JP2013107817A - チタンホワイト粉の連続無機被覆方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明はチタンホワイト粉の連続無機被覆方法を提供する。
【解決手段】本発明によるチタンホワイト粉の連続無機被覆方法は、第１混合装置で、チタンホワイト粉スラリーを、第１被覆物質及び第１中和物質と混合した後、第１超音波装置で、混合した後のチタンホワイト粉スラリーを超音波分散させ、及び第１熟成装置でチタンホワイト粉スラリーに対して熟成を行う第１被覆処理段階と、第２混合装置で、第１被覆処理が行われたチタンホワイト粉スラリーを、第２被覆物質及び第２中和物質と混合させ、第２超音波装置で、混合した後のチタンホワイト粉スラリーを超音波分散させ、及び第２熟成装置でチタンホワイト粉スラリーに対して熟成を行う第２被覆処理段階と、を含む。本発明によって製造したチタンホワイト粉は被覆が均一で、製品耐候性がよく、分散性が優れる。
【選択図】図２

Description

本発明はチタンホワイト粉の被覆方法に関し、より詳しくはチタンホワイト粉の連続無機被覆方法に関する。

チタンホワイト粉は白色顔料として、塗料、プラスチック、インク等分野に広く応用されている。チタンホワイト粉生産工程は主に硫酸法と塩化法を含み、この二つの方法により生産されたルチル型チタンホワイト製品は全部無機表面処理を経ってから、応用するべきである。表面処理なしのチタンホワイト粉表面には多くのヒドロキシル基があり、極性が大きく、有機媒質中で凝集容易で、沈殿が発生し、その分散性及び分散安定性が非常に弱い。そして、表面処理なしのチタンホワイト粉は自身の結晶格子欠陥により、その耐候性と化学安定性が悪い。無機表面処理の核心は被覆物質を二酸化チタンの表面に均一に被覆して、チタンホワイト粉の耐候性及びその他の応用性能を高めることであり、チタンホワイト粉表面の無機被覆の効果は製品の最終応用性能に直接影響する。

現在、中国国内のあらゆるチタンホワイト業界の無機被覆は全部間欠式被覆方式を採用しているが、現在工程は幾つかの難点があり、有効的に解決できない。まず、被覆物質と被覆スラリーの均一な混合が保障できず、次に、無機被覆膜の均一性を保障できず、また、従来工程の周期が長く、一般的な被覆膜形成周期は１０〜１２時間で、設備の生産能力に影響する。

したがって、チタンホワイト粉の連続無機被覆工程を開発し、被覆物質を二酸化チタン表面に均一に被覆させて、チタンホワイト製品の応用性能を高め、被覆膜形成周期を短縮する目的に達することは、チタンホワイト業界の発展に重要な意味がある。

従来技術に存在する上記問題に鑑み、本発明はチタンホワイト粉の連続無機被覆方法を提供し、該方法は、第１混合装置でチタンホワイト粉スラリーを、第１被覆物質及び第１中和物質と混合した後、第１超音波装置で、混合した後のチタンホワイト粉スラリーを超音波分散させ、及び第１熟成装置でチタンホワイト粉スラリーに対して熟成を行う第１被覆処理段階と、第２混合装置で、第１被覆処理が行われたチタンホワイト粉スラリーを、第２被覆物質及び第２中和物質と混合させ、第２超音波装置で、混合した後のチタンホワイト粉スラリーを超音波分散させ、及び第２熟成装置でチタンホワイト粉スラリーに対して熟成を行う第２被覆処理段階と、を含む。

前記チタンホワイト粉スラリーの濃度は２００ｇ／Ｌ〜４００ｇ／Ｌであることが望ましい。前記チタンホワイト粉スラリーの濃度は２６０ｇ／Ｌ〜３５０ｇ／Ｌであることが更に望ましい。

第１被覆処理と第２被覆処理において、チタンホワイト粉スラリーのｐＨ値は４．０〜１０．０で、チタンホワイト粉スラリーの温度は５０℃〜９０℃であることが望ましい。

チタンホワイト粉スラリーは、第１熟成装置で４０〜２４０分停留し、第２熟成装置で４０〜２４０分停留することが望ましい。

本発明によると、第１被覆物質は、硫酸ジルコニウム、けい酸ナトリウム、二酸化ナトリウムアルミニウム、硫酸アルミニウム、リン酸二水素アムモニウム及び塩化亜鉛中の少なくとも一つであることができる。第１被覆物質は硫酸ジルコニウム、硫酸アルミニウム、リン酸二水素アムモニウム又は塩化亜鉛で、第１中和物質は水酸化ナトリウムであってもよい。又は、第１被覆物質はけい酸ナトリウム又は二酸化ナトリウムアルミニウムで、第１中和物質は硫酸である。

本発明によると、第２被覆物質は、硫酸ジルコニウム、けい酸ナトリウム、二酸化ナトリウムアルミニウム、硫酸アルミニウム、リン酸二水素アムモニウム及び塩化亜鉛中の少なくとも一つであることができる。第２被覆物質は硫酸ジルコニウム、硫酸アルミニウム、リン酸二水素アムモニウム又は塩化亜鉛で、第２中和物質は水酸化ナトリウムであってもよい。又は、第２被覆物質はけい酸ナトリウム又は二酸化ナトリウムアルミニウムで、第２中和物質は硫酸である。

本発明のチタンホワイト粉の連続無機被覆方法によって製造したチタンホワイト粉は被覆が均一で、製品耐候性がよく、分散性が優れる。

図面を参照しながら、本発明の代表的な実施例を詳細に説明することで、当業者が本発明の上記及び他の特徴及び利点をより明確に了解するようにする。

本発明によるチタンホワイト粉の連続無機被覆装置のブロック図である。 本発明によるチタンホワイト粉の連続無機被覆装置を示す図である。 本発明の実施例１により製造されたチタンホワイト製品の粒度分布図である。 本発明の実施例１により製造されたチタンホワイト製品のエネルギースペクトル走査図である。 本発明の実施例２により製造されたチタンホワイト製品の粒度分布図である。 本発明の実施例２により製造されたチタンホワイト製品のエネルギースペクトル走査図である。 本発明の実施例３により製造されたチタンホワイト製品の粒度分布図である。 本発明の実施例３により製造されたチタンホワイト製品のエネルギースペクトル走査図である。

以下、まず図面を参照しながら、本発明によるチタンホワイト粉の連続無機被覆装置を詳細に説明する。

図１を参照すると、本発明によるチタンホワイト粉の連続無機被覆装置は混合装置、ｐＨ検出器、超音波装置、熟成装置及び熟成貯蔵タンクを含む。

本発明によると、まず処理対象のチタンホワイト粉を混合装置に引入し、その時被覆物質Ａ及び対応する中和物質も混合装置に入れる。

本発明によると、被覆物質Ａが硫酸ジルコニウムである場合、対応する中和物質は水酸化ナトリウムであることができ、被覆物質Ａがけい酸ナトリウムである場合、対応する中和物質は硫酸であることができる。本発明によると、被覆物質Ａとその対応する中和物質は相互交換できる。被覆物質Ａがリン酸二水素アムモニウムである場合、対応する中和物質は水酸化ナトリウム溶液で、被覆物質Ａが塩化亜鉛である場合、対応する中和物質は水酸化ナトリウム溶液である。

当該混合装置で被覆物質Ａを採用して処理対象のチタンホワイト粉に対して被覆膜を形成する。その後、ｐＨ検出器を採用してスラリーのｐＨ値を検出し、且つ検出されたｐＨ値に基づいて導入する中和物質の量を調整する。ここで、スラリーのｐＨ値は４．０〜１０．０であることが望ましい。

その後、超音波装置を利用してチタンホワイト粉に対して超音波分散を行い、連続的に原料を導入した後のスラリーの均一な分散及び被覆物質Ａの均一な被覆を実現する。それから、スラリーは熟成（slake）装置に進入し、熟成装置の温度を５０℃〜９０℃に維持するように、加熱装置を採用して熟成装置を加熱することが望ましい。スラリーが熟成装置で４０分〜２４０分停留することが望ましい。

続いて、第１回被覆処理が行われたスラリーを次の混合装置中に入れ、且つ被覆物質Ｂ及び対応する中和物質を当該混合装置中に入れる。本発明によると、被覆物質Ｂが二酸化ナトリウムアルミニウムである場合、対応する中和物質は硫酸であることができ、被覆物質Ｂが硫酸アルミニウムである場合、対応する中和物質は水酸化ナトリウムであることができる。本発明によれば、被覆物質Ｂとその対応する中和物質は相互交換できる。

本発明において、当業者は必要によって各種の被覆物質Ａと被覆物質Ｂを採用することができ、上記被覆物質に限定されるものではない。一方、本発明において、多種被覆物質を被覆する必要がある場合、必要によって被覆物質の被覆順番を調整することができ、即ち、被覆物質Ａと被覆物質Ｂの被覆順番を調整することができる。アルミニウムを含む被覆物質を被覆する必要がある場合、アルミニウムを含む被覆物質をチタンホワイト粉の最外層に被覆することが望ましい。

本発明において、被覆物質Ａと被覆物質Ｂの両方とも硫酸ジルコニウム、けい酸ナトリウム、二酸化ナトリウムアルミニウム、硫酸アルミニウム、リン酸二水素アムモニウムと塩化亜鉛中の少なくとも一つである。

第１回被覆処理の過程と類似に、当該混合装置中で、被覆物質Ｂを採用して処理対象のチタンホワイト粉に対して被覆膜を形成する。その後、ｐＨ検出器を採用してスラリーのｐＨ値を検出し、且つ検出されたｐＨ値によって導入する中和物質の量を調整する。この時、スラリーのｐＨ値は４．０〜１０．０であることが望ましい。

その後、超音波装置を利用してチタンホワイト粉に対して超音波分散を行い、連続的に原料を導入した後のスラリーの均一な分散及び被覆物質Ｂの均一な被覆を実現する。それから、スラリーを熟成装置に入れ、熟成装置の温度を５０℃〜９０℃に維持するように、加熱装置を採用して熟成装置を加熱することが望ましい。スラリーが熟成装置で４０分〜２４０分停留することが望ましい。

第１回被覆処理と第２回被覆処理が行なわれたスラリーは最後に熟成貯蔵タンクに入れられ、チタンホワイト粉の被覆過程が終了する。

上記被覆処理過程中で、被覆過程でチタンホワイトスラリーの温度を一定にするように、加熱装置を採用して処理前のチタンホワイトスラリーを予め加熱することが望ましい。

図２を参照すると、本発明によれば、処理対象の被覆スラリーが定流ポンプ１を経った後、被覆物質Ａ及び対応する中和物質を処理対象の被覆スラリーに入れる。処理対象の被覆スラリーはｐＨ検出器２と超音波装置３を順次に経ち、その後熟成パイプ４に入り、且つ熟成パイプ４で熟成される。

その後、第１回被覆処理を行ったスラリーに被覆物質Ｂ及びその対応する中和物質を入れ、ｐＨ検出器２と超音波装置３を順次に経ち、その後熟成パイプ４に入って熟成される。２回の被覆処理が行われたスラリーは熟成貯蔵タンク５に入る。

本発明によれば、超音波装置は全部パイプの形式でもよく、且つ超音波装置はパイプ外部に超音波設備が設置されたパイプでもよい。

一方、本発明によると、スラリーの必要とする停留時間を満足するように、熟成装置は螺旋式パイプでもよい。その他、熟成装置の外部に加熱装置を設置して熟成過程で原料が必要とする温度に達することができる。なお、加熱装置は蒸気又はお湯等方式を採用して熟成装置と熱交換する熱交換装置であることができる。

以下の記載で、具体的な実施例を参照して、本発明のチタンホワイト粉の連続無機被覆装置を採用して被覆膜を形成する方法を説明する。チタンホワイト被覆スラリーの濃度は２００ｇ／Ｌ〜４００ｇ／Ｌであることが望ましく、２６０ｇ／Ｌ〜３５０ｇ／Ｌであることが更に望ましい。

実施例１
チタンホワイト被覆スラリーを３００ｇ／Ｌまで希釈させ、加熱装置によってチタンホワイト被覆スラリーを８０℃まで予熱する。定量ポンプ（metering pump）を通じて、被覆スラリー、けい酸ナトリウム、２０質量％濃度の硫酸を混合装置に入れ、被覆スラリーの流速を５０ｍＬ／ｍｉｎにし、ケイ酸ナトリウムの流速を０．２ｍＬ／ｍｉｎにする。

その後、原料はｐＨ検出体系に入り、被覆体系のｐＨ値が９．０になるように、中和物質の流速を制御する。それから、原料は超音波装置に入り、超音波分散が行なわれた後に熟成装置に入る。熟成装置で６０ｍｉｎ停留し、温度は８０℃に維持する。

その後、定量ポンプを通じて、二酸化ナトリウムアルミニウムと中和物質を混合装置に入れて、上記原料と混合され、二酸化ナトリウムアルミニウムの流速を４．３ｍＬ／ｍｉｎにする。それから、原料はｐＨ検出体系に入り、被覆体系のｐＨ値が８．５になるように、中和物質（１０質量％〜３０質量％濃度の硫酸）の流量を制御する。続いて、原料は超音波装置に入り、超音波分散が行われた後に熟成装置に入る。熟成装置で停留時間は６０ｍｉｎで、温度は６０℃に維持する。膜の被覆が終了すると、得られたものを被覆膜熟成貯蔵タンクに入れて、洗浄、乾燥、ジェットミルを行ってからチタンホワイト製品を得る。

製品粒度分布図は図３を参照する。図３によると、得られたチタンホワイト製品の平均粒径は３０７ｎｍで、半値幅は６９．３ｎｍで、ピーク１のピーク値粒径は２７５ｎｍで、多分散性指数は０．２７４であることが分かり、これは得られたチタンホワイト製品の粒度分布が均一で、製品分散性が優れることを示している。

チタンホワイト製品のエネルギースペクトル走査図は図４を参照する。図４によると、エネルギースペクトル走査の各点に全部被覆物質ケイ素と被覆物質アルミニウムが存在し、且つ各点で被覆物質の量はおおよそ似ていることが分かり、製品の被覆膜が均一で、耐候性が優れることを示している。

実施例２
チタンホワイト被覆スラリーを２５０ｇ／Ｌまで希釈させ、加熱装置によってチタンホワイト被覆スラリーを６０℃まで予熱する。定量ポンプ（metering pump）を通じて、被覆スラリー、硫酸ジルコニウム、ＮａＯＨ溶液を混合装置に入れ、被覆スラリーの流速を８０ｍＬ／ｍｉｎにし、被覆物質である硫酸ジルコニウムの流速を１．２ｍＬ／ｍｉｎにする。

その後、原料はｐＨ検出体系に入り、被覆体系のｐＨ値が９．０になるように、中和物質である水酸化ナトリウムの流速を制御する。それから、原料は超音波装置に入り、超音波分散が行なわれた後に熟成装置に入る。熟成装置で４０ｍｉｎ停留し、温度は６０℃に維持する。

その後、定量ポンプを通じて、二酸化ナトリウムアルミニウムと中和物質を混合装置に入れて、上記原料と混合され、二酸化ナトリウムアルミニウムの流速を７．５ｍＬ／ｍｉｎにする。それから、原料はｐＨ検出体系に入り、被覆体系のｐＨ値が９．０になるように、中和物質（２０質量％濃度の硫酸溶液）の流速を制御する。続いて、原料は超音波装置に入り、超音波分散が行われた後に熟成装置に入る。熟成装置で停留時間は６０ｍｉｎで、温度は６０℃に維持する。膜の被覆が終了すると、得られたものを被覆膜熟成貯蔵タンクに入れて、洗浄、乾燥、ジェットミルを行ってからチタンホワイト製品を得る。

製品粒度分布図は図５を参照する。図５によると、得られたチタンホワイト製品の平均粒径は２８８ｎｍで、半値幅は６６．５ｎｍで、ピーク１のピーク値粒径は２７３ｎｍで、多分散性指数は０．２１７であることが分かり、これは得られたチタンホワイト製品の粒度分布が均一で、製品分散性が優れることを示している。

チタンホワイト製品のエネルギースペクトル走査図は図６を参照する。図６によると、エネルギースペクトル走査の各点に全部被覆物質アルミニウムが存在するが、被覆物質ジルコニウムは被覆量が少ないので、エネルギースペクトルが検出できないことが分かり、各点で被覆物質アルミニウムの量がおおよそ似ていることから、製品の被覆膜が均一で、耐候性が優れることを分かることができる。

実施例３
チタンホワイト被覆スラリーを２８０ｇ／Ｌまで希釈させ、加熱装置によってチタンホワイト被覆スラリーを６０℃まで予熱する。定量ポンプを通じて、被覆スラリー、硫酸ジルコニウム、ＮａＯＨ溶液を混合装置に入れ、被覆スラリーの流速を１００ｍＬ／ｍｉｎにし、被覆物質である硫酸ジルコニウムの流速を０．８ｍＬ／ｍｉｎにする。

その後、原料はｐＨ検出体系に入り、被覆体系のｐＨ値が９．０になるように、中和物質である水酸化ナトリウムの流速を制御する。それから、原料は超音波装置に入り、超音波分散が行なわれた後に熟成装置に入れる。熟成装置で６０ｍｉｎ停留し、温度は６０℃に維持する。

その後、定量ポンプを通じて、硫酸アルミニウムと中和物質を第２混合装置に入れて、上記原料と混合され、二酸化ナトリウムアルミニウムの流速を８．５ｍＬ／ｍｉｎにする。それから、原料はｐＨ検出体系に入り、被覆体系のｐＨ値が９．０になるように、中和物質（１０質量％濃度のＮａＯＨ溶液）の流速を制御する。それから、原料は超音波装置に入り、超音波分散が行なわれた後に熟成装置に入る。熟成装置で停留する時間は９０ｍｉｎで、温度は６０℃に維持する。膜の被覆が終了すると、得られたものを被覆膜熟成貯蔵タンクに入れて、洗浄、乾燥、ジェットミルを行ってからチタンホワイト製品を得る。

製品粒度分布図は図７を参照する。図７によると、得られたチタンホワイト製品の平均粒径は２９０ｎｍで、半値幅は５９．７ｎｍで、ピーク１のピーク値粒径は２５６ｎｍで、多分散性指数は０．３１０であることが分かり、これは得られたチタンホワイト製品の粒度分布が均一で、製品分散性が優れることを示している。

チタンホワイト製品のエネルギースペクトル走査図は図８を参照する。図８によると、エネルギースペクトル走査の各点に全部被覆物質アルミニウムが存在するが、被覆物質ジルコニウムは被覆量が少ないので、エネルギースペクトルが検出できないことが分かり、各点で被覆物質アルミニウムの量がおおよそ似ていることから、製品の被覆膜が均一で、耐候性が優れることを分かることができる。

したがって、チタンホワイト生産で連続無機被覆装置を採用することで、被覆膜を二酸化チタン表面に均一に被覆することから、チタンホワイト製品の応用性能を高めることができる。

本発明によるチタンホワイト粉の連続無機被覆方法で製造されたチタンホワイト粉は均一に被覆され、製品の耐候性が優れ、分散性がよい。具体的に、本発明で、超音波分散によってチタンホワイトスラリーの均一な分散を実現し、パイプ方式で原料を混合することで、チタンホワイト被覆スラリーと被覆物質の均一な混合を実現し、被覆温度、ｐＨ値及び停留時間を制御することで、被覆膜の均一性を実現し、最終的に膜の被覆が終了した後に、被覆膜熟成貯蔵タンクに入れ、後続の濾過、乾燥、ジェットミルを行ってからチタンホワイト完成品を得る。

Claims (12)

1. 第１混合装置で、チタンホワイト粉スラリーを、第１被覆物質及び第１中和物質と混合した後、第１超音波装置で、混合した後のチタンホワイト粉スラリーを超音波分散させ、及び第１熟成装置でチタンホワイト粉スラリーに対して熟成を行う第１被覆処理段階と、
   第２混合装置で、第１被覆処理が行われたチタンホワイト粉スラリーを、第２被覆物質及び第２中和物質と混合させ、第２超音波装置で、混合した後のチタンホワイト粉スラリーを超音波分散させ、及び第２熟成装置でチタンホワイト粉スラリーに対して熟成を行う第２被覆処理段階と、
   を含むことを特徴とするチタンホワイト粉の連続無機被覆方法。
2. 前記チタンホワイト粉スラリーの濃度は２００ｇ／Ｌ〜４００ｇ／Ｌであることを特徴とする請求項１に記載のチタンホワイト粉の連続無機被覆方法。
3. 前記チタンホワイト粉スラリーの濃度は２６０ｇ／Ｌ〜３５０ｇ／Ｌであることを特徴とする請求項１に記載のチタンホワイト粉の連続無機被覆方法。
4. 第１被覆処理と第２被覆処理において、チタンホワイト粉スラリーのｐＨ値は４．０〜１０．０であることを特徴とする請求項１に記載のチタンホワイト粉の連続無機被覆方法。
5. 第１被覆処理と第２被覆処理において、チタンホワイト粉スラリーの温度は５０℃〜９０℃であることを特徴とする請求項１に記載のチタンホワイト粉の連続無機被覆方法。
6. チタンホワイト粉スラリーは、第１熟成装置で４０〜２４０分停留し、第２熟成装置で４０〜２４０分停留することを特徴とする請求項１に記載のチタンホワイト粉の連続無機被覆方法。
7. 第１被覆物質は、硫酸ジルコニウム、けい酸ナトリウム、二酸化ナトリウムアルミニウム、硫酸アルミニウム、リン酸二水素アムモニウム及び塩化亜鉛中の少なくとも一つであることを特徴とする請求項１に記載のチタンホワイト粉の連続無機被覆方法。
8. 第１被覆物質は硫酸ジルコニウム、硫酸アルミニウム、リン酸二水素アムモニウム又は塩化亜鉛で、第１中和物質は水酸化ナトリウムであることを特徴とする請求項７に記載のチタンホワイト粉の連続無機被覆方法。
9. 第１被覆物質はけい酸ナトリウム又は二酸化ナトリウムアルミニウムで、第１中和物質は硫酸であることを特徴とする請求項７に記載のチタンホワイト粉の連続無機被覆方法。
10. 第２被覆物質は、硫酸ジルコニウム、けい酸ナトリウム、二酸化ナトリウムアルミニウム、硫酸アルミニウム、リン酸二水素アムモニウム及び塩化亜鉛中の少なくとも一つであることを特徴とする請求項１に記載のチタンホワイト粉の連続無機被覆方法。
11. 第２被覆物質は硫酸ジルコニウム、硫酸アルミニウム、リン酸二水素アムモニウム又は塩化亜鉛で、第２中和物質は水酸化ナトリウムであることを特徴とする請求項１０に記載のチタンホワイト粉の連続無機被覆方法。
12. 第２被覆物質はけい酸ナトリウム又は二酸化ナトリウムアルミニウムで、第２中和物質は硫酸であることを特徴とする請求項１０に記載のチタンホワイト粉の連続無機被覆方法。

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