Изобретение относится к обработке неорганических неволокнистых материалов с целью усиления их пигментирующих и наполняющих свойств, а более точно касается белого пигмента и способа его получения.
Данное изобретение может быть использовано при получении механоактивированных пигментов белого цвета. Пигменты, полученные по данному способу, были успешно испытаны в промышленных условиях при получении декоративных материалов, таких как пентафталевые эмали, масляные, акриловые, перхлорвиниловые, порошковые, водоэмульсионные краски, грунтовки глифталевые, цементные и известковые краски, искусственные кожи, белые цементы, пластические массы, пленочные материалы, бумажно-слоистые пластики, строительная керамика (глазурованный кирпич, кафельная плитка).
Известен способ получения пигментов (RU, 2077545, С1), содержащих синтетические силикаты или природные минералы и цветоноситель в соотношении 80-20, включающий совместную обработку частиц цветоноснтеля и минерала в аппарате для измельчения планетарного типа при воздействии центробежной силы с ускорением 20-55 g в течение 1-5 мин.
Способ осуществляют в два этапа: при указанном режиме сначала обрабатывают минерал, а затем смесь активированного минерала с цветоносителем.
Способ получения пигмента заключается в том, что выполняют механоактивацию минерала природного или искусственного происхождения с измельчением при воздействии центробежной силы, смешивают до гомогенного состояния механоактивированный минерал с белым цветоносителем, подвергают полученную смесь механоактивированного минерала и белого цветоносителя механоактивации с измельчением при воздействии центробежной силы, получая белый цветообразующий продукт.
По примеру 1 отбеленные синтетические силикаты, содержащие волластонит от 5 до 30 мас.ч., ранкинит от 5 до 40 мас.ч., γ-двухкальциевый силикат от 10 до 75 мас.ч., помещают в мелющий аппарат планетарного типа. Загрузка мелющих тел 0,5 барабана по объему, ускорение центробежной силы в аппарате 40 g. В качестве мелющих тел использовались порфиритовые и металлические шары диаметром 5-7 мм. При указанном режиме силикаты кальция обрабатывают в течение 1 мин. После этого смесь механоактивированного синтетического минерала с двуокисью титана в соотношении 80:20 мас.ч. обрабатывают при том же режиме в течение 5 мин.
По примеру 6 тальк помещают в мелющий аппарат планетарного типа. Загрузка мелющих тел 0,5 барабана по объему, ускорение центробежной силы в аппарате 40 g. В качестве мелющих тел использовались порфиритовые и металлические шары диаметром 5-7 мм. При указанном режиме тальк обрабатывают в течение 1 мин. После этого смесь механоактивированного талька с двуокисью титана в соотношении 80:20 мас.ч. обрабатывают при том же режиме в течение 5 мин.
Известен пигмент (RU, 2077545, С1), содержащий цветоноситель и механоактивированный минерал природного или искусственного происхождения, взятые при следующем соотношении, мас.%:
Механоактивированный минерал - 80
Цветоноситель - 20
Данный способ получения пигментов и пигменты, получаемые в соответствии с данным способом, имеют ограничительные признаки, не позволяющие производить серийно пигменты заданного белого цвета. Указанный способ позволяет получить белый пигмент до некоторой степени произвольного оттенка. Полученный пигмент является фактически цветообразующим продуктом для получения белого пигмента высшего качества - заменителя диоксида титана. Это обусловлено отсутствием аппаратурного контроля цвета компонентов сырьевой смеси, нестабильностью их цвета, отсутствием механизма коррекции цвета готового продукта.
Высокая степень ускорения до 40 g является излишней, т.к. процессы идут при любом ускорении, превышающем земную гравитацию 9,8 g.
В процессе получения пигментов непрерывным способом длительность обработки до 5 мин является препятствующим параметром, ограничивающим область применения данного метода только для производства пигментов отдельными партиями в дискретном режиме работы мельницы. При непрерывном режиме переработки материалов вихревой поток движется со скоростью 0,5 кг/с, то есть за 33 с смесь материалов проходит весь процесс обработки в планетарной мельнице, например виброцентробежной.
Таким образом, данный пигмент и способ его получения не позволяют осуществлять механохимическую активацию в непрерывном потоке бесцветного минерала в смеси с белым цветоносителем при ускорении, превышающем земное притяжение, и не позволяют создать непрерывным способом белый пигмент гарантированного цвета в соответствии с эталоном белого цвета Европейской пантографической шкалы THE PANTONE.
В основу данного изобретения положена задача создания пигмента и способа получения пигмента, которые позволяют за счет механической активации взятых в заданном соотношении белого цветообразующего продукта и белого цветоносителя путем помола до уменьшения межфазовой энергии при воздействии центробежной силы с ускорением, превышающем земное притяжение 9,8 g, создать непрерывным способом пигмент гарантированного белого цвета в соответствии с эталоном белого цвета Европейской пантографической шкалы THE PANTONE с улучшенными его оптическими, красящими, технологическими и эксплуатационными свойствами.
Данная задача решается за счет автоматического дозирования компонентов рабочей смеси и коррекции дозировки компонентов рецептуры посредством измерения полного цветового различия ΔЕ между цветом эталона компонента и конкретного образца на универсальном анализаторе цвета, который является спектроколориметром диффузного рассеяния с картотекой эталонов цветов.
Соотношение белого механоактивированного цветообразующего продукта и цветоносителя 4:1 обусловлено необходимостью получения белого пигмента в соответствии с эталоном белого цвета Европейской пантографической шкалы. Отклонение от данного соотношения приводит к отклонению от эталона цвета. Использование минерала с белизной менее 90% приводит к погрешностям в цвете, то есть также к отклонению от цвета эталона.
Поставленная задача решается тем, что пигмент, содержащий механоактивированный минерал природного или искусственного происхождения и белый цветоноситель, согласно изобретению получают из белого цветоносителя, представляющего собой пигментный диоксид титана рутильной формы TiO2, устойчивый к воздействию ультрафиолетового облучения, а в качестве механоактивированного минерала природного или искусственного происхождения используется минерал, характеризующийся белизной, равной 90% и более процентов абсолютной шкалы, и представляющий собой механоактивированный с измельчением до уменьшения межфазовой энергии при воздействии центробежной силы с ускорением, превышающим земное притяжение 9,8 g, бесцветный минерал; при этом механоактивированный минерал и белый цветоноситель взяты при следующем соотношении, мас.%:
Механоактивированный минерал - 64
Цветоноситель - 36
Возможно, что механоактивированный минерал имеет температуру термического разложения выше температуры переработки получаемого пигмента.
Возможно, что пигмент по любому из п.п.1, 2 содержит дополнительно гидрофобную добавку в виде стеарата кальция в количестве от 0,5 до 1,5% от общей массы пигмента.
Возможно, что пигмент по любому из п.п.1, 2, 3 содержит дополнительно для снижения растрескивания пластических масс и улучшения смачиваемости пигмента дисперсионной средой добавку в виде стеарата алюминия в количестве от 0,5 до 1,5% от общей массы пигмента.
Возможно, что пигмент по любому из п.п.1, 2, 3, 4 содержит дополнительно добавку в виде люминора красно-фиолетового 440 РТ в количестве от 0,5 до 1,5% от общей массы пигмента, являющуюся активатором пластмассовых сцинтилляторов.
Возможно, что пигмент по любому из п.п.1, 2, 3, 4, 5 содержит дополнительно добавку - антикоагулянт в количестве от 0,5 до 1,5% от общей массы пигмента.
Возможно, что пигмент по любому из п.п.1, 2, 3, 4, 5, 6 содержит дополнительно добавку, повышающую степень сродства с окрашиваемой композицией в количестве от 0,5 до 1,5% от общей массы пигмента.
Возможно, что пигмент по любому из п.п.1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 содержит дополнительно добавку в виде ингибиторов фотохимических процессов, а именно оксид кремния SiO2, оксид алюминия Аl2О3, оксид цинка ZnO, в количестве от 0,5 до 3% от общей массы пигмента.
Возможно, что пигмент по любому из п.п.1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 содержит дополнительно добавку в виде сульфата свинца 2PbSO4•Pb(OH)2, или 2РbСO3•Рb(ОН)2, или фосфата цинка Zn3(PO4)2•nH2O для улучшения антикоррозионных свойств пигмента в количестве от 3 до 5% от общей массы пигмента.
Возможно, что пигмент по любому из п.п.1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 содержит дополнительно добавку-подцветку для повышения белизны в виде голубого фталоцианинового красящего продукта, стойкого к воздействию ультрафиолетового облучения, и/или флуоресцентный красящий продукт, и/или белофор в количестве от 0,1 до 0,5% от общей массы пигмента.
Также поставленная задача решается тем, что в способе получения пигмента, заключающемся в том, что выполняют механоактивацию минерала природного или искусственного происхождения с измельчением при воздействии центробежной силы, смешивают механоактивированный минерал с белым цветоносителем в соотношении 4: 1 в первом смесителе дискретно-непрерывного принудительного действия, подвергают полученную смесь механоактивированного минерала и белого цветоносителя механоактивации с измельчением при воздействии центробежной силы, получая белый механоактивированный цветообразующий продукт, согласно изобретению одновременно осуществляют загрузку белого цветоносителя в расходный бункер, затем дозируют и взвешивают заданное его количество и подают во второй смеситель дискретно-непрерывного принудительного действия и смешивают в нем с белым цветообразугощим продуктом в соотношении 1:4, затем полученную гомогенную рабочую смесь подвергают в непрерывном потоке механоактивации до уменьшения межфазовой энергии при воздействии центробежной силы с ускорением, превышающим земное притяжение 9,8 g, полученный после механоактивации белый пигмент подают в бункер-накопитель и затем упаковывают в потребительскую тару, при этом в первый смеситель дискретно-непрерывного принудительного действия подают механоактивированный минерал природного или искусственного происхождения, характеризующийся белизной, равной 90% и более процентов абсолютной шкалы, и представляющий собой механоактивированный с измельчением до уменьшения межфазовой энергии при воздействии центробежной силы с ускорением, превышающим земное притяжение 9,8 g, бесцветный минерал, а механоактивацию смеси механоактивнрованного минерала и белого цветоносителя осуществляют в непрерывном потоке путем измельчения до уменьшения межфазовой энергии при воздействии центробежной силы с ускорением, превышающим земное притяжение 9,8 g.
Возможно, что согласно изобретению в винтовой питатель-дозатор непрерывного действия подают по меньшей мере одну из добавок по п.3, 4, 5, 6, 7 при подаче механоактивированного минерала в первый смеситель дискретно-непрерывного принудительного действия.
Возможно, что по любому из п.п.11, 12 согласно изобретению в дополнительный смеситель дискретно-непрерывного принудительного действия подают по меньшей мере одну из добавок по п.8, 9, 10.
Белый пигмент широко применяется как в производстве лакокрасочных материалов, так и во многих других областях применения, таких как производство керамики, пластических масс, декоративных строительных материалов.
В процессе окрашивания различных композиций данный белый пигмент проявляет свойства, характерные для неорганических пигментов, а именно критическую объемную концентрацию, стойкость к воздействию высоких температур, агрессивных сред, повышенную атмосферо- и светостойкость, не растворим в связующих, обладает высокой термо-, кислото- и щелочестойкостью, низкой маслоемкостью, не склонен к агрегации и ассоциации с образованием крупных частиц, что проявляется при определении его скорости диффузии, седиментации и других свойств. Объем потребления во всех смежных технологиях составляет 70% от общего объема потребления пигментов.
В дальнейшем изобретение поясняется конкретным примером выполнения и сопровождающим чертежом, на котором изображена аппаратурная технологическая схема производства по способу получения пигмента согласно изобретению.
Пигмент содержит механоактивированный минерал природного или искусственного происхождения и белый цветоноситель. Белый цветоноситель представляет собой пигментный диоксид титана рутильной формы TiO2, устойчивый к воздействию ультрафиолетового облучения, а в качестве механоактивированного минерала природного или искусственного происхождения используется минерал, характеризующийся белизной, равной 90% и более процентов абсолютной шкалы, и представляющий собой механоактивированный с измельчением до уменьшения межфазовой энергии при воздействии центробежной силы с ускорением, превышающим механоактивированный минерал и белый цветоноситель взяты при следующем соотношении, мас.%
Механоактивированный минерал - 64
Цветоноситель - 36
Способ получения пигмента заключается в том, что выполняют механоактивацию минерала природного или искусственного происхождения с измельчением при воздействии центробежной силы. Смешивают механоактивированный минерал с белым цветоносителем в соотношении 4:1 в первом смесителе дискретно-непрерывного принудительного действия. Подвергают полученную гомогенную смесь механоактивированного минерала и белого цветоносителя механоактивации с измельчением при воздействии центробежной силы, получая белый цветообразугощий продукт. Одновременно осуществляют загрузку белого цветоносителя в расходный бункер. Дозируют и взвешивают заданное количество белого цветоносителя и подают во второй смеситель дискретно-непрерывного принудительного действия. Смешивают в нем белый цветоноситель с белым цветообразующим продуктом в соотношении 1:4. Полученную гомогенную рабочую смесь подвергают в непрерывном потоке механоактивации до уменьшения межфазовой энергии при воздействии центробежной силы с ускорением, превышающим земное притяжение 9,8 g. Полученный после механоактивации белый пигмент подают в бункер-накопитель и затем упаковывают в потребительскую тару. При этом в первый смеситель дискретно-непрерывного принудительного действия подают механоактивированный минерал природного или искусственного происхождения, характеризующийся белизной, равной 90% и более процентов абсолютной шкалы, и представляющий собой механоактивированный с измельчением до уменьшения межфазовой энергии при воздействии центробежной силы с ускорением, превышающим земное притяжение 9,8 g, бесцветный минерал. Механоактивацию смеси механоактивированного минерала и белого цветоносителя осуществляют в непрерывном потоке путем измельчения до уменьшения межфазовой энергии при воздействии центробежной силы с ускорением, превышающим земное притяжение 9,8 g.
В качестве цветоносителя при получении цветообразующего белого кроющего продукта в рецептурной смеси используют следующие продукты:
Двуокись титана пигментная. (Pigment titanium dioxide).
Форма - рутильная, марка РО-2. В рутиле каждый атом титана находится в центре октаэдра и окружен шестью атомами кислорода. Элементарная ячейка рутила состоит из двух октаэдров.
ПДК - 10 мг/м куб. Класс опасности - IV, рН 6,5-8,0.
ГОСТ 9808 "Двуокись титана пигментная. Технические условия".
Химическое название: диоксид титана.
Эмпирическая формула: TiO2.
Структура кристалла (см. в конце текста описания).
В качестве бесцветного минерала (см. таблицу 1-1) синтетического или природного происхождения используется продукт, имеющий не менее 90% белизны в процентах абсолютной шкалы. При этом температура термического разложения минерала должна быть выше температуры переработки получаемого пигмента, а также температуры переработки пигмента при получении декоративных материалов в смежных технологиях в различных областях применения.
Наименование продукта - добавки:
Гидрофобная добавка. - Стеарат кальция технический. ТУ 6-22-05800165-722-93 изм. 1 "Стеарат кальция технический".
Добавка, снижающая растрескивание пластических масс и улучшающая смачиваемость пигмента дисперсионной средой. - Стеарат алюминия технический. П. И. Ермилов, Е. А.Индейкин, И.А.Толмачев "Пигменты и пигментированные лакокрасочные материалы", Ленинград: Химия, 1987 (с.54, 76, 77, 151).
Добавка-активатор пластмассовых сцинтилляторов - люминор красно-фиолетовый 440 РТ. ТУ 6-36-5800151-911-91 "Люминор красно-фиолетовый 440 РТ. Технические условия" - горючее вещество. Температура самовоспламенения - 350oС, аэрогеля - 376oС.
Добавка-антикоаулянт. - Аэросил (синтетический диоксид кремния) - SiO2 форма частид - аморфная. Порошок белого цвета с объемной плотностью 2,6 г/дм3, гранулометрический состав - 0,0015-0,02 мкм - П.И.Ермилов, Е.А.Индейкин, И. А. Толмачев "Пигменты и пигментированные лакокрасочные материалы", Ленинград: Химия, 1987, c.75-77.
Silcron G-100 - SiO2 синтетическая аморфная двуокись кремния. Средний размер частиц по Коултеру - 3,5 мкм. Потери при прокаливании при 1000oС - 8%, содержание диоксида кремния после сжигания >99,0%. Маслоемкость - 275 г/100 г пигмента. рН 7,5.
Плотность 2,1 г/см3. LUBRIZOL coating additives - Каталог фирмы LUBRIZOL (Германия).
Добавка, повышающая степень сродства пигмента с органоразбавляемой композицией. - Воск, модифицированный микронизированным полиэтиленом, например, голландской фирмы EFKA (EFKA-6903) или политетрафторэтиленовый воск, модифицированный микронизированным полиэтиленом (EFKA-6909) (Каталог фирмы EFKA. 2000 г. П.И.Ермилов, Е.А.Индейкин, И.А.Толмачев "Пигменты и пигментированные лакокрасочные материалы", Ленинград: Химия, 1987 (с.128, 129, 136, 137, 150).
Добавка, повышающая степень сродства пигмента с водоразбавляемой композицией - Гранулированный эфир целлюлозы - гидроксилропилметилцеллюлоза, получаемая реакцией целлюлозы с пропиленоксидом и метилхлоридом в присутствии щелочи, например Methocel J75. Порошок белого цвета с объемной плотностью 1,39 г/дм3, гранулометрический состав - 100%<600 мкм. (Каталог The Dow Chemical Company 2000 г.). П.И.Ермилов, Е.А.Индейкин, И.А.Толмачев "Пигменты и пигментированные лакокрасочные материалы", Ленинград: Химия, 1987 (с.128, 129, 136, 137, 150).
Добавки - подцветки:
Голубой фталоцианиновый красящий продукт - комплексная медная соль тетрабензотетразапорфина (Pigment blue phthalocyanine, Cyan С, С=100).
(Федеральный Регистр паспортов безопасности - ФРПБ 05800146 24 02555 от 9 декабря 1996 г. ГОСТ 6220 с изменениями 1-2 "Красители органические. Пигмент голубой фталоцианиновый. Технические условия").
Колор Индекс (Colour Index) - Р.С. 15:1, 2764, α-форма, рН 5,5-7,0, ПДК= 5 мг/м.куб. Класс опасности - III.
Эмпирическая формула: С32Н16N8Сu.
Структурная формула:
Люминофор - вещество, превращающее поглощенную им энергию в световое излучение (см. Вредные вещества в промышленности, т.III, издание 7-е, Химия, Л. : 1977, с. 560-563). Люминофоры не являются простой механической смесью компонентов, но в то же время компоненты не имеют истинной химической связи.
Люминофор К-82. Состав CdS - 5%, ZnS - 95%, Ag, Al - следы. Мелкокристаллический порошок, размер частиц 6-12 мкм. ПДК=100 мг/м3, по кадмию ПДК= 0,1 мг/м3.
Люминофор ЛФ-490-1. Состав Ва - 56,2%, Р - 12,7%, Ti - 4,9%, O - 26,2%, Мелкокристаллический порошок, размер частиц 6-12 мкм. ПДК=4 мг/м3.
Белофоры:
Отбеливающее действие белофоров основано на том, что излучаемый ими свет компенсирует недостаток синих лучей в отраженном материалом (пигментом) свете.
В наименовании белофоров буква "О" обозначает белизну, близкую к нейтральному белому цвету. Вторая буква обозначает основное назначение: "Б" - для бумаги, "Ц" - для целлюлозных волокон, "М" - для химических волокон.
Увитекс ОБ - оптический отбеливатель (Швейцария) (см. Перечень органических и неорганических пигментов и полупродуктов, разрешенных Минздравом РФ для производства ударопрочного полистирола и изделий из него, контактирующих с пищевыми продуктами, и детских игрушек).
Белофор ОМ - (см. ТУ 6-14-130-76). Белофор ОЦ - (см. ТУ 6-14-133-75). Производитель - Рубежанское производственное объединение "Краситель", Украина.
Добавки - ингибиторы фотохимических процессов, а именно: оксид кремния SiO2, оксид алюминия Аl2О3, оксид цинка ZnO (Е.Ф.Беленький и И.В.Рискин "Химия и технология пигментов" Л.: Химия, 1974, с.37,104).
Добавки для улучшения антикоррозионных свойств пигмента: (см. Вредные вещества в промышленности, т. III, издание 7-е, Химия, Л.: 1977, c. 445-446).
Основной карбонат свинца 2РbСО3•Рb(ОН)2 (свинцовые белила). Бесцветные кристаллы. Температура разложения 400oС, плотность 6,14. ПЛК=0,004 мг/м3.
Основной сульфат свинца 2РbSO4•Рb(ОН)2 (Е.Ф. Беленький и И.В. Рискин "Химия и технология пигментов" Л.: Химия, 1974,с.38). Минерал англезит PbSO4 - бесцветные кристаллы. Температура разложения 1000oС, плотность 6,2. Твердость по Моосу 2,5-3,0. ПДК=0,004 мг/м3 (см. Вредные вещества в промышленности, т.III, издание 7-е, Химия, Л.: 1977, с.446).
Фосфат цинка Zn3(РО4)2•nН2О (Е.Ф.Беленький и И.В.Рискин "Химия и технология пигментов" Л.: Химия, 1974, с.220). Представляет собой порошок белого цвета и является антикоррозийным пигментом. Показатель преломления 1,5-2,5; плотность 3000 кг/м3, нетоксичен и рекомендуется к использованию в грунтовках и однослойных покрытиях для повышения адгезии и улучшения защитных свойств.
Для увеличения срока гарантийного хранения и снижения гигроскопичности данный пигмент содержит дополнительно гидрофобную добавку в виде стеарата кальция в количестве от 0,5 до 1,5% от общей массы пигмента в зависимости от удельной поверхности пигмента (7-25•103 см кв./г), определяемой методом адсорбции аргона.
Для снижения трещинообразования при окрашивании изделий из пластических масс, а также улучшения смачиваемости пигмента дисперсионной средой данный пигмент содержит добавку в виде стеарата алюминия в количестве от 0,5 до 1,5% от общей массы пигмента в зависимости от удельной поверхности пигмента (7-25•103 см кв./г), определяемой методом адсорбции аргона.
Для увеличения стойкости к ультрафиолетовому облучению данный пигмент содержит дополнительно добавку в виде люминора красно-фиолетового 440 РТ в количестве от 0,5 до 1,5% от общей массы пигмента в зависимости от удельной поверхности пигмента (7-25•103 см кв./г), определяемой методом адсорбции аргона. Люминор красно-фиолетовый 440 РТ выполняет также роль активатора пластмассовых сцинтилляторов.
Для снижения скорости седиментации пигмента и образования легко перемешиваемого осадка при длительном хранении лакокрасочных материалов данный пигмент содержит дополнительно добавку-антикоагулянт в количестве от 0,5 до 1,5% от общей массы пигмента в зависимости от удельной поверхности пигмента (7-25•103 см кв./г), определяемой методом адсорбции аргона. В качестве добавки-антикоагулянта был использован аэросил (белая сажа), обработанный предварительно поверхностно-активными веществами.
Данный пигмент содержит дополнительно добавку, повышающую степень сродства с окрашиваемой композицией в количестве от 0,5 до 1,5% от общей массы пигмента в зависимости от удельной поверхности пигмента (7-25•103 см кв./г), определяемой методом адсорбции аргона.
В качестве добавки, повышающей степень сродства с окрашиваемой композицией, могут быть использованы: для водно-дисперсионных сред - гранулированный эфир целлюлозы (пример Methocel J75 фирмы "Dow"), для органоразбавляемых сред - воск, модифицированный микронизированным полиэтиленом (EFKA-6903), или политетрафторэтиленовый воск, модифицированный микронизированным полиэтиленом (EFKA-6099).
Для повышения атмосферостойкости пигмент содержит дополнительно ингибиторы фотохимических процессов в виде окислов кремния, алюминия и цинка в суммарном количестве от 0,5 до 3% от общей массы пигмента в зависимости от удельной поверхности пигмента (7-25•103 см кв./г), определяемой методом адсорбции аргона.
Для повышения коррозионной стойкости пигмент содержит дополнительно основной сульфат свинца 2PbSO4•Рb(ОН)2 или фосфат цинка Zn3(PO4)2•nН2О в количестве от 3 до 5% от общей массы пигмента в зависимости от удельной поверхности пигмента (7-25•103 см кв./г), определяемой методом адсорбции аргона.
Для повышения белизны пигмент содержит дополнительно подцветки в виде голубого фталоцианинового красящего продукта, флуоресцирующего красящего продукта или белофор в количестве от 0,1 до 0,5% от общей массы пигмента в зависимости от удельной поверхности пигмента (7-25•103 см кв./г), определяемой методом адсорбции аргона.
Предлагаемый способ получения механоактивированного белого пигмента позволяет получить пигмент в соответствии с эталоном белого цвета THE PANTONE, равномерно распределяясь по массе минерала, образуя цветообразующий продукт.
Кристаллическая структура во многом определяет все свойства получаемых пигментов, характеризующие их поведение при технологической переработке. При этом все пигменты даже самые высокодисперсные состоят из кристаллических агрегатов, а не из монокристаллов.
Цвет пигментов является одной из основных потребительских характеристик. Согласно классификации пигментов, предложенной В.В.Верхоланцевым (Е.Ф.Беленький и И.В.Рискин "Химия и технология пигментов" Л.: Химия, 1974, с.50, 51, 98, гл.III), получаемые с использованием механохимической активации новые пигменты представляют собой бесцветные вещества, окрашенные за счет включения окрашенных молекул ионов или создания собственных дефектов кристаллов, которые обусловлены наличием вакансий и смещений атомов и ионов и называются F и V - центрами окраски.
Этот тип окрашенных соединений широко распространен в природе (охра, ляпис-лазурь с промышленным названием ультрамарин), однако пока не существовало способа промышленного получения таких пигментов.
Цвет кристаллического вещества определяется наличием в нем точечных дефектов, которые служат причиной появления добавочных энергетических уровней, соответствующие им электронные переходы могут происходить под действием электромагнитного излучения видимой части спектра. Центром окраски является анионная вакансия, которая, действуя как положительный заряд, захватывает свободный электрон, поставляемый каким-либо атомом красящего продукта; такой центр окраски называют F-центром. Центром окраски может являться совокупность катионной вакансии и дырки; такой центр называется V-центром. Могут быть и более сложные центры, состоящие из двух анионных вакансий и электрона или совокупности F-центра, катионной и анионной вакансий.
На цвет получаемых пигментов оказывают влияние пространственные факторы. Так, искажение формы молекулы (углов между направлениями связей) повышает энергетический уровень молекулы в основном состоянии, снижает энергию перехода в возбужденное состояние и вызывает тем самым батохромный эффект. Однако, если возможен поворот одной части молекулы относительно другой и введение какого-либо заместителя нарушает плоскостную структуру молекулы пигмента, то это приводит к гипохромному эффекту из-за разобщения отдельных участков цепи сопряжения.
Цвет получаемого пигмента зависит от положения полосы поглощения в видимой части спектра. Однако на цвет пигмента в большей степени влияют форма и размер частиц, так как суммарное цветовое ощущение определяется не только спектром поглощения, но и характером рассеяния света частицами пигмента.
Белизна пигмента зависит от разницы между отражением при λ =600 нм (желтый цвет) и λ =450 нм (синий цвет). Чем эта разница меньше, тем выше белизна. Для обычного диоксида титана рутильной формы эта разница составляет ~ 4,1%, а для тонкодисперсных супербелых сортов - 1,8%. Влияние дисперсности на белизну пигмента объясняется тем, что очень мелкие частицы повышают рассеивающую способность коротковолнового света, а длинноволнового - понижают (см. Е. Ф. Беленький и И.В.Рискин "Химия и технология пигментов" Л.: Химия, 1974, с.106).
Для повышения атмосферостойкости белого титансодержащего пигмента их дополнительно подвергают поверхностной обработке, осаждая на них ингибиторы фотохимических процессов в виде окислов кремния, алюминия и цинка в суммарном количестве от 0,2 до 3%. Механизм действия таких фотостабилизаторов сводится к затруднению электронных переходов, возбуждаемых световым облучением (см. Е. Ф. Беленький и И.В.Рискин "Химия и технология пигментов" Л.: Химия, 1974, с.98, 99).
Реакция окрашивания механоактивированного минерала цветоносителем (красящим продуктом) происходит в доли секунды под действием центробежной силы, превышающей земное притяжение.
Согласно Е.Г. Аввакумову ("Механические методы активации химических процессов". - 2-е издание переработанное и дополненное. Новосибирск: Наука, 1986г., с.221) при расколе кристаллов образуются атомарно-чистые поверхности твердого тела.
При этом происходит разрыв химических связей и возможно появление валентно-ненасыщенных атомов.
Таким образом, в поверхностных слоях при разрушении и трении возникают разорванные и деформированные связи (см. выше указанную ссылку Аввакумов, с. 85).
Поверхностно-активные состояния возникают как в ковалентных кристаллах, так и в ионных (см. выше указанную ссылку Аввакумов, с.91). Усиление донорских свойств анионов под влиянием разупорядочения, возникающего при механической активации, следует рассматривать как один из важнейших факторов в процессах механохимического разложения неорганических соединений (см. выше указанную ссылку Аввакумов, с.221).
Способ получения пигментов путем механохимической активации основан на создании активного состояния в смеси порошкообразных твердых тел за счет механохимического разрушения и стимуляции твердофазных реакций в момент подвода механической энергии.
При этом факторами воздействия на механизмы протекающих реакций является: суммарный изобарно-изотермический потенциал, размеры и пластическая деформативность взаимодействующих частиц, локальные температура и давление, температура смеси в момент проведения реакции, скорость диффузионного объемного, зернограничного и поверхностного массопереноса. Процесс окрашивания осуществляется в непрерывном режиме при постоянном обновлении поверхности реагирующих веществ и пластическом течении материала.
Пластическое течение составляющих компонентов смеси зависит от работы разрушения.
Ниже для лучшего понимания изобретения приведен пример получения белого пигмента.
Характеристики минералов и технологические параметры способа получения белого пигмента приведены в таблице 1-1.
Ниже приведено описание аппаратурной технологической схемы линии для получения пигмента по данному способу получения пигмента (см. чертеж).
Схема получения пигмента содержит приемный бункер 1 с ворошителем 2 и ножом 3 для растаривания мягких контейнеров типа "Биг-Бэг" с порошкообразным минералом. На выходном отверстии бункера 1 размещен ячейковый питатель 4. Под питателем 4 расположен входной патрубок 5 элеватора 6. Выходной патрубок 7 элеватора 6 расположен над расходным бункером 8 с ворошителем 9, с ячейковым питателем 10. Под питателем 10 расположен винтовой питатель-дозатор 11 с вариатором скорости подачи материала. Под дозатором 11 расположена виброцентробежная мельница 12, связанная с питателем 11 распределительным устройством 13. Под мельницей 12 расположен бункер 14 с ворошителем 15, в выходном отверстии которого расположен ячейковый питатель 16. Бункер 14 связан с мельницей 12 распределительным устройством 17. Под питателем 16 расположен входной патрубок 18 элеватора 19 с выходным патрубком 20. Под выходным патрубком 20 размещена входная воронка 21, установленная над бункером 22 для хранения механоактивированного минерала с ворошителем 23 и ячейковым питателем 24. Под бункером 22 размещен винтовой питатель 25 с тензометрическими весами 26, 27, 28, 29, 30, 31 над входными патрубками. Над весами 27, 28, 29, 30, 31 расположены соответствующие бункеры 32, 33, 34, 35, 36 для подачи добавок в винтовой питатель 25. В каждом бункере 32, 33, 34, 35, 36 размещен ворошитель 37 и ячейковый питатель 38. Между выходным патрубком каждого бункера 32, 33, 34, 35, 36 и входными патрубками винтового питателя 25 имеются соединительные устройства 39. Под выходным патрубком винтового питателя 25 расположен первый планетарно-шнековый смеситель 40 дискретно-непрерывного принудительного действия с ячейковым питателем 41. Над смесителем 40 располагается винтовой питатель 42, соединенный с ячейковым питателем 43 и дополнительным планетарно-шнековым смесителем 44 дискретно-непрерывного принудительного действия. Над смесителем 44 расположен винтовой питатель 45. Над винтовым питателем 45 размещены бункер 47 с ножом 3 и ворошителем 46 для белого цветоносителя, бункеры 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54 - для добавок. Все бункеры 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54 снабжены ворошителем 55, ячейковым питателем 56, тензометрическими весами 57. Под вторым смесителем 40 непрерывного принудительного действия с ячейковым питателем 41 размещен винтовой питатель 58, соединенный через распределительное устройство 59 с виброцентробежной мельницей 60. Мельница 60 через устройство 61 соединена с бункером 62, снабженным ворошителем 63 и ячейковым питателем 56. Под питателем 56 размещен входной патрубок 64 наклонного винтового питателя 65. Выходной патрубок 66 питателя 65 расположен над вторым смесителем 67 непрерывного принудительного действия для приготовления гомогенной смеси механоактивированного белого кроющего цветообразующего продукта и белого цветоносителя (диоксид титана) с лопастями 68 и ячейковым питателем 4. Над вторым смесителем 67 установлен бункер 69 для белого цветоносителя с ножом 3, ворошителем 46, ячейковым питателем 56, тензометрическими весами 57 и соединительным устройством 70. Под вторым смесителем 67 находится винтовой питатель 71, соединенный герметично через гибкое распределительное устройство 72 с виброцентробежной мельницей 73. Под виброцентробежной мельницей 73 установлено герметичное гибкое соединительное устройство 74, соединенное с приемным бункером 75 с ворошителем 46, ячейковым питателем 76. Бункер 75 установлен над приемным патрубком 77 наклонного винтового питателя 78, который через выходной патрубок 79 соединен с бункером-накопителем 80 непрерывного принудительного действия для готового пигмента. Бункер-накопитель 80 снабжен мешалкой 81, ячейковым питателем 82, под которым установлен винтовой питатель-дозатор 83 и упаковочная машина 84. Потребительскую упаковку из упаковочной машины 84 укладывают в транспортную тару 85. Расположенная над всеми бункерами кран-балка 86 передвигается вдоль всей технологической линии для получения пигмента.
Для комплектации данной технологической линии используется серийное оборудование, производимое промышленными предприятиями Российской Федерации.
Виброцентобежные мельницы - см. Каталог оборудования Государственного унитарного предприятия "Сибтекстильмаш Спецтехника Сервис" (г. Новосибирск), винтовые питатели-дозаторы, ячейковые питатели, а также планетарно-шнековые смесители - см. Каталог оборудования ОАО "Димитровградхиммаш" (г. Димитровград Ульяновской области), емкости с ворошителями, кран-балку, нестандартное стыковочное оборудование - см. Каталог ОАО "Донского завода "СТРОЙТЕХНИКА" (г. Донской Тульской области), упаковочные машины, весовые дозаторы - см. Каталог оборудования ЗАО "ВСЕЛУГ" (г. Москва), элеваторы, емкости для хранения сырья - см. Каталог ООО "Консит-А" (г. Москва).
Данная аппаратурная схема линии для получения пигмента работает следующим образом.
Необходимо получить белый пигмент, соответствующий эталону цвета Европейской пантографической шкалы Е 9-9.
Подаем минерал барит в приемный бункер 1 с ворошителем 2 и ножом 3 для растаривания мягкого контейнера типа "Биг-Бэг" с порошкообразным минералом. Из выходного отверстия бункера 1 ячейковый питатель 4 подает барит во входной патрубок 5 элеватора 6, с помощью которого барит транспортируют через выходной патрубок 7 в расходный бункер 8. В расходном бункере 8 барит постоянно перемешивают с помощью ворошителя 9 для обрушения свода. Ячейковый питатель 10 подает барит в винтовой питатель-дозатор 11. Скорость подачи барита регулируют вариатором скорости подачи материала. Из-под дозатора 11 барит через распределительное устройство 13 подают в виброцентробежную мельницу 12 на механохимическую активацию.
Из-под мельницы 12 через распределительное устройство 17 механоактивированный барит подают в бункер 14 с ворошителем 15, из выходного отверстия которого через ячейковый питатель 16 он попадает во входной патрубок 18 элеватора 19. Через выходной патрубок 20 механоактивированный барит попадает во входную воронку 21, установленную над бункером 22 для хранения механоактивированного минерала. Ворошитель 23 постоянно перемешивает механоактивированный барит для обрушения свода. Ячейковым питателем 24 механоактивированный барит из бункера 22 подают в винтовой питатель 25 в заданном количестве через тензометрические весы 26.
Если в рецептуру пигмента включены добавки, то из каждого соответствующего бункера 32, 33, 34, 35, 36 на движущийся непрерывный поток механоактивированного минерала в винтовой питатель 25 подают добавки по п.п.3, 4, 5, 6, 7 формулы изобретения. Через соединительные устройства 39 добавки подают на тензометрические весы 27, 28, 29, 30, 31 через входные патрубки и взвешивают. В каждом бункере 32, 33, 34, 35, 36 размещен ворошитель 37 для обрушения свода и ячейковый питатель 38 для подачи добавок. Из-под выходного патрубка винтового питателя 25 механоактивированный минерал, смешанный с вышеуказанными добавками, в случае, если рецептура пигмента включает в себя эти добавки, или без добавок попадает в первый планетарно-шнековый смеситель 40 дискретно-непрерывного принудительного действия. В смеситель 40 из винтового питателя 42 через ячейковый питатель 43 из дополнительного планетарно-шнекового смесителя 44 дискретно-непрерывного принудительного действия подается белый цветоноситель, смешанный с добавками по п.п.8, 9, 10 формулы изобретения в случае, если рецептура пигмента включает в себя эти добавки, или без добавок.
Параллельно процессу механоактивации минерала готовят смесь белого цветоносителя с добавками в смесителе 44, расположенном под винтовым питателем 45. На нож 3 бункера 47 с помощью кран-балки 86 сажают мягкий контейнер с диоксидом титана, который ссыпается в бункер под действием собственного веса. В бункере 47 работает постоянно ворошитель 46 для обрушения свода. Белый цветоноситель - диоксид титана с помощью ячейкового питателя 56 подается на тензометрические весы 57 и в заданном количестве ссыпается в дополнительный планетарно-шнековый смеситель 44 дискретно-непрерывного принудительного действия. Из бункеров 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54 с помощью ячейковых питателей 56 вышеуказанные добавки подают на тензометрические весы 57, взвешивают в заданном количестве и транспортируют винтовым питателем 45 в дополнительный смеситель 44 дискретно-непрерывного принудительного действия. Во всех бункерах 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54 непрерывно работают ворошители 55 для обрушения свода добавок.
Из первого планетарно-шнекового смесителя 40 дискретно-непрерывного принудительного действия через ячейковый питатель 41 гомогенная рабочая смесь механоактивированного минерала, белого цветоносителя и добавок транспортируется винтовым питателем 58 через соединительное распределительное устройство 59 в виброцентробежную мельницу 60.
Полученный белый механоактивированный цветообразующий продукт из-под мельницы 60 через устройство 61 подается в промежуточный бункер 62, снабженный ворошителем 63 для обрушения свода продукта и ячейковым питателем 56, подается во входной патрубок 64 наклонного винтового питателя 65. Наклонный винтовой питатель 65 транспортирует белый цветообразующий продукт во второй смеситель 67 дискретно-непрерывного принудительного действия. Из выходного патрубка 66 питателя 65 белый цветообразующий продукт поступает во второй смеситель 67 дискретно-непрерывного принудительного действия для приготовления гомогенной смеси механоактивированного белого кроющего цветообразующего продукта и белого цветоносителя (диоксид титана).
На нож 3 бункера 69 с помощью кран-балки 86 сажают мягкий контейнер с диоксидом титана, который ссыпается в бункер под действием собственного веса. В бункере 69 работает постоянно ворошитель 46 для обрушения свода. Белый цветоноситель - диоксид титана с помощью ячейкового питателя 56 подается на тензометрические весы 57 и в заданном количестве ссыпается во второй смеситель 67 дискретно-непрерывного принудительного действия.
В смесителе 67 механоактивированный белый кроющий цветообразующий продукт и белый цветоноситель (диоксид титана) перемешивают лопастями 68 до гомогенного состояния и ячейковым питателем 4 подают в винтовой питатель-дозатор 71. Винтовой питатель-дозатор 71 транспортирует гомогенную смесь через соединительное устройство 72 в виброцентробежную мельницу 73. Из-под виброцентробежной мельницы 73 готовый белый механоактивированный пигмент через герметичное гибкое соединительное устройство 74 ссыпается с приемный промежуточный бункер 75, в котором постоянно работает ворошитель 46 для обрушения свода. Ячейковым питателем 76 из бункера 75 готовый пигмент поступает в приемный патрубок 77 и наклонным винтовым питателем 78 через выходной патрубок 79 подается в бункер-накопитель 80 с мешалкой 81 непрерывного принудительного действия для усреднения готового пигмента. Из бункера-накопителя 80 ячейковым питателем 82 готовый белый пигмент подается винтовым питателем-дозатором 83 в упаковочную машину 84. Потребительскую упаковку готовой продукции - белого механоактивированного пигмента из упаковочной машины 84 укладывают в транспортную тару 85. Расположенная над всеми бункерами кран-балка 86 передвигается вдоль всей технологической линии для получения пигмента.
Получили белый механоактивированный пигмент в соответствии с эталоном цвета Европейской пантографической шкалы Е 9-9, готовый к применению в производстве лакокрасочных материалов, декоративных строительных материалов, цветных цементов, декоративных бетонов, декоративных жаростойких цементов, декоративных жаростойких бетонов, сухих декоративных строительных и штукатурных смесей, цветных глазурей из легкоплавких стекол, цветных глазурей из тугоплавких стекол, декоративной строительной и художественной керамики, резинотехнических изделий, суперконцентратов для пластических масс.
Возможно, что пигмент по любому из п.п.1, 2 содержит дополнительно гидрофобную добавку в виде стеарата кальция в количестве от 0,5 до 1,5% от общей массы пигмента для увеличения срока хранения и улучшения смачиваемости.
Возможно, что пигмент по любому из п.п.1, 2, 3 содержит дополнительно для снижения растрескивания пластических масс и улучшения смачиваемости пигмента дисперсионной средой добавку в виде стеарата алюминия в количестве от 0,5 до 1,5% от общей массы пигмента.
Возможно, что пигмент по любому из п.п.1, 2, 3, 4 содержит дополнительно добавку в виде люминора красно-фиолетового 440 РТ в количестве от 0,5 до 1,5% от общей массы пигмента, являющуюся активатором пластмассовых сцинтилляторов.
Возможно, что пигмент по любому из п.п.1, 2, 3, 4, 5 содержит дополнительно добавку антикоагулянт в количестве от 0,5 до 1,5% от общей массы пигмента.
Возможно, что пигмент по любому из п.п.1, 2, 3, 4, 5, 6 содержит дополнительно добавку, повышающую степень сродства с окрашиваемой композицией в количестве от 0,5 до 1,5% от общей массы пигмента.
Возможно, что пигмент по любому из п.п.1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 содержит дополнительно добавку в виде ингибиторов фотохимических процессов, а именно: оксид кремния SiO2, оксид алюминия Аl2О3, оксид цинка ZnO, в количестве от 0,5 до 3% от общей массы пигмента.
Возможно, что пигмент по любому из п.п.1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 содержит дополнительно добавку в виде сульфата свинца 2PbSO4•Pb(OH)2, или 2РbСО3•Рb(ОН)2, или фосфата цинка Zn3(PO4)2•nН2О для улучшения антикоррозионных свойств пигмента в количестве от 3 до 5% от общей массы пигмента.
Возможно, что пигмент по любому из п.п.1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 содержит дополнительно добавку-подцветку для повышения белизны в виде голубого фталоцианинового красящего продукта, стойкого к воздействию ультрафиолетового облучения. Возможно, что и/или флуоресцентный красящий продукт, и/или белофор в количестве от 0,1 до 0,5% от общей массы пигмента.
Физико-химические и малярно-технические характеристики белых пигментов приведены в таблицах: 2-1, 2-2, 2-3, 2-4.
Колориметрические характеристики белых пигментов приведены в таблице 3-1. Колориметрические характеристики цветоносителя и подцветки приведены в таблице 3-2.
Таким образом, данное изобретение позволяет выполнить поставленную задачу создания белого пигмента и способа получения пигмента, которые позволяют за счет механохимической активации до уменьшения межфазовой энергии при воздействии центробежной силы с ускорением, превышающем земное притяжение 9,8 g, белого цветообразующего продукта и белого цветоносителя, взятых в заданном соотношении, создать непрерывным способом пигмент гарантированного белого цвета в соответствии с эталоном белого цвета Европейской пантографической шкалы THE PANTONE с улучшенными его оптическими, красящими, технологическими и эксплуатационными свойствами.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| ПИГМЕНТ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ | 2001 |
|
RU2212422C2 |
| ПИГМЕНТ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ | 2001 |
|
RU2205850C1 |
| СУХАЯ СТРОИТЕЛЬНАЯ СМЕСЬ И СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ | 2000 |
|
RU2182137C1 |
| Способ получения пигментов | 2018 |
|
RU2687231C1 |
| СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЦВЕТНОГО ПОРТЛАНДТЦЕМЕНТА | 1996 |
|
RU2094403C1 |
| СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕНТАФТАЛЕВЫХ ЭМАЛЕЙ | 1997 |
|
RU2142484C1 |
| СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЕЛЫХ И ЦВЕТНЫХ МАСЛЯНЫХ КРАСОК | 1997 |
|
RU2142485C1 |
| СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМОСИЛИКАТНОГО СОЕДИНЕНИЯ КАЛЬЦИЯ | 1998 |
|
RU2120914C1 |
| СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛАСТИФИЦИРОВАННЫХ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТОВ | 1997 |
|
RU2094404C1 |
| СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПИГМЕНТОВ | 1991 |
|
RU2077545C1 |
Изобретение предназначено для химической промышленности и может быть использовано при получении лаков и красок. Пигмент содержит 64 мас.% механоактивированного минерала природного или искусственного происхождения с белизной не менее 90% и 36 мас.% белого цветоносителя - диоксида титана рутильной формы. Для получения пигмента указанный минерал механоактивируют с измельчением при воздействии центробежной силы в непрерывном потоке с ускорением более 9,8 g. Одновременно с этим загружают диоксид титана в расходный бункер, дозируют и взвешивают заданное количество. Механоактивированный минерал смешивают с диоксидом титана в первом смесителе дискретно-непрерывного принудительного действия. Смесь механоактивируют в вышеуказанном режиме с получением белого механоактивированного цветообразующего продукта, который смешивают во втором смесителе со взвешенным диоксидом титана. Полученную рабочую смесь механоактивируют в вышеуказанном режиме. Готовый механоактивированный пигмент подают в бункер-накопитель и упаковывают в потребительскую тару. Пигмент может дополнительно содержать 0,5-1,5 мас.% гидрофобной добавки - стеарат кальция, и/или стеарата алюминия, и/или люминора красно-фиолетового 440 РТ, и/или антикоагулянта. Пигмент также может содержать 0,5-3,0 мас. % ингибитора фотохимических процессов, например SiO2, Al2O3, ZuO, или антикоррозионной добавки, например 2PbSO4 • Pb(OH)2, 2PbCO3 • Pb(OH)2, Zn3(PO4)2 • nH2O. Пигмент соответствует белому цвету по эталону Европейской пантографической шкалы и имеет улучшенные оптические, красящие и технологические свойства. 2 с. и 11 з.п.ф-лы, 1 ил., 7 табл.
| СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПИГМЕНТОВ | 1991 |
|
RU2077545C1 |
| СУХАЯ СТРОИТЕЛЬНАЯ СМЕСЬ | 1996 |
|
RU2122532C1 |
| СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКООБРАЗНОЙ КРАСКИ | 1998 |
|
RU2147594C1 |
| Способ получения цветных титановых пигментов | 1988 |
|
SU1604821A1 |
| US 5350794 А, 10.06.1980 | |||
| ПЛАСТИЧНАЯ СМАЗКА | 2014 |
|
RU2575170C1 |
| БЕЛЕНЬКИЙ Е.Ф., РИСКИН И.В | |||
| Химия и технология пигментов | |||
| - Л.: Химия, 1974, с.98. | |||
