ES2638763T3 - Procesos continuos para producir pigmentos de dióxido de titanio - Google Patents

Procesos continuos para producir pigmentos de dióxido de titanio Download PDF

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Abstract

Un proceso continuo para preparar pigmento de dióxido de titanio, que comprende: a) preparar una suspensión acuosa de partículas base de dióxido de titanio a una temperatura por debajo de 75 °C y a un pH de desde 2,0 a 9,0; b) formar partículas de dióxido de titanio base recubiertas de sílice en la suspensión, mientras se mantiene la temperatura de la suspensión por debajo de 75 ºC: i) añadiendo un compuesto de sílice en un primer recipiente de precipitación de sílice mientras se mantiene el pH de la suspensión en el intervalo de desde 9,6 a 9,8; ii) transfiriendo la suspensión a un segundo depósito de precipitación de sílice mientras se mantiene el pH a entre 9,2 y 9,5 y con un tiempo de permanencia en el segundo depósito de entre 10 y 20 minutos; iii) transfiriendo la suspensión a un tercer depósito de precipitación de sílice mientras se mantiene el pH en un intervalo de desde 2,4 a 6,6; y c) añadir un compuesto de alúmina mientras se mantiene el pH de la suspensión en el intervalo de desde 5,5 a 7,5 y la temperatura de la suspensión por debajo de 75 ºC para formar el pigmento de dióxido de titanio.

Description

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DESCRIPCION
Procesos continuos para producir pigmentos de dioxido de titanio Procesos continuos para producir pigmentos de dioxido de titanio
Esta solicitud reivindica el beneficio de la fecha de presentacion de la solicitud provisional de EE. UU. n.° 60/196.684, presentada el 12 de abril de 2000, titulada "Proceso para producir pigmentos de dioxido de titanio que poseen propiedades opticas mejoradas que resultan del procesamiento a baja temperatura", y la solicitud provisional de EE. Uu. n.° 60/196.856, presentada el 12 de abril de 2000, titulada "Procesos y procesos para producir pigmento de dioxido de titanio que posee propiedades fisicas mejoradas por medio del procesamiento continuo a altas velocidades", y la solicitud de EE. UU. n.° 09/705.530, presentada el 3 de noviembre de 2000, titulada "Procesos para producir pigmentos de dioxido de titanio que tienen brillo mejorado a bajas temperaturas"; estas divulgaciones al completo se incorporan en el presente documento por referencia en la presente divulgacion.
Campo de la invencion
La presente invencion se refiere a procesos mejorados para preparar pigmentos de dioxido de titanio mediante tratamiento en humedo continuo de multiples etapas caracterizados por tiempos de reaccion cortos a bajas temperaturas. Los pigmentos terminados preparados mediante los presentes procesos son utiles en diversas aplicaciones (es decir, pintura, recubrimientos de plastico, etc.) y poseen propiedades mejoradas, tales como brillo y/o durabilidad.
Antecedentes de la invencion
Los pigmentos de dioxido de titanio (TiO2) son utiles en una variedad de aplicaciones, tales como pinturas, plasticos y recubrimientos. Generalmente, los pigmentos utiles en estas aplicaciones contienen particulas de TiO2 base (es decir, anatasa o rutilo) que tienen capas o recubrimientos de oxidos hidratados de alumina, silice, circona, fosfatos y similares
Los procesos usados para recubrir TiO2 se conocen bien en las tecnicas de pigmentacion. Estos procesos de recubrimiento implican tipicamente tratar en humedo particulas de TiO2 precipitando determinados oxidos hidratados para formar el recubrimiento deseado.
El tratamiento en humedo de TiO2 se realiza usando procesos intermitentes o bien procesos continuos de multiples etapas. Algunas referencias de la tecnica anterior describen las ventajas de los procesos continuos, incluyendo tiempos de tratamiento reducidos para el recubrimiento de oxidos hidratados y alto rendimiento del producto sin la necesidad de una inversion de capital sustancial.
Se conoce bien en la tecnica que se deben controlar cuidadosamente el pH, la temperatura y los tiempos de tratamiento en humedo realizados sobre TiO2 para producir particulas de pigmento totalmente recubierto que tengan las propiedades fisicas deseadas (es decir, brillo y/o durabilidad). De los oxidos hidratados, las combinaciones de silice y alumina han demostrado poseer excelentes propiedades en aplicaciones de recubrimientos. Por ejemplo, se conoce bien que los pigmentos que tienen recubrimientos de silice densos influyen en las propiedades opticas y mejoran la durabilidad del plastico, pintura o recubrimiento que se usa.
En la tecnica anterior se describen procesos continuos de multiples etapas para recubrir particulas de TiO2 con silice y alumina hidratadas. Tipicamente, estos procesos implican preparar una suspension acuosa de particulas de TiO2 a temperaturas de al menos 80 0C y posteriormente anadir silicatos y alumina solubles a la suspension.
El pH de la suspension se ajusta a al menos aproximadamente 9,6 para iniciar el deposito de la capa de silice hidratada. La tecnica anterior describe que, a fin de producir pigmentos con un recubrimiento de silice deseable, se necesitan tiempos de tratamiento excesivamente largos (es decir, durante una hora o mas) e intervalos de pH especificos. Por ejemplo, un recubrimiento de silice denso adecuado es obtenible cuando el pH de la suspension disminuye a aproximadamente 9 a traves de una serie de pasos disenados para controlar el curado de la silice.
La tecnica anterior divulga que los tiempos de tratamiento largos y el pH de la suspension son importantes para el deposito de alumina. Por ejemplo, despues de curar la silice durante una hora, se inicia el deposito de alumina disminuyendo el pH de la suspension a entre aproximadamente 5,5 y 7,5 mediante la adicion de un compuesto de alumina, tal como aluminato de sodio. Se deja que la reaccion continue hasta dicho tiempo segun se haya depositado la cantidad deseada de alumina. Posteriormente, se neutraliza y lava la suspension. En un paso de terminacion separado, la torta de filtro del pigmento resultante se termina mediante medios conocidos.
Se ha descubierto que, a fin de preparar pigmentos de TiO2 para pinturas, plasticos y recubrimientos que tengan durabilidad y/o brillo aceptables, no son necesarios tiempos de tratamiento excesivamente largos y temperaturas de tratamiento mas altas, tipicamente mayores de aproximadamente 80 0C. Estas temperaturas consumen excesiva
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energfa y son perjudiciales para el proceso. De esta manera, la presente invencion representa avances en la tecnica de los procesos continuos que producen pigmentos de TiO2 que tienen recubrimientos de oxidos hidratados.
El documento WO 89/09801 A divulga un proceso discontinuo para preparar un pigmento de dioxido de titanio recubierto que tiene depositado sobre el mismo un recubrimiento interior amorfo y denso de silice y un recubrimiento exterior de alumina.
El documento US 3 897 261 A divulga un proceso discontinuo para tratar dioxido de titanio pigmentario.
El documento DE 19 17 363 A divulga un proceso discontinuo para potenciar las propiedades de los pigmentos de dioxido de titanio.
K.G. Denbigh, J.C.R. Turner, 1973, Verlag Chemie, paginas 2-3, divulga las ventajas de un proceso continuo, pero no ensena como modificar un proceso intermitente en un proceso continuo, particularmente en los casos en los que estan implicados una serie de parametros.
Sumario de la invencion
La presente invencion proporciona un proceso continuo para preparar un pigmento de dioxido de titanio de acuerdo con la reivindicacion 1. Los modos de realizacion preferentes de la invencion se representan en las reivindicaciones 2 a 19.
Los pigmentos de la presente invencion se pueden preparar en una minima cantidad de tiempo, utilizando menos energfa termica global que otros procesos continuos. Los pigmentos de la presente invencion tienen excelentes potencial de brillo y compatibilidad con pinturas, plasticos o recubrimientos.
Para una mejor comprension de la presente invencion, junto con ventajas y modos de realizacion adicionales y otros, se hace referencia a la siguiente descripcion tomada junto con los ejemplos, cuyo alcance se expone en las reivindicaciones adjuntas.
Descripcion detallada de la invencion
La invencion se describira ahora en relacion con modos de realizacion preferentes. Estos modos de realizacion se presentan para ayudar a comprender la presente invencion y no pretenden, y no se deben interpretar para, limitar la invencion de ninguna manera. Todas las alternativas, modificaciones y equivalentes que puedan resultar evidentes para el experto en la tecnica al leer la divulgacion estan incluidos dentro del espiritu y alcance de la presente invencion.
Esta divulgacion no es una introduccion sobre la produccion de pigmentos de TiO2, los conceptos basicos conocidos por los expertos en el campo de la produccion de TiO2 no se han expuesto en detalle. Los conceptos, tales como elegir los aditivos y reactores apropiados para la reaccion de oxidacion que produzca el pigmento de titania, se determinan facilmente por los expertos en la industria y se describen generalmente en la tecnica anterior. Por lo tanto, la atencion se dirige a los textos y referencias apropiados conocidos por los expertos en la tecnica con respecto a estas cuestiones.
Con vistas al presente proceso de la invencion, se pueden utilizar bases de pigmentos de TiO2. Dichas bases pueden incluir las fabricadas comercialmente mediante el proceso de "cloruro" o bien "sulfato". Las particulas base de TiO2 utiles en la presente invencion preferentemente deben poseer una estructura de rutilo sustancialmente cristalina. Dicha base preparada, por ejemplo, mediante el proceso de cloruro tiene un intervalo de tamano de particula desde aproximadamente 0,1 a aproximadamente 0,5 micrometros. Tipicamente, las bases preparadas por medio del proceso de cloruro contienen una pequena cantidad de oxido de aluminio que se anade durante el proceso de cloruro como, por ejemplo, cloruro de aluminio. El compuesto de aluminio puede estar presente en la base de pigmento de TiO2 en una cantidad de desde aproximadamente 0,1 a aproximadamente 1,5 por ciento basandose en el compuesto de titanio como tipicamente se conoce en la tecnica.
La presente invencion incluye una base de TiO2 obtenida a partir del proceso de sulfato, donde el mineral de titanio se disuelve en acido sulfurico para preparar un sulfato de titanilo acuoso. Este sulfato de titanilo acuoso se hidroliza a hidroxido de titanio y posteriormente se calcina para producir el TiO2 base. Ambos procesos se conocen bien en la tecnica.
Los pigmentos de TiO2 base utiles en los procesos de la presente invencion se pueden moler en humedo, moler en seco o no moler y opcionalmente hidroclasificar antes de su tratamiento, proporcionando un sustrato de pigmento de tamano de particula sustancialmente uniforme.
Como se usa en el presente documento, el TiO2 base no molido es un termino reconocido en la tecnica e incluye pigmento de TiO2 que no se ha molido en humedo. El pigmento de TiO2 base no molido incluye el producto de
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descarga de TiO2 en bruto del reactor en el proceso de cloruro o calcinador en el proceso de sulfato, donde se produjo, que no se haya sometido a ningun paso de procesamiento intermedio previo que sustancialmente triture, machaque o muela el producto de descarga. El TiO2 base molido en seco es un termino reconocido en la tecnica e incluye el producto de descarga de TiO2 molido en seco o laminado a partir de procesos de molienda en seco o laminado adecuados, tales como, por ejemplo, laminado Fitzpatrick, Sahout Conreur y molienda Raymond y similares. La molienda en humedo es un termino reconocido en la tecnica e incluye moler el producto de descarga de TiO2 base en humedo. Algunos procesos de molienda en humedo incluyen molienda con arena, molienda con bolas de circon y similares.
El proceso de la presente invencion incluye la formacion de una suspension acuosa de pigmento de oxido de titanio base. Las suspensiones de pigmento de dioxido de titanio se pueden preparar mediante procesos conocidos en la tecnica. Tipicamente, la concentracion de pigmento base varia entre aproximadamente 100 a aproximadamente 500 gramos por litro de suspension. Esta suspension se calienta a una temperatura de entre aproximadamente 60 a 75 °C mediante cualquier medio conocido en la tecnica. Preferentemente, la suspension se calienta a una temperatura de entre aproximadamente 65 °C a por debajo de aproximadamente 75 °C por medio de inyeccion de vapor, alimentandose de una manera continua al sistema de reactor del proceso.
El pH de la suspension se puede ajustar mediante procesos conocidos en la tecnica. Por ejemplo, el ajuste de pH se consigue anadiendo un acido adecuado o base adecuada. Las bases adecuadas incluyen bases alcalinas solubles en agua, tales como amoniaco, hidroxido de sodio u otros compuestos alcalinos adecuados. Los acidos adecuados incluyen acidos solubles en agua, tales como acido clorhidrico, acido sulfurico, acido nitrico y similares. El pH de la suspension inicial (antes de la adicion del compuesto de silice) se puede ajustar entre aproximadamente 2 y aproximadamente 11. El pH preferente de la suspension inicial esta entre aproximadamente 2 y aproximadamente 9, lo mas preferentemente desde aproximadamente 3 a aproximadamente 8.
Despues de la formacion de la suspension inicial, se anade un compuesto de silice mientras la suspension se mantiene a una temperatura de por debajo de aproximadamente 75 °C. Para los propositos de la presente invencion, se puede emplear cualquier compuesto de silice soluble en agua que pueda proporcionar silice para su deposito sobre el pigmento de dioxido de titanio en las condiciones de funcionamiento del proceso. Los compuestos de silice adecuados para su uso en la presente invencion incluyen, pero no se limitan a, silicatos de metales alcalinos solubles en agua. Los silicatos de metales alcalinos solubles en agua preferentes incluyen silicato de sodio, silicato de potasio y similares. Lo mas preferentemente, el compuesto de silice es silicato de sodio acuoso que proporciona SiO2.
El compuesto de silice tipicamente se anade directamente al recipiente de reaccion en el que tiene lugar el tratamiento en humedo o se puede anadir en linea al proceso. Preferentemente, se anade la silice en una cantidad de desde 1 a 10 por ciento en peso, mas preferentemente desde 1,5 a 5,5 por ciento y lo mas preferentemente desde 2,5 a 3,5 por ciento, basandose en el peso del pigmento de TiO2.
La presente invencion proporciona un proceso continuo donde el pH de la suspension esta entre 9,6 y 9,8 en un primer recipiente de precipitacion de silice. Se deja que la suspension cure, en la que el tiempo de permanencia esta preferentemente entre 10 y 20 minutos, antes de transferir la suspension a un segundo deposito de precipitacion de silice. En el segundo deposito, se disminuye y mantiene el pH a entre 9,2 y 9,5. El tiempo de permanencia en el segundo deposito esta entre 10 y 20 minutos antes de transferir la suspension a un tercer deposito de precipitacion de silice. En el tercer deposito de precipitacion de silice, se anade acido adicional para mantener el pH en un intervalo de 2,4 a 6,6.
Despues de la adicion de silice, se anade un compuesto de alumina mientras que la suspension se mantiene a una temperatura de por debajo de 75 °C. Los compuestos de alumina incluyen compuestos de alumina hidratada, tales como, por ejemplo, aluminatos de metales alcalinos solubles en agua. Algunos aluminatos de metales alcalinos solubles en agua incluyen, pero no se limitan a, aluminato de sodio o aluminato de potasio. Algunos otros compuestos de alumina incluyen sulfato de aluminio, cloruro de aluminio y similares. Lo mas preferentemente, el compuesto de alumina soluble en agua es aluminato de sodio que proporciona A^O3.
Preferentemente, el compuesto de alumina se anade a la suspension para proporcionar A^O3 equivalente a entre un 1 y un 3 % de alumina en peso basandose en el peso del pigmento base de dioxido de titanio. Lo mas preferentemente, el A^O3 es equivalente a entre un 1,6 a un 1,9 % de alumina basandose en el peso del pigmento base de dioxido de titanio.
Tipicamente, se anade el compuesto de alumina a la suspension durante entre 10 y 20 minutos con adiciones simultaneas de acido o bien base para mantener el pH por debajo de 7. De manera alternativa, se anade el compuesto de alumina en menos de un minuto, con adiciones simultaneas de acido o bien base para mantener el pH por debajo de 7. Preferentemente, el pH se mantiene a entre 5,5 y 6,5 y la suspension se conserva durante 15 minutos antes de descargarse a un deposito de alimentacion de filtro o directamente a filtros para el lavado.
El pigmento de dioxido de titanio recubierto con silice y alumina resultante se lava para que este sustancialmente
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libre de sales solubles que se adhieren al pigmento, se seca y entonces se somete a conminucion final usando tecnicas de molienda por energfa de fluido conocidas en la tecnica. Preferentemente, el pigmento lavado y secado se microniza en un micronizador con vapor a intensidades conocidas por los expertos en la tecnica para producir la distribucion de tamano de partfcula deseada.
Opcionalmente, se puede anadir al pigmento un compuesto organico, similar a poliol, tal como, por ejemplo, trimetilolpropano (TMP), trimetiloletano (TME), pentaeritritol, Tamol 1254, Tamol 963 y compuestos organicos hidrofobos, como acidos fosforicos organicos, durante la micronizacion con vapor o aire. En el modo de realizacion lo mas preferente, se puede anadir TMP en una cantidad de desde un 0,2 % a un 0,8 % basandose en el peso del pigmento de dioxido de titanio.
Los pigmentos de dioxido de titanio de la presente invencion se producen mediante un proceso continuo. Tfpicamente, los procesos continuos implican conductos de alimentacion continua con depositos de tratamiento en cascada con puntos de adicion separados para los compuestos de sflice y alumina, ajustadores de pH y otros aditivos. Los procesos continuos implican tiempos de permanencia de menos de 120 minutos, preferentemente desde 5 minutos a 60 minutos, y mas preferentemente desde 10 minutos a 45 minutos para el deposito de sflice y alumina sobre el pigmento de dioxido de titanio.
Los pigmentos recubiertos producidos mediante los procesos de la presente invencion tienen buena dispersabilidad, brillo y/o durabilidad. La dispersibilidad se determina mediante procesos conocidos en la tecnica. Por ejemplo, los pigmentos de dioxido de titanio recubiertos de la presente invencion se pueden mezclar en un plastico o pintura y se puede medir la distribucion de las partfculas de pigmento. La distribucion uniforme del pigmento en toda la pintura o plastico indica buena dispersabilidad, mientras que la formacion de aglomerados indica una mala dispersabilidad del pigmento. Algunos procesos de determinacion de la dispersabilidad conocidos en la tecnica incluyen poder colorante, medidor de Hegman y similares.
El brillo se determina mediante procesos conocidos en la tecnica. Preferentemente, el brillo se determina incorporando el pigmento en pintura y midiendo el brillo usando un brillometro. La durabilidad de los pigmentos de la presente invencion se puede determinar mediante procesos conocidos en la tecnica. Algunos procesos de medicion de la durabilidad incluyen medir la actividad fotocatalftica del pigmento de dioxido de titanio, solubilidad en acido del pigmento de dioxido de titanio, exposicion natural y pruebas de intemperiometro.
Habiendo descrito ahora generalmente la invencion, se puede comprender mas facilmente la misma a traves de la siguiente referencia a los ejemplos, que se proporcionan a modo de ilustracion y no pretenden limitar la presente invencion a menos que se especifique.
Ejemplos
Los ejemplos a continuacion demuestran que los pigmentos de dioxido de titanio producidos a temperaturas por debajo de aproximadamente 75 0C en el perfil de pH especffico tienen brillo y/o durabilidad aceptables comercialmente.
Ejemplo 1
Se uso una base de dioxido de titanio que se molio en humedo a un tamano de partfcula en el intervalo de entre aproximadamente 0,2 y aproximadamente 0,5 pm. Preferentemente, menos de aproximadamente un 20 % de la base era mas pequena de 0,5 pm de diametro. Este material se diluyo para tener una gravedad especffica (densidad) de aproximadamente 1,27, mientras que se usaron 1000 g de TiO2 para cada experimento de tratamiento superficial. La suspension se calento en agitacion en un vaso de pila de ocho litros, a 70-72 0C, y entonces se mantuvo a esta temperatura en todos los experimentos.
Cada experimento se llevo a cabo usando condiciones identicas con la excepcion del pH de la suspension inicial. Se anadio SiO2 al 2,8 % (basandose en el peso de TiO2) como una solucion de silicato de sodio (aproximadamente 380 g/l de SiO2) durante un periodo de 20 minutos. La suspension se envejecio con agitacion durante 5 minutos adicionales y entonces se realizaron mediciones del pH de la suspension y viscosidad de Brookfield (en centipoises o cps).
Despues de la adicion de silicato de sodio, el pH de la suspension se ajusto con HCl (aproximadamente concentrado al 20 %) a un pH de aproximadamente 6,5 ± 0,2 durante un periodo de 15-30 minutos. Entonces, la suspension se envejecio con agitacion durante 10 minutos adicionales. Se retiro una pequena cantidad de suspension (menos de 20 g de TiO2), se deshidrato inmediatamente y se seco en un horno de conveccion para pruebas de solubilidad en acido, areas superficiales por BET y microscopia electronica de transmision (MET).
El impacto del pH de la suspension inicial (antes de la adicion del silicato de sodio) sobre la facilidad de procesamiento (debido a los incrementos de viscosidad) y calidad del recubrimiento de sflice se representan en la tabla 1, donde se resume la viscosidad de la suspension despues de la adicion de silicato de sodio, junto con la
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solubilidad en acido y las areas superficiales por BET del pigmento recubierto con silice. Se muestra que el pH de la suspension inicial mas bajo, preferentemente sin el uso de ningun NaOH, da la mejor combinacion posible de facilidad de procesamiento (viscosidad mas baja), calidad del recubrimiento de SiO2 (area superficial y solubilidad en acido mas baja).
TABLA 1
ID de muestra
Ajuste de pH de la suspension inicial Viscosidad despues de la adicion de SiO2 MET de Rv para recubrimiento de SiO2 Solubilidad en acido (en % de TiO2) Area superficial por BET (cm2/g)
9911-01
pH inicial 3,4 (sin NaOH), entonces anadir silicato de sodio ~400 centipoise Buena 13,8 % 9,06
9911-02
pH inicial 5,1 con NaOH, entonces anadir silicato de sodio ~450 centipoise Buena 17,5 % 10,21
9910-01
pH inicial 6,9 con NaOH, entonces anadir silicato de sodio ~580 centipoise Buena 16,9 % 9,25
9911-03
pH inicial 9,0 con NaOH, entonces anadir silicato de sodio ~600 centipoise Peor 19,1 % 11,99
9911-04
pH inicial 11,0 con NaOH, entonces anadir silicato de sodio ~670 centipoise Muy mala 14,5% 11,72
Ejemplo 2
Se usaron la misma base de dioxido de titanio y el mismo equipo experimental. Se usaron 1000 g de TiO2 para cada experimento. La suspension se diluyo para que tuviera una gravedad especifica de 1,27, y entonces se calento a 7072 °C, en agitacion en un vaso de pila de ocho litros, y se mantuvo a esta temperatura en todos los experimentos.
Cada experimento se llevo a cabo usando condiciones identicas con la excepcion del pH final al que precipito SiO2. El pH de la suspension inicial fue de 7,0-7,4 con la adicion de NaOH (aproximadamente un 50 % en peso de concentracion), con 10 minutos adicionales de envejecimiento con agitacion. Se anadio SiO2 al 2,8 % (basandose en el peso de TiO2) como una solucion de silicato de sodio (aproximadamente 380 g/l de SiO2) durante un periodo de 20 minutos. Entonces, la suspension se envejecio con agitacion durante 5 minutos adicionales.
En un experimento, despues de la adicion de silicato de sodio, el pH de la suspension se ajusto con HCl (aproximadamente un 20 % en peso de concentracion) a un pH de aproximadamente 5,0, durante un periodo de 15 minutos. En otro experimento, despues de la adicion de silicato de sodio, el pH de la suspension se ajusto con HCl a un pH de aproximadamente 5,0, durante un periodo de 15 minutos.
Entonces, la suspension se envejecio con agitacion durante 5 minutos adicionales. Se retiro una pequena cantidad de este pigmento de "SiO2 unicamente" (menos de 20 g de TiO2), se deshidrato inmediatamente y se seco en un horno de conveccion para pruebas de solubilidad en acido, areas superficiales por BET y microscopia electronica de transmision (MET).
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Entonces, se anadio AI2O3 al 2 % (basandose en el peso de TiO2) como una solucion de aluminato de sodio (aproximadamente 370 g/l de A^Os) durante un periodo de 10 minutos, mientras se mantiene el pH de la suspension a 6,5 con adicion simultanea de HCl. La suspension se envejecio con agitacion durante 10 minutos adicionales.
Finalmente, el pH de la suspension se ajusto a 5,3 ± 0,2 con HCl, se siguio de 60 minutos adicionales de envejecimiento con agitacion. Entonces, el pigmento resultante se lavo y filtro hasta que estuviera sustancialmente libre de sal
El pigmento se combino con trimetilolpropano (TMP) al 0,4 % (basandose en el peso de TiO2) y entonces se seco durante 36 horas a aproximadamente 100 0C, se machaco a traves de un tamiz de malla 8 y se micronizo con vapor usando un micronizador de laboratorio de 8 pulgadas a una proporcion vapor:TiO2 de aproximadamente 2,5. Entonces, el pigmento se preparo en una pintura basada en acrilico en PVC al 40 % y se midio el brillo a 20°.
El pH final al que precipito SiO2, junto con la calidad del recubrimiento de SiO2 correspondiente a las muestras tomadas despues de la etapa de adicion de SiO2 y el brillo acrilico al 40 % para el pigmento terminado se resumen en la tabla 2. Aqui se muestra que se lograron recubrimientos de SiO2 razonablemente buenos con buen potencial de brillo.
Ejemplo 3
Se uso la misma base de dioxido de titanio, con el mismo equipo experimental y las mismas preparaciones iniciales que en el ejemplo 2. Cada experimento se llevo a cabo usando condiciones identicas con la excepcion de la secuencia de pH mediante la que SiO2 precipito.
Siguiendo el mismo procedimiento de adicion de SiO2 y envejecimiento que en el ejemplo 2, el pH de la suspension se ajusto en tres pasos con la adicion de HCl. En un experimento, se disminuyo el pH en la primera etapa desde aproximadamente 10,2 a 10,0 durante 1 minuto, seguido de aproximadamente 15 minutos de envejecimiento, en la segunda etapa desde 10,0 a 9,4 durante 1 minuto, seguido de aproximadamente 15 minutos de envejecimiento, y entonces en la tercera etapa desde 9,4 a 4,9 durante 1 minuto, seguido de aproximadamente 15 minutos de envejecimiento. En otro experimento con el mismo tiempo de adicion y tiempo de envejecimiento, se disminuyo el pH en la primera etapa desde 10,0 a 9,6, en la segunda etapa desde 9,6 a 8,9 y entonces en la tercera etapa desde 8,9 a 2,7.
Despues de la precipitacion de SiO2, se trato el pigmento con A^O3 y entonces se lavo, filtro, combino con TMP, seguido de secado, micronizacion con vapor, y se preparo en la prueba de PVC al 40 % exactamente de la misma manera que en el ejemplo 2.
La secuencia de pH mediante la que SiO2 precipito, junto con la calidad del recubrimiento de SiO2 correspondiente a las muestras tomadas despues de la etapa de adicion de SiO2 y el brillo acrilico al 40 % para el pigmento terminado se resumen en la tabla 2 a continuacion. Aqui se muestra que se logro una la calidad mejorada del recubrimiento de SiO2 (valor de solubilidad en acido mas bajo) y aproximadamente un potencial de brillo igualmente bueno con SiO2precipitado en tres etapas y a pH mas bajo.
TABLA 2
ID de muestra
Secuencia de pH de precipitacion de SiO2 Muestras de "SiO2 unicamente" Brillo acrilico al 40 % para pigmento terminado
Calidad del recubrimiento por MET
Solubilidad en acido Area superficial
001-06
10,2 ^ 5,0 Buena 25,8 % 9,55 48
001-01
10,2 ^ 3,8 Buena 28,7% 11,2 54
001-07
10,2 ^ 10,0 ^ 9,4 ^ 4,9 Buena 23,1% 11,33 53
001-02
10,0 ^ 9,6 ^ 8,9 ^ 2,7 Buena 17,9% 10,18 57
Ejemplo 4
Se uso el mismo equipo experimental, con la misma concentracion de suspension y temperatura que en el ejemplo 2. Se uso una base de dioxido de titanio sin ajustes en el pH inicial.
En un experimento, se uso una base de dioxido de titanio del proceso de cloruro sin molienda en humedo. En otro experimento, la base de dioxido de titanio del proceso de cloruro se molio en humedo exactamente de la misma manera que en el ejemplo 1. Siguiendo el mismo procedimiento de adicion de SiO2 y envejecimiento que en el ejemplo 2, el pH de la suspension se ajusto con adiciones de HCl de manera similar que en el ejemplo 3.
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En el primer experimento, se disminuyo el pH en la primera etapa desde aproximadamente 9,6 a 9,4 durante 1 minuto, seguido de aproximadamente 15 minutos de envejecimiento, en la segunda etapa desde 9,4 a 9,1 durante 1 minuto, seguido de aproximadamente 15 minutos de envejecimiento, y entonces en la tercera etapa desde 9,1 a 5,0 durante 1 minuto, seguido de aproximadamente 15 minutos de envejecimiento. En el segundo experimento, la secuencia de ajustes de pH es desde 9,5 a 9,1 en la primera etapa, desde 9,1 a 8,6 en la segunda etapa y desde 8,6 a 5,4 en la tercera etapa, respectivamente.
Despues de la precipitacion de SiO2, se trato el pigmento con AbO3 y entonces se lavo, filtro, combino con TMP, seguido de secado, micronizacion con vapor, y se preparo en la prueba de PVC al 40 % exactamente de la misma manera que en el ejemplo 2.
En la tabla 3 a continuacion, se demuestra que el producto terminado fabricado usando una base no molida del proceso de cloruro dio lugar a una calidad ligeramente mejor del recubrimiento SiO2 y potencial de brillo que usando la base molida en humedo.
TABLA 3:
ID de muestra
Condiciones de pigmento base Secuencia de pH de precipitacion de SiO2 Calidad del recubrimiento de SiO2 por MET Pigmento terminado
Solubilidad en acido
Area superficial Brillo acri'lico al 40 %
002-01
No molido pH = 2,6 9,6 ^ 9,4 ^ 9,1 ^ 5,0 Buena 21,4 % 16,85 38
002-02
Molido en humedo pH = 2,7 9,5 ^ 9,1 ^ 8,6 ^ 5,4 Buena 23,5 % 17,51 34
Ejemplo 5
Se usaron las mismas bases de dioxido de titanio, con la misma concentracion de suspension y temperatura que en el ejemplo 2. El tratamiento en humedo se llevo a cabo usando un sistema de flujo continuo de multiples depositos, en el que el tratamiento con SiO2 uso cuatro depositos, mientras que el tratamiento con A^O3 uso un deposito. El caudal se controlo con precision para dar aproximadamente 15 minutos de tiempo de permanencia para la suspension en cada deposito de tratamiento.
En un experimento, el pH de la suspension inicial se ajusto a 7,1 con la adicion de NaOH en el primer deposito. Despues se anadio aproximadamente un 3,5 % de SiO2 en el segundo deposito, el HCl se anadio simultaneamente a los tres depositos consecutivos posteriores para dar el pH de la suspension de 9,5, 9,2 y 6,1, respectivamente. La viscosidad de la suspension se incremento notablemente despues de la adicion de SiO2 como se evidencia por las r.p.m. crecientes de los agitadores requeridos para mantener una mezcla constante de la suspension.
Vertiendose en el siguiente deposito, se anadio aproximadamente un 2,7 % de A^O3 con HCl anadido simultaneamente para mantener el pH a 6,2. En el ultimo deposito, se anadio HCl para ajustar el pH de la suspension a 6,7 y entonces se descargo para su lavado y filtrado.
El pigmento resultante se combino con TMP, seguido de secado, micronizacion con vapor y se preparo en la prueba de PVC al 40 % exactamente de la misma manera que en el ejemplo 2.
En otro experimento, el pH de la suspension inicial era aproximadamente 2,3 sin la adicion de NaOH en el primer deposito. Luego se anadio aproximadamente un 4,0% de SiO2 en el segundo deposito, el HCl se anadio simultaneamente a los tres depositos consecutivos posteriores para dar el pH de la suspension de 9,5, 9,2 y 6,1, respectivamente. La suspension se mantuvo a una viscosidad consistentemente baja en todo el tratamiento en humedo al completo, y no se necesito ningun ajuste en r.p.m. para el agitador.
De manera similar, al verterse en el siguiente deposito, se anadio aproximadamente un 3,3 % de A^O3 con HCl anadido simultaneamente para mantener el pH a 6,5. En el ultimo deposito, se anadio HCl para ajustar el pH de la suspension a 6,2 y entonces se descargo para su lavado y filtrado. De nuevo, el pigmento resultante se combino con TMP, seguido de secado, micronizacion con vapor y se preparo en la prueba de PVC al 40 % exactamente de la misma manera que en el ejemplo 2.
En la tabla 4 se muestra que anadir directamente silicato de sodio al pigmento base (sin ajuste de pH inicial) da una viscosidad de la suspension considerablemente baja y, por lo tanto, una ventaja destacable sobre la manipulacion del flujo mediante el equipo del proceso. El producto terminado (PP01-06) que resulta de este proceso ha demostrado ser igual, en terminos de calidad del recubrimiento de SiO2 y potencial de brillo en comparacion con la suspension (PP01 -05) donde se ajusto el pH inicial a 7,1.
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TABLA 4:
ID de muestra
pH de la suspension inicial Viscosidad despues de la adicion de SiO2 Secuencia de pH de precipitacion de SiO2 en tres etapas Muestras de "SiO2 unicamente" Brillo acrilico al 40 % para pigmento terminado
Solubilidad en acido
Area superficial
PP01-05
7,1 (con NaOH) 424 centipoise 9,7 ^ 9,5 ^ 9,2 ^ 6,1 9,8 % 13,65 52
PP01-06
2.3 (sin NaOH) 77 centipoise 9,7 ^ 9,5 ^ 9,2 ^ 6,1 9,2 % 12,67 45
Ejemplo 6
Produccion de pigmentos de dioxido de titanio
Se usa una base de dioxido de titanio que tenga un tamano de particula en el intervalo de entre aproximadamente 0,1 y aproximadamente 0,5 pm. Preferentemente, menos de aproximadamente un 20 % de la base es de tamano de particula de 0,5 pm. Este material se mezcla con suspensiones que producen agua que tengan una gravedad especifica (densidad) de aproximadamente 1,3 gramos por mililitro. El proceso continuo contemplado se simula usando preferentemente tres depositos de tratamiento con silice y al menos un deposito de tratamiento con alumina. El caudal de la suspension en cada deposito de tratamiento varia. Preferentemente, el caudal de la suspension es desde aproximadamente 130 a aproximadamente 150 galones por minuto en un intervalo de temperatura de entre aproximadamente 60 °C y aproximadamente 75 °C. El tiempo de permanencia en cada deposito es al menos de cinco minutos, preferentemente desde aproximadamente 10 minutos a aproximadamente 30 minutos. El silicato de sodio se anade a los depositos de tratamiento con silice para mantener la silice (SiO2) en un peso de preferentemente entre aproximadamente un 2,7 % y aproximadamente un 3,0 % en peso, basandose en el peso de TiO2. La alumina se anade como aluminato de sodio para mantener la concentracion de alumina de entre aproximadamente un 1 % y un 3 % en peso, basandose en el peso de TiO2. Tipicamente, se utilizan HCl y NaOH para controlar los niveles de pH durante los pasos del proceso de tratamiento. Los perfiles de pH preferentes son de 10,0 ± 0,2 unidades de pH para el primer tratamiento con silice, 9,4 ± 0,2 unidades de pH para el segundo deposito de tratamiento con silice y 5,5 para el tercer deposito de tratamiento. La adicion del oxido de aluminio se controla continuamente a un pH de aproximadamente 6,0 ± 0,5 unidades de pH. Los tiempos de tratamiento en cada paso del proceso estan dirigidos para ser de al menos 5 minutos, preferentemente aproximadamente de 10 a 30 minutos.
Despues de que las partfculas base de TiO2 se tratan con silice y alumina, el pigmento recubierto resultante se filtra, lava y seca. Preferentemente, el pigmento se trata con desde aproximadamente un 0,2 % a aproximadamente un 0,4 % de trimetilolpropano (TMP) basandose en el peso del pigmento de dioxido de titanio. Posteriormente, el pigmento tratado se microniza en un molino de energia fluida para producir un pigmento terminado. El pigmento tratado y micronizado resultante posee un tamano de particula de preferentemente aproximadamente 0,28 pm
Ejemplo 7
Proceso de prueba sobre brillo acrilico en PVC al 40 % a 20 grados
El pigmento se incorpora en una pintura acrilica en PVC al 40 % usando una resina Synocryl 9122X. La pintura preparada se extiende sobre paneles de vidrio usando un dispositivo de extension automatico que incorpora una cuchilla rascadora de 100 micrometros. El panel con pintura se deja secar en un mueble sin polvo durante un minimo de 5 horas antes de leer los valores de brillo a 20 grados a partir de un brillometro Glossgard II. Se registran hasta 5 mediciones de cada panel y se computa el resultado promedio. Preferentemente, las muestras de pigmento muestran un valor de brillo a 20 grados en PVC al 40 % entre aproximadamente 30 a aproximadamente 55.

Claims (19)

  1. 5
    10
    15
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    60
    REIVINDICACIONES
    1. Un proceso continuo para preparar pigmento de dioxido de titanio, que comprende:
    a) preparar una suspension acuosa de particulas base de dioxido de titanio a una temperatura por debajo de 75 0C y a un pH de desde 2,0 a 9,0;
    b) formar particulas de dioxido de titanio base recubiertas de silice en la suspension, mientras se mantiene la temperatura de la suspension por debajo de 75 °C: i) anadiendo un compuesto de silice en un primer recipiente de precipitacion de silice mientras se mantiene el pH de la suspension en el intervalo de desde 9,6 a 9,8; ii) transfiriendo la suspension a un segundo deposito de precipitacion de silice mientras se mantiene el pH a entre 9,2 y 9,5 y con un tiempo de permanencia en el segundo deposito de entre 10 y 20 minutos; iii) transfiriendo la suspension a un tercer deposito de precipitacion de silice mientras se mantiene el pH en un intervalo de desde 2,4 a 6,6; y
    c) anadir un compuesto de alumina mientras se mantiene el pH de la suspension en el intervalo de desde 5,5 a 7,5 y la temperatura de la suspension por debajo de 75 °C para formar el pigmento de dioxido de titanio.
  2. 2. Un proceso de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que la suspension se prepara a un pH de desde 3,0 a 8,0.
  3. 3. Un proceso de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que la suspension se mantiene a una temperatura de desde 60 °C a 74 °C durante la adicion de los compuestos de silice y alumina.
  4. 4. Un proceso de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que la suspension se mantiene a una temperatura de 70 °C durante la adicion de los compuestos de silice y alumina.
  5. 5. Un proceso de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que la suspension se mantiene a una temperatura de 65 °C durante la adicion de los compuestos de silice y alumina.
  6. 6. Un proceso de acuerdo con la reivindicacion 1 o la reivindicacion 2, en el que en el paso c) de adicion del compuesto de alumina el pH de la suspension se mantiene en el intervalo de desde 5,4 a 7,5.
  7. 7. Un proceso de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que la suspension tiene un tiempo de permanencia en el primer recipiente de precipitacion de silice de desde 10 a 20 minutos.
  8. 8. Un proceso de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el compuesto de alumina se anade a pH 7.
  9. 9. Un proceso de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el compuesto de alumina se anade a pH de desde 5,5 a 6,5.
  10. 10. Un proceso de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que despues de la adicion del compuesto de alumina, la suspension tiene un tiempo de permanencia de menos de 30 minutos.
  11. 11. Un proceso de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que despues de la adicion del compuesto de alumina, la suspension tiene un tiempo de permanencia de menos de 15 minutos.
  12. 12. Un proceso de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el compuesto de silice es silicato de sodio.
  13. 13. Un proceso de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el compuesto de alumina es aluminato de sodio.
  14. 14. Un proceso de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que las particulas de dioxido de titanio base son anatasa o rutilo.
  15. 15. Un proceso de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que las particulas de dioxido de titanio base no se muelen o se muelen en humedo.
  16. 16. Un proceso de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el proceso comprende adicionalmente: d) filtrar, lavar y secar el pigmento de dioxido de titanio; y e) micronizar y tratar el pigmento de dioxido de titanio con un compuesto organico.
  17. 17. Un proceso de acuerdo con la reivindicacion 16, en el que el compuesto organico es un poliol.
  18. 18. Un proceso de acuerdo con la reivindicacion 17, en el que el poliol es trimetilolpropano.
  19. 19. Un proceso de acuerdo con la reivindicacion 18, en el que el trimetilolpropano se anade en una cantidad de desde un 0,2 % a un 0,8 % basandose en el peso del pigmento de dioxido de titanio.
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