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 C01G 23/053, C09D 5/32, C09C 1/36, A61K 7/42).

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 масc. частей по отношению к материалу ядра. Низкая поверхностная адсорбционная активность материала ядра препятствует формированию на его поверхности сплошной оболочки диоксида титана, что негативно влияет на показатель «белизна» и «укрывистость». Низкая поверхностная адсорбционная активность материала ядра приводит также к отслаиванию оболочки и её разрушению при механических воздействиях в процессе хранения и транспортирования. При взаимодействии с кислотосодержащими атмосферными осадками силикат кальция разрушается и оболочка из диоксида титана отслаивается от ядра, что ещё более ухудшает качество покрытия, в котором используется этот пигмент.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в улучшении качества пигмента за счёт создания на поверхности ядра плотной оболочки диоксида титана, устойчивой к разрушению в условиях эксплуатации при кислотных атмосферных осадках, 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 и оксида алюминия с суммарным массовым содержанием алюмосиликатов и оксида алюминия не менее 97 %, причем массовое отношение алюмосиликатов к оксиду алюминия составляет от 2 до 4, а массовое отношение материала оболочки к материалу ядра составляет от 0,66 до 3 при фракционном составе материала ядра от 2 до 5 мкм и материала оболочки от 0,2 до 0,5 мкм.

При суммарном массовом содержании в материале ядра силикатов алюминия и оксида алюминия в количестве менее 97 % существенно ухудшается адгезия материала ядра к материалу оболочки и атмосферостойкость пигмента.

При массовом отношении алюмосиликатов к оксиду алюминия менее 2 вследствие малой оптической плотности оксида алюминия уменьшается суммарный оптический вклад ядра в достижение необходимого уровня белизны и укрывистости пигмента.

При массовом отношении содержания алюмосиликатов к оксиду алюминия более 4 не обеспечивается когезионная прочность ядра, адсорбционные и адгезионные связи диоксида титана в системе ядро-оболочка. Дефицит оксида алюминия как мелющего тела, необходимого при совместной механической обработке компонентов пигмента, не позволяет полностью обеспечить взаимное диспергирование частиц различной химической природы, твердости и геометрической формы. При этом не достигается равновесное устойчивое состояние в структуре пигмента за счет адсорбционных, электростатических и адгезионных сил как внутри ядра, так и на границе ядро-оболочка.

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

Массовое отношение материала оболочки к материалу ядра 3 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 твёрдостью 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 агрегация 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 заявляемых количественных и размерных соотношений между частицами веществ, входящих в состав пигмента белого цвета, позволяет обеспечить как требуемый комплекс свойств, так и стабильность пигмента.

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, в котором достигаются заявляемые интервалы размерностей составляющих частиц. В результате достигается подвижное равновесие между ядрами и оболочками частиц пигмента белого цвета, сдвинутое в сторону стабильных структур благодаря сочетанию адсорбционных и стерических факторов. После совместной механической обработки получают зёрна пигмента размером от 6 до 10 мкм.

Оксид алюминия в составе ядра обеспечивает увеличение рассеивающей способности пигмента за счёт распределения дисперсных частиц диоксида титана, получаемых в процессе совместной механической обработки. Этим достигается улучшение 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 пигмента белого цвета.

Пример 1.

1кг пигмента содержит 0,75 кг диоксида титана марки Sum Titan R-206 размером частиц 0,2-0,5 мкм рутильной модификации, образующего оболочку зёрен пигмента, 0,08 кг оксида алюминия размером частиц 2-5 мкм и 0,17 кг каолина марки «Супер» размером частиц 2-5 мкм, образующих ядро зёрен пигмента с суммарным массовым содержанием алюмосиликатов и оксида алюминия 97 %. Компоненты предварительно прошли термомеханическую обработку. Пигмент имеет белый цвет со степенью белизны не менее 93 у.е., укрывистостью не более 24г/м², рН 7,3. Пигмент устойчив к разрушению в условиях эксплуатации при кислотных атмосферных осадках, не изменяет своих свойств при хранении и транспортировании.

Пример 2.

1кг пигмента содержит 0,75 кг диоксида титана марки Sum Titan R-206 размером частиц 0,2-0,5 мкм рутильной модификации, образующего оболочку зёрен пигмента, 0,05 кг оксида алюминия размером частиц 2-5 мкм и 0,2 кг каолина марки «Супер» размером частиц 2-5 мкм, образующих ядро зёрен пигмента с суммарным массовым содержанием алюмосиликатов и оксида алюминия 97 %. Компоненты предварительно прошли термомеханическую обработку. Пигмент имеет белый цвет со степенью белизны не менее 93 у.е., укрывистостью не более 24г/м², рН 7,2. Пигмент устойчив к разрушению в условиях эксплуатации при кислотных атмосферных осадках, не изменяет своих свойств при хранении и транспортировании.

Пример 3.

1кг пигмента содержит 0,40 кг диоксида титана марки CRIMEA TIOX-230 размером частиц 0,2-0,50 мкм рутильной модификации, образующего оболочку зёрен пигмента, 0,12 кг оксида алюминия размером частиц 2-5 мкм и 0,48 кг каолина марки «Супер» размером частиц 2-5 мкм, образующих ядро зёрен пигмента с суммарным массовым содержанием алюмосиликатов и оксида алюминия 97 %. Компоненты предварительно прошли термомеханическую обработку. Пигмент имеет белый цвет со степенью белизны не менее 93 у.е., укрывистостью не более 25 г/м², рН 7,9. Пигмент устойчив к разрушению в условиях эксплуатации при кислотных атмосферных осадках, не изменяет своих свойств при хранении и транспортировании.

Пример 4.

1кг пигмента содержит 0,40 кг диоксида титана марки CRIMEA TIOX-230 размером частиц 0,2-0,5 мкм рутильной модификации, образующего оболочку зёрен пигмента, 0,2 кг оксида алюминия размером частиц 2-5 мкм и 0,4 кг каолина марки «Супер» размером частиц 2-5 мкм, образующих ядро зёрен пигмента с суммарным массовым содержанием алюмосиликатов и оксида алюминия 97 %. Компоненты предварительно прошли термомеханическую обработку. Пигмент имеет белый цвет со степенью белизны не менее 93 у.е., укрывистостью не более 25 г/м², рН 7,9. Пигмент устойчив к разрушению в условиях эксплуатации при кислотных атмосферных осадках, не изменяет своих свойств при хранении и транспортировании.

Пример 5.

1кг пигмента содержит 0,5 кг диоксида титана марки CRIMEA TIOX-230 размером частиц 0,2-0,5 мкм рутильной модификации, образующего оболочку зёрен пигмента, 0,15 кг оксида алюминия размером частиц 2-5 мкм, 0,35 кг каолина марки «Стандарт» размером частиц 2-5 мкм, образующих ядро зёрен пигмента с суммарным массовым содержанием алюмосиликатов и оксида алюминия 97 %. Компоненты предварительно прошли термомеханическую обработку. Пигмент имеет белый цвет со степенью белизны не менее 91 у.е., укрывистостью не более 24г/м², рН 7,5. Пигмент устойчив к разрушению в условиях эксплуатации при кислотных атмосферных осадках, не изменяет своих свойств при хранении и транспортировании.

Пример 6.

1кг пигмента содержит 0,6 кг диоксида титана марки Sum Titan R-206 размером частиц 0,2-0,5 мкм рутильной модификации, образующего оболочку зёрен пигмента, 0,1 кг оксида алюминия размером частиц 2-5 мкм и 0,3 кг каолина марки «Стандарт» размером частиц 2-5 мкм, образующих ядро зёрен пигмента с суммарным массовым содержанием алюмосиликатов и оксида алюминия 97 %. Компоненты предварительно прошли термомеханическую обработку. Пигмент имеет белый цвет со степенью белизны не менее 92 у.е., укрывистостью не более 24 г/м², рН 7,6. Пигмент устойчив к разрушению в условиях эксплуатации при кислотных атмосферных осадках, не изменяет своих свойств при хранении и транспортировании.

Пример 7.

1кг пигмента содержит 0,55 кг диоксида титана марки Sum Titan R-211 размером частиц 0,2-0,5 мкм, образующего оболочку зёрен пигмента, 0,1 кг оксида алюминия размером частиц 2-5 мкм и 0,35 кг каолина марки «Супер» размером частиц 2-5 мкм, образующих ядро зёрен пигмента с суммарным массовым содержанием алюмосиликатов и оксида алюминия 98 %. Компоненты предварительно прошли термомеханическую обработку. Пигмент имеет белый цвет со степенью белизны не менее 91 у.е., укрывистостью не более 24 г/м², рН 7,2. Пигмент устойчив к разрушению в условиях эксплуатации при кислотных атмосферных осадках, не изменяет своих свойств при хранении и транспортировании.

Пример 8.

1кг пигмента содержит 0,4 кг диоксида титана марки Sum Titan R-205 размером частиц 0,2-0,5 мкм, образующего оболочку зёрен пигмента, 0,16 кг оксида алюминия размером частиц 2-5 мкм и 0,45 кг каолина марки «Супер» размером частиц 2-5 мкм, образующих ядро зёрен пигмента с суммарным массовым содержанием алюмосиликатов и оксида алюминия 98 %. Компоненты предварительно прошли термомеханическую обработку. Пигмент имеет белый цвет со степенью белизны не менее 90 у.е., укрывистостью не более 25 г/м², рН 7,8. Пигмент устойчив к разрушению в условиях эксплуатации при кислотных атмосферных осадках, не изменяет своих свойств при хранении и транспортировании.

Пример 9.

1кг пигмента содержит 0,6 кг диоксида титана марки Sum Titan R-205 размером частиц 0,2-0,5 мкм, образующего оболочку зёрен пигмента, 0,1кг оксида алюминия размером частиц 2-5 мкм и 0,1 кг каолина марки «Супер» размером частиц 2-5 мкм и 0,2 кг каолина марки «Стандарт» размером частиц 2-5 мкм, образующих ядро зёрен пигмента с суммарным массовым содержанием алюмосиликатов и оксида алюминия 97 %. Компоненты предварительно прошли термомеханическую обработку. Пигмент имеет белый цвет со степенью белизны не менее 92 у.е., укрывистостью не более 24 г/м², рН 8,0. Пигмент устойчив к разрушению в условиях эксплуатации при кислотных атмосферных осадках, не изменяет своих свойств при хранении и транспортировании.

Пример 10.

1кг пигмента содержит 0,5 кг диоксида титана марки Sum Titan R-202 размером частиц 0,2-0,5 мкм, образующего оболочку зёрен пигмента, 0,1кг оксида алюминия размером частиц 2-5 мкм и 0,4 кг каолина марки «Супер» размером частиц 2-5 мкм, образующих ядро зёрен пигмента с суммарным массовым содержанием алюмосиликатов и оксида алюминия 97 %. Компоненты предварительно прошли термомеханическую обработку. Пигмент имеет белый цвет со степенью белизны не менее 92 у.е., укрывистостью не более 24 г/м², рН 8,2. Пигмент устойчив к разрушению в условиях эксплуатации при кислотных атмосферных осадках, не изменяет своих свойств при хранении и транспортировании.

Пример 11.

1кг пигмента содержит 0,7 кг диоксида титана марки Sum Titan R-202 размером частиц 0,2-0,5 мкм, образующего оболочку зёрен пигмента, 0,1кг оксида алюминия размером частиц 2-5 мкм и 0,2 кг каолина марки «Супер» размером частиц 2-5 мкм, образующих ядро зёрен пигмента с суммарным массовым содержанием алюмосиликатов и оксида алюминия 97 %. Компоненты предварительно прошли термомеханическую обработку. Пигмент имеет белый цвет со степенью белизны не менее 93 у.е., укрывистостью не более 24г/м², рН 7,4. Пигмент устойчив к разрушению в условиях эксплуатации при кислотных атмосферных осадках, не изменяет своих свойств при хранении и транспортировании.

В составе заявляемого пигмента белого цвета минимальное содержание диоксида титана составляет 40 масс. ч. на 100 масс. ч. пигмента. Это достигается благодаря сочетанию диоксида титана, алюмосиликатов и диоксида алюминия. При этом компоненты имеют определенную структуру, степень дисперсности, а также микроструктуру отдельных частиц и их агрегатов. Этим определяется поверхностная активность частиц в состоянии устойчивого равновесия, а также их способность к диспергированию в процессе совместной механической переработки. Процессу диспергирования способствует слабоосновный характер применяемых компонентов амфотерной природы. Качество диспергирования определяется также соотношением величин твердостей оставляющих компонентов.