ПИГМЕНТ НА ОСНОВЕ ОКСИДА ЖЕЛЕЗА Российский патент 2010 года по МПК C09C1/24 C01G49/06 

Изобретение относится к производству пигментов и может быть использовано при получении пигментов и при их дальнейшем применении в различных отраслях промышленности, в частности при производстве лакокрасочных материалов, строительных материалов, керамических материалов, стекол, эмалей, пластиков, пластмасс, резины и др. Компоненты этого пигмента состоят из оксида железа, получаемого из материала одного класса, но с разным размером частиц и разной структурой, что является наиболее отличительным признаком изобретения.

Известно применение оксида железа системы F₂O₃ в качестве железооксидных пигментов. Эти пигменты используют для окраски пластических масс, линолеума, используют в производстве строительных материалов, разнообразных красок, эмалей и пр.

Известен пигмент (Патент SU № 1033517, класс C09D 1/24. Заявл. 1981.04.29 заявка № 3291750/23-26. Опубл. 1983.08.07). Этот пигмент содержит следующие компоненты, мас.%: оксид железа 63,0-88,0; оксид кремния 0,7-6,0; оксид алюминия 0,6-5,1; оксид кальция 1,7-3,0; оксид магния 3,8-4,0; оксиды натрия и калия 2,3-4,0; оксид марганца 0,4-0,9; оксид цинка 2,5-14,0.

Однако этот пигмент имеет узкую цветовую гамму, требует наличия большого количества компонентов, из разного рода веществ, имеют узкую область применения.

Известен состав для получения красного железоцинкового пигмента (Патент SU № 1656857, класс С09С 1/22. Заявл. 1989.09.25 заявка № 4759635/26. Опубл. 1994.09.15). Этот пигмент содержит следующие компоненты, мас.%: оксид железа 60,0-98,0; оксид цинка 1,0-15,0; оксид алюминия 0,1-25,0.

Однако этот пигмент имеет только один цвет, требует наличия разного рода веществ.

Известен пигмент на основе кремнезема и оксида железа системы F₂O₃ (Патент RU № 2218371, класс С09С 1/24, С09С 1/28, С09С 3/06. Заявл. 1999.03.10 заявка № 2001127434/15. Опубл. 2003.12.10). Этот пигмент состоит из кремнезема и оксида железа при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Кремнезем 70-98 Оксид железа 2-30

Однако этот пигмент имеет узкий диапазон цвета. Кроме того, он требует сложно получаемое сырье - кремнезем.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является коричневый железоокисный пигмент на основе оксидов железа (II) и (III) (Патент SU № 1154300, класс С09С 1/24. Заявл. 1983.04.25, заявка № 3583369/23-26. Опубл. 1985.05.07). Этот пигмент состоит из оксида алюминия, оксида магния, оксида кальция, оксидов железа при следующем соотношении компонентов, мас.%:

оксида алюминия 31.10-36.90 оксида магния 0,26-0,30 оксида кальция 0,09-0,11, оксидов железа остальное

Однако этот пигмент предназначен для получения только одного цвета, имеет высокую маслоемкость, требует для получения компоненты, состоящие из разного рода веществ.

Технический результат данного предлагаемого изобретения заключается:

- в расширении области применения дешевых железоокисных пигментов;

- в получении пигмента из одного вещества;

- в получении пигмента, в котором второй компонент может быть получен из первого компонента путем его механического измельчения;

- в увеличении цветовой гаммы пигмента от серого цвета с металлическим блеском до красного;

- в получении пигмента, выполняющего разные функции: антикоррозионные, защитно-декоративные, функции наполнителя;

Настоящее изобретение касается пигмента на основе оксида железа (III), включающего оксид железа (III), содержащего две фракции, при этом первая фракция оксида железа (III) имеет пластинчатую структуру с размером частиц не менее 20 мкм, вторая фракция оксида железа (III) имеет любую структуру с размером частиц не более 20 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.%:

оксид железа (III) первой фракции   пластинчатой структуры 3-97 оксид железа второй фракции (III)   из частиц разной формы 97-3

Настоящее изобретение касается вышеупомянутого пигмента на основе оксида железа (III), где оксид железа (III) может быть выполнен из природного оксида железа (III) посредством механический подготовки или оксида железа (III) искусственного происхождения. Настоящее изобретение также касается вышеупомянутого пигмента на основе оксида железа (III), где в качестве оксида железа (Ш) может быть использован спекулярит.

Настоящее изобретение, кроме того, касается вышеупомянутого пигмента на основе оксида железа (III), где в качестве оксида железа (III) может быть использован спекулярит месторождения «Рудный Лог».

Настоящее изобретение также касается вышеупомянутого пигмента на основе оксида железа (III), где в качестве второй фракции оксида железа (III) может быть использована первая фракция оксида железа (III), механически измельченная до размеров второй фракции.

Настоящее изобретение, кроме того, касается вышеупомянутого пигмента на основе оксида железа (III), который может дополнительно содержать красящий пигмент в количестве 0,5-5,0 мас.%. Настоящее изобретение также касается вышеупомянутого пигмента на основе оксида железа (III), где оксид железа (III) может содержать размер частиц первой фракции оксида железа (III) предпочтительно не более 100 мкм, более предпочтительно 40-70 мкм при массовом соотношении первой фракции ко второй фракции (1,5-3):1. При таком соотношении параметров пигмент имеет наилучшие антикоррозионные свойства.

Настоящее изобретение, кроме того, касается вышеупомянутого пигмента на основе оксида железа (III), где оксид железа (III) может содержать размер частиц первой фракции оксида железа (III) не менее 100 мкм, предпочтительно не менее 150 мкм, более предпочтительно не менее 200 мкм, при массовом соотношении первой фракции ко второй фракции (10-30):1. При таком соотношении параметров пигмент имеет лучшие защитно-декоративные свойства.

Настоящее изобретение также касается применения вышеупомянутого пигмента на основе оксида железа (III) по отдельности или в смеси с другими материалами в качестве компонента в составах лакокрасочных материалов, керамических материалов, эмалей, стекол, цементов, пластиков, строительных материалов, резины, типографских красок и/или по отдельности или в смеси с другими материалами для отделки окрашенных поверхностей, поверхностей керамических материалов, эмалей, стекол, металлов, цементов, пластиков, строительных материалов, резины, типографских красок.

Частицы оксида железа (III) второй фракции могут иметь любую структуру, т.е. структура частиц второй фракции не принципиальна для получения вышеуказанного технического результата.

В готовом виде пигмент на основе оксида железа (III) поставляется в двух вариантах:

- в виде одного компонента, состоящего из смешанных первой и второй фракций оксида железа (III);

- в виде двух компонентной композиции, содержащей соответственно первую и вторую фракции оксида железа (III).

Поставка пигмента в двух вариантах обусловлена требованиями к конечному продукту и технологии его получения. Так, например, если в технологическом процессе есть операция мелкого перетира компонентов, которая может нарушить пластинчатую структуру первой фракции оксида железа (III), необходимую, например, для защитно-декоративных материалов, то следует выбрать второй вариант поставки пигмента. В этом случае компонент второй фракции оксида железа (III) будет введен до операции перетира, а компонент первой фракции оксида железа (III) будет введен после операции перетира, т.е. в конце технологического процесса.

Для улучшения свойств пигмента на основе оксида железа (III) первая и/или вторая фракции оксида железа (III) могут быть обработаны, например, поверхностно активными веществами (ПАВ).

Первая фракция оксида железа (III) пластинчатой структуры имеет серый цвет с металлическим блеском. Вторая фракция оксида железа (III) представляет собой порошок красного цвета, состоящий из частиц разной формы.

Для расширения цветовой гамы и изменения цвета пигмента на основе оксида железа (III) в первую и/или вторую фракции оксида железа (III) может быть дополнительно введен в небольшом количестве красящие пигменты, например металлические порошковые пигменты (бронзовая пудра, порошок алюминия («серебряная» пудра), сплав меди с цинком и оловом («золотая» пудра) и другие), органические красители и неорганические пигменты.

Полученный пигмент может иметь цветовую гамму от серого цвета с металлическим блеском до красного.

Указанный пигмент отличается возможностью получения из материала одного класса разной крупностью и структуры, что обеспечивает разнообразие цветовой гаммы и широкий спектр применения. Кроме того, при наличии только одной крупной первой фракции оксида железа (III) имеется возможность с помощью измельчения получить вторую фракцию и создать заявленный пигмент. Заявленный пигмент имеет маслоемкость ниже, чем в прототипе, что делает покрытие на его основе более долговечным и насыщенней.

Для приготовления пигмента на основе оксида железа (III) в качестве источника оксида железа (III) используют природный или полученный искусственным путем оксид железа (III) или соли и/или комплексы железа, которые могут быть подвергнуты окислению и/или разложению во время процесса обжига с целью получения оксида железа (III). Кроме того, в качестве источника оксида железа (III) может быть использована, например, природная или искусственная железная слюдка, которая подвергается механическому измельчению до получения требуемых размеров. В качестве железной слюдки, полученной из природного спекулярита, может быть использована слюдка одной из марок спекулярита или их смеси:

- а) марки Miox фирмы Kärntner Montanindustrie (Австрия), содержащая Fe₂O₃ 85-94%, Al₂O₃ - 2-3%, MgO - 1-2%, Са - 0,3%, SiO₂ - 3-6%, Pb < 0.1%;

б) марки Nubifer фирмы «Nubiola» (Испания), содержащая Fe₂O₃ 89 - 94%, Al₂O₃ - 1,9%, MgO - 0,1%, Ca - 0,4%, SiO₂ - 4,2%, K₂O 0,2%.

в) алтайского месторождения «Рудный Лог» с содержанием окислов кремния, алюминия, магния и кальция соответственно не более 2,5 - 32,5; 1,8; 0,2; и 0,3%.

Пример 1. Оксид железа (III) первой фракции с размером частиц 40 мкм 3 мас.% из спекулярита марки Nubifer, оксид железа (III) второй фракции с размером частиц 10 мкм 97% мас.% из спекулярита месторождения «Рудный Лог».

Пример 2. Оксид железа (III) первой фракции с размером частиц 65 мкм 50 мас.% из спекулярита месторождения «Рудный Лог», оксид железа (III) второй фракции с размером частиц 5 мкм 50% мас.% из спекулярита марки Miox.

Пример 3. Оксид железа (III) первой фракции с размером частиц 200 мкм 97 мас.% из спекулярита месторождения «Рудный Лог», оксид железа (III) второй фракции с размером частиц 15 мкм 3% мас.% марки Nubifer.

Результаты испытаний по укрывистости, маслоемкости и цвету приведены в таблице 1.

По укрывистости можно судить о красящей способности полученных пигментов.

Маслоемкость характеризует способность пигмента вбирать масло. Чем меньше маслоемкость пигмента, тем более стойкими и долговечными получаются покрытия. Сравнительные результаты показывают преимущества предлагаемого пигмента по сравнения с известным прототипом по маслоемкости и укрывистости.

Таблица 1.   Пример 1 Пример 2 Пример 3 Прототип №1154300 Укрывистость, г/м² 4,5-5,1 8,3-9,1 16,5-17,9 13,0-20,3 Маслоемкость, г/100 г пигмента 16-17 11-11,5 16,5-17,0 40,0-45,0 Цвет Красный Серо-красный с металлическим блеском Серый с металлическим блеском Коричневый

Защитные свойства предлагаемого пигмента оценивались на основании сравнительных испытания грунтовок ГФ-021 со стандартной рецептурой (вариант 1) и с использованием предлагаемого пигмента следующих параметров: оксид железа (III) первой фракции с размером частиц 40 мкм 3 мас.%, оксид железа (III) второй фракции с размером частиц 10 мкм 97% мас.% (вариант 2). Результаты испытаний приведены в таблице 2.

Таблица 2 Наименование показателя Вариант 1 Вариант 2 Твердость пленки - по маятниковому прибору М-3, усл. ед. 0,347 0,500 Стойкость пленки к воздействию соленого тумана, ч., не менее 120 240 Прочность пленки к истиранию кварцевым песком (кг/мкм) 0,608 0,769

Антикоррозионные свойства оценивались по воздействию соляного тумана на лакокрасочное покрытие, в составе которого известный железоокиный пигмент по ТУ2322-166-05011907-88 и предлагаемый пигмент.

В таблице 3 представлены результаты испытания красок на основе алкидной смолы марки АФ-033 ТУ 2311-025-54651722-2002, в рецептуре которых в качестве пигмента использовался:

- железоокисный пигмент ТУ 2322-166-05011907-88 (вариант а)

- оксид железа (III) первой фракции из спекулярита месторождения «Рудный Лог» со средним размером частиц 70 мкм, оксид железа (III) второй фракции из спекулярита месторождения «Рудный Лог» со средним размером частиц 15 мкм при соотношении 2,2:1 (вариант б);

- оксид железа (III) первой фракции из спекулярита марки Nubifer со средним размером частиц 63 мкм, оксид железа (III) второй фракции из спекулярита месторождения «Рудный Лог» с размером частиц 10 мкм при соотношении 1,5:1 (вариант в).

Таблица 3 Наименование параметра Вариант а) Вариант б) Вариант в) Стойкость пленки к воздействию соленого тумана, ч., не менее 120 600 600 Стойкость покрытия к истиранию абразивной шкуркой (уд. весовой износ), г/м² 15,8 11,2 10,8

Из приведенных сравнительных характеристик видно, что значения малярно-технических характеристик заявленного пигмента: маслоемкости и укрывистости лучше по сравнению с прототипом. Кроме того, краска, содержащая заявленный пигмент обладает более высокой коррозионной стойкость и стойкостью к истиранию, чем краска, содержащая известный железоокисный пигмент по ТУ 2322-166-05011907-88.

Таким образом, результаты испытаний показывают, что предлагаемые пигменты обеспечивают эффективную защиту поверхностей к истиранию, и надежную антикоррозионную защиту металлических поверхностей и превосходят прототип по маслоемкости, укрывистоти и спектру цветов.

Пигмент на основе оксида железа (III) может использоваться как антикоррозионный пигмент, защитно-декоративный пигмент, применяться в качестве наполнителя, а также различных материалах, таких как лакокрасочные, керамические, строительные, в составе эмалей, стекол, цементов, пластиков, резины, типографских красок и для отделки поверхностей керамических материалов, эмалей, стекол, цементов, пластиков, строительных материалов, резины, типографских красок.

Пигмент на основе оксида железа (III) может применяться в, порошковых красках, вододисперсионных и органорастворимых грунтовках, красках, эмалях. В качестве связующего вещества в лакокрасочных материалах могут использоваться акриловые, виниловые, кремнейорганические и эпоксидные смолы, алкидные, ненасыщенные полиэфирные, меламиновые полимеры, полимеры целлюлозы, фторсодержащие полимеры, полиамиды, полиуританы, полиакрилаты, аминопласты, полифенолы и т.д. Эти вещества могут использоваться как самостоятельно, так и в комбинации.

Заявленный пигмент может быть смешан с вышеуказанными связующими в соотношениях от 1:1,2 до 1:3,5.

В качестве добавок в лакокрасочные композиции вместе с заявленным пигментом могут быть введены средства регулирования вязкости, растекаемости, седиментации, промоторы структурообразования, пеноуничтожающие реагенты, пластификаторы, антисептики, антифунгицидные средства, стабилизаторы ультрофиолетового излучения, наполнители и т.д.

Заявленный пигмент может быть применен в лакокрасочных материалах в качестве наполнителя по п.1 формулы изобретения. Содержание заявленного наполнителя в общем количестве наполнителя в лакокрасочных материалах может колебаться от 100% до 0,5%.

В соответствующем количестве предлагаемый пигмент может быть использован и в типографских красках для разной печати: высокой, глубокой плоской, печати литографским способом, офсетной печати, цифровой, гравировки и пр.

Предлагаемый пигмент может быть использован в процессе производства полимерных материалов как путем прямого смешивания с полимером, так и после их предварительного гранулирования. В качестве пластмассовой составляющей могут быть использованы термопластические полимеры.

Предлагаемый пигмент может быть использован при производстве строительных материалов, например бетона, цемента, тротуарной плитки, цементной черепицы, полимер-песчаной черепицы и пр. Разноцветные строительные материалы могут быть получены путем непосредственного размешивания их в растворе или окрашивания их поверхности после затвердения.

Предлагаемый пигмент может быть использован для окрашивания керамики, металла и стекла. Окрашивание можно проводить как путем добавления пигмента непосредственно в сырье, так и путем поверхностного окрашивания изделия.

Заявленный пигмент придает продукции улучшенную механическую прочность, химическую стойкость, обеспечивает хорошую адгезию к подложке, стойкость к свету, мелению, мытью.

Изобретение может быть использовано в производстве лакокрасочных, строительных, керамических материалов, стекол, эмалей, пластмасс, резины. Пигмент на основе оксида железа содержит две фракции оксида железа (III). Первая фракция имеет пластинчатую структуру с размером частиц не менее 20 мкм. Вторая фракция состоит из частиц разной формы с размером частиц не более 20 мкм. Соотношение указанных компонентов в пигменте, мас.%: оксид железа (III) первой фракции пластинчатой структуры - 3-97, оксид железа (III) второй фракции из частиц разной формы - 97-3. Изобретение позволяет получить пигмент от серого цвета с металлическим блеском до красного, повысить коррозионную стойкость и стойкость к истиранию лакокрасочных покрытий, уменьшить укрывистость и маслоемкость, 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Пигмент на основе оксида железа, включающий оксид железа (III), отличающийся тем, что он содержит две фракции оксида железа (III), при этом первая фракция оксида железа (III) имеет пластинчатую структуру с размером частиц не менее 20 мкм, вторая фракция оксида железа (III) состоит из частиц разной формы с размером частиц не более 20 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.%:
оксид железа (III) первой фракции   пластинчатой структуры 3-97 оксид железа (III) второй фракции   из частиц разной формы 97-3

2. Пигмент на основе оксида железа по п.1, отличающийся тем, что оксид железа (III) выполнен из природного оксида железа (III) посредством механической подготовки или оксида железа (III) искусственного происхождения.

3. Пигмент на основе оксида железа по п.1, отличающийся тем, что в качестве оксида железа (III) используется спекулярит.

4. Пигмент на основе оксида железа по п.1, отличающийся тем, что в качестве оксида железа (III) используется спекулярит месторождения «Рудный Лог».

5. Пигмент на основе оксида железа по п.1, отличающийся тем, что в качестве второй фракции используется первая фракция, механически измельченная до размеров второй фракции.

6. Пигмент на основе оксида железа по п.1, в котором первая фракция оксида железа (III) предпочтительно содержит размер частиц не более 100 мкм, более предпочтительно 40-70 мкм, при массовом соотношении оксида железа (III) первой фракции к оксиду железа (III) второй фракции, мас.% (1,5-3):1.

7. Пигмент на основе оксида железа по п.1, в котором первая фракция оксида железа (III) содержит размер частиц не менее 100 мкм, предпочтительно не менее 150 мкм, более предпочтительно не менее 200 мкм, при соотношении оксида железа (III) первой фракции к оксиду железа второй фракции (III) (10-30):1.

8. Пигмент на основе оксида железа по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит красящий пигмент в количестве 0,5-5,0 мас.%.

9. Применение пигмента на основе оксида железа по любому из пп.1-7 по отдельности или в смеси с другими материалами в качестве компонента в составах лакокрасочных материалов, керамических материалов, эмалей, стекол, цементов, пластиков, строительных материалов, резины, типографских красок, и/или по отдельности, или в смеси с другими материалами для отделки окрашенных поверхностей, поверхностей керамических материалов, эмалей, стекол, металлов, цементов, пластиков, строительных материалов, резины, типографских красок.