СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПИГМЕНТА ДИОКСИДА ТИТАНА Российский патент 1994 года по МПК C09C1/36 

Изобретение относится к процессу получения красителей для покрытия на основе диоксида титана, в частности относится к процессу получения прочных красителей на основе диоксида титана с осажденными на них дискретными слоями диоксида кремния и оксида алюминия.

Известен способ получения пигмента, в котором плотное покрытие из диоксида кремния применяется к красителю на основе диоксида титана путем медленного понижения рН реакционной среды для осаждения диоксида кремния. Затем осаждают покрытие из оксида алюминия.

Однако этот процесс длительный и качество пигмента может быть улучшено.

Цель изобретения - повышение качества пигмента.

Цель достигается тем, что в известном способе получения пигмента диоксида титана, включающем введение в нагретую водную суспензию диоксида титана водного раствора силиката натрия для осаждения внутреннего покрытия из диоксида кремния, последующее введение в суспензию водного раствора алюмината натрия для осаждения наружного покрытия из оксида алюминия и выделение пигмента, рН суспензии доводят до 10,0 и нагревают до 90^оС, к нагретой суспензии добавляют раствор силиката натрия в количестве, эквивалентном 1,2 мас. % осаждаемого диоксида кремния, выдерживают при 90^оС, доводят рН суспензии до 9,4 при той же температуре, после осаждения покрытия из диоксида кремния и его отверждения доводят рН суспензии до 3,0, добавляют раствор алюмината натрия в количестве, эквивалентном 2,8 мас. % оксида алюминия с одновременным доведением рН до 5,0-6,0, затем доводят рН суспензии до 7,5 и производят выделение пигмента. Доведение рН суспензии до 10,0 и 7,5 осуществляют добавлением раствора гидроксида натрия, а доведение рН суспензии до 9,4, 3,0 и 5,0-6,0 осуществляют добавлением раствора серной кислоты.

Изобретение относится к улучшенному процессу получения красителя на основе диоксида титана, отличающегося хорошей прочностью, оптическим качеством и легкостью ведения процесса. В частности, изобретение относится к улучшенному процессу периодического типа для получения красителей на основе диоксида титана, покрытых раздельными и дискретными слоями диоксида кремния и оксида алюминия, быстрым, доступным и экономически выгодным способом.

Улучшенный процесс настоящего изобретения можно использовать для обработки либо анатаза, либо рутила, красителя на основе диоксида титана, полученного любым способом. Таким образом улучшенный процесс настоящего изобретения является приемлемым для обработки красителя на основе диоксида титана, полученного любым из хорошо известных процессов: сульфатным или хлоридным.

Первая стадия процесса предлагаемого способа включает образование водной пасты из диоксида титана, которую следует обработать, доведение пасты до щелочного рН и нагревание пасты с доведенным рН до требуемой повышенной температуры. Благоприятно, когда водная паста образуется путем суспендирования красителя, прошедшего мокрое измельчение и гидравлическую классификацию в водной среде, такой как вода, в количестве, достаточном для получения пасты, содержащей от около 20 до около 45 мас. % твердых веществ. Кроме того, диспергирующий агент, растворимый в используемой водной среде, также можно добавить к пасте для поддержания красителя в хорошо диспергированном состоянии в водной среде. Представительными примерами подходящих диспергирующих агентов являются такие водорастворимые неорганические соединения, как гексаметафосфат натрия, полифосфат натрия, гидроксид натрия и другие.

Красители на основе диоксида титана, полученные либо по сульфатному, либо по хлоридному процессу, являются по своей природе кислотными и образуют пасту, имеющую кислотный рН, когда их суспендируют в водной среде. Для отложения диоксида кремния на таких красителях и особенно для отложения диоксида кремния в форме плотного аморфного покрытия необходимо, чтобы рН пасты был установлен до значения по крайней мере 98. Как правило, этот рН легко получить путем добавления к пасте водорастворимого щелочного соединения, такого как аммиак, гидроксид натрия или другого подходящего щелочного соединения. Количества добавляемого к пасте щелочного соединения должно быть достаточно для достижения рН пасты по крайней мере 9, 8, а желательно, чтобы рН находился в области от около 9,8 до около 10,2.

Образующаяся однажды паста нагревается до повышенной температуры и поддерживается при вышеназванной температуре в течение остатка процесса. Обычно повышенные температуры, используемые на практике, находятся в области от около 75^оС до около 90^оС.

После образования и нагревания пасты к нагретой пасте быстро добавляется водорастворимый силикат в количестве, достаточном для обеспечения от около 0,5 до около 5,0 мас. % из диоксида кремния аморфного покрытия от общего веса покрытого красителя на основе диоксида титана. Для предлагаемого способа можно использовать любой водорастворимый силикат, способный обеспечить отложение диоксида кремния на красителе из диоксида титана при рабочих условиях процесса. Обычно предпочтительным водорастворимым силикатом является силикат натрия, хотя также можно использовать и подобные водорастворимые силикаты щелочных металлов.

Нагретая паста, содержащая добавленный водорастворимый силикат, поддерживается при рН от около 9,8 и при повышенной температуре, в области от около 75^оС до около 90^оС, в течение времени, достаточном для того, чтобы началось отложение и отверждение диоксида кремния на красителе, содержащемся в пасте. Обычно этот период времени составляет от около 5 мин до около 40 мин, причем предпочтительным является от около 15 до около 20 мин. В течение этого периода диоксид кремния, осажденный из добавленного водорастворимого силиката, образует центры кристаллизации на поверхности красителя на основе диоксида титана, из которой и происходит рост плотного аморфного покрытия из диоксида кремния. Так как происходит и далее осаждение диоксида кремния и его притяжение к этим центрам кристаллизации и рост происходит непрерывно, то поверхность красителя из диоксида титана покрывается по существу непрерывно, образуя твердое покрытие из диоксида кремния.

Важно поддерживать определенные значения рН и температуры в течение периода начального осаждения и отверждения. С помощью известных средств можно достичь любые рабочие параметры процесса. Например, если требуется корректировка рН пасты в течение этого периода, то ее можно достичь с помощью простого добавления подходящей кислоты (например, серной) или подходящего основания (например, гидроксида натрия) к пасте. Далее температуру пасты в течение этого периода можно поддерживать путем использования любых обычных нагревательных средств, включая использование водяного пара.

В конце этого периода к пасте быстро добавляют кислоту, например серную, для установления рН пасты в пределах от около 9,2 до около 9,4 для улучшения осаждения и отверждения плотного диоксида кремния. После завершения такой корректировки рН пасты поддерживают при таком откорректированном значении рН в течение дополнительного периода времени от около 5 до около 40 мин, причем предпочтительно, чтобы это время составляло от около 15 до около 20 мин. Это дополнительное время требуется для завершения отложения и отверждения плотного покрытия из диоксида кремния, отложившегося на красителе.

После завершения периода отложения и отверждения паста подвергается второй быстрой корректировке рН. Эта вторая корректировка также достигается путем быстрого добавления кислоты, например серной, к пасте. На этой инстанции рН пасты устанавливается в пределах от 2,8 до около 3,2. При этом значении начинается добавление к пасте водорастворимого соединения алюминия, способного привести к получению оксида алюминия для отложения его на плотном, аморфном покрытом диоксидом кремния красителя на основе диоксида титана. Водорастворимое соединение алюминия добавляется в количестве, достаточном для повышения рН пасты до значения в пределах от около 5,5 до около 6,5. В пределах этой области рН оксид алюминия легко осаждается из пасты и откладывается на красителе из диоксида титана, покрытом диоксидом кремния.

Для целей настоящего изобретения и для получения продуктов, полученных на основе диоксида титана, можно использовать любое водрастворимое соединение, содержащее алюминий, способное обеспечить получение оксида алюминия для отложения на красителе из диоксида титана, покрытом диоксидом кремния. Полезными соединениями алюминия могут быть соединения либо щелочные, либо кислотные по своей природе. Представителями, но не ограничивающими примерами таких соединений, могут быть алюминат натрия, сульфат алюминия и тому подобные. Предпочтительным соединением алюминия для использования в процессе настоящего изобретения является алюминат натрия.

Однажды достигнув значения рН пасты в пределах от 5,5 до 6,5, добавление соединения алюминия продолжается непрерывно вместе с одновременным добавлением кислоты, например серной, для поддержания рН пасты в вышеназванных пределах. Добавление водорастворимого соединения алюминия продолжается до тех пор, пока все количество добавленного водорастворимого соединения алюминия не будет достаточно для обеспечения от около 1,5 до около 5,0 мас. % , а желательно от 2,0 до около 3,0 мас. % покрытия из оксида алюминия, в качестве внешнего покрытия на красителе, покрытом диоксидом кремния на весь вес покрытого диоксида титана. В соответствии с этим стадия отложения оксида алюминия является необходимой для поддержания рН пасты ниже 7,0, желательно от около 5,5 до около 6,5 для обеспечения красителя, имеющего большой объемный вес, что сводит к минимуму прохождение красителя в процессе мокрого вальцевания обработанного красителя.

После завершения добавления соединения алюминия значение рН пасты достигает от около 6,7 до около 6,9 благодаря использованию щелочи, например гидроксида натрия, и фильтрования. Покрытый краситель на основе диоксида титана, извлеченный путем фильтрования, промывается для удаления любых растворимых солей, прилипающих к красителю, высушивается, а затем подвергается окончательному сортированию по размерам, используя известные методики вальцевания жидкостей.

П р и м е р. 1566 г диоксида титана смешивают с достаточным количеством воды для получения пасты, содержащей 35 мас. % твердых веществ, эту пасту нагревают до 90^оС. РН этой нагретой пасты кислотное и достигает значения 10 путем добавления к ней 17,5 мл 5N раствора гидроксида натрия. Затем к нагретой пасте добавляют 90,5 мл силиката натрия, так как 216 г/л раствора эквивалентно 1,2 мас. % диоксида кремния (SiO₂). Это добавление продолжается в течение около 6,5 мин и после завершения этого добавления рН пасты достигает 10,5. Пасту выдерживают при таком рН и 90^оС приблизительно 20 мин.

Когда это время подходит к концу, рН пасты быстро корректируется до значения 9,4 путем быстрого добавления 4,0 мл 96% -ного раствора серной кислоты, пасту выдерживают при таком рН и вышеназванной температуре до завершения отложения и отверждения SiO₂ на красителе.

За этим следует второй цикл 20-минутного отложения и отверждения, рН пасты опять быстро корректируется до значения 3,0 путем добавления далее 5,5 мл вышеназванного 96% -ного раствора серной кислоты. Оптимально надо добавить к пасте 62,6 мл сульфата магния в виде 250 г/л раствора для последующего ведения процесса, за чем следует добавление 176,8 мл алюмината натрия в виде 258 г/л раствора, что эквивалентно 2,8 мас. % оксида алюминия (Al₂O₃). Добавление алюмината натрия происходит в течение 24 мин, в течение этого времени рН пасты возрастает до значения 5,5±0,5 путем одновременного добавления далее 44 мл 96% -ного раствора серной кислоты.

После завершения добавления к пасте алюмината натрия рН пасты корректируется до значения 7,5 путем добавления 50,5 мл 5N раствора гидроксида натрия. Затем пасту отфильтровывают, краситель промывают дистиллированной водой, высушивают и гранулируют обычным способом.

Обработанный краситель характеризуется тем, что он обладает значением фотокаталитической активности, равным 1,19, значением алкидного рассеивания, равным 5,86, и значением акрилового глянца, равным 54. Эти значения указывают на то, что краситель имеет очень хорошую прочность, укрывистость и глянцевитость.

Использование: для получения красителей. Сущность изобретения: рН водной суспензии диоксида титана доводят до 10,0 и нагревают до 90С, добавляют раствор силиката натрия в количестве, эквивалентном 1,2 мас. % осаждаемого диоксида кремния, выдерживают при 90С, доводят рН до 9,4, после осаждения покрытия из диоксида кремния и его отверждения доводят рН до 3,0, добавляют раствор алюмината натрия в количестве, эквивалентном 2,8 мас. % оксида алюминия с одновременным доведением рН до 5,0 - 6,0, затем доводят рН до 7,6 и выделяют пигмент. Доведение рН до 10,0 и 7,5 осуществляют добавлением раствора гидроксида натрия, а до 9,4, 3,0 и 5,0 - 6,0 - добавлением раствора серной кислоты. 2 з. п. ф-лы.

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПИГМЕНТА ДИОКСИДА ТИТАНА, включающий введение в нагретую водную суспензию диоксида титана водного раствора силиката натрия для осаждения внутреннего покрытия из диоксида кремния, последующее введение в суспензию водного раствора алюмината натрия для осаждения наружного покрытия из оксида алюминия и выделение пигмента, отличающийся тем, что, с целью повышения качества пигмента, pH суспензии доводят до 10,0 и нагревают до 90^oС, к нагретой суспензии добавляют раствор силиката натрия в количестве, эквивалентном 1,2 мас. % осаждаемого диоксида кремния, выдерживают при 90^oС, доводят pH суспензии до 9,4 при той же температуре, после осаждения покрытия из диоксида кремния и его отверждения доводят pH суспензии до 3,0, добавляют раствор алюмината натрия в количестве, эквивалентном 2,8 мас. % оксида алюминия с одновременным доведением pH до 5,0 - 6,0, затем доводят pH суспензии до 7,5 и производят выделение пигмента. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что доведение pH суспензии до 10,0 и 7,5 осуществляют добавлением раствора гидроксида натрия. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что доведение pH суспензии до 9,4, 3,0 и 5,0 - 6,0 осуществляют добавлением раствора серной кислоты.