5 мкм, 0,2 кг каолина марки «Стандарт» размером частиц 2-5 мкм, 0,13 кг оксида алюминия размером частиц 2-5 мкм и 0,07 кг гидроксида алюминия размером частиц 2-5 мкм, образующих ядро пигмента с суммарным массовым содержанием алюмосиликатов, оксида и гидроксида алюминия 97%. Компоненты прошли предварительную термомеханическую обработку. Полученный пигмент имеет белый цвет со степенью белизны не менее 90 у.е. и укрывистость не более 25 г/м², тонкодисперсную структуру без посторонних включений, pH 8,0. Пигмент устойчив к разрушению в условиях эксплуатации при кислотных атмосферных осадках, не изменяет своих свойств при хранении и транспортировании.

В составе заявляемого пигмента минимальное содержание диоксида титана составляет до 40 мас.ч. в расчёте на 100 мас.ч. всего пигмента. Это достигается благодаря подобранному составу компонентов, а именно сочетанию диоксида титана, оксида алюминия, гидроксида алюминия и алюмосиликатов. Компоненты должны иметь определенную структуру и степень дисперсности в выбранных экспериментальным путем диапазонах. Размеры частиц применяемых компонентов определяют как поверхностную активность, так и способность к взаимному диспергированию в процессе совместной термомеханической переработки компонентов смеси.