СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЦВЕТНЫХ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ПИГМЕНТОВ Российский патент 1996 года по МПК C09C1/00 

Описание патента на изобретение RU2054443C1

Изобретение относится к пигментной технике, в частности к технологии получения цветных неорганических пигментов, которые могут быть использованы в лакокрасочной промышленности в производстве микропластика.

В промышленности существуют различные способы получения неорганических пигментов, содержащих в своем составе оксиды различных металлов, определяющих тот или иной цвет готового продукта.

Известен способ получения пигментов синего цвета из растворов солей кобальта, алюминия и хрома, включающий их осаждение, отделение осажденного продукта центрифугированием, промывку, сушку его и последующее прокаливание при температуре 870-1100оС в течение 1-2 ч.

Недостатки данного способа в основном определяются длительностью операции прокаливания при высоких температурах. Кроме того, данный способ многостадиен [1]
Известен способ получения неорганических пигментов сине-зеленой гаммы цвета, включающий осаждение гидроксидного продукта из раствора азотнокислых солей кобальта, отделение осадка центрифугированием, гидротермальную обработку в среде насыщенного пара и воздуха при температуре 250-300оС в течение 1,5-2,5 ч, замораживание его при температуре минус 5 минус 10оС в течение 2-3 ч, промывку и сушку.

К недостаткам этого способа следует отнести его многостадийность, длительность и трудоемкость операций обработки пигмента в процессе его получения [2]
Известны также способы получения цветных неорганических пигментов, основанные на смешении сухих компонентов и их последующем обжиге.

Например, известен способ получения желтого пигмента, включающий смешивание оксидов железа, титана и цинка с хлоридом натрия, прокаливание полученной смеси при 850-870оС в течение 2 ч, измельчение и последовательную обработку его парами AlCl3 и Н2О при температуре 400-500оС в течение 2-3 ч. Проводят 3-5 циклов обработки. Этот способ многостадиен, трудоемок и длителен из-за необходимости проведения нескольких циклов обработки пигмента парами AlCl3 и Н2О, каждый из которых длится в течение 2-3 ч [3]
Известен также способ получения неорганических пигментов синего цвета, заключающийся в смешивании солей кобальта или кобальта и цинка с сульфатом или гидроксидом алюминия в кварцевой ванне, упаривании смеси при перемешивании до образования гомогенной массы, обезвоживании полученной смеси при 300-350оС с последующим прокаливанием ее при 1000-1200оС в течение 1,5-2 ч [4]
Данный способ энергоемок и требует сложных технологических условий для получения готового продукта, связанных с необходимостью длительного прокаливания шихты при высоких температурах Для расширения цветовой гаммы пигментов по данному способу необходимо использовать различные исходные компоненты и менять параметры процесса.

Наиболее близким к изобретению является способ получения цветных неорганических пигментов на основе диоксида титана, включающий приготовление смеси из соединений, пигментообразующих компонентов или мочевины с добавлением оксида или гидроксида щелочного или щелочно-земельного металла с последующим обезвоживанием полученной пастообразной массы высушиванием и термообработкой при 900оС. Введение в состав для приготовления пигмента мочевины в количестве 0,5-5 мас. и указанных добавок позволяет улучшить малярно-технические свойства пигмента, например светостойкость, маслоемкость. Пигменты по известному способу имеют красящую способность на уровне 107-134 отн.ед. [5]
Данный способ достаточно энергоемок вследствие высокой температуры прокаливания, а получаемые при этом пигменты имеют ограниченную цветовую гамму, преимущественно лимонного цвета.

Целью изобретения является разработка более простого, менее энергоемкого способа получения цветных неорганических пигментов из солей металлов или солей металлов и оксидов за счет сокращения времени и температуры прокаливания реакционной смеси и расширение цветовой гаммы пигментов.

Цель достигается предложенным способом, который заключается в следующем.

Смешивают соли металлов или соли металлов и оксиды, добавляют мочевину в качестве горючего, полученную реакционную смесь помещают в предварительно нагретую до 450-550оС печь и выдерживают при этой температуре до ее возгорания, во время которого и происходит прокаливание шихты с образованием готового продукта. При этом мочевину берут в количестве, обеспечивающем нулевой кислородный баланс системы окислитель-горючее, где окислителем является кислород солей металлов или солей металлов и оксидов.

Данный способ короток по времени. Весь процесс занимает 5 мин, отпадает необходимость длительного прокаливания реакционной смеси при высоких температурах. Все это упрощает процесс и делает его менее энергоемким. Кроме того, используя соли различных металлов, данным способом можно получать пигменты различной цветовой гаммы, что подтверждается следующими примерами реакции в процессе образования пигментов.

19,2 H2O


+N,34H2O
Сущность способа поясняется следующим.

Соли металлов или соли металлов и оксиды смешивают до пастообразного состояния. В некоторых случаях в смесь компонентов добавляют воду для достижения более равномерного их распределения. Операцию смешивания проводят в течение промежутка времени, достаточного для достижения хорошей гомогенизации. Мочевину добавляют либо сразу при смешивании исходных компонентов, либо добавляют ее к уже полученной смеси солей металлов или солей металлов и оксидов. Полученную реакционную смесь помещают в предварительно нагретую до температуры 450-550оС печь или любое другое нагревательное устройство, выдерживающее высокие температуры. Первоначально при температуре 100-300оС происходит процесс обезвоживания и выделения большого количества газообразных продуктов, для удаления которых используется вытяжная вентиляция. Затем смесь набухает, самовоспламеняется и сгорает с пламенем. Весь процесс длится 5 мин. Продолжительность горения с пламенем приблизительно 2 мин. Во время этого горения и происходит прокаливание шихты с образованием готового продукта. Температура пламени, определяемая с помощью пирометра, приблизительно 1600оС.

Полученный продукт в зависимости от исходных компонентов может представлять собой грубодисперсный порошок, спеки или мелкоразрушающиеся хлопья. Все они требуют дальнейшего измельчения для придания полученным пигментам товарного вида. Для этого полученный продукт охлаждают и измельчают на мельницах центробежно-ударного или шарового типа, что позволяет получить тонкодисперсный порошок с медианой полученного грансостава 0,2-1,0 мкм. Химический состав получаемых пигментов определяли на рентгеновском дифрактометре "Дрон-2". Рентгеноструктурный анализ показал, что полученные таким образом пигменты имеют высокую степень чистоты и гомогенности. Содержание примесей в них не превышает 1% Метод получения неорганических пигментов по предлагаемому способу основан на сжигании реакционной смеси солей металлов или солей металлов и оксидов и мочевины, где соли выполняют функцию окислителя, а мочевина горючего. Высокая температура, требуемая для образования оксидных пигментов, достигается экзотермичностью окислительно-восстановительной реакции, что исключает необходимость длительного прокаливания шихты при высоких температурах. Для осуществления возгорания реакционной смеси и протекания окислительно-восстановительной реакции достаточно поместить ее в предварительно нагретую до 450-550оС печь. Причем при температуре менее 450оС образования пигмента не происходит, так как идет постепенное разложение солей. Нагревание же печи выше 550оС нецелесообразно, так как температура 450-550оС является достаточной для возгорания шихты и дальнейшее ее повышение приводит к лишним энергозатратам.

Мочевину берут в количестве, обеспечивающем нулевой кислородный баланс системы окислитель-горючее, где окислителем является кислород смеси солей металлов или смеси солей металлов и оксидов, а мочевина выполняет функцию горючего. При введении меньшего количества мочевины шихта не горит, так как идет процесс термического разложения составляющих ее компонентов без образования целевого продукта. Увеличение количества вводимой мочевины нежелательно, так как при этом снижается выход готового продукта. Кроме того, в нем остается недогоревший углерод в виде черных вкраплений, для удаления которого необходимо дополнительное прокаливание готового пигмента.

Пример расчета кислородного баланса при синтезе синего пигмента.

8 Al(NO3)3•9H2O+CO(NO3)2•6 H2O= 4Al2O3+CoO+ 13 N2+ + 78 H2O
1. Для выделения 1 г кислорода необходимо:
3292/1040 3,172 окислителя
2. 1 г кислорода достаточно для сгорания:
+ 1,5 O2= + N2+H2O; 1,25 г мочевины
3. Для сгорания 27 г мочевины необходимо
= 68,4 г окислителя
4. Коэффициент обеспеченности состава окислителем
l 1,07
5. Значение кислородного баланса
n 1,45
6. Для выполнения условия нулевого кислородного баланса необходимо мочевины:
3,17 + 1,25 4,42 г;
мочевины 28,3
Качество синего пигмента в зависимости от значения кислородного баланса представлено в табл.1.

Изобретение позволяет сократить примерно в 20-25 раз длительность операции прокаливания, т.е. уменьшить энергоемкость и упростить процесс получения цветных неорганических пигментов и получить пигменты различной цветовой гаммы.

Способ прост и в аппаратурном оформлении. Для измельчения материалов, смешивания их и нагревания применяются общепринятые в технике устройства.

Разработанный способ получения позволяет получать неорганические пигменты, не уступающие по физическим свойствам существующим аналогам.

П р и м е р 1. 66 г 9-водного азотнокислого алюминия Al(NO3)3.9H2O смешивают с 7 г 6-водного азотнокислого кобальта Co(NO3).2

6H2O и с 27 г мочевины CO(NH2)2 в фарфоровой ступке до пастообразного состояния. Для улучшения качества перемешивания и получения гомогенной смеси в состав добавляют 3-5 г воды. Тщательно перемешанную шихту помещают в предварительно нагретую до 450-550оС муфельную печь и выдерживают ее при этой температуре до возгорания реакционной смеси. В результате получают пигмент темно-синего цвета с химической формулой CoO 4Al2O3 в виде хлопьев. Полученный продукт охлаждают и измельчают на мельнице центробежно-ударного или шарового типа для придания ему товарного вида. Готовый пигмент представляет собой тонкодисперсный порошок плотностью 4,6 г/см3.

Остальные примеры осуществления способа получения неорганических пигментов (2-4) аналогичны вышеприведенному по технологическому исполнению и приведены в табл.2.

Полученные пигменты опробованы в качестве красителей в лакокрасочных материалах. На лабораторной бисерной мельнице приготовлены образцы красок на основе композиционной олифы, где вместо органических красителей использовались неорганические пигменты, полученные описанным способом: алюминат кобальта и хромат кальция.

В связи с тем, что красящая способность данных пигментов ниже, чем у органических красителей, рецептура соответствующих красок была скорректирована в сторону увеличения содержания пигмента до 5% Полученные образцы красок были проверены по всем показателям на соответствие требованиям ТУ 205 РСФСP 11.611-90. Все образцы на основе композиционной олифы удовлетворяют требованиям ТУ по всем показателям. Кроме того, образцы показали повышенную стойкость к статическому воздействию воды и более короткое время высыхания (20-24 ч при требованиям ТУ не более 30 ч).

Кроме того, были получены цветные стеклопластиковые изделия с использованием данных пигментов алюмината кобальта синего цвета и хромата кальция желтого цвета.

Пигмент вводили в отверждающую добавку в количестве до 2,5% от общей массы. Далее процесс проводили по стандартной технологии. Качество полученных изделий контролировалось визуально. Полученные изделия имеют насыщенный цвет и равномерное распределение пигмента по объему.

Похожие патенты RU2054443C1

название год авторы номер документа
Способ получения неорганических пигментов синего цвета 1980
  • Пронь Галина Федоровна
  • Сапожников Юрий Павлович
  • Горбатова Ольга Самуиловна
  • Шапошникова Ольга Николаевна
SU939500A1
КОМПОЗИЦИИ ДЛЯ ОБЛИЦОВОЧНЫХ ПОКРЫТИЙ 2012
  • Андрейчикова Галина Емельяновна
RU2515301C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА НА ОСНОВЕ ОКСИДА КОБАЛЬТА (II) 1992
  • Гайдей Т.П.
  • Хаустова Э.С.
RU2030211C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ ПИГМЕНТОВ ШПИНЕЛЬНОГО ТИПА 2015
  • Радишевская Нина Ивановна
  • Касацкий Николай Григорьевич
  • Назарова Анастасия Юрьевна
  • Львов Олег Владимирович
  • Верещагин Владимир Иванович
  • Максимов Юрий Михайлович
RU2580542C1
ВОДОСОДЕРЖАЩИЙ ПОРОХОВОЙ ВЗРЫВЧАТЫЙ СОСТАВ 1994
  • Пак З.П.
  • Кривошеев Н.А.
  • Жегров Е.Ф.
  • Фалько В.В.
  • Текунова Р.А.
  • Мордвинова Н.А.
  • Мацеевич Б.В.
  • Глинский В.П.
  • Плеханов Н.И.
  • Калацей В.И.
  • Кантор В.Х.
RU2076089C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕРЛАМУТРОВОГО ПИГМЕНТА 1992
  • Ртвеладзе В.В.
  • Любцов В.В.
  • Седнева Т.М.
  • Седнев Ю.М.
RU2057156C1
СЫРЬЕВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕРМОСТОЙКИХ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ПИГМЕНТОВ, СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕРМОСТОЙКИХ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ПИГМЕНТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2009
  • Щипицын Альберт Львович
RU2418830C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СИНЕГО АЛЮМОКОБАЛЬТОВОГО ПИГМЕНТА 2011
  • Пашков Геннадий Леонидович
  • Сайкова Светлана Васильевна
  • Пантелеева Марина Васильевна
  • Линок Елена Витальевна
RU2484025C1
Способ получения прозрачного цветного пигмента 1982
  • Такайи Ватанабе
  • Тамио Ногуши
SU1466651A3
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОБАЛЬТСОДЕРЖАЩИХ ПИГМЕНТОВ 1998
  • Герасимова Л.Г.
  • Склокин Л.И.
  • Касиков А.Г.
  • Ильенок А.А.
  • Клюшников М.И.
RU2139307C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 054 443 C1

Реферат патента 1996 года СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЦВЕТНЫХ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ПИГМЕНТОВ

Изобретение относится к способам получения цветных неорганических пигментов для использования в лакокрасочной промышленности и в производстве микропластиков. Способ включает приготовление смеси из соединений пигментообразующих компонентов и мочевины, взятой в количестве, достаточном для обеспечения не менее нулевого кислородного баланса исходной реакционной смеси, обезвоживание смеси и прокаливание при 450 - 500oС. Достигнуто упрощение и снижение энергоемкости способа, расширена цветовая гамма пигментов, в качестве которых получены, например, алюминат кобальта синего цвета и хромат кальция желтого цвета. 2 табл.

Формула изобретения RU 2 054 443 C1

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЦВЕТНЫХ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ПИГМЕНТОВ, включающий приготовление смеси из соединений пигментообразующих компонентов и мочевины, обезвоживание смеси и последующее прокаливание ее, отличающийся тем, что мочевину берут в количестве, достаточном для обеспечения не менее нулевого кислородного баланса исходной реакционной смеси, а прокаливание осуществляют при 450 - 500oС.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1996 года RU2054443C1

Печь для непрерывного получения сернистого натрия 1921
  • Настюков А.М.
  • Настюков К.И.
SU1A1
Способ получения неорганических пигментов сине-зеленого цвета 1983
  • Калиниченко Иван Иванович
  • Антропова Ольга Алексеевна
  • Пуртов Анатолий Иванович
SU1213051A1
Разборный с внутренней печью кипятильник 1922
  • Петухов Г.Г.
SU9A1
Аппарат для очищения воды при помощи химических реактивов 1917
  • Гордон И.Д.
SU2A1
Способ получения неорганических пигментов шпинельной структуры сине-зеленой гаммы цвета 1989
  • Калиниченко Иван Иванович
  • Пуртов Анатолий Иванович
  • Антропова Ольга Алексеевна
  • Белоконова Надежда Анатольевна
  • Чехомова Любовь Федоровна
  • Никоненко Евгения Алексеевна
SU1713915A1
Разборный с внутренней печью кипятильник 1922
  • Петухов Г.Г.
SU9A1
Переносная печь для варки пищи и отопления в окопах, походных помещениях и т.п. 1921
  • Богач Б.И.
SU3A1
Авторское свидетельство СССР N 1511926, кл
Разборный с внутренней печью кипятильник 1922
  • Петухов Г.Г.
SU9A1
Очаг для массовой варки пищи, выпечки хлеба и кипячения воды 1921
  • Богач Б.И.
SU4A1
Способ получения неорганических пигментов синего цвета 1980
  • Пронь Галина Федоровна
  • Сапожников Юрий Павлович
  • Горбатова Ольга Самуиловна
  • Шапошникова Ольга Николаевна
SU939500A1
Разборный с внутренней печью кипятильник 1922
  • Петухов Г.Г.
SU9A1
Кипятильник для воды 1921
  • Богач Б.И.
SU5A1
Состав для получения пигмента лимонного цвета на основе диоксида титана 1986
  • Гергаулова Раиса Григорьевна
  • Кабанова Татьяна Николаевна
  • Васильев Лев Николаевич
  • Горбунова Карина Николаевна
  • Иванов Виктор Григорьевич
SU1416500A1
Разборный с внутренней печью кипятильник 1922
  • Петухов Г.Г.
SU9A1

RU 2 054 443 C1

Авторы

Петров Е.А.

Соловьев В.С.

Климов А.В.

Комаров В.Ф.

Сакович Г.В.

Даты

1996-02-20Публикация

1992-11-25Подача