Способ получения агломератов частиц пигмента белого цвета
WHITE COLOR PIGMENT PARTICLES AGGLOMERATES PRODUCTION METHOD

Изобретение относится к области производства пигментов для полимерных материалов: лакокрасочных покрытий, пластических масс, компаундов, герметиков, клеев, резин.
Известен способ получения титанового пигмента с алюмосиликатным покрытием. Способ заключается в нанесении на диоксид титана алюмосиликатов из раствора солей алюминия (SU 688136 A3, С09С 1/36).
Недостаток известного способа заключается в сложности технологического процесса осаждения алюмосиликатов.
Известен способ получения пигмента, заключающийся в предварительном прокаливании минерального наполнителя при температуре 1500°С и последующем совместном помоле на шаровой мельнице наполнителя и пигментного диоксида титана. В результате получают агломераты в виде частиц наполнителя, покрытых диоксидом титана (SU 1837610 А1, МПК С09С 1/02, С09С 1/36, прототип).
Недостаток известного способа заключается в сложности технологического процесса получения агломератов частиц пигмента белого цвета из-за высокой температуры прокаливания наполнителя.
Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в упрощении технологического процесса получения агломератов частиц пигмента белого цвета.
Для решения этой задачи, в отличие от известного способа, включающего предварительное прокаливание минерального наполнителя и последующий совместный помол частиц наполнителя и диоксида титана, в предлагаемом изобретении в качестве минерального наполнителя используют смесь каолина и гидратированного оксида алюминия при следующем соотношении масс. ч.:
причем содержание наполнителя составляет до 40 массовых частей на 100 массовых частей пигмента, прокаливание осуществляют при температуре 450°С-500°С в течение 2-3 часов, а совместный помол проводят при температуре 100°С-150°С.
2
3
2
Под термином «гидратированный оксид алюминия» имеется в виду материал, характеризуемый формулой AlO⋅n(HO), где n=1-3 и определяет степень гидратации оксида алюминия. Содержание основного вещества не менее 98% масс. В составе минерального наполнителя может быть использован наполнитель «Прокаль», который представляет собой смесь оксида гидроксида и гидроксида алюминия в различных количественных соотношениях.
2
2
5
4
4
4
10
2
3
10
Под термином «каолин» имеются в виду природные минералы содержащие силикаты и гидросиликаты алюминия, преимущественно каолинит формулы AlSiO(OH). Кроме того, каолин может содержать вещества с химической формулой NaAlSiO, KAlSiO, CaAlSiO, соединения железа и другие примеси в небольших количествах. Содержание основного вещества не менее 96% масс.
Для предотвращения самопроизвольной агрегации частиц наполнителя следует предварительную просушить смесь каолина и гидратированного оксида алюминия при температуре 100°С-150°С в течение 2-3 часов. При этом с поверхности частиц наполнителя удаляется избыточная влага.
Смесь каолина и гидратированных оксидов алюминия может быть подвергнута предварительной кислотной обработке для нейтрализации избытка частиц примесей щелочного характера. Значение рН 6.5-9.0.
После сушки смесь каолина и гидратированного оксида алюминия прокаливают при температуре 450°С-500°С в течение 2-3 часов. При этом вследствие частичного разложения гидроксидов снижается степень гидратации оксида алюминия и создается слабощелочная среда, способствующая активации поверхности частиц каолина, что обуславливает в дальнейшем адсорбцию на них частиц диоксида титана.
Прокаливание наполнителя при температуре выше 500°С приводит к ухудшению адсорбции частиц диоксида титана частицами наполнителя в процессе последующего помола, так как при таких температурах существенно ускоряется процесс разложения гидратов, резко увеличивается рН и вместе с этим в наполнителе значительно увеличивается фракция оксидов алюминия с твердостью, превышающей твердость диоксида титана. Это происходит вследствие интенсификации процесса перехода от γ-гиббсита к бемиту и далее оксиду алюминия.
Прокаливание наполнителя при температуре ниже 450°С не обеспечивает достаточно интенсивного разложения гидроксидов алюминия и создания слабощелочной среды, способствующей активации поверхности частиц каолина.
После прокаливания наполнителя проводят совместный помол наполнителя и диоксида титана на оборудовании любого типа в интервале температур 100°С-150°С. Это может быть оборудование шнекового типа, шаровая, валковая, планетарная, центробежная мельница, или мельница любого другого типа. Помол оптимально проводить в течение 0,5-1,5 часов. Нагрев смеси до температуры 100°С-150°С предотвращает конденсацию атмосферной влаги при формировании агломератов частиц пигмента белого цвета.
Оптимальные условия диспергирования в соответствии со способом достигаются за счет электростатических и химических факторов в условиях слабощелочной среды. Здесь существенную роль играет наличие оксигрупп соединений алюминия, что приводит к образованию в частности флокуляционных и коагуляционных пространственных структур. При этом действуют лабильные водородные связи между различными видами частиц.
Для снижения стоимости пигмента в состав частиц агломератов диоксида титана может быть введен оксид алюминия активный, предварительно размолотый до фракции 0.5-1.0 мкм. Он может быть введен как при прокаливании наполнителя, так и в процессе совместного помола наполнителя и частиц диоксида титана. В отличие от оксида алюминия, образующегося в результате термического разложения гидратированных оксидов алюминия, оксид алюминия активный адсорбируется на поверхности частиц каолина не в процессе прокаливания, а в процессе совместного помола. Оксид алюминия активный может быть введен в количестве до 15 масс. ч. на 100 масс. ч. всего наполнителя.
В составе минерального наполнителя могут быть использованы следующие материалы:
Ниже приведены примеры получения агломератов частиц пигмента белого цвета в соответствии с заявляемым способом.
Пример 1.
2
20 кг каолина «Стандарт» и 5 кг гидроксида алюминия специального загружают в нагревательную камеру и прокаливают 2 ч. при температуре 450 -500°С. Затем прокаленную смесь перемещают в шнековый смеситель с реакционной емкостью, содержащей систему нагрева, куда вносят 70 кг диоксида титана анатазной формы и проводят совместный помол при температуре 100-150°С в течение 0,5 ч. Получают агломераты частиц пигмента белого цвета размером 0,3-1,0 мкм. Полученный пигмент имеет белизну не менее 94 ед., укрывистость не более 24 г/м.
Пример 2.
2
20 кг каолина «Супер» и 20 кг наполнителя «Прокаль» загружают в нагревательную камеру и прокаливают 2 ч. при температуре 450-500°С. Затем прокаленную смесь перемещают в шаровую мельницу, содержащую систему нагрева, куда вносят 40 кг диоксида титана рутильной формы и проводят совместны помол при температуре 100-150°С в течение 0,7 ч. Получают агломераты частиц пигмента белого цвета размером 0,2-1,0 мкм. Полученный пигмент имеет белизну не менее 93 ед., укрывистость не более 25 г/м.
Пример 3.
2
30 кг каолина «Стандарт», 5 кг гидроксида алюминия, загружают в нагревательную камеру и прокаливают 3 ч при температуре 450-500°С. Затем прокаленную смесь перемещают в шнековый смеситель с реакционной емкостью, содержащей систему нагрева, куда вносят 50 кг диоксида титана рутильной формы и проводят совместны помол при температуре 100-150°С в течение 0,5 ч. Получают агломераты частиц пигмента белого цвета размером 0,2-1,0 мкм. Полученный пигмент имеет белизну не менее 92 ед., укрывистость не более 25 г/м.
Пример 4.
2
20 кг каолина «Супер», 20 кг наполнителя «Прокаль» загружают в нагревательную камеру и прокаливают 3 ч при температуре 450-500°С. Затем прокаленную смесь перемещают в шнековый смеситель с реакционной емкостью, содержащей систему нагрева, куда вносят 45 кг диоксида титана рутильной формы и проводят совместный помол при температуре 100-150°С в течение 1 ч. Получают агломераты частиц пигмента белого цвета размером 0,2-1,0 мкм. Полученный пигмент имеет белизну не менее 92 ед., укрывистость не более 25 г/м.
Пример 5.
2
20 кг каолина «Стандарт», 5 кг наполнителя «Прокаль» и 12 кг оксида алюминия специального загружают в нагревательную камеру и прокаливают 2 ч. при температуре 450-500°С. Затем прокаленную смесь перемещают в шнековый смеситель с реакционной емкостью, содержащей систему нагрева, куда вносят 52 кг диоксида титана анатазной формы и проводят совместный помол при температуре 100-150°С в течение 1,5 ч. Получают агломераты частиц пигмента белого цвета размером 0,2-1,1 мкм. Полученный пигмент имеет белизну не менее 92 ед., укрывистость не более 25 г/м.
Пример 6.
30 кг каолина «Супер», 20 кг наполнителя «Прокаль» загружают в нагревательную камеру и прокаливают 2 ч. при температуре 450-500°С.
2
Затем прокаленную смесь перемещают в шнековый смеситель с реакционной емкостью, содержащей систему нагрева, куда вносят 50 кг диоксида титана рутильной формы и проводят совместный помол при температуре 100-150°С в течение 1,5 ч. Получают агломераты частиц пигмента белого цвета размером 0,3-1,1 мкм. Полученный пигмент имеет белизну не менее 92 ед. ед., укрывистость не более 25 г/м.
Пример 7.
2
20 кг каолина «Стандарт», 10 кг гидроксида алюминия загружают в нагревательную камеру и прокаливают 2 ч при температуре 450-500°С. Затем прокаленную смесь перемещают в шнековый смеситель с реакционной емкостью, содержащей систему нагрева, куда вносят 70 кг диоксида титана анатазной формы и проводят совместный помол при температуре 100-150°С в течение 0,5 ч. Получают агломераты частиц пигмента белого цвета размером 0,2-1,0 мкм. Полученный пигмент имеет белизну не менее 93 ед., укрывистость не более 24 г/м.
Пример 8.
2
25 кг каолина «Стандарт», 10 кг гидроксида алюминия, 15 кг оксида алюминия загружают в нагревательную камеру и прокаливают 3 ч. при температуре 450-500°С.Затем прокаленную смесь перемещают в шнековый смеситель с реакционной емкостью, содержащей систему нагрева, куда вносят 50 кг диоксида титана рутильной формы и проводят совместный помол при температуре 100-150°С в течение 0,5 ч. Получают агломераты частиц пигмента белого цвета размером 0,2-1,1 мкм. Полученный пигмент имеет белизну не менее 92 ед., укрывистость не более 25 г/м.
Пример 9.
2
20 кг каолина «Супер», 20 кг наполнителя «Прокаль» и 10 кг гидроксида алюминия загружают в нагревательную камеру и прокаливают 3 ч. при температуре 450-500°С. Затем прокаленную смесь перемещают в шнековый смеситель с реакционной емкостью, содержащей систему нагрева, куда вносят 45 кг диоксида титана рутильной формы и проводят совместный помол при температуре 100-150°С в течение 1 ч. Получают агломераты частиц пигмента белого цвета размером 0,2-1,1 мкм. Полученный пигмент имеет белизну не менее 92 ед., укрывистость не более 25 г/м.
Пример 10.
25 кг каолина «Стандарт», 18 кг наполнителя «Прокаль» и 12 кг оксида алюминия специального загружают в нагревательную камеру и прокаливают 3 ч при температуре 450-500°С.
2
Затем прокаленную смесь перемещают в шнековый смеситель с реакционной емкостью, содержащей систему нагрева, куда вносят 42 кг диоксида титана анатазной формы и проводят совместный помол при температуре 100-150°С в течение 1,5 ч. Получают агломераты частиц пигмента белого цвета размером 0,2-1,1 мкм. Полученный пигмент имеет белизну не менее 92 ед., укрывистость не более 25 г/м.
Пример 11.
30 кг каолина «Супер», 18 кг гидроксида алюминия и 12 кг оксида алюминия специального загружают в нагревательную камеру и прокаливают 3 ч при температуре 500°С.
2
Затем прокаленную смесь перемещают в шнековый смеситель с реакционной емкостью, содержащей систему нагрева, куда вносят 40 кг диоксида титана анатазной формы, и проводят совместный помол при температуре 100°С в течение 1,5 ч. Получают агломераты частиц пигмента белого цвета размером 0,2-1,1 мкм. Полученный пигмент имеет белизну не менее 92 ед., укрывистость не более 25 г/м.
Применение разработанного способа получения агломератов частиц пигмента белого цвета позволяет частично заменить диоксид титана на значительно более доступные и дешевые материалы без существенной потери основных показателей, необходимых для применения пигментов белого цвета в составе лакокрасочных материалов и других композиционных материалов на полимерной основе. Содержание замещающих диоксид титана компонентов отечественного производства достигает 40 масс. ч. в 100 масс. ч. всего пигмента. Процессу переработки при выполнении способа должен предшествовать качественный выбор исходных компонентов для их совместной переработки. Только такое сочетание выбранных компонентов позволяет достигнуть в процессе переработки оптимального сочетания размеров частиц пигмента и наполнителя, которые обеспечены совместной термомеханической обработкой различных материалов, частицы которых различаются по твердости в необходимой степени. Необходимое измельчение происходит под действием мелющих сил применяемого оборудования и при взаимном диспергировании проходящих термомеханическую обработку частиц.