Способ нанесения покрытия на поверхность неорганических частиц Российский патент 2018 года по МПК C09C1/36 C09C3/06 C09C3/04 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу нанесения покрытия на поверхность неорганических твердых частиц в водной суспензии. В частности, изобретение относится к нанесению покрытия из диоксида кремния или оксида алюминия на поверхность частиц пигмента из диоксида титана.

Уровень техники

На поверхность мелких, неорганических, твердых частиц нередко наносят покрытия для изменения некоторых их свойств, например таких как стойкость к истиранию, поверхностный заряд, диспергирующая способность, кислотостойкость или светостойкость. Например, в документе US 2,885,366 раскрывается нанесение плотного покрытия из диоксида кремния на подложку из частиц никеля или порошкообразного железа, стекловолокна либо диоксида титана. Цветные и белые пигменты периодически покрывают различными оксидами и гидроксидами (например, ЕР 0130272 А1, US Re. 27818).

Обработку поверхности (последующую обработка), в частности поверхности пигментов на основе диоксида титана, обычно выполняют в водной фазе, в которой происходит осаждение на поверхность покрываемых частиц оксидов металлов, гидроксидов, фосфатов либо подобных им соединений. Существующий способ в обычном случае реализуется в форме периодического процесса, осуществляемого в баке, снабженном средствами перемешивания, как это например раскрывается в документе GB 13450045. Начальный этап предусматривает применение водной суспензии, содержащей частицы пигмента, затем в качестве так называемых исходных соединений вводят соответствующие соли металлов в растворенной форме. Далее, используют щелочные или кислые соединения для регулирования величины рН в указанной суспензии таким образом, что происходит осаждение указанных исходных соединений в виде оксидов, гидрооксидов, и.т.д.

Например, в документе GB 13450045 раскрывается периодический способ нанесения покрытия на поверхность пигмента из диоксида титана, в котором указанный пигмент в виде суспензии подвергают интенсивному двухчасовому перемешиванию с сосуде, снабженном средствами перемешивания, причем в течение периода перемешивания в указанный сосуд вводятся покрывающие вещества и происходит их осаждение.

Однако, в силу относительно большого объема сосуда, снабженного средствами перемешивания, и ограниченных возможностей для задействования указанных средств, при введении исходных соединений возникают проблемы, связанные с местной концентрацией, величиной рН, вязкостью и градиентами температуры, что неблагоприятным образом сказывается на результате получения покрытия на частицах из диоксида титана. Полученное указанным способом покрытие характеризуется неоднородностью по плотности и/или толщине. При этом, в суспензии легко возникает агломерация частиц и в результате этого покрывающее вещество охватывает не отдельную частицу, а нередко агломерированную группу частиц. Указанные агломераты частиц вновь разрушают при последующем сухом помоле, учитывая то, что не все частицы конечного продукта характеризуются сплошностью покрытия и что на поверхности частиц остаются непокрытые участки. Кроме этого, покрывающие вещества частично не сцепляются с поверхностью частиц, а образуют хлопьевидный осадок вблизи покрываемых частиц. Эти хлопья уже не представляется возможным вывести из суспензии и они оказывают неблагоприятное влияние на оптические свойства пигментов, например на интенсивность пигмента.

Единственное достоинство традиционного группового способа нанесения покрытия в баке, снабженном средствами перемешивания, состоит в том, что время пребывания суспензии в указанной емкости согласовано с кинетикой химических реакций. Но, в противовес этому, у традиционного способа имеется и недостаток, состоящий в том, что поддержание необходимого для нанесения покрытия распределения температур остается чрезвычайно трудоемкой задачей.

Первый путь устранения недостатков традиционного группового способа нанесения покрытия на поверхность частиц диоксида титана в баке, снабженном средствами перемешивания, предусматривает выстраивание указанных баков в каскадную схему. В этом случае, исходные соединения, представляющие собой оксиды неорганических химических элементов, вводят в отдельный бак меньшего объема, характеризующийся более благоприятными возможностями для проведения операции перемешивания.

В документе US 6,695,906 В2 раскрывается способ данного типа, в котором пигмент из диоксида титана покрывают диоксидом кремния и оксидом алюминия. Растворимый компонент с диоксидом кремния вводят в три этапа в три реакционных сосуда для последовательного проведения химических реакций, причем в каждом из указанных сосудов поддерживается различная величина рН. При этом, компонент с диоксидом кремния вводят непосредственно в реакционный сосуд либо в линию подачи суспензии. Несмотря на это, и в данном случае возникают проблемы, связанные с местной концентрацией, величиной рН, вязкостью и градиентами температуры и ведущие к неоднородности покрытия на поверхности частиц их диоксида титана по плотности и/или толщине. Аналогично, недостатком данного способа продолжает оставаться сложность получения требуемых профилей распределения температуры.

Второй путь устранения недостатков традиционного группового способа нанесения покрытия на поверхность частиц диоксида титана в баке, снабженном средствами перемешивания, предусматривает организацию непрерывного процесса в трубчатом реакторе. В этом случае, исходные соединения, представляющие собой оксиды неорганических химических элементов, вводят в трубчатый реактор с идеальными возможностями для перемешивания (наличие встроенного в контур циркуляции средства перемешивания или диспергатора проходного типа). Введение исходных веществ происходит на молекулярном уровне, как имело место ранее, то есть указанные исходные вещества для вступления в реакцию и частицы диоксида титана для нанесения на них покрытия, соединяют друг с другом в очень ограниченном объеме и перемешивают до идеального состояния. Это позволяет избежать возникновения вышеуказанных проблем, связанных с местной концентрацией, величиной рН и градиентами температуры.

Например, в документе US 5,993,533 раскрывается способ данного типа, в котором пигмент из диоксида титана покрывают диоксидом кремния и оксидом алюминия при осуществлении процесса нанесения покрытия в два последовательных этапа с периодом выдержки. Исходное соединение вводится в суспензию частиц диоксида титана во встроенном в контур смесителе. Далее, указанная суспензия подается в бак, где происходит осаждение покрывающего вещества при температуре от 80 до 100°С и величине рН более 9,5 и менее 8,5, соответственно.

Аналогичным образом, в документе US 2009/0297852 А1 раскрывается непрерывный способ нанесения покрытия на поверхность неорганических частиц, в котором исходные соединения вводятся в суспензию указанных частиц непосредственно вверх по потоку данной суспензии или в диспергатор проходного типа, встроенный в контур циркуляции суспензии с последующей гомогенизацией последней. Суспензия затем поступает в бак, где и происходит осаждение покрывающего вещества на поверхность частиц.

В документе DE 102006059849 А1 раскрывается способ нанесения покрытия, в котором исходное соединение вводится в суспензию непосредственно вверх по потоку данной суспензии или в лопастном измельчающем устройстве, а осаждение покрывающего вещества происходит в баке.

Непрерывный способ нанесения покрытия позволяет добиться требуемого профиля распределения температур. Однако, недостатком данного способа является то, что согласованности времени выдержки с кинетикой химической реакции осаждения возможно добиться только в случае применения очень длинной трубы, в которой не возникает ламинарность течения потока, либо в случае использования для процесса осаждения бака, характеризующегося соответственно значительным объемом. Другим недостатком указанного непрерывного способа является также и то, что управление данным способом нанесения покрытия не отличается совершенством. Так, не представляется возможным исключить такой вариант осуществления способа, при котором происходит смешивание отдельных неорганических оксидов с последовательно добавляемыми покрывающими материалами, что приводит к образованию слоев из смешанных оксидов вместо получения слоев из оксидов одного вида.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание способа нанесения покрытия на поверхность неорганических частиц, в котором устранялись бы недостатки известных из уровня техники способов нанесения таких покрытий, например как посредством обеспечения однородности суспензии, так и с помощью практически полного недопущения возникновения в указанной суспензии агломерации покрываемых частиц.

Указанная задача изобретения решается благодаря созданию способа нанесения покрытия, содержащего по меньшей мере одно покрывающее вещество, на поверхность неорганических частиц в водной суспензии, отличающегося тем, что указанную водную суспензию неорганических частиц подают в контур циркуляции, содержащий сосуд, снабженный мешалкой с высокой скоростью вращения, обеспечивающей окружную скорость по меньшей мере 15 м/с либо удельную мощность перемешивания на единицу объема по меньшей мере 30 Вт/м³, причем указанный контур циркуляции дополнительно снабжен проточным смесителем, функционирующим по принципу ротора/статора, в который дозированно вводят водорастворимое исходное соединение указанного по меньшей мере одного покрывающего вещества.

В способе согласно настоящему изобретению вышеуказанные неорганические частицы могут быть частицами диоксида титана.

В способе согласно настоящему изобретению вышеуказанные неорганические частицы могут покрываться диоксидом кремния и/или оксидом алюминия.

Вышеуказанный сосуд может выполняться с возможностью нагрева или охлаждения.

В способе согласно настоящему изобретению покрытие из диоксида кремния может наноситься при температуре 85-95°С, а покрытие из оксида алюминия может наноситься при температуре 45-55°С.

Вышеуказанное покрытие из диоксида кремния может выполняться в виде плотного слоя.

Посредством указанного проточного смесителя в указанную суспензию дозированно может вводиться любое требуемое количество веществ, регулирующих величину рН.

В качестве указанного вещества, регулирующего величину рН, может использоваться хлористый титанил.

По завершении процесса нанесения покрытия величина рН покрытых неорганических частиц может составлять менее, чем 6,5.

Вышеуказанная суспензия в способе согласно настоящему изобретению может добавляться в указанный контур циркуляции в зоне указанного сосуда или добавляться в указанный контур циркуляции в зоне указанного проточного смесителя.

В способе согласно настоящему изобретению может использоваться мельница, посредством которой при пропускании указанной суспензии через мельницу разрушают агломераты указанных неорганических частиц перед добавлением в указанный контур циркуляции.

В способе согласно настоящему изобретению суспензию можно использовать без добавления диспергирующего средства.

Краткое описание чертежей

На Фиг. 1 представлена блок-схема способа в соответствии с настоящим изобретением.

На Фиг. 2 представлена микрофотография пигмента в соответствии с нижеприводимым Примером 1, полученная при помощи просвечивающей электронной микроскопии.

На Фиг. 3 представлена микрофотография пигмента в соответствии с нижеприводимым Примером 3, полученная при помощи просвечивающей электронной микроскопии.

На Фиг. 4 представлена микрофотография пигмента в соответствии с нижеприводимым Эталонным примером 3, полученная при помощи просвечивающей электронной микроскопии.

Осуществление изобретения

Все раскрытые ниже данные, касающиеся размера, времени, температуры, количества компонентов, концентрации в вес. %, величины рН, и.т.д., следует трактовать в качестве сведений, включающих в себя также все величины, лежащие в интервале погрешности измерения, известном квалифицированным специалистам в данной области техники. Если не указано иное, то в нижеследующих примерах использованы различные материалы, относящиеся к классам технических материалов. Понятие "по существу свободный" употребляется в качестве средства обозначения того, что конкретный материал является невыявленным (т.е. содержание указанного материала ниже предела обнаружения) при проведении контрольных анализов на наличие примесей и с использованием применяемых в промышленности методик обнаружения материалов, существовавших на наиболее раннюю дату приоритета данной заявки.

Способ, в соответствии с настоящим изобретением, основан на применении водной суспензии необработанных, неорганических твердых частиц, именуемых далее также как материал подложки. Пригодными в данном отношении являются тонкодисперсные твердые частицы, размер которых укладывается в интервал величины от примерно 0,001 мкм до 1 мм, предпочтительно от 0,1 до 1.0 мкм, и которые проходят обработку в водной суспензии, например частицы пигментов (частицы пигментов из диоксида титана; частицы пигментов, придающих цвет; частицы пигментов, создающих эффекты).

В качестве покрытия рассматриваются оксиды, гидроксиды, фосфаты и схожие соединения известных химических элементов, таких как кремний, титан, алюминий, цирконий, олово, марганец, церий, и прочих химических элементов. Здесь и далее по тексту, понятие "оксид" также следует понимать в качестве средства для обозначения соответствующего гидроксида либо водного оксида. В частности, используются покрытия, являющиеся неорганическими.

В частном варианте осуществления изобретения используют необработанные частицы пигмента из диоксида титана (в качестве материала подложки используют диоксид титана). Может использоваться при этом материал подложки из диоксида титана, получаемый сульфатным методом или хлоридным методом. Указанный материал подложки из диоксида титана по своей структуре может быть анатазной формы либо рутильной формы. Предпочтительной является структура рутильной формы. Данный материал подложки из диоксида титана в обычном случае легируют известными химическими элементами, например алюминием, для улучшения светостойкости пигмента из диоксида титана. Например, в случае хлоридного метода получения диоксида титана, некоторое количество AlCl₃ окисляют совместно с TiCl₃ таким образом, что материал подложки содержит приблизительно от 0,5 до 2,0 вес. % алюминия в расчете на количество Al₂O₃. При получении диоксида титана сульфатным методом, гидролизованный хлористый титанил смешивают с кальцинирующими добавками, такими как гидрооксид калия либо фосфорная кислота, с последующим проведением обжига. После получения с использованием сульфатного метода, указанный материал подложки из диоксида титана в обычном случае содержит приблизительно от 0,2 до 0,3 вес. % калия и от 0,05 до 0,4 вес. % фосфора, причем из расчета содержания каждого элемента в виде оксида.

Указанные необработанные частицы, в частности частицы из материала подложки из диоксида титана, получают в виде водной суспензии. В обычном случае, в данную суспензию вводят диспергирующее средство (далее - "дисперсант"). Подходящие дисперсанты известны квалифицированным специалистам в данной области техники. Например, в качестве указанного дисперсанта предпочтительно используют силикат натрия или гексаметафосфат натрия при размельчении в песчаной мельнице агломератов из частиц диоксида титана. Концентрация дисперсанта при этом в обычном случае поддерживается в интервале значений от 0,05 до 5,0 кг/т диоксида титана.

Величину рН указанной суспензии также обычно устанавливают в зависимости от типа частиц и дисперсанта. Например, при размельчении агломератов частиц материала подложки из диоксида титана, полученного хлоридным методом, величину рН задают в интервале значений от приблизительно 9 до 12, либо приблизительно от 2 до 5. Температура суспензии частиц материала подложки из диоксида титана составляет обычно от приблизительно 40 до 80°С.

В обычном случае, указанную суспензию затем подвергают измельчающей обработке для разрушения агломератов частиц, например при помощи измельчающих устройств, снабженных средством перемешивания, таких как шаровые или песочные мельницы, либо при помощи ультразвуковых измельчающих устройств.

На Фиг. 1 схематически изображен один из вариантов осуществления способа по настоящему изобретению, предусматривающий нанесение покрытия (последующая обработка) на поверхность неорганических частиц. В соответствии с настоящим изобретением, водную суспензию (2), содержащую не связанные в агломераты частицы, подают (при рециркуляции) из промежуточного сосуда (сосуд 1) в круговой цикл (3). Указанный промежуточный сосуд снабжен мешалкой (4) с высокой скоростью вращения. Данная высокоскоростная мешалка обеспечивает минимальную окружную скорость перемешивания порядка 15 м/с или удельную мощность перемешивания на единицу объема P/V по меньшей мере 30 Вт/м³, где Р - мощность мешалки, а V - объем сосуда. Например, данная высокоскоростная мешалка является устройством, функционирующим по принципу ротора/статора, а в предпочтительном варианте в качестве данной мешалки используют струйный миксер. Указанный струйный миксер обеспечивает интенсивное смешивание на макро уровне и микро уровне. Кроме того, для перемешивания также пригодны зубчато-дисковые либо наклоннолопастные мешающие устройства с высокой скоростью вращения.

В контуре (3) циркуляции дополнительно установлен проточный смеситель (например, диспергирующий смеситель проходного типа), функционирующий аналогичным образом по принципу ротора/статора. В указанный проточный смеситель (5) дозированно вводят водорастворимые исходные соединения покрывающих веществ (6), равно как любые необходимые вещества (7), регулирующие величину рН. Таким образом в указанной суспензии сводят к минимуму эффект местной концентрации, величину рН, вязкость и температурные градиенты. Кроме того, указанные контур (3) циркуляции и сосуд (1) снабжены встроенными датчиками (8) величины рН.

В обычном случае, в качестве указанного водорастворимого исходного соединения для нанесения на поверхность частиц покрытия из диоксида кремния используют силикат натрия или силикат калия. В соответствии с изобретением, возможно также в качестве указанных исходных соединений для нанесения покрытия из диоксида кремния дополнительно использовать металоорганические соединения, например алкоксисиланы. Осаждение диоксида кремния на поверхности частиц происходит в виде пористого покрытия либо плотного слоя.

В соответствии с изобретением, количество диоксида кремния в наносимом на частицы покрытии может варьироваться в обычных для этого пределах, например может находиться в интервале приблизительно от 1 до 20 вес. % SiO₂ в случае нанесения покрытия из диоксида кремния на поверхность частиц пигмента из диоксида титана. В качестве же исходных соединений для нанесения покрытия из оксида алюминия обычно используют такие водорастворимые соли алюминия, как алюминат натрия, сульфат алюминия, хлорид алюминия, и.т.д. Указанные соединения знакомы квалифицированным специалистам в данной области техники, в частности из многочисленных патентных публикаций, посвященных нанесению покрытий на поверхность из диоксида титана (в качестве последующей обработки указанной поверхности).

В соответствии с изобретением, количество оксида алюминия в наносимом на частицы покрытии может варьироваться в обычных для этого пределах, например может находиться в интервале приблизительно от 0,5 до 10 вес. % Al₂O₃ в случае нанесения покрытия из оксида алюминия на поверхность частиц пигмента из диоксида титана.

После прохождения суспензии через проточный смеситель (например, диспергатор проходного типа), указанную суспензию прокачивают через промежуточный сосуд с последующим направлением на циркуляцию по замкнутому контуру. Благодаря улучшенному перемешиванию, наличие высоких усилий сдвига, появляющихся в результате применения струйного миксера, установленного в промежуточном сосуде, похожим образом помогает свести к минимуму эффект местной концентрации, величину рН, вязкость и температурные градиенты в указанной суспензии.

В соответствии с изобретением, возможна реализация различных условий осаждения покрывающего соединения. Например, становится возможным осуществление кинетически управляемого процесса осаждения диоксида кремния из силиката натрия с образованием плотного слоя. С этой целью, в указанный проточный смеситель (например, струйный миксер проходного типа) дозированно вводят соединения, регулирующие величину рН, а осаждение диоксида кремния происходит через некоторый промежуток времени при непрерывном воздействии на суспензию усилий сдвига при циркуляции по замкнутому циклу. Непрерывный характер и высокая степень усилий сдвига, воздействующих на суспензию, позволяет сводить к минимуму образование агломератов из частиц диоксида титана, возникающих в процессе регулирования необходимой для осаждения величины рН.

В противоположность этому, осаждение оксида алюминия Al₂O₃ при фиксированной величине рН происходит, например, непосредственно после введения в суспензию соединений, регулирующих величину рН, и проведения перемешивания указанной суспензии в проточном смесителе (например, в диспергаторе проходного типа).

Применения способа в соответствии с настоящим изобретением дополнительно позволяет осуществлять процесс нанесения покрытия, характеризующийся профилем распределения температуры. В данном способе, промежуточный сосуд выполнен, например, в двойном кожухе, благодаря которому возможен нагрев сосуда паром или охлаждение сосуда водой либо при помощи теплообменника. При необходимости, регулирование температуры в линии подачи суспензии может также осуществляться посредством теплообменника.

В частном варианте осуществления изобретения, осаждение плотного слоя из диоксида кремния SiO₂ на покрываемые частицы происходит при температуре от приблизительно 85 до 95°С, предпочтительно при температуре около 90°, а последующее осаждение слоя из оксида алюминия Al₂O₃ происходит при температуре от приблизительно 45-55°С, предпочтительно при температуре около 50°С.

После осаждения, величину рН суспензии доводят до значений, лежащих в интервале от приблизительно 5 до 7, затем суспензию откачивают, покрытые частицы отделяют от суспензии, при необходимости промывают, сушат и перемалывают до тонкодисперсного состояния известными методами. По завершении данной операции, частицы в предпочтительном варианте характеризуются величиной рН менее 6,5.

Способ в соответствии с настоящим изобретением отличается от известных из уровня техники способов тем, что осуществление указанного способа характеризуется высокой степенью усилия сдвига, прилагаемого к суспензии не только при введении в нее исходного соединения и при выполнении операции гомогенизации данной суспензии, но также и в процессе осаждения покрывающего вещества, поскольку циркуляция суспензии происходит непрерывно. Это относится в частности в случаю осаждения слоев из диоксида кремния SiO₂ в виде плотного либо пористого покрытия, что в значительной мере определяется кинетикой химической реакции осаждения.

По сравнения с известными из уровня техники способами, предлагаемый в настоящем изобретении способ характеризуется нижеследующими преимуществами:

Получением большей однородности водной суспензии, благодаря приложению повышенных усилий сдвига со стороны высокоскоростной мешалки в промежуточном сосуде и проточном мешателе, функционирующем по принципу ротора/статора (например, в диспергаторе проходного типа) при циркуляции в замкнутом цикле;

также, имеется дополнительная возможность сводить к минимуму высокую вязкость суспензии, без чего в иных обстоятельствах происходит сгущение суспензии с возникновением соответствующих трудностей при осуществлении заявленного способа. Приложение к суспензии повышенных усилий сдвига может дополнительно приводить к разрушению агломератов частиц, которые также образуются в результате характера распределения величин рН при осуществлении последующей обработки покрываемой поверхности.

При помощи циклического характера рабочего режима, в соответствии с настоящим изобретением, представляется возможным использовать профили распределения температуры при последующей обработке. Наличие фиксированной температуры в процессе нанесения покрытия не является абсолютно необходимым условием.

При этом, возможно использование двух различных зон осаждения. Несмотря на то, что кинетически регулируемое осаждение происходит по прошествии некоторого количества времени после выполнения дозированного ввода исходного соединения и операции смешивания, в диспергирующей головке проточного смесителя (например, диспергатора проходного типа) может иметь место осаждение при постоянной величине рН сразу после указанного дозированного ввода исходного соединения.

При помощи указанного способа, в соответствии с настоящим изобретением, возможно получение отдельных, последовательно осаждаемых слоев покрытия на поверхности частиц.

И, наконец, при использовании двух промежуточных сосудов, установленных параллельно друг другу, существует возможность осуществления альтернативного режима работы (маятникового режима), при котором лучше происходит образование отдельных слоев покрытия.

В ином варианте осуществления изобретения предусматривается, что непосредственно перед подачей в контур циркуляции в замкнутом цикле агломераты частиц, содержащиеся в водной суспензии, подвергают разрушению посредством пропускания указанной суспензии через мельницу, например, через мельницу, снабженную средствами перемешивания, такую как шаровая или песчаная мельница, либо через ультразвуковую мельницу. В указанном варианте осуществления изобретения, суспензию добавляют в контур циркуляции непосредственно перед входом в проточный смеситель, а не перед входом в промежуточный сосуд. Суспензия далее проходит через указанный проточный смеситель, в котором происходит дозированное введение в суспензию, как указано выше, водорастворимого исходного соединения покрывающего вещества.

Следующие этапы указанного способа аналогичны тем этапам, которые описаны выше. После прохождения суспензии через проточный смеситель (например, диспергатор проходного типа), ее прокачивают через промежуточный сосуд и направляют на циркуляцию по замкнутому циклу в циркуляционный контур. На заключительном этапе, величину рН суспензии доводят до значений, лежащих в интервале от приблизительно 5 до 7, затем суспензию откачивают, покрытые частицы отделяют от суспензии, при необходимости промывают, сушат и перемалывают до тонкодисперсного состояния известными методами.

Дополнительное преимущество данного альтернативного варианта осуществления изобретения заключается в том, что отпадает необходимость в использовании дисперсанта.

Примеры

Предлагаемое изобретения более подробно поясняется на основании приводимых ниже примеров, которые однако не следует трактовать в качестве ограничивающих объем притязаний по изобретению. Указанные количественные характеристики относятся в каждом случае к материалу подложки из диоксида титана.

Пример 1

224 л суспензии диоксида титана, используемого в качестве материала подложки и полученного хлоридным методом, в которой содержание твердых частиц составляло 450 г/л, поместили в промежуточный сосуд (1), снабженный мешалкой (4) с высокой скоростью вращения. Указанную суспензию прокачивали по замкнутому контуру (3) через диспергатор (5) проходного типа и сосуд (1) при скорости циркуляции 500 л/час и времени циркуляции 40 мин. Суспензию в процессе данной циркуляции нагревали до 90°С, а величину рН доводили до 10 добавлением NaOH (7).

В суспензию затем в течение 20 мин. последовательно вводили (6) 2,0 вес. % диоксида кремния в виде раствора силиката натрия (соответственно в объеме 17,7 л при концентрации активного вещества 115 г/л). Прокачивание суспензии насосом по контуру продолжали после этого в течение дополнительных 20 мин, при этом в указанный промежуток времени на поверхности частиц наблюдалось образование слоя из диоксида кремния.

Для снижения величины рН, в суспензию после этого добавили (7) 0,2 вес. % диоксида титана в виде раствора хлористого титанила (соответственно в объеме 1,5 л при концентрации активного вещества 140 г/л) с последующим добавлением 30% раствора HCl таким образом, что величину рН удалось снизить до значения 7,5 через 100 мин., и до величины 4 через 120 мин.

Затем, суспензию охлаждали до 50°С в течение примерно 20 мин.

В суспензию в течение 30 мин. затем вводили (6) 3,0 вес. % оксида алюминия в виде раствора алюмината натрия (соответственно в объеме 10,7 л при концентрации активного вещества 293 г/л) при одновременном добавлении (7) 30% раствора HCI таким образом, что величина рН сохраняла неизменное значение около 4.

И, наконец, величину рН довели до значения в интервале от 5 до 8 за счет добавления 0,2 вес. % оксида алюминия Al₂O₃ в виде раствора алюмината натрия, а также за счет введения NaOH.

Суспензию затем откачали, профильтровали, промыли, высушили и измельчили в мельнице тончайшего помола.

Эталонный пример 1а

Идентичен Примеру 1, но отличие заключается в отсутствии циркуляции в замкнутом цикле и в том, что водорастворимые исходные соединения добавляют непосредственно в промежуточный сосуд (1). Эталонный пример 1b

Идентичен эталонному Примеру 1а, но отличие заключается в использовании лопастного миксера, установленного в промежуточном сосуде (1), вместо использования струйного миксера.

Полученные пигменты из диоксида титана исследовались методом просвечивающей электронной микроскопии (Фиг. 2) в совокупности с оценкой их удельной поверхности (по методике БЭТ), проведением испытания на растворимость в серной кислоте и определением степени блеска (Таблица 1).

Пример 2

Идентичен Примеру 1, но отличие заключается в использовании 2,8 вес. % оксида кремния SiO₂ вместо 2,0 вес. % указанного оксида, а также в использовании 2,3 вес. % оксида алюминия Al₂O₃, вместо 3,0 вес. % указанного оксида, при их добавлении в суспензию в виде соответствующих исходных соединений.

Эталонный пример 2

Идентичен Примеру 2, но отличие заключается в отсутствии циркуляции в замкнутом цикле и в том, что водорастворимые исходные соединения добавляют непосредственно в промежуточный сосуд (1) и что вместо струйного миксера используют лопастной миксер, установленный в промежуточном сосуде (1).

Полученные пигменты из диоксида титана исследовались методом просвечивающей электронной микроскопии в совокупности с выполнением оценки их удельной поверхности (по методике БЭТ) и проведением испытания на растворимость в серной кислоте (Таблица 2).

Пример 3

Идентичен Примеру 2, но отличие заключается в осуществлении способа при постоянной температуре 80°С.

Эталонный пример 3

Идентичен Примеру 3, но отличие заключается в отсутствии циркуляции в замкнутом цикле и в том, что водорастворимые исходные соединения добавляют непосредственно в промежуточный сосуд (1) и что вместо струйного миксера используют лопастной миксер, установленный в промежуточном сосуде (1).

Полученные пигменты из диоксида титана исследовались методом просвечивающей электронной микроскопии (Пример 3 соответствует Фиг. 3; Эталонный пример 3 соответствует Фиг. 4) в совокупности с выполнением оценки их удельной поверхности (по методике БЭТ) и проведением испытания на растворимость в серной кислоте (Таблица 3).

Методики испытаний

Удельная поверхность оценивается по методике БЭТ, разработанной Брунауэром, Эмметом, Теллером. Применяется анализатор удельной поверхности Tristar 3000, фирма-изготовитель - Messrs.Micrometrics, в соответствии со статическим волюметрическим принципом анализа.

Для испытания пигмента на растворимость в серной кислоте, суспензию, содержащую 500 мг пигмента и 25 мл концентрированной серной кислоты (96 вес. %) выдерживают при температуре 175°С в течение 60 мин. После фильтрования, количество растворенного в фильтрате диоксида титана определяют при помощи инфракрасного спектрофотометра при проведении атомно-эмиссионной спектрометрии. Чем ниже концентрация растворенного диоксида титана TiO₂, тем большей плотностью характеризуется слой диоксида кремния SiO₂, образованный на поверхности пигмента.

Пигмент диспергируют с использованием автоматического размалывающего устройства в присутствии реактива Alkydal F26 × 60%, выпускаемого фирмой Байер. Образец полученной суспензии совместно с ПВХ в количестве 27% наносят на стеклянную пластину мазком при помощи пленочного апликатора. После высыхания мазка, степень блеска (20°) определяют при помощи рефлектометра, предназначенного для оценки степени блеска и мутности.

Получение визуального изображения покрытия на частицах диоксида титана возможно с помощью просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ).

Заключение

По сравнению с известными из предшествующего уровня техники решениями, способ в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает нанесение покрытия с более гладкой поверхностью (с меньшей удельной поверхностью, определяемой по методике БЭТ) и с более высокой плотностью (при низкой растворимости в серной кислоте). Кроме того, отдельное осаждение наносимого материала наблюдается в меньшем количестве (большая степень блеска).

Изобретение может быть использовано в производстве пигментов. Для нанесения покрытия на поверхность неорганических частиц в водной суспензии, содержащего по меньшей мере одно покрывающее вещество, в замкнутом цикле указанной суспензии используют циркуляцию, в контур которой включают сосуд, который снабжают мешалкой с высокой скоростью вращения. При этом окружная скорость составляет по меньшей мере 15 м/с или удельная мощность перемешивания на единицу объема составляет по меньшей мере 30 Вт/м³. В указанный контур циркуляции дополнительно включают проточный смеситель, функционирующий по принципу ротора/статора, в который дозированно вводят водорастворимое исходное соединение по меньшей мере одного покрывающего вещества. Неорганические частицы являются частицами диоксида титана, которые покрывают диоксидом кремния и/или оксидом алюминия. Изобретение позволяет исключить возникновение агломерации покрываемых частиц в суспензии, обеспечивает нанесение покрытия с более гладкой поверхностью и более высокой плотностью и степенью блеска. 13 з.п. ф-лы, 4 ил., 3 табл., 3 пр.

1. Способ нанесения покрытия на поверхность неорганических частиц в водной суспензии, содержащего по меньшей мере одно покрывающее вещество, отличающийся тем, что в замкнутом цикле указанной водной суспензии неорганических частиц используют циркуляцию, в контур которой включают сосуд, который снабжают мешалкой с высокой скоростью вращения, с окружной скоростью по меньшей мере 15 м/с либо удельной мощностью перемешивания на единицу объема по меньшей мере 30 Вт/м³, причем в указанный контур циркуляции дополнительно включают проточный смеситель, функционирующий по принципу ротора/статора, в который дозированно вводят водорастворимое исходное соединение указанного по меньшей мере одного покрывающего вещества.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанные неорганические частицы являются частицами диоксида титана.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что указанные частицы покрывают диоксидом кремния и/или оксидом алюминия.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанный сосуд выполнен с возможностью нагрева или охлаждения.

5. Способ по п. 3, отличающийся тем, что покрытие из диоксида кремния наносят при температуре 85-95°С.

6. Способ по п. 3, отличающийся тем, что покрытие из оксида алюминия наносят при температуре 45-55°С.

7. Способ по п. 3, отличающийся тем, что покрытие из диоксида кремния выполняют в виде плотного слоя.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что посредством указанного проточного смесителя в указанную суспензию дозированно вводят любое требуемое количество веществ, регулирующих величину рН.

9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что в качестве указанного вещества, регулирующего величину рН, используют хлористый титанил.

10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что по завершении процесса нанесения покрытия величина рН покрытых неорганических частиц составляет менее чем 6,5.

11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанную суспензию добавляют в указанный контур циркуляции в зоне указанного сосуда.

12. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанную суспензию добавляют в указанный контур циркуляции в зоне указанного проточного смесителя.

13. Способ по п. 12, отличающийся тем, что в нем используют мельницу, посредством которой при пропускании указанной суспензии через мельницу разрушают агломераты указанных неорганических частиц перед добавлением в указанный контур циркуляции.

14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что суспензию используют без добавления диспергирующего средства.