ПОЛУЧЕНИЕ ЖЕЛЕЗНОЙ СЛЮДКИ МИКРОННОГО КЛАССА КРУПНОСТИ Российский патент 2009 года по МПК C09C1/24 C01G49/06 C09C3/04 

Изобретение относится к оксиду железа (III), пластинчатая структура которого составляет по меньшей мере 50 вес.%, предпочтительно 75 вес.%.

Кроме того изобретение касается способа получения пластинчатого оксида железа (III) и применения этого оксида.

Оксид железа (III) содержит, как правило, кристаллы от красного до черного цвета. Его парамагнитная модификация именуется в минералогии гематитом. Гематит может содержать мелкочешуйчатые, таблитчатые, пластинчатые и компактные кристаллы и зерна или частицы. Вследствие своей мелкочешуйчатой, таблитчатой и пластинчатой структуры оксид железа (III) известен на рынке под именем "железная слюдка" (Fe-слюдка).

В данном случае под пластинчатой структурой понимается мелкочешуйчатая, таблитчатая структура оксида железа (III).

Оксид железа (III) с такой структурой может применяться во многих областях, в которых эффективной является пластинчатая форма кристаллов. Это относится, в частности, к покрытиям, окраске и пр. самого различного типа, причем оксид железа (III) часто вводится в качестве пигмента в соответствующее вяжущее и используется для нанесения наружного покрытия на основу, например, стальные конструкции. Благодаря наличию пластинчатых частиц оксида железа (III) покрытие обладает барьерным и экранирующим эффектами, повышенной прочностью на истирание, а красочный слой образуется повышенной толщины. Под барьерным и экранирующим эффектами обычно понимается стойкость покрытий. Как правило, она достигается в результате того, что при нанесении покрытия на основу пластинки оксида железа (III) располагаются почти параллельно поверхности основы и накладываются друг на друга. Что препятствует быстрому проникновению вызывающих коррозию веществ (барьерный эффект). Одновременно с этим предупреждается быстрое повреждение основы и вяжущего вещества другими факторами окружающей среды, такими, как ультрафиолетовое и инфракрасное излучения, температурные перепады (экранирующий эффект).

Дополнительным положительным эффектом является повышенная стойкость к механическим нагрузкам. Вследствие испарения растворителей из покрытия, увлажнения и высыхания, а также под действием механической нагрузки обычное покрытие способно в короткий срок выйти из строя. Благодаря усилению слоя покрытия пластинчатым оксидом железа (III) можно эффективно противостоять таким нагрузкам.

До настоящего времени стояла проблема, связанная с тем, что оксид железа (III) мог быть приготовлен при сохранении пластинчатой структуры только при содержании частиц размером до 60 или 50 мкм. В крайнем случае размер частиц можно было снизить до 30 мкм, но только частицы свыше 30 мкм имели неповрежденные пластинки. Поэтому приведенные выше преимущества пластинчатого оксида железа (III) могли использоваться до настоящего времени только при наличии частиц размером более 30 мкм. Надрешетный продукт оксида железа (III) с размером частиц менее 30 мкм мог условно использоваться в незначительных количествах, однако он считался браком. Особенно непригодным для покрытий оказывался оксид железа (III) с меньшим размером частиц, так как до настоящего времени он применялся в качестве смеси зерен с очень незначительной долей частиц с пластинчатой структурой и положительные свойства, обусловленные пластинчатой структурой, не могли проявиться.

Поэтому задачей изобретения является обеспечение возможности широкого дешевого использования оксида железа (III) с пластинчатой структурой, причем должно быть обеспечено содержание пластинчатых частиц также в более мелких классах крупности.

Указанная задача решается согласно изобретению в результате того, что в оксиде железа (III) частицы размером менее 30 мкм составляют по меньшей мере 50 вес.%, преимущественно 70 вес.%, особо предпочтительно 90 вес.%. Целевой продукт с повышенным содержанием пластинчатого оксида железа (III) с размером частиц менее 30 мкм приобретает высокое качество и обладает применимостью. При этом можно стремиться к тому, чтобы целевой продукт мог содержать в себе около 90 вес.% пластинчатого оксида железа (III) с размером частиц менее 30 мкм. Это эффективно, например, для покрытий, таких, как лаковые или подобные, так как улучшаются барьерный и экранный эффекты, а также стойкость к истиранию. Также и стойкость к механической нагрузке, колебаниям условий окружающей среды, таким, как температура, влажность, сухость и пр., может быть заметно повышена. При соблюдении соответствующего распределения частиц по крупности может достигаться высокая степень уплотнения частиц оксида железа (III) в лаках, в результате чего обеспечивается повышенная стойкость лака к механическим нагрузкам. Соблюдение указанного максимального размера частиц и распределение частиц по крупности в целевом продукте можно эффективно контролировать посредством кривой гранулометрического состава. Совершенно естественно, что могут присутствовать частицы с размером субмикронного диапазона. В зависимости от назначения оксида железа (III) последний может быть приготовлен с частицами любого диапазона крупности. Предпочтительными являются, например, диапазоны 5-25 мкм, 1-20 мкм, или другие диапазоны, в которых максимальные частицы имеют размер менее 30 мкм. Само собой разумеется, что и нижние пределы размера частиц могут лежать в субмикронном диапазоне. На языке специалистов материалы с классом крупности частиц - в том числе и в приведенных выше примерах - именуются как 5/25, 1/20 и пр.

Высокое качество и применимость могут быть дополнительно улучшены, если применять оксид железа (III) с размером частиц 20 мкм или менее. Оксид железа (III) может применяться также с размером частиц 10 мкм и менее, предпочтительно 5 мкм и менее.

Согласно другому признаку изобретения оксид железа (III) подвергается механическому измельчению. Как правило, оксид железа (III) доводят до микронной крупности или измельчают, причем механическое измельчение может проводиться предпочтительно с помощью указанных ниже способов.

Оксид железа (III) может происходить из природной залежи или иметь искусственное происхождение, причем такую же применимость имеет смесь из оксидов железа (III) природного и искусственного происхождения. Искусственный оксид железа (III) может быть получен самыми разными известными методами. Например, может быть применен термолиз соединений железа, например, сульфата железа, или окислительные способы в водных средах, как, способ Пеннитман-Цофа или анилиновый способ, или методы для получения оксида железа (III) в качестве пигмента. Искусственный оксид железа (III) может быть получен также растворением, например, железного скрапа в соответствующей кислоте с последующим контролируемым переводом в осадок при давлении и наличии защитной атмосферы (например, атмосферы азота).

Предпочтительно, чтобы оксид железа (III) искусственного происхождения получали путем выращивания кристалла, как правило, из раствора оксида железа в известных условиях (см. выше). Кристаллы оксида железа (III) выращиваются при этом до максимальной величины частиц согласно изобретению. В качестве альтернативы возможно также выращивать более крупные кристаллы, подвергаемые затем механическому измельчению до предусмотренного изобретением размера частиц. При выращивании кристаллов необходимо в любом случае контролировать образование и сохранность пластинчатой структуры кристаллов оксида железа (III).

Для задания и характеристики пластинчатой структуры оксида железа (III) может использоваться соотношение внешних параметров. Под ним в рамках настоящего изобретения понимается соотношение между толщиной или высотой и максимальной шириной или длиной частицы или пластинки частицы оксида железа (III). Для определения соотношения внешних параметров используется преимущественно частица оксида железа (III) максимального класса крупности, т.е. предельного, равного около 30 мкм. Для оксида железа (III) согласно изобретению соотношение внешних параметров (толщина/максимальный диаметр) пластинок частицы оксида железа (III) при максимальном классе крупности, равное преимущественно 1:5, предпочтительно 1:10, является особо эффективным для обеспечения более широкого применения.

Задача изобретения также решается за счет того, что создан способ получения пластинчатого оксида железа (III) согласно изобретению, при котором оксид железа (III) подвергается действию срезающих усилий, как это имеет место в известной дисковой мельнице. В процессе такой обработки частицы оксида железа (III) измельчаются в результате трения.

Оксид железа (III) выполнен в виде смеси из оксида железа (III), полученного из природного посредством механического измельчения, и оксида железа (III) искусственного происхождения.

В качестве альтернативы оксид железа (III) может механически обрабатываться в ударно-отражательной мельнице или известной струйной мельнице и затем измельчаться до размера частиц, согласно изобретению, при обеспечении пластинчатой структуры. В этом случае может использоваться расширение пара для ускорения частиц оксида железа (III) в мельнице.

Предпочтительным является то, что оксид железа (III) в результате механического измельчения разделен по крупности частиц или крупности зерен.

Целесообразным является то, что оксид железа (III) в результате механического измельчения посредством воздушного сепаратора разделен по крупности частиц или крупности зерен.

Было установлено, что названные выше способы обеспечивают щадящее и эффективное механическое измельчение частиц оксида железа (III) для получения требуемого размера частиц. У подавляющей части измельченных таким образом частиц пластинчатая структура неожиданно оказалась не разрушенной.

Независимо от применяемого способа, после механического измельчения оксид железа (III) необходимо разделить на отдельные фракции, классы или диапазоны размера частиц для получения оксида железа (III) согласно изобретению для его дальнейшей обработки. При этом могут применяться сепараторные устройства, такие, как воздушный сепаратор, центробежный сепаратор и пр., а также другие устройства для разделения.

Для применения оксида железа (III) согласно изобретению имеются широкие возможности. Было обнаружено, что оксид железа (III) согласно изобретению столь же хорошо пригоден как для покрытий, таких, как лаковые, служащих для защиты основы от коррозии, так и для покрытий для защиты основы от механических нагрузок или покрытий для защиты основы от света, т.е. ультрафиолетового и инфракрасного излучения. Было также установлено, что посредством оксида железа (III) согласно изобретению может быть существенно улучшена адгезия покрытия с основой даже в промежуточных слоях покрытия. Защитные свойства могут быть существенно улучшены в целом, независимо от типа вяжущего в оксиде железа (III). В результате возрастает предельно допустимая нагрузка и увеличивается срок службы покрытия. В качестве основы могут применяться металлические и неметаллические поверхности, предметы и многое другое. Было обнаружено, что оксид железа (III), согласно изобретению, является особо эффективным в качестве пигмента для лаков, красок и пр., предназначенных для наружного применения для стальных конструкций.

Также с помощью оксида железа (III) согласно изобретению может быть повышен оптический эффект покрытий, т.е. декоративных покрытий на изделиях, таких, как лодки, доски для катания на волнах, декоративные предметы и многое другое.

Однако область применения оксида железа (III), согласно изобретению, не ограничивается только покрытиями, он может найти применение вплоть до наполнителей в производстве полимеров. В качестве полимерных изделий имеются в виду полиэтилен, полипропилен, полиамид, армированные стекловолокном пластмассы и другие вещества.

Кроме того неожиданно было обнаружено, что свойства оксида железа (III) согласно изобретению, такие, как барьерный и экранный эффекты, защита от механических нагрузок, оптический эффект и пр., эффективно могут использоваться в изделиях керамической промышленности. Так, например, оксид железа (III) является превосходной добавкой, например, в качестве пигмента, для керамических материалов, используемых, например, для изготовления санитарно-технических изделий, таких, как плитки, умывальники и пр.

Кроме перечисленных возможностей применения, оксид железа (III) согласно изобретению может использоваться в других многочисленных сферах, в которых эффективной является пластинчатая структура оксида железа (III) с частицами малого класса крупности.

Изобретение относится к оксиду железа (III) пластинчатой структуры, который может быть использован в качестве пигмента. Природный механически измельченный оксид железа (III), пластинчатая структура которого составляет по меньшей мере 50 вес.%, предпочтительно 75 вес.%, содержит частицы размером менее 10 мкм в количестве, по меньшей мере, 50 вес.%, предпочтительно 70 вес.%, особо предпочтительно 90 вес.%. Соотношение толщины к максимальному диаметру пластин оксида железа (III) составляет 1:5, предпочтительно, 1:10. Для получения такого оксида железа (III) его механически измельчают в ударно-отражательной мельнице или в струйной мельнице. Полученный в результате механического измельчения оксид железа (III) разделяют по крупности частиц, например, посредством воздушного сепаратора. Оксид железа (III) может быть использован в лаковых покрытиях для защиты основы от коррозии, от механических нагрузок, от ультрафиолетового и инфракрасного излучений, для нанесения декоративных покрытий на изделия, а также в виде наполнителя для полимерных и керамических материалов. Изобретение позволяет получить мелкодисперсные пластинчатые частицы природного оксида железа (III). 10 н. и 5 з.п. ф-лы.

1. Природный механически измельченный оксид железа (III), пластинчатая структура которого составляет по меньшей мере 50 вес.%, предпочтительно 75 вес.%, отличающийся тем, что содержащиеся в нем частицы размером менее 10 мкм составляют, по меньшей мере, 50 вес.%, предпочтительно 70 вес.%, особо предпочтительно 90 вес.%.

2. Оксид железа (III) по п.1, отличающийся тем, что он содержит частицы размером 5 мкм или менее.

3. Оксид железа (III) по п.1 или 2, отличающийся тем, что соотношение толщины к максимальному диаметру пластин оксида железа (III) составляет, по существу, 1:5, предпочтительно 1:10.

4. Оксид железа (III) по п.1, отличающийся тем, что выполнен в виде смеси из оксида железа (III), полученного из природного посредством механического измельчения, и оксида железа (III) искусственного происхождения.

5. Оксид железа (III) по п.2, отличающийся тем, что выполнен в виде смеси из оксида железа (III), полученного из природного посредством механического измельчения, и оксида железа (III) искусственного происхождения.

6. Оксид железа (III) по п.3, отличающийся тем, что выполнен в виде смеси из оксида железа (III), полученного из природного посредством механического измельчения, и оксида железа (III) искусственного происхождения.

7. Способ получения пластинчатого оксида железа (III) по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что оксид железа (III) механически измельчают в ударно-отражательной мельнице или в струйной мельнице.

8. Способ получения пластинчатого оксида железа (III) по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что оксид железа (III) в результате механического измельчения разделен по крупности частиц или крупности зерен.

9. Способ получения пластинчатого оксида железа (III) по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что оксид железа (III) в результате механического измельчения посредством воздушного сепаратора разделен по крупности частиц или крупности зерен.

10. Применение оксида железа (III) по любому из пп.1-6 для нанесения покрытий, таких как лаковые, для защиты основы от коррозии.

11. Применение оксида железа (III) по любому из пп.1-6 для нанесения покрытий, таких как лаковые, для защиты основы от механических нагрузок.

12. Применение оксида железа (III) по любому из пп.1-6 для нанесения покрытий, таких как лаковые, для защиты основы от света.

13. Применение оксида железа (III) по любому из пп.1-6 для нанесения декоративных покрытий на изделия, такие как лодки, доски для катания на волнах, декоративные предметы.

14. Применение оксида железа (III) по любому из пп.1-6 в виде наполнителя для полимерных изделий, таких как полиэтилен, полипропилен, полиамид, армированные стекловолокном пластмассы.

15. Применение оксида железа (III) по любому из пп.1-6 в виде добавки в керамические материалы.