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 снижается 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 возможность содержания пигментного оксида титана в оболочке известного пигмента не более 20 масс.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 оболочка из диоксида титана отслаивается от ядра, что еще более ухудшает качество покрытия, в котором 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, 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 гидроксида алюминия с суммарным массовым содержанием алюмосиликатов и гидроксида алюминия не менее 98 %, причем массовое отношение содержания гидроксида алюминия к массе ядра составляет от 10 до 25 масс.ч., а массовое отношение материала оболочки к материалу ядра составляет от 0,66 до 2,33 при фракционном составе материала ядра от 2 до 5 мкм и материала оболочки от 0,2 мкм до 0,5 мкм.

Состав материала ядра обеспечивает его высокую поверхностную адсорбционную активность.

Гидроксид алюминия выполняет роль связующего, обеспечивая структурную монолитность и поверхностную адсорбционную активность ядра.

Вследствие невысокой твердости гидроксид алюминия способствует взаимному диспергированию диоксида титана и алюмосиликатов, что позволяет улучшить оптические и физико-механические свойства пигмента, необходимые для применения в лакокрасочных покрытиях. Гидроксид алюминия в составе ядра обеспечивает также увеличение рассеивающей способности пигмента.

При суммарном содержании в составе материала ядра силиката и гидроксида алюминия в количестве менее 98 % существенно ослабляются внутренние когезионные контакты в ядре пигмента между составляющими его разнородными частицами материалов. Это приводит не только к потере монолитности и изотропности ядра, но и нарушает адгезионные связи между ядром и оболочкой. Результатом становится существенное падение атмосферостойкости пигмента.

При массовом отношении содержания гидроксида алюминия к общей массе ядра более 25 масс.ч. гидроксид алюминия в значительной степени проявляет свои щелочные свойства, что приводит к возрастанию pH до значений, превышающих рН 10. Такая щелочность пигмента неприемлема для применения в составе лаков и красок.

При массовом отношении содержания гидроксида алюминия к общей массе ядра менее 10 масс.ч. общее соотношение количества частиц алюмосиликата и гидроксида алюминия, обладающих различной степенью исходной дисперсности и твердости не позволяет обеспечить оптимальные условия их совместной термомеханической обработки с формированием равновесной системы монолитное ядро - равномерная оболочка из частиц диоксида титана.

При массовом отношении материала ядра к материалу оболочки менее 0,66.

ухудшаются показатели «белизна» и «укрывистость» вследствие недостаточного содержания диоксида титана в оболочке пигмента.

Массовое отношение материала оболочки к материалу ядра 2,33 является максимально предельным.

При фракционном составе материала ядра менее 2 мкм уменьшается адгезия материала оболочки к материалу ядра, так как само ядро частично 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 снижается 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 становится заметной самопроизвольная агрегации микрочастиц диоксида титана с высокой поверхностной активностью, что приводит к 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 ядро и оболочку, позволяет достигнуть необходимого уровня и стабильности свойств заявляемого пигмента.

Предлагаемый пигмент получают путем совместной термомеханической обработки в шаровой мельнице материала ядра и материала оболочки. Материал ядра подвергают предварительной термомеханической обработке до получения продукта белого цвета, в котором достигаются заявляемые интервалы размерностей составляющих частиц. Процессу диспергирования способствует слабоосновный характер применяемых компонентов амфотерной природы. В результате достигается подвижное равновесие между ядром и оболочкой частиц пигмента, сдвинутое в сторону стабильных структур, благодаря сочетанию адсорбционных и стерических факторов. После совместной механической обработки получают зерна пигмента размером от 6 до 10 мкм.

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 0,7 кг диоксида титана марки Sum Titan R-202 размером частиц 0,2-0,5 рутильной модификации, образующего оболочку зерен пигмента, 0,075 кг гидроксида алюминия с размером частиц 2-5 мкм и 0,225 кг каолина марки «Супер» размером частиц 2-5 мкм. Каолин и гидроксид алюминия образуют ядро зерен пигмента с суммарным массовым содержанием алюмосиликатов и гидроксида алюминия 98%. Компоненты прошли предварительную термомеханическую обработку. Полученный пигмент имеет белый цвет со степенью белизны не менее 93 у.е. и укрывистостью не более 24 г/м², тонкодисперсную структуру без посторонних включений, рН 8,0. 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 0,7 кг диоксида титана марки CRIMEA TIOX-230 размером 0,2-0,5 мкм рутильной модификации, образующего оболочку зерен пигмента, 0,27кг каолина марки «Супер» размером частиц 2-5 мкм и 0,03 кг гидроксида алюминия с размером частиц 2-5 мкм. Каолин и гидроксид алюминия образуют ядро зерен пигмента с суммарным массовым содержанием алюмосиликатов и гидроксида алюминия 98 %. Компоненты прошли предварительную термомеханическую обработку. Полученный пигмент имеет белый цвет со степенью белизны не менее 93 у.е. и укрывистостью не более 24 г/м², тонкодисперсную структуру без посторонних включений, рН 7,9. 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 0,4 кг диоксида титана марки Sum Titan-202 размером 0,2-0,5 мкм, рутильной модификации, образующего оболочку зерен пигмента, 0,45 кг каолина марки «Супер» размером частиц 2-5 мкм и 0,15 кг гидроксида алюминия размером частиц 2-5 мкм. Каолин и гидроксид алюминия образуют ядро зерен пигмента с суммарным массовым содержанием алюмосиликатов и гидроксида алюминия 98 %. Компоненты прошли предварительную термомеханическую обработку. Полученный пигмент имеет белый цвет со степенью белизны не менее 90 у.е. и укрывистостью не более 25 г/м², тонкодисперсную структуру без посторонних включений, рН 8,0. 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 0,4 кг диоксида титана марки Sum Titan-206 размером 0,2-0,5 мкм, образующего оболочку зерен пигмента, 0,06 кг гидроксида алюминия размером частиц 2-5 мкм и 0,54 кг каолина марки «Стандарт» размером частиц 2-5 мкм. Каолин и гидроксид алюминия образуют ядро зерен пигмента с суммарным массовым содержанием алюмосиликатов и гидроксида алюминия 98 %. Компоненты прошли предварительную термомеханическую обработку. Полученный пигмент имеет белый цвет со степенью белизны не менее 90 у.е., тонкодисперсную структуру без посторонних включений, значение рН 8,0 при укрывистости 25 г/м². 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 0,6 кг диоксида титана марки Sum Titan R-206 размером частиц 0,2-0,5 мкм рутильной модификации, образующего оболочку зерен пигмента, 0,1 кг гидроксида алюминия фракции 2-5 мкм и 0,3 кг каолина марки «Супер» размером частиц 2-5 мкм. Каолин и гидроксид алюминия образуют ядро зерен пигмента с суммарным массовым содержанием алюмосиликатов и гидроксида алюминия 98 %. Компоненты прошли предварительную 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, рН 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 0,5 кг диоксида титана марки Sum Titan R-206 размером 0,2-0,5 мкм рутильной модификации, образующего оболочку зерен пигмента, 0,05 кг гидроксида алюминия размером 2-5 мкм и 0,45 кг каолина марки «Стандарт» размером частиц 2-5 мкм. Каолин и гидроксид алюминия образуют ядро зерен пигмента с суммарным массовым содержанием алюмосиликатов и гидроксида алюминия 98 %. Компоненты прошли предварительную 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, рН 7,9. 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 0,5 кг диоксида титана марки Sum Titan R-211 размером частиц 0,2-0,5 мкм рутильной модификации, образующего оболочку зерен пигмента, 0,375 кг каолина марки «Супер» размером частиц 2-5 мкм и 0,125 кг гидроксида алюминия размером частиц 2-5 мкм. Каолин и гидроксид алюминия образуют ядро зерен пигмента с суммарным массовым содержанием алюмосиликатов и гидроксида алюминия 98 %. Компоненты прошли предварительную термомеханическую обработку. Пигмент имеет белый цвет со степенью белизны не менее 90 у.е. и укрывистостью не более 24 г/м², тонкодисперсную структуру без посторонних включений, рН 8,0. 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 0,6 кг диоксида титана марки Sum Titan-205 размером 0,2-0,5 мкм рутильной модификации, образующего оболочку зерен пигмента, 0,04 кг гидроксида алюминия размером частиц 2-5 мкм и 0,36 кг каолина марки «Супер» размером частиц 2-5 мкм. Каолин и гидроксид алюминия образуют ядро зерен пигмента с суммарным массовым содержанием алюмосиликатов и гидроксида алюминия 98 %. Компоненты прошли предварительную 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, значение рН 8,0. Пигмент устойчив к разрушению в условиях эксплуатации при кислотных атмосферных осадках, не изменяет своих свойств при хранении и транспортировании.

В заявляемом пигменте минимальное содержание диоксида титана составляет 40 масс.ч. в расчете на 100 масс.ч. всего пигмента, что улучшает фотохимическую устойчивость пигмента, устойчивость к истиранию и к действию химических реагентов в составе используемых покрытий. Это достигается благодаря подобранному составу компонентов пигмента, а именно сочетанию диоксида титана, гидроксида алюминия и алюмосиликатов. Размеры частиц применяемых материалов обеспечивают как поверхностную активность, так и способность к взаимному диспергированию в процессе совместной термомеханической переработки.