Способ обработки поверхности частиц неорганического пигмента и способ производства пластмасс, покрытий и ламинатов с помощью вышеуказанного полученного неорганического пигмента Российский патент 2017 года по МПК C09C3/06 C09C1/36 C08K3/22 C08K9/02 D21H17/69 D21H21/28 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к способу обработки поверхности неорганических частиц пигмента, прежде всего частиц пигмента на основе диоксида титана и к применению частиц пигмента при производстве ламинатов, покрытий и пластмасс.

Уровень техники

Неорганическую частицу, прежде всего неорганическую частицу пигмента, подвергают многократной поверхностной обработке, чтобы изменить определенные свойства, например поверхностный заряд, диспергирующие свойства, устойчивость к действию кислоты и устойчивость к действию света. При применении пигментов, прежде всего диоксида титана, наиболее важным, наряду с прочим, является высокая кроющая способность (светонепроницаемость), которая может быть улучшена благодаря особому способу обработки поверхности. Высокая кроющая способность или высокая светонепроницаемость требуются, например, при применении частиц пигмента диоксида титана в дисперсионных красках или в ламинатах (декоративной бумаге).

Повышение кроющей способности обычно достигается при нанесении на поверхность покрытия из оксида кремния и/или оксида алюминия, которые характеризуются наибольшей рыхлостью, пористостью, объемностью структуры и действуют как разделители отдельных частиц пигмента. В другом варианте частицы пигмента можно смешивать с пригодными наполнителями (например, карбонат кальция, каолин, тальк), причем частицы наполнителя, так называемые "частицы-добавки", должны служить в качестве разделителя частиц пигмента.

В патентах US 3,591,398 и US 4,075,031 описаны способы осаждения пористых слоев SiO₂ и Al₂O₃ на частицах TiO₂, чтобы улучшить кроющую способность частиц пигмента. При этом в кислотную водную суспензию частиц TiO₂, рН которой составляет ≤7, добавляют щелочные соединения-предшественники слоев оксидов, и рыхлые структуры соответствующих оксидов быстро выпадают в осадок в виде рыхлой структуры.

Декоративная бумага является составной частью декоративного, термореактивного материала покрытия, которое предпочтительно применяют для повышения качества поверхности мебели и ламинированного пола. Ламинат представляет собой прессованный слоистый материал, в котором, например, запрессованы несколько импрегнированных, друг на друга уложенных слоев бумаги или слои бумаги и твердая древесно-волокнистая плита или древесно-стружечная плита (ДСП). Благодаря применению специальных синтетических смол, достигается чрезвычайно высокая устойчивость ламината к образованию царапин, ударопрочность, устойчивость к химическим веществам и термостойкость.

Применение специальной бумаги (декоративной бумаги) позволяет получать декоративные поверхности, причем декоративная бумага служит не только как оклеечная бумага, например, для непривлекательной поверхности древесного материала, но также в качестве подложки для синтетической смолы. К требованиям, которые предъявляются к декоративной бумаге, в том числе относятся светонепроницаемость (кроющая способность), устойчивость к действию света (стабильность к потемнению), светостойкость окраски, влагоустойчивость, пропитываемость и пригодность для печати. Рентабельность способа получения декоративной бумаги наряду с прочим определяется светонепроницаемостью пигмента в бумаге.

В принципе для обеспечения требуемой светонепроницаемости декоративной бумаги прежде всего пригодным является пигмент на основе диоксида титана. При получении бумаги, как правило, смешивают пигмент диоксида титана или суспензию пигмента диоксида титана с суспензией целлюлозы. В основном, кроме пигмента и целлюлозы в качестве исходных материалов, используют также вспомогательные вещества, например влагоустойчивые средства и при необходимости другие добавки, например определенные наполнители.

Для повышения устойчивости к действию света (стабильность к потемнению) декоративную бумагу покрывают слоем пигмента диоксида титана, обычно в смеси с соединениями алюминия, прежде всего с фосфатом алюминия. Известно, что для повышения светонепроницаемости используют пигменты диоксида титана при получении декоративной бумаги и в других областях, а также для специальной обработки поверхностей, например применение осадка рыхлых металлоксидных слоев пигментов для дисперсионных красок, причем осадок действует как разделитель (спейсер) для отдельных частиц пигмента.

Согласно DE 10332650 А1 можно получить пигмент диоксида титана с более высокой устойчивостью к потемнению и одновременно улучшенными удерживанием и светонепроницаемостью. Способ характеризуется тем, что алюминиевый и фосфорный компоненты добавляют в суспензию диоксида титана при постоянно поддерживаемом рН по крайней мере 10 и затем рН снижают до 9, чтобы выпали в осадок соединения фосфата алюминия.

В DE 102011015856 А1 описан другой способ получения пигмента диоксида титана с алюминий-фосфатным покрытием, с более высокой устойчивостью к потемнению и достаточно высокими яркостью и светонепроницаемостью. Согласно этому способу в суспензию диоксида титана сначала добавляют фосфорную кислоту, а затем щелочное и кислотное соединение алюминия.

В заявке WO 2002/077107 А2 описан состав пигмента диоксида титана, который проявляет не только высокую устойчивость к потемнению, но и высокую светонепроницаемость. Состав пигмента состоит из смеси двух различных типов пигмента диоксида титана. Тип А является пригодным пигментом диоксида титана с более высокой стабильностью к потемнению для применения при получении декоративной бумаги, например, в виде пигмента, покрытого фосфатом алюминия, а Тип В является пригодным пигментом диоксида титана для применения при получении дисперсионных красок и который характеризуется присутствием слоя с повышенным содержанием SiO₂ и Al₂O₃ в хлопьевидном объемном осадке. Недостаток такого состава заключается в том, что сначала готовят два различных типа пигмента, а затем их необходимо смешать до гомогенного состояния.

Существует необходимость в разработке способа получения неорганических пигментов, которые по сравнению с известными неорганическими пигментами обладают преимуществом, например, характеризуются более высокой рентабельностью получения и, следовательно, экономией затрат при применении. Существует также необходимость прежде всего в альтернативном, рентабельном способе получения пигмента диоксида титана с улучшенной светонепроницаемостью и возможностью одновременно оптимизировать также другие свойства, такие как устойчивость к старению в естественных условиях, устойчивость к потемнению, яркость, устойчивость к коррозии и т.д.

Раскрытие изобретения

Цель изобретения заключалась в разработке альтернативного способа обработки поверхности частиц неорганического пигмента, прежде всего частиц пигмента диоксида титана, с помощью которого можно улучшить светонепроницаемость и/или другие свойства, например устойчивость к старению или яркость частицы пигмента.

Цель настоящего изобретения достигается с помощью способа обработки поверхности частиц неорганического пигмента, который включает следующие стадии:

а) получение водной суспензии частиц неорганического пигмента,

б) осаждение неорганических соединений из водного раствора в отдельной емкости, причем осажденный продукт состоит из агломератов тонкодисперсных первичных частиц и/или отдельных кристаллов,

в) добавление указанного выше осажденного продукта в водную суспензию частиц неорганического пигмента.

Частицами вышеуказанного неорганического пигмента могут быть частицы диоксида титана.

Вышеуказанный продукт осаждения может характеризоваться рыхлой агломерированной структурой.

Вышеуказанные осажденные неорганические соединения могут представлять собой оксид или сульфат.

Осажденные неорганические соединения могут представлять собой оксид кремния, алюминия, циркония или титана или их смеси.

Вышеуказанные осажденные тонкодисперсные первичные частицы могут быть преимущественно в кристаллической форме.

Вышеуказанные частицы неорганического пигмента могут содержать предварительно обработанную поверхность.

В качестве неорганического соединения может быть выбран оксид алюминия, а в качестве двух компонентов может выбираться или щелочное соединение алюминия и кислотный компонент, или кислотное соединение алюминия и щелочной компонент, при этом осаждение двух компонентов осуществляется при величине рН от 4,5 до 7.

В качестве неорганического соединения может быть выбран алюмосиликат, а в качестве двух компонентов может выбираться раствор щелочного силиката и щелочное или кислотное соединение алюминия, при этом смешивание двух компонентов осуществляется при доведении значения рН вплоть до 10.

В качестве частиц неорганического пигмента могут также выбираться необработанные частицы диоксида титана, при этом водная суспензия необработанных частиц диоксида титана осуществляется при значении рН по крайней мере 8, предпочтительно 9, в водную суспензию необработанных частиц диоксида титана добавляется фосфорная кислота и щелочное соединение алюминия и затем добавляется кислотное соединение алюминия при значении рН на уровне от 4,5 до 7, в качестве неорганического соединения при этом выбирается неорганическое соединение алюминия, которое осаждается из водного раствора при величине рН от 4,5 до 7, а водный раствор получается по крайней мере из одного щелочного соединения алюминия и одного кислотного компонента или по крайней мере из одного кислотного соединения алюминия и одного щелочного компонента.

Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения частицы неорганического пигмента могут последовательно обрабатываться с по меньшей мере одним дополнительным условием обработки.

Настоящее изобретения также раскрывает применение частиц пигмента, полученных вышеописанным способом при получении пластмасс, покрытий или ламинатов.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 и 2 показаны изображения продуктов осаждения по настоящему изобретению, полученные с использованием трансмиссионного электронного микроскопа (ТЭМ), как это описано в примере 1.

На фиг. 3 и 4 показаны изображения, полученные с использованием ТЭМ частиц пигмента TiO₂ с обработанной согласно настоящему изобретению поверхностью, как это описано в примере 1.

На фиг. 5 показано изображение, полученное с использованием ТЭМ частиц пигмента TiO₂ с обработанной стандартным способом поверхностью, как это описано в сравнительном примере 1.

Осуществление изобретения

Термин "оксид", использованный в данном контексте, означает также соответствующие водосодержащие оксиды, гидроксиды или гидраты оксидов. Все указанные данные относительно рН, температуры, концентрации в мас. % или об. %, размера частиц и т.п. представлены с соответствующей точностью измерения, известной специалисту. Термин "значительное количество" или "значительная часть" в рамках настоящего изобретения означает минимальное количество компонента, при котором компонент начинает оказывать влияние на свойства смеси в интервале точности измерения.

Используемая в настоящем изобретении неорганическая частица пигмента предпочтительно характеризуется средним диаметром вплоть приблизительно до 1 мкм, прежде всего приблизительно от 0,1 до 1 мкм и прежде всего предпочтительно приблизительно приблизительно от 0,2 до 0,5 мкм.

Пригодными частицами пигмента являются неорганические частицы цветного пигмента и белого пигмента. Прежде всего предпочтительными являются частицы пигмента диоксида титана.

В настоящем изобретении используют водную суспензию частиц неорганического пигмента. Частицы можно предварительно измельчать, например, в мельнице для диспергирования с мешалкой (бисерной мельнице). Затем на поверхность частиц можно наносить покрытие, например, из неорганических оксидов металлов.

В случае частиц пигмента диоксида титана можно использовать материал, который был получен хлоридным способом или сульфатным способом. Частицы диоксида титана предпочтительно активируют алюминием. Количество добавки алюминия предпочтительно составляет от 0,2 до 2,0 мас. % в расчете на количество Al₂O₃. В качестве частиц диоксида титана можно использовать либо не обработанные частицы (диоксид титана - основное вещество), либо частицы с уже нанесенным на их поверхность покрытием. Покрытие поверхности может состоять из одного или нескольких слоев. Как правило, покрытие содержит одно или несколько соединений SiO₂, Al₂O₃, ZrO₂, TiO₂, SnO₂, P₂O₅. Специалисту известны общепринятые составы и общепринятые способы получения покрытия. Прежде всего покрытие может иметь плотную и/или рыхлую структуру.

Согласно настоящему изобретению в водную суспензию частиц неорганического пигмента добавляют продукт осаждения, состоящий из неорганических соединений и который состоит из агломератов тонкодисперсных первичных частиц и/или из отдельных кристаллов. Продукт осаждения предпочтительно содержит оксид или сульфат. Речь идет прежде всего об оксидах: оксиде кремния, оксиде алюминия, оксиде циркония, или оксиде титана, или их смесях. Размер тонкодисперсных первичных частиц предпочтительно составляет вплоть до 200 нм, прежде всего до 100 нм и прежде всего предпочтительно до 50 нм. В другом варианте осуществления настоящего изобретения первичные частицы в подавляющем большинстве состоят из кристаллов. Длина граней отдельных кристаллов в продукте осаждения составляет предпочтительно вплоть до 3 мкм, прежде всего до 1 мкм.

Осажденные агломераты тонкодисперсных первичных частиц предпочтительно характеризуются рыхлой структурой. Согласно изобретению термин "рыхлая структура" или "рыхлые структурированные агрегаты" означает, что существующее пустое пространство между первичными частицами, как определено с помощью электронного микроскопа, составляет приблизительно более 30 об. % агломератов. В данном контексте агломераты также названы хлопьями. Размер агломератов зависит от условий осаждения и от условий диспергирования, например от рН, температуры, времени и добавления зародышей кристаллизации. Специалисту известны возможности для воздействия на условия осаждения.

Продукт осаждения получают при смешивании по крайней мере двух компонентов в водном растворе и при надлежащем контроле рН и/или температуры, при этом в осадок выпадают требуемые неорганические соединения. Специалисту известны соответствующие компоненты и пригодные параметры для контроля условий осаждения.

Осаждение осуществляют в отдельной емкости, причем речь может идти, например, также о трубке, присоединенной к емкости, в которой находится суспензия частиц неорганического пигмента. Трубка может, кроме того, при необходимости оборудована встроенным перемешивающим устройством.

Согласно одному варианту осуществления изобретения для осаждения агломератов первичных частиц оксида алюминия, например, получают водный раствор смеси по крайней мере двух компонентов при рН от 4,5 до 7. По крайней мере два компонента включают либо щелочное соединение алюминия (например, алюминат натрия) и кислотный компонент, например кислоту или кислотную соль (например, сульфат алюминия). Либо в другом варианте они включают кислотное соединение алюминия (например, сульфат алюминия) и щелочной компонент, например щелочь или щелочную соль (например, алюминат натрия).

В растворе смеси выпадает в осадок оксид алюминия в виде рыхлых структурированных агломератов.

Для осаждения агломератов первичных частиц оксида кремния в качестве компонентов используют, например, щелочной раствор щелочного силиката (например, жидкое стекло) и кислоту (например, H₂SO₄ или HCl). Как известно, SiO₂ выпадает при рН приблизительно от 9 до 10.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения можно получить рыхлый структурированный агрегат из первичных частиц алюмосиликата. При этом смешивают либо раствор щелочного силиката с щелочным соединением алюминия (например, алюминат натрия) и затем или последовательно, или одновременно с кислотой или с кислотным компонентом (например, сульфат алюминия) до определенного значения рН приблизительно ≤10, причем SiO₂ и Al₂O₃ выпадают в осадок одновременно в виде рыхло-структурированной формы. В другом варианте можно смешивать раствор щелочного силиката с кислотным соединением алюминия (например, сульфат алюминия) и доводить рН с помощью соответствующего количества кислоты или щелочи до значения приблизительно ≤10.

Согласно изобретению можно получать продукты осаждения из других смесей оксидов.

Согласно изобретению затем к продукту осаждения, полученному в отдельной емкости, добавляют при перемешивании суспензию частиц пигмента, предпочтительно в виде суспензии. Условия проведения процесса выбирают таким образом, чтобы после добавления содержащиеся в суспензии продукты осаждения и частицы пигмента оставались химически стабильными.

Согласно изобретению агломераты продукта осаждения образуют отложения в виде дискретных хлопьев на неорганической частице пигмента или между неорганическими частицами пигмента (см. фиг. 3 и 4). В отличие от этого, на поверхности частиц, обработанных стандартным способом, в процессе осаждения in situ неорганических материалов на поверхности частиц в основном формируется сплошной слой (см. фиг. 5).

В отличие от обработанной стандартным способом поверхности, обработка поверхности по настоящему изобретению обеспечивает, прежде всего улучшенное разграничение отдельных частиц пигмента друг от друга и в связи с этим повышение эффективности в отношении светонепроницаемости, разбеливающей способности и себестоимости. В связи с этим обработка поверхности по настоящему изобретению обеспечивает степени свободы при осаждении неорганических соединений, так как при обработке поверхности стандартным способом пигментные частицы должны подвергаться обработке в специальных условиях осаждения in situ.

В предпочтительном варианте осуществления способа по настоящему изобретению получают пигмент диоксида титана, предназначенный для получения ламинатов с более высокой светонепроницаемостью и более высокой стабильностью к потемнению. При этом на поверхности частиц диоксида титана осаждается прежде всего слой из соединений алюминия и фосфора при необходимости в смеси с гидратом оксида алюминия. Состав зависит от количества добавленных алюминиевого и фосфорного компонентов и при необходимости от имеющегося количества активирующей добавки Al₂O₃. В дальнейшем этот слой упрощенно обозначен как "слой фосфата-оксида алюминия". Слой фосфата-оксида алюминия получают следующим образом.

В водную суспензию, содержащую предпочтительно необработанные частицы диоксида титана, при рН не менее 8, предпочтительно не менее 9, сначала добавляют фосфорную кислоту и щелочное соединение алюминия и затем кислотное соединение алюминия, причем величину рН устанавливают на уровне от 4,5 до 7, при этом образуется слой фосфата-оксида алюминия.

Затем в отдельной емкости в одну стадию получают водный раствор смеси, содержащей по крайней мере два компонента при рН от 4,5 до 7. По крайней мере два компонента включают либо щелочное соединение алюминия (например, алюминат натрия) и кислотный компонент, например кислоту или кислотную соль (например, сульфат алюминия), либо в другом варианте они включают кислотное соединение алюминия (например, сульфат алюминия) и щелочной компонент, например щелочь или щелочную соль (например, алюминат натрия). В растворе смеси неорганические соединения алюминия, прежде всего оксид алюминия, выпадают в осадок в виде агломератов высокодисперсных первичных частиц. Агломерат представляет собой предпочтительно рыхлую структуру.

И наконец, в суспензию диоксида титана добавляют раствор смеси с осажденными агломератами, причем осажденные агломераты образуют хлопьевидное отложение на поверхности частиц диоксида титана. Затем при необходимости рН суспензии диоксида титана доводят до величины приблизительно от 5 до 7.

Использованное количество фосфорной кислоты составляет предпочтительно от 1,0 до 5,0 мас. %, прежде всего от 1,5 до 3,5 мас. % и наиболее предпочтительно от 2,0 до 3,0 мас. %, в виде P₂O₅ и в расчете на количество TiO₂.

Общее количество добавленных соединений алюминия, включая осажденный агломерат, составляет предпочтительно от 3,0 до 7,0 мас. %, прежде всего от 4,0 до 6,0 и мас. %, в виде Al₂O₃ и в расчете на количество TiO₂.

Обработанный пигмент TiO₂ отделяют от суспензии при последующей обработке известными специалисту методами фильтрации и полученный осадок на фильтре промывают для удаления растворимых солей.

Для улучшения светоустойчивости пигмента в ламинате к отфильтрованному промытому осадку перед последующей сушкой или во время сушки можно добавить азотсодержащее соединение, например KNO₃, NaNO₃, Al(NO₃)₃, в количестве от 0,05 до 0,5 мас. % в виде NO₃ и в расчете на количество пигмента. Кроме того, на стадиях способа к пигменту для улучшения текучести можно добавлять органическое соединение, выбранное из ряда соединений, которые обычно применяют для получения пигментов TiO₂ и которые известны специалисту, таких как многоатомные спирты (триметилолэтан, триметилолпропан, неопентилгликоль). В другом варианте добавления азотсодержащих соединений перед сушкой или во время сушки, такие вещества можно также добавлять во время измельчения.

В еще одном варианте осуществления способа, обработанный пигмент подвергают термической обработке при температуре от 200 до 400°С, предпочтительно от 200 до 300°С, в течение приблизительно от 60 до 180 мин.

Согласно этому варианту пигмент, полученный способом по настоящему изобретению, характеризуется улучшенной светонепроницаемостью и в равной степени достаточно высокими яркостью и устойчивостью к потемнению по сравнению с пигментами сравнения и наилучшим образом подходит для применения при получении декоративной бумаги.

Примеры

Настоящее изобретение описано ниже в виде примеров, которые не ограничивают его объем.

Пример 1

В 250 мл измельченной во влажном состоянии суспензии частиц пигмента TiO₂, в которой концентрация TiO₂ составляла 400 г/л, величину рН доводили до 3 с использованием H₂SO₄. Затем добавляли 2 г Al₂O₃ в виде раствора сульфата алюминия, причем рН суспензии составлял ниже 3.

Для получения продукта осаждения из водного раствора, 100 мл раствора жидкого стекла (100 г/л SiO₂) при температуре 60°С и при перемешивании медленно добавляли к 100 мл раствора алюмината натрия, который доводили до концентрации 100 г/л Al₂O₃ с использованием 5%-ного раствора NaOH. Затем величину рН снижали до 10 с использованием HCl и перемешивали при комнатной температуре в течение 24 ч, при этом образуется тонкодисперсный осадок.

На фиг. 1 и 2 представлены два изображения продукта осаждения, полученные с помощью трансмиссионного электронного микроскопа (ТЭМ). Продукт осаждения состоит преимущественно из агломерированных кристаллических частиц с четко выраженными кристаллическими поверхностями, и размеры первичных частиц составляют не только менее 100 нм, но и более 100 нм. На фиг. 1 дополнительно показан отдельный кристалл с длиной грани приблизительно 300 нм.

Затем в суспензию TiO₂ при перемешивании добавляли 40 мл суспензии, содержащей продукты осаждения, и величину рН суспензии TiO₂ устанавливали на уровне от 6 до 8. Частицы TiO₂ отделяли, промывали и высушивали при 105°С.

На фиг. 3 и 4 показаны два изображения обработанных частиц пигмента TiO₂, полученных с помощью ТЭМ. На изображениях видно, что осажденные агломераты выполняют функцию дискретных разделителей между частицами TiO₂ (указаны стрелкой).

Удельная поверхность обработанных частиц пигмента, определенная методом Брунауера, Эммета и Теллера (БЭТ), составляет 9,2 м²/г.

Сравнительный пример

К 250 мл измельченной во влажном состоянии суспензии частиц пигмента TiO₂ с концентрацией TiO₂ 400 г/л при рН приблизительно 12 и при температуре 60°С одновременно добавляли 20 мл раствора растворимого стекла (100 г/л SiO₂) и 20 мл раствора сульфата алюминия (100 г/л Al₂O₃). Затем добавляли 2 г Al₂O₃ в виде раствора сульфата алюминия и рН суспензии доводили до 7, частицы TiO₂ отделяли, промывали и высушивали при 105°С.

На фиг. 5 показано изображение, полученное с помощью ТЭМ, обработанных частиц пигмента TiO₂. На изображении видно, что выпавший в осадок in situ оксид существует в виде почти сплошного слоя на поверхности частиц TiO₂.

Удельная поверхность обработанных частиц пигмента, определенная методом БЭТ, составляет 15,3 м²/г.

Пример 2

К суспензии измельченных во влажном состоянии частиц пигмента TiO₂, полученных хлоридным способом, с концентрацией TiO₂ 450 г/л и добавкой алюминия в частицах TiO₂, соответствующей 1,2 мас. % Al₂O₃, при рН 10 добавляли 2,5 мас. % P₂O₅ в виде 75%-ной H₃PO₄ и рН доводили до приблизительно 2. Затем добавляли 2,0 мас. % Al₂O₃ в виде алюмината натрия и рН доводили до приблизительно 10. На следующей стадии рН суспензии доводили до 5 при добавлении сульфата алюминия (соответственно от 1,1 до 1,3 мас. % Al₂O₃). Затем получали водный раствор смеси, состоящий из компонентов сульфата алюминия и алюмината натрия, при рН 5, в котором образуется продукт осаждения из агломерированных первичных частиц.

Раствор смеси, содержащей продукт осаждения, добавляли к суспензии TiO₂ в количестве, которое соответствует добавленному количеству 1,2 мас. % Al₂O₃, в расчете на массу TiO₂.

Затем рН суспензии доводили до 6 с использованием раствора щелочного алюмината натрия.

Дополнительно обработанную суспензию TiO₂ фильтровали, промывали для удаления растворимых в воде солей. Промытую отфильтрованную пасту после добавления приблизительно 0,18 мас. % NO₃ в виде NaNO₃ высушивали в распылительной сушилке и затем измельчали в струйно-вибрационной мельнице.

Полученный пигмент характеризуется следующим составом (в каждом случае приведено содержание оксидов): 2,2 мас. % P₂O₅ и 5,1 мас. % Al₂O₃,соответственно в расчете на массу основного компонента TiO₂, и 0,17 мас. % NO₃.

Сравнительный пример 2

К суспензии измельченных во влажном состоянии частиц пигмента TiO₂, полученных хлоридным способом, с концентрацией TiO₂ 450 г/л и добавкой алюминия в частицах TiO₂, соответствующей 1,2 мас. % Al₂O₃, при рН 10 добавляли 2,5 мас. % Р₂O₅ в виде 75%-ной H₃PO₄и рН доводили до приблизительно 2. Затем добавляли 2,0 мас. % Al₂O₃ в виде алюмината натрия и рН доводили до приблизительно 10. На следующей стадии рН суспензии доводили до 5 при добавлении сульфата алюминия (соответственно от 1,1 до 1,3 мас. % Al₂O₃). Затем добавляли 1,2 мас. % Al₂O₃ при одновременном добавлении сульфата алюминия и алюмината натрия таким образом, чтобы в смеси поддерживать значение рН 5 (способ с фиксированным рН). Затем рН суспензии доводили до 6 с использованием раствора щелочного алюмината натрия.

Дополнительно обработанную суспензию TiO₂ фильтровали, промывали для удаления растворимых в воде солей. Промытую отфильтрованную пасту после добавления приблизительно 0,18 мас. % NO₃ в виде NaNO₃ высушивали в распылительной сушилке и затем измельчали в струйно-вибрационной мельнице.

Полученный пигмент характеризуется следующим составом (в каждом случае приведено содержание оксидов): 2,3 мас. % Р₂O₅ и 5,5 мас. % Al₂O₃, соответственно в расчете на массу основного компонента TiO₂, и 0,18 мас. % NO₃.

Методы тестирования и результаты тестирования

Получение ламината (в лабораторном масштабе)

Полученные пигменты диоксида титана, как описано в примере 2 и сравнительном примере 2, обрабатывали в смеси с целлюлозой для получения декоративной бумаги и затем оценивали их оптические свойства и устойчивость к действию света в прессованных ламинатах. Для этого исследуемый пигмент диоксида титана обрабатывали в смеси с целлюлозой и получали лист с плотностью приблизительно 80 г/м² и массовой долей TiO₂ приблизительно 30 г/м².

При оценке оптических свойств декоративной бумаги и тем самым качества пигмента диоксида титана важно, чтобы сравнивались декоративные бумаги с одинаковым содержанием золы. Для этого необходимо, чтобы добавленное количество пигмента диоксида титана для формирования бумажного листа соответствовало удерживанию требуемой массовой доли TiO₂ в бумаге, в данном случае 30±1 г/м², или требуемой плотности, в данном случае 80±1 г/м². В данном тестировании для формирования листа использовали 1,65 г целлюлозы (высушенной в сушильном шкафу). Методы получения и используемые вспомогательные вещества известны специалисту в данной области техники.

Затем в листе определяли содержание диоксида титана (зольность в %). Для определения содержания диоксида титана определенное количество полученной бумаги сжигали в приборе для ускоренного определения зольности в бумаге при 900°С. По массе остатка рассчитывали долю диоксида титана (зольность в %). Для расчета зольности использовали следующее уравнение:

Зольность [г/м²]=(зола [%] × плотность [г/м²])/100 [%].

Последующая обработка бумаги включала импрегнирование и прессование для получения ламината. Для пропитывания смолой лист полностью погружали в раствор меламиновой смолы, а затем его протягивали между двумя шаберами, чтобы обеспечить нанесение определенного количества смолы, и затем предварительно высушивали в сушильном шкафу с циркуляцией воздуха при 130°С. Нанесенное количество смолы составляет от 110 до 140% в расчете на массу листа. Содержание остаточной влаги в листе составляет от 5,7 до 6,2 мас. %. Высушенные листы укладывали в пресс-пакеты с пропитанными фенольной смолой бумажной основой и с белой или черной бумажной подложкой.

Для измерения оптических свойств пресс-пакеты формировали следующим образом: декоративная бумага, белая или черная бумажная положка, 6 листов бумажной основы, белая или черная бумажная положка, декоративная бумага.

Для определения стабильности к потемнению пресс-пакеты формировали следующим образом: декоративная бумага, 5 листов бумажной основы, белая бумажная положка.

Пакеты прессовали в прессе для ламинатов Wickert, тип 2742, при температуре 140°С и давлении 90 бар в течение 300 с.

Тестирование

Определение оптических свойств и стабильности к потемнению ламината проводили с использованием обычных приборов (спектрофотометр, прибор для определения светоустойчивости с помощью ксеноновой лампы). Для оценки оптических свойств слоистых прессованных материалов определяли цветовые различия по формуле (CIELAB L*, -а*, -b*) над белой или черной бумажной подложкой согласно DIN 6174 на колориметре ELREPHO^® 3300.

В качестве меры яркости использовали цветовой параметр L* над белой бумажной подложкой (L*_белая).

Светонепроницаемость является мерой светопроницаемости или светопропускания бумаги. В качестве меры светонепроницаемости ламината были выбраны следующие параметры: CIELAB L*_черная, яркость ламината, измеренная над черной бумагой-подложкой, и значение светонепроницаемости L [%]=Y_чepнaя/Y_белая × 100, рассчитанное по величине Y, измеренной над черной бумагой-подложкой (Y_чepнaя) и, по величине Y, измеренной над белой бумагой-подложкой (Y_белая). Обе величины CIELAB L*_черная и L[%] нормировали на зольность 30,0 г/м². Для оценки стабильности к потемнению (устойчивости к действию света) пигмента диоксида титана или смесей пигментов диоксида титана соответствующий образец ламината освещали в приборе XENOTEST^® Alpha для определения светоустойчивости с помощью ксеноновой лампы. Цветовые различия CIELAB L*, -a*, -b* измеряли согласно DIN 6174 при освещении в приборе XENOTEST* Alpha в течение 96 ч. В качестве источника света использовали ксеноновую лампу с интенсивностью УФ-излучения 70 Вт/м². Температура в лабораторном помещении, где расположены приборы, составляла 45°С, относительная влажность составляла 30%. Образцы освещали в режиме поворота. В качестве меры стабильности к потемнению использовали не только величину ΔL*=L*_до - L*_после, но и величину ΔΕ=((ΔL*)²+(Δа*)²+(Δb*)²)^1/2.

Результаты тестирования

В таблице представлены результаты тестирования ламината, полученного с использованием пигмента по изобретению (пример 2), и ламината, полученного с использованием сравнительного пигмента (сравнительный пример 2). Указанные данные свидетельствуют о том, что ламинат, полученный с использованием пигмента по изобретению, проявляет более высокую светонепроницаемость при одинаковых величинах яркости и стабильности к потемнению по сравнению с ламинатом, содержащим пигмент, описанный в уровне техники.

Выводы

Способ по изобретению позволяет получить пигмент с явно отличающимися свойствами поверхности по сравнению с пигментом, обработанным стандартным способом, как свидетельствуют сравнение фигур 3-5 и соответствующие значения удельной поверхности (определенные методом БЭТ). Обработка поверхности по настоящему изобретению обеспечивает прежде всего улучшенное разграничение отдельных частиц пигмента друг от друга и в связи с этим повышение эффективности в отношении светонепронецаемости, разбеливающей способности и себестоимости по сравнению со стандартной обработкой поверхности. В связи с этим обработка поверхности по настоящему изобретению обеспечивает степени свободы при осаждении неорганических соединений, так как при обработке поверхности стандартным способом пигментные частицы не должны подвергаться обработке в специальных условиях осаждения, которые используют для стандартного осаждения in situ.

Изобретение может быть использовано при получении пластмасс, покрытий или ламинатов. Способ обработки поверхности частиц неорганического пигмента включает получение водной суспензии частиц неорганического пигмента. В отдельной емкости осаждают неорганические соединения из водного раствора при смешивании по крайней мере двух компонентов в водном растворе и при надлежащем контроле величины рН и/или температуры. Формируют суспензию продукта осаждения, которую затем добавляют в водную суспензию частиц неорганического пигмента. Продукт осаждения состоит из агломератов тонкодисперсных первичных частиц и/или отдельных кристаллов. Осажденные неорганические соединения представляют собой оксид или сульфат, например оксид кремния, алюминия, циркония или титана, или их смеси. Изобретение позволяет повысить кроющую способность неорганических пигментов, их устойчивость к старению, светонепроницаемость, яркость и разбеливающую способность. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл., 2 пр.

1. Способ обработки поверхности частиц неорганического пигмента, включающий получение водной суспензии частиц неорганического пигмента, осаждение неорганических соединений из водного раствора при смешивании по крайней мере двух компонентов в водном растворе и при надлежащем контроле величины рН и/или температуры в отдельной емкости, формирование суспензии продукта осаждения, при котором продукт осаждения состоит из агломератов тонкодисперсных первичных частиц и/или отдельных кристаллов, и добавление суспензии продукта осаждения в водную суспензию частиц неорганического пигмента.

2. Способ по п. 1, в котором частицами неорганического пигмента являются частицы диоксида титана.

3. Способ по п. 1, в котором продукт осаждения характеризуется рыхлой агломерированной структурой.

4. Способ по п. 1, в котором осажденные неорганические соединения представляют собой оксид или сульфат.

5. Способ по п. 1, в котором осажденные неорганические соединения представляют собой оксид кремния, алюминия, циркония или титана, или их смеси.

6. Способ по п. 1, в котором осажденные тонкодисперсные первичные частицы находятся преимущественно в кристаллической форме.

7. Способ по п. 1, в котором частицы неорганического пигмента содержат предварительно обработанную поверхность.

8. Способ по любому из пп. 1-7, в котором в качестве неорганического соединения выбирают оксид алюминия, а в качестве двух компонентов выбирают или щелочное соединение алюминия и кислотный компонент, или кислотное соединение алюминия и щелочной компонент, и осаждение двух компонентов осуществляют при величине рН от 4,5 до 7.

9. Способ по любому из пп. 1-7, в котором в качестве неорганического соединения выбирают алюмосиликат, а в качестве двух компонентов выбирают раствор щелочного силиката и щелочное или кислотное соединение алюминия, при этом смешивание двух компонентов осуществляют при доведении значения рН вплоть до 10.

10. Способ по любому из пп. 1-7, в котором в качестве частиц неорганического пигмента выбирают необработанные частицы диоксида титана, водную суспензию необработанных частиц диоксида титана приготовляют при значении рН по крайней мере 8, предпочтительно 9, в водную суспензию необработанных частиц диоксида титана добавляют фосфорную кислоту и щелочное соединение алюминия и затем добавляют кислотное соединение алюминия при значении рН на уровне от 4,5 до 7, в качестве неорганического соединения выбирают неорганическое соединение алюминия, которое осаждают из водного раствора при величине рН от 4,5 до 7, при этом водный раствор получают по крайней мере из одного щелочного соединения алюминия и одного кислотного компонента или по крайней мере из одного кислотного соединения алюминия и одного щелочного компонента.

11. Применение частиц пигмента, полученных способом по любому из пп. 1-11, при получении пластмасс, покрытий или ламинатов.