KR100320763B1 - 분산성이 우수한 이산화티타늄 생성물의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이산화티타늄 제조 방법, 그 방법에 의해 제조된 신규의 이산화티타늄 제품, 상기 신규의 이산화티타늄 제품을 사용하여 플라스틱 제품을 제조하는 방법, 및 그 방법에 의해 제조된 신규의 플라스틱 제품에 관한 것이다.

본 발명의 이산화티타늄 제조 방법은 하기 (a)∼(f) 단계를 포함한다:

(a) 액상 매체중에 이산화티타늄 물질을 포함하는 혼합물을 형성시키는 단계; (b) 상기 액상 매체중의 이산화티타늄 물질을 습식 미분쇄시키는 단계: (c) 상기 단계(b) 후에, 상기 혼합물의 pH를 4.0을 초과하지 않는 값으로 감소시키는 단계: (d) 상기 단계(c) 후에, 상기 이산화티타늄 물질을 응결시키는데 유효한 양의 염기를 상기 혼합물에 첨가하는 단계: (e) 상기 혼합물로부티 응결된 이산화티타늄 물질을 제거하는 단계, 및 (f) 이산화티타늄 물질을 세척하는 단계.

상기 단계(a)에 사용된 이산화티타늄 물질은 반응 공정에 의해 제조된 응집된 이산화티타늄 물질이다. 반응 공정에서 이산화티타늄 물질과 함께 형성된 기타 임의의 무기 산화물 이외에 상기 단계(a)에 사용된 이산화티타늄 물질은 그 물질상에 부착된 무기 산화물이 거의 없다. 또한 반응 공정에서 원래 이산화티타늄 물질과 함께 생성되어 재부착되는 무기 산화물 이외에, 본 발명의 이산화티타늄 제조 방법도중에 이산화티타늄 물질상에는 무기 산화물이 거의 부착되지 않는다.

Description

분산성이 우수한 이산화티타늄 생성물의 제조 방법

본 발명은 이산화티타늄 생성물을 제조하는 방법, 및 그 방법에 의해 제조된 이산화티타늄 생성물에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이산화티타늄을 함유하는 플라스틱 제품을 제조하는 방법, 및 그 방법에 의해 제조된 플라스틱 제품에 관한 것이다.

색소성 이산화티타늄 물질은 플라스틱, 페인트, 잉크, 종이 및 기타 다수의 재료에 착색제로서 널리 사용된다. 플라스틱에서, 색소성 이산화티타늄은 색채를 부여하고 UV 보호 작용을 제공한다. 이산화티타늄을 혼입시키므로써 제공되는 UV 보호 작용은 플라스틱 재료의 내구성을 상당히 향상시킬 수 있다.

플라스틱 중에 더욱 용이하게 분산되는 이산화티타늄 물질이 요구되고 있는 실정이다. 예를 들면, 플라스틱 필름 생성물의 중량과 비용을 감소시키기 위해서, 플라스틱 산업 분야에서는 그 플라스틱 생성물의 강도와 보전성을 유지시키면서 플라스틱 생성물의 두께를 감소시키기 위한 방법을 모색하고 있다. 그러한 용도에 사용되는 색소성 물질의 분산성은 필름 두께가 감소함에 따라 더욱 중요해지게 된다. 이산화티타늄 안료가 플라스틱 필름 생성물 중에 부적절하게 분산되는 경우, 미분산된 안료의 집괴(즉, 첨두)의 존재는 플라스틱 필름의 유용성을 저해할 수 있다. 또한, 미분산된 안료는 가공 로울러 및/또는 다이 부분에 들러붙어서 플라스틱 필름 생성물에 구멍, 틈새 및/또는 인열부를 형성시킬 수 있다. 이외에도, 분산성이 열등한 안료는 연마 스크린 및 필름 제조 공정에 사용된 다른 장치에 빨리 들러붙을 수 있다.

이산화티타늄은 일반적으로 2가지 결정형, 아나타제(anatase)와 루틸(rutile)형태로 제조된다. 루틸 이산화티타늄은 대개 증기상 산화 공정을 사용하여 할로겐화티타늄(바람직하게는 사염화티타늄)으로부터 제조된다. 증기상 산화 공정의 예는 미국 특허 제3,208,866호 및 제3,512,219호에 개시되어 있다. 이들 특허공보의 기술 내용은 본 명세서에 참고 인용한다.

중기상 산화 공정에서, 할로겐화 티타늄 증기 반응물은 산소 분자, 공기 또는 산소가 농후한 공기와 같은 산소 함유 기체에 의해 산화된다. 통상, 다양한 입자 크기를 가진 조절제 및/또는 루틸화제(rutilization agent)를 증기상 산화 시스템에 첨가한다. 대개 수증기를 첨가하여, 예를 들면 핵 형성, 즉 생성물 입자 크기를 조절한다. 염화 알루미늄을 첨가하여 이산화티타늄 생성물의 결정질 매트릭스를 안정화시키고 루틸화를 촉진시키는 것이 일반적이다.

증기상 산화 시스템에 첨가된 염화 알루미늄은 그 시스템 내에서 산화되어 알루미나를 형성한다. 일반적으로, 산화 반응 시스템에 첨가된 염화 알루미늄의 양은 산화 반응 시스템 생성물 중의 알루미나 농도를 반응 시스템 생성물 내에 함유된 이산화티타늄 100 중량부당 약 0.05 내지 약 10 중량부 범위로 제공하기에 충분한 양이다.

증기상 산화 공정에 사용되는 반응물은 대개 예열시킨 후에 반응실에서 화합 시킨다. 반응실내에는 (a)연소성 가스(예: 일산화탄소, 벤젠, 나프탈렌, 아세틸렌, 안트라센 등)을 직접 반응실에 주입하고/하거나, (b)그와 같은 연소성 가스를 하나 이상의 반응물 스트림에 첨가하므로써 추가의 열을 제공하는 것이 바람직하다. 연소성 가스는 산화성 기체의 공급 도관에 첨가하므로써, 그 연소성 가스를 (a)반응실에 유입시키기 직전에 직접 산화성 기체 공급 도관 내에서, 및/또는 (b)반응실내에서 반응물이 혼합되는 영역에서 연소시키는 것이 바람직하다.

증기상 산화 공정에 사용되는 산화성 기체의 양은 연소성 물질의 연소에, 할로겐화 티타늄 반응물의 산화 반응에, 또한 증기상 산화 공정에서 사용된 기타 임의의 산화 가능한 첨가제의 산화 반응에 필요한 화학양론적 양보다 과량인 것이 바람직하다.

증기상 산화 시스템에서 유래한 반응 유출물은 반응실을 빠져나오는 즉시 냉각시키는 것이 바람직하다. 이와 같은 냉각 단계는, 예컨대 냉각 기체(예: 반응 공정에서 얻은 냉각된 염소 유출물)과 반응 유출물 스트립을 혼합시키거나, 반응 유출물 스트림과 물을 혼합시키므로써 수행된다.

증기상 산화 공정에서 생성된 이산화티타늄 생성물은 고형의 응집된 미립자 물질이다. 대개 미립자 이산화티타늄 생성물은 사이클론, 필터백, 침강실, 또는 이들의 조합 수단을 사용하여 반응실로부터 회수한다.

종래, 증기상 산화 시스템 유출물로부터 회수한 미가공 상태의 응집된 이산화티타늄 물질은, 통상적으로 (1) 분산제(예: 플리인산염)을 사용하여 수성 매체 중에 그 미가공 상태의 물질을 분산시키고; (2) 그 물질을 충분히 습식 미분쇄시키고; (3) 습식 미분쇄된 이산화티타늄 물질의 입자 표면상에 무기 산화물(예: 알루미나 및/또는 실리카)를 침전시키고: (4) 여과에 의해서 수성 매체로부터 알루미나 및/또는 실리카 처리된 이산화티타늄 물질을 회수하고; (5) 회수된 생성물을 세척 및 여과하여 그로부터 염류와 불순물을 제거하고; (6) 세척된 생성물을 건조시키고; (7) 건조된 생성물을, 예컨대 유체 에너지 미분쇄기를 사용하여 소정의 크기로 분쇄시키므로써 가공하는 것이 일반적이었다.

습식 미분쇄된 이산화티타늄 물질에 부착된 무기 산화물(예: 알루미나 및/또는 실리카)는 그 물질이 응결하도록 미립자 물질의 표면 성질을 변화시킨다. 미립자 물질의 응결로 인해, 그 물질을 통상의 진공형 및/또는 압력형 여과 시스템에 의해 회수 및 세척할 수 있다.

불행히도, 가공된 이산화티타늄 물질의 표면에 첨가된 무기 산화물이 존재하면 플라스틱 생성물 중에서의 분산성이 감소한다. 일반적으로, (1) 부착된 무기 산화물이 미립자 물질의 표면적을 증가시키고, (2) 부착된 무기 산화물이 통상 친수성이기 때문에 이러한 결과가 발생하는 것이다. 부착된 무기 산화물과는 달리, 플라스틱은 대개 소수성이다.

그와 같은 무기 산화물이 미립자 물질에 부착되지 않을 경우, 지금까지는 습식 미분쇄된 이산화티타늄 분산액에 중합체 응결제 및/또는 응결성 염류(예: 황산 마그네슘)을 첨가하여, 통상의 진공형 및/또는 압력형 여과 시스템에 의해 미분쇄된 물질을 수집 및 회수하여야 했다. 그러나, 그와 같은 응결제는 시스템에 불필요한 불순물을 첨가하는 결과가 되어 가공된 이산화티타늄 생성물의 성질을 악화시킨다.

본 발명은 이산화티타늄을 가공하는 방법을 제공하는데, 본 발명의 방법에서는 부가의 무기 산화물을 부착시키는 일 없이, 또한 응결제 및/또는 황산 마그네슘과 같은 응결성 염류를 첨가하는 일없이 생성물의 회수, 세척 및 여과를 실시한다. 따라서 본 발명의 방법은 플라스틱에 더욱 용이하게 분산될 수 있는 신규의 이산화티타늄 생성물을 제공한다.

본 발명의 이산화티타늄 가공 방법은 하기 단계(a)∼(f)를 포함한다:

(a) 액상 매체 중에 응집된 이산화티타늄 물질을 포함하는 혼합물을 형성시키는 단계: (b) 상기 액상 매체 중의 응집된 이산화티타늄 물질을 습식 미분쇄시키는 단계; (c) 상기 단계 (b) 후에, 상기 혼합물의 pH를 4.0을 초과하지 않는 값으로 감소시키는 단계; (d) 상기 단계 (c)후에, 이산화티타늄 물질을 응결시키는 데 유효한 양의 염기를 첨가하는 단계: (e) 상기 단계 (d)후에, 혼합물로부터 이산화티타늄을 제거하는 단계, 및 (f) 상기 단계 (d)후에, 이산화티타늄 물질을 세척하는 단계. 상기 단계(a)에 사용된 응집된 이산화티타늄 물질은 반응 공정에 의해 생성된 물질이다. 이산화티타늄 물질과 함께 반응 공정에서 형성된 임의의 무기 산화물 이외에, 상기 단계(a)에서 사용되는 이산화티타늄 물질은 그 표면에 부착된 무기 산화물이 거의 없다. 또한, 이산화티타늄과 함께 반응 공정에서 원래 형성되어 재부착된 임의의 무기 산화물 이외에, 무기 산화물은 본 발명의 이산화티타늄 가공방법의 과정중에 이산화티타늄 물질에 거의 부착되지 않는다.

본 발명은 또한 신규한 플라스틱 생성물의 제조 방법을 제공한다. 이 방법은 이산화티타늄 생성물을 플라스틱 물질 중에 분산시켜 플라스틱 조성물을 형성시키는 단계를 포함한다. 이와 같은 본 발명의 방법에 사용되는 이산화티타늄 생성물은 전술한 본 발명의 이산화티타늄 가공 방법에 의해 제조된 신규의 이산화티타늄 생성물이다. 한 실시 양태에 있어서, 플라스틱 생성물을 제조하기 위한 본 발명의 방법은 상기 플라스틱 조성물을 사용하여 플라스틱 시트를 형성시키는 단계를 추가로 포함한다.

당업자들이라면, 후술하는 바람직한 실시 양태로부터 본 발명의 추가의 목적, 특징 및 장점들을 명백히 파악할 수 있을 것이다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 개선된 이산화티타늄 가공 방법을 제공한다. 또한, 본 발명은 그 방법에 의해 제조된 신규의 이산화티타늄 물질을 제공한다. 신규의 이산화티타늄 물질은 플라스틱내에서 향상된 분산성을 나타낸다.

본 발명의 이산화티타늄 가공 방법은 하기(1)∼(9)단계를 포함하는 것이 바람직하다: (1) 미가공 상태의 응집된 이산화티타늄 물질을 수성 매체 중에 분산시키는 단계: (2) 응집된 이산화티타늄 물질을 습식 미분쇄시키는 단계: (3) 미분쇄된 이산화티타늄 분산액의 pH를 감소시키는 단계. (4) 수득한 산성 분산액을 숙성시키는 단계: (5) 미분쇄된 이산화티타늄 물질을 응결시키기에 충분하게 그 분산액의 pH를 증가시키는 단계: (6) 미분쇄된 이산화티타늄 물질을 수성 분산액으로부터 회수하는 단계: (7) 회수된 이산화티타늄 물질을 세척하여 그로부터 염류 및 불순물을 제거하는 단계: (8) 세척된 생성물을 건조시키는 단계: 및 (9) 건조된 이산화티타늄 생성물을 소정의 입자 크기 분포를 달성하도록 분쇄하는 단계, 종래 사용된 이산화티타늄 가공 방법과는 대조적으로, 본 발명의 방법에서는 추가의 무기 산화물(예: 알루미나 및/또는 실리카)를 부착시키지도 않고, 중합체 응결제 및/또는 응결성 염류를 첨가하지도 않는다.

일반적으로, 본 발명의 방법에 의하면 어떤 형태의 응집된 이산화티타늄 물질도 가공할 수 있다. 그러나, 본 발명의 방법에 의해서 가공되는 응집된 이산화티타늄 물질은 전술한 바와 같은 유형의 증기상 산화 공정을 사용하여 사염화 티타늄으로부터 제조한 루틸 이산화티타늄 물질인 것이 바람직하다.

또한 본 발명의 방법에 따라 가공되는 응집된 이산화티타늄 물질은 색소성 이산화티타늄 물질인 것이 바람직하다. 색소성 이산화티타늄 물질은 약 0.1 내지 약 0.5 미크론 범위의 결정 크기를 특징으로 한다. 응집된 색소성 이산화티타늄 물질의 결정 크기는 약 0.2 미크론인 것이 바람직하다.

후술하는 바와 같이, 본 발명의 방법에 의해 가공되는 응집된 이산화티타늄 물질은 증기상 산화 시스템에서 이산화티타늄 물질과 함께 형성된 일정량의 알루미나를 함유하는 것도 바람직하다. 전술한 바와 같이, 알루미나는 대개 증기상 산화 시스템에서, 그 산화 시스템에 산화성 알루미늄 물질(바람직하게는, 염화 알루미늄)을 첨가하므로써 이산화티타늄과 함께 생성된다. 본 발명의 방법에 의해 가공되는 응집된 이산화티타늄 물질은, 통상 이산화티타늄 100 중량부당 약 0.05 내지 약 10 중량부의 동시 생성된 알루미나를 포함한다. 응집된 이산화티타늄 물질은 이산화티타늄 100 중량부당 약 0.25 내지 약 3 중량부의 알루미나를 포함하는 것이 바람직하다.

이와 같이 동시 생성된 알루미나 및 증기상 산화 공정에서 이산화티타늄과 함께 형성되는 기타 임의의 무기 산화물 이외에, 본 발명에 따라 가공되는 응집된 이산화티타늄 물질은 그 표면에 무기 산화물(예: 알루미나 및/또는 실리카)가 부착되어 있지 않은 것이 바람직하다.

응집된 이산화티타늄 물질은 그 물질을 수성 매체 중에 분산시키므로써 습식 미분쇄용으로 제조되는 것이 바람직하다. 당업자들이 알 수 있는 바와 같이, 각종 분산제(예: 폴리인산염)을 사용하여 수성 매체 중에서의 미립자 물질의 분산을 도모할 수도 있다. 분산액은 그 분산액 총 중량을 기준으로 약 5 내지 약 50 중량% 범위의 고체 농도를 갖는 것이 바람직하다. 분산액은 분산액의 총 중량을 기준으로 약 30 중량%의 고체 농도를 갖는 것이 가장 바람직하다.

본 발명의 습식 미분쇄 단계에 사용되는 시스템은 디스크형 교반기, 케이지형 교반기, 또는 당분야에 통용되는 그밖의 유형의 습식 미분쇄 시스템일 수 있다. 미분쇄용 매체로는 모래, 유리 비이드, 알루미나 비이드, 또는 기타 통용되는 미분쇄용 매체를 사용할 수 있다. 분쇄용 매체의 각각의 과립, 입자, 또는 비이드는 이산화티타늄 분산액을 제조하는 데 사용된 수성 매체보다 밀도가 높은 것이 바람직하다.

다른 이산화티타늄 가공 방법에 사용된 습식 미분쇄 단계와 비교할 때, 본 발명의 방법에서는 보다 완만한 정도로 습식 미분쇄를 실시한다. 본 발명의 방법에있어서, 분산된 이산화티타늄 물질은 (a)거의 모든 이산화티타늄 물질이 15 미크론을 통과하도록, 그리고 (b)이산화티타늄 물질의 30 중량% 이상, 70 중량% 이하가 0.5 미크론 이하의 입자 크기를 가질 정도로 습식 미분쇄된다.

본 발명의 방법에서 완만한 습식 미분쇄 단계는 미분쇄용 매체의 사용량을 실질적으로 감소시키고/시키거나 습식 미분쇄 단계의 지속 시간을 실질적으로 감소시키므로써 달성된다. 주어진 습식 미분쇄 시스템에 대해서, 최소한 초기에는 입자 분석기(예: MICROTRAC 분석기 또는 SEDIGRAPH 분석기)를 사용하여 분산된 이산화티타늄 물질의 입자 크기를 모니터할 수 있으므로, 적당한 최적의 미분쇄용 매체 농도와 습식 미분쇄 시간을 설정할 수 있다. 샌드밀 방법을 사용할 경우, 본 발명의 방법에 사용되는 모래의 양은 대개 미립자상의 이산화티타늄 물질 100 중량부당 약 10 내지 약 100 중량부 범위일 것이다. 본 발명의 방법에 사용되는 미분쇄 시간은 대개 약 0.5 내지 약 4분 범위일 것이다.

습식 미분쇄 단계 중에, 이산화티타늄 분산액의 온도는 약 90°F(32℃)이상인 것이 바람직하다. 습식 미분쇄 단계 동안의 이산화티타늄 분산액의 온도는 약 120°F(49℃) 내지 약 160°F(71℃)범위인 것이 가장 바람직하다. 습식 미분쇄 절차의 말기에, 적당한 크기의(통상 100 메쉬)스크린을 사용하여 이산화티타늄 분산액으로부터 미분쇄용 매체를 제거하는 것이 바람직하다.

습식 미분쇄 단계에 이어서, 유효량의 산을 이산화티타늄 분산액에 첨가하여 분산액의 pH를 4.0을 초과하지 않는 값이 되도록 감소시킨다. 이산화티타늄 분산액의 pH는 3.0 이하가 되도록 감소시키는 것이 바람직하다. 분산액의 pH는 약 2.0 이하의 값으로 감소시키는 것이 가장 바람직하다.

산과 분산 매체의 혼합을 용히하게 하기 위해서는 산성화 단계 동안 분산액을 약 120°F(49℃) 내지 약 180°F(82℃)범위의 온도로 유지시키는 것이 바람직하다. 산성화 단계 중에 분산액의 온도를 약 150°F(66℃) 내지 약 170°F(77℃) 범위로 유지시키는 것이 더욱 바람직하다.

산성화 단계에 사용되는 산은 황산, 염산 및/또는 질산과 같은 강산인 것이 바람직하다. 황산은 이산화티타늄의 응결을 촉진시키는 작용을 하므로 pH 감소단계에 사용하기에 바람직한 산이다.

본 발명의 방법의 다음 단계는, 산성 이산화티타늄 분산액을 숙성시키는 단계이다. 숙성 단계 중에, 분산액의 pH는 약간 증가하는 것이 일반적이다. 산성 분산액의 pH가 안정화될 때까지 그 분산액을 숙성시키는 것이 바람직하다. 따라서, 숙성 기간의 지속 시간은 통상 약 10 분 내지 약 1 시간 범위일 것이다.

숙성 단계에 이어서, 이산화티타늄 분산액의 pH를 이산화티타늄 물질을 응결시키는 데 충분하게 증가시킨다. 이 단계에서는 분산액의 pH를 약 5 내지 약 8 범위의 값으로 증가시키는 데 충분한 양의 염기를 분산액에 첨가하는 것이 바람직하다. 이 단계에서는, 분산액의 pH를 약 7의 값으로 증가시키는 것이 가장 바람직하다. 본 발명의 방법에서 pH 증가 단계 중에, 분산액의 온도는 약 120°F(49℃) 내지 약 180°F(82℃) 범위로 유지시키는 것이 바람직하고, 약 150°F(66℃) 내지 약 170°F(77℃) 범위로 유지시키는 것이 가장 바람직하다.

본 발명의 방법에 사용하기에 적당한 염기의 예로는 주기율표의 1족 원소의수산화물을 들 수 있다. 이 단계에 사용되는 염기는 수산화나트륨, 수산화칼륨, 또는 이들의 혼합물인 것이 가장 바람직하다.

본 발명의 방법의 회수 및 세척 단계는 진공형 여과 시스템, 압력형 여과 시스템, 또는 당분야에 통용되는 기타 유형의 여과 시스템을 사용하여 수행할 수 있다. 본 발명의 방법의 회수 및 세척 단계는 회전식 진공형 여과기를 사용하여 수행하는 것이 바람직하다.

중성화된 이산화티타늄 분산액을 진공형 여과기를 통해 공급하여 응결된 이산화티타늄 물질로부터 분산 매체를 분리시킨다. 이어서 깨끗한 탈이온수를 시스템에 첨가하여 이산화티타늄 여과물을 세척한다. 이와 같은 세척 단계를 1회 이상 수행한 후에, 필터 케이크를 임의로 여과 시스템으로 부터 제거하여 펄프화 장치에서 재차 펄프화시킨 후, 다시 여과 시스템으로 복귀시켜 추가로 세척할 수도 있다.

세척 단계에 이어서, 이산화티타늄 생성물을 당분야에 통용되는 임의의 유형의 건조 시스템을 사용하여 건조시킬 수 있다. 그 예로는 터널 건조기, 분무 건조 시스템, 스핀 플래쉬 건조기, 및 이들의 조합체를 들 수 있다. 그와 같이 건조된 생성물은, 예를 들면 유체 에너지 미분쇄기를 사용하여 최종의 목적하는 입자 크기 분포를 갖도록 분쇄시킬 수 있다.

본 발명의 가공 방법에서 이산화티타늄 물질의 응결은, 부분적으로는 미가공 상태의 이산화티타늄 물질에 함유된 최소한 일부분의 동시 생성된 알루미나의 용해 및 재침전의 결과로서 일어난다. 대개, 미가공 상태의 응집된 이산화티타늄 물질내에 함유된 동시 생성된 알루미나의 약 l/2 내지 약 2/3가 그 물질의 표면에 존재할것이다. 본 발명 방법의 pH 감소 단계에 의해 이산화티타늄 분산액의 pH가 감소됨에 따라서, 표면에 존재하는 알루미나 중 적어도 일부가 산성의 수성 분산 매체 중에 용해된다. 이어서 그 매체를 중성화시킬 경우, 미립자상의 이산화티타늄 물질은 거의 0에 가까운 표면 전하를 가지므로 응결하는 경향이 있다. 또한, 용해된 알루미나가 재침전되므로써 응결을 강화시키고 여과를 도모하게 된다.

또한, 본 발명의 방법에서는 완만한 강도의 미분쇄 단계를 사용하므로, 이산화티타늄 물질의 응결이 촉진된다. 본 발명의 방법의 습식 미분쇄 단계에서는, 미가공 상태의 응집된 이산화티타늄 물질을 약하게 미분쇄시키므로, 그 물질내에는 처리된 생성물의 응결을 촉진시키기에 충분한 정도의 응결체 구조가 유지된다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 (a) 플라스틱 생성물의 제조 방법, 및 (b) 그 방법에 의해 제조된 신규의 플라스틱 생성물에 관한 것이다. 이러한 본 발명의 방법은 신규한 이산화티타늄 물질을 플라스틱에 분산시키는 단계를 포함한다.

신규의 이산화티타늄 물질은 플라스틱 필름 또는 기타 생성물을 제조하는데 사용되는 임의의 형태의 플라스틱 물질(예: 폴리에틸렌)에 분산시킬 수 있다. 주어진 플라스틱 물질에 신규한 이산화티타늄 생성물을 분산시키는 단계는, 밴버리형 믹서, 헨쉘형 믹서, 및/또는 이축 압출기와 같은 연속 압출 장치를 사용하여 수행할 수 있다.

본 발명의 방법의 한 실시 양태에서는, 본 발명의 이산화티타늄 물질을 플라스틱에 분산시켜서 제조한 플라스틱 조성물을 성형하여 얇은 플라스틱 필름 물질을 제공한다. 얇은 플라스틱 필름 물질은, 예컨대 압출 팽창 공정, 캘린더 공정, 또는당분야에 통용되는 기타 임의의 필름 성형 공정에 의해 성형될 수 있다. 얇은 플라스틱 필름을 성형하기에 앞서, 플라스틱 조성물을 연마 스크린을 통해 압출시킬 수 있다.

이하에서는 실시예에 의거하여 본 발명을 설명하고자 한다.

실시예

사염화 티타늄의 증기상 산화 반응에 의해 얻은 건조 상태의 응집된 이산화티타늄 샘플을 30 중량%의 고체 농도로 물에 분산시켰다. 분산액의 pH를 9.5로 조정하는 데 충분한 양의 수산화나트륨과 함께 폴리황산염 분산제를 사용하였다.

분산된 샘플의 절반을 모래:안료 2.8:1의 중량비로 8분 동안 샌드밀로 미분쇄시켰다. 나머지 절반의 분산된 물질을 0.28:1의 모래:안료 중량비 하에 2분 동안 샌드밀로 미분쇄시켰다. 각각의 경우에, 100 메쉬 스크린을 통해 선별하여 모래를 제거하였다.

극심하게 미분쇄된 샘플은 황산에 의해 pH2.0까지 산성화시켰다. 산성화시킨 후에, 극심하게 미분쇄된 샘플을 30분동안 숙성시켰다. 이어서 분산된 안료에 알루미나를 침전시키기에 충분한 양, 구체적으로 분산된 안료 물질 100 중량부당 0.4 중량부의 알루민산 나트륨 용액을 극심하게 미분쇄된 분산액에 첨가하였다. 이어서, 상기 분산액의 pH를 수산화나트륨에 의해 6.5로 조정하고, 추가로 안료 미립자 물질 100중량부당 0.2중량부의 알루미나를 안료 물질상에 부착시켰다.

극심하게 미분쇄된 샘플과는 달리, 경미하게 분쇄된 샘플은 pH2.O까지 산성화시킨 후에 140°F(60℃) 에서 30분 동안 숙성시켰다. 이어서 수산화나트륨을 사용하여 경미하게 미분쇄된 분산액의 pH를 7.0으로 상승시켰다.

극심하게 미분쇄된 샘플과 경미하게 미분쇄된 샘플을 모두 여과하고, 2:1의 물:안료 비율로 물을 사용하여 세척하였다. 형성된 필터 케이크를 건조시키고 제트밀로 미분쇄시켰다. 미분쇄시킨 후에, 각각의 샘플을 스크린 파열 분산성 테스트, 팽창 필름 테스트, 및 고하중 테스트를 사용하여 테스트하였다.

스크린 파열 분산성 테스트는 불연속점이 없는 압축비 스크류, 파쇄기 평판, l/3인치의 내경을 갖는 로드(rod) 다이, 및 상기 파쇄기 평판 전면에 장착된 압력 게이지를 구비한 3/4 인치 압출기를 이용한다. 매회 테스트에 앞서, 장치를 저밀도 폴리에틸렌으로 깨끗해질 때까지 소제하였다. 세정 후에, 파쇄기 평판과 다이의 전면에 100 메쉬 스크린을 장착시켰다.

2가지 샘플 각각에 대하여 스크린 파열 분산성 테스트를 수행함에 있어서, 테스트하고자 하는 1Og의 특정한 이산화티타늄 생성물을 l갤론 유리 용기내에서 l8Og의 저밀도 폴리에틸렌과 함께 흔들어 섞어서 충분히 혼합시켰다. 이어서, 각각의 이산화티타늄/저밀도 폴리에틸렌 혼합물을 (a) 최대 시스템 압력에 도달하거나 (b) 스크린이 파열될 때까지 승압하에 테스트 장치에 통과시켰다. 스크린이 파열되는 압력(또는 스크린이 파쇄되지 않을 경우 최대 시스템 압력)을 기록하였다.

팽창 필름 테스트를 수행함에 있어서, 2가지 TiO₂생성물을 각각 저밀도 폴리에틸렌과 혼합하여 각 혼합물의 안료 농도가 약 60 중량%가 되도록 하였다. 이어서 혼합물을 3:1 압축 스크류와 팽창 필름 다이를 구비한 브라벤더(BRABENDER) 압출 시스템에 통과시켰다. 각각의 경우에 필름 생성물의 크기는 직경 약 2¼ 인치 내지 약 2½인치로, 그리고 두께 약 0.001 인치로 유지시켰다. 이어서 형성된 팽창 샘플의 중앙부로부터 분절을 절단하여 6인치 × 8인치 시트를 형성시켰다. 그 시트를 흑색 배경위에 놓고 시트내에 존재하는 첨두(nib)의 수를 계수하였다.

고하중 테스트에서는, 극심하게 미분쇄된 안료 샘플과 완만하게 미분쇄된 안료 샘플에 대해서 폴리에틸렌 혼합 토오크 값을 얻었다. 이러한 혼합 토오크 값은 폴리에틸렌 수지 중에서의 안료의 상대적인 분산성의 지표가 된다. 따라서, 2가지 안료 샘플을 비교할 때, 더 높은 토오크 값을 가진 샘플보다 더 낮은 토오크 값을 가진 샘플이 폴리에틸렌 수치 중에 더욱 용이하게 분산될 수 있다.

고하중 테스트를 매회 실시함에 있어서, 테스트하고자 하는 62.80 g의 안료를 전기 가열된 브라벤더 혼합기에서 41.79 g의 폴리에틸렌 및 0.26 g의 스테아르산 아연 분말과 혼합하였다. 성분들을 150 rpm하에 6분 동안 100℃에서 혼합시켰다. 각각의 경우에 혼합 기간의 말기에 혼합기에 의해서 발휘되는 혼합 토오크를 기록하였다.

스크린 파열 분산성 테스트, 팽창 필름 테스트, 및 고하중 테스트 결과를 하기 표 1에 제시하였다. 이러한 테스트 결과, 본 발명의 색소성 생성물(즉, 경미하게 미분쇄시키고 알루미나를 첨가하지 않은 안료 생성물)이 종래 기술의 방법에 따라 제조한 안료 생성물보다 폴리에틸렌 중에 더욱 용이하게 분산될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 구체적으로, 테스트 결과는 (1) 본 발명의 물질의 스크린 블라인딩(blinding) 정도가 더욱 낮고, (2) 본 발명의 물질은 더욱 적은 수의 첨두를 형성하며, (3) 본 발명의 물질은 더욱 작은 혼합 토오크를 나타내었다.

표 1

전술한 바와 같이 제조된 안료 샘플 이외에도, 충분히 미분쇄시킨 샘플의 일부분을 완만하게 미분쇄시킨 샘플과 같은 방식으로 산성화시키고 숙성시킨 후 중성화시켰다. 그러나 이와 같이 처리할 경우, 충분하게 미분쇄시킨 샘플은 가공용으로 허용될 수 있는 필터 케이크를 제공하기에 충분할 정도로 응결되지 않았다.

따라서, 본 발명은 당해 분야의 고유한 목적을 달성하고 장점을 제공할 뿐만아니라, 전술한 바와 같은 목적과 장점을 달성함이 명백하다. 이상에서는 바람직한 실시 양태에 의거하여 본 발명을 개시하였지만, 당업자들이라면 본 발명의 다양한 변경예 및 개조예를 파악할 수 있을 것이다. 그와 같은 변경예 및 개조예도 첨부된 특허 청구 범위에 의해 정의되는 본 발명의 기술사상내에 포함된다.

Claims (17)

1. (a) 액상 매체 중에 이산화티타늄 물질을 포함하는 혼합물을 형성시키는 단계로서, 상기 이산화티타늄 물질이 반응 공정에 의해 제조된 응집된 이산화티타늄 물질이고, 상기 반응 공정에서 상기 이산화티타늄 물질과 함께 형성된 임의의 무기 산화물 이외에는, 상기 이산화티타늄 물질상에 무기 산화물이 거의 부착되어 있지 않은 혼합물을 형성시키는 단계:

   (b) 상기 액상 매체 중의 응집된 이산화티타늄 물질을 습식 미분쇄시키는 단계;

   (c) 상기 단계(b) 후에, 상기 혼합물의 pH를 4.0을 초과하지 않는 값으로 감소시키는 단계:

   (d) 상기 단계(c) 후에, 상기 이산화티타늄 물질을 응결시키는 데 유효한 양의 염기를 상기 혼합물에 첨가하는 단계:

   (e) 상기 단계(d) 후에, 상기 혼합물로부터 상기 이산화티타늄 물질을 제거하는 단계 : 및

   (f) 상기 단계(d) 후에, 상기 이산화티타늄 물질을 세척하는 단계를 포함하고,

   상기 반응 공정에서 원래 상기 이산화티타늄 물질과 함께 형성되어 재부착되는 무기 산화물 이외에는, 상기 방법 도중에 상기 이산화티타늄 물질상에 무기 산화물이 거의 부착되지 않는 것이 특징인 이산화티타늄 생성물의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 단계(a)에 사용된 응집된 이산화티타늄 물질이 이산화티타늄을 포함하며, 상기 응집된 이산화티타늄 물질내에 존재하는 상기 이산화티타늄 100 중량부당 약 0.05 내지 약 10 중량부 범위의 양의 알루미나를 더 포함하는 것이 특징인 방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 알루미나의 양이 상기 응집된 이산화티타늄 물질내에 존재하는 상기 이산화티타늄 100 중량부당 약 0.25 내지 약 3 중량부 범위의 양인 것이 특징인 방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 이산화티타늄 물질이 색소성 이산화티타늄 물질인 것이 특징인 방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 반응 공정이 사염화 티타늄을 산화시켜서 상기 응집된 이산화티타늄 물질을 생성시키는 증기상 산화 공정인 것이 특징인 방법.
6. 제1항에 있어서,

   상기 단계(b)에서, 상기 이산화티타늄 물질을 상기 습식 미분쇄된 이산화티타늄 물질의 30 중량% 이상 70 중량% 이하가 0.5 미크론 이하의 입자 크기를 가질 정도로 습식 미분쇄시키는 것이 특징인 방법.
7. 제1항에 있어서,

   상기 단계(c)에서 상기 혼합물에 황산을 첨가하므로써 상기 혼합물의 pH를 감소시키는 것이 특징인 방법.
8. 제1항에 있어서,

   상기 단계(d)에서, 상기 혼합물의 pH를 약 5 내지 약 8의 범위로 조정하기에 충분한 양의 염기를 상기 혼합물에 첨가하는 것이 특징인 방법.
9. 제1항에 있어서,

   상기 염기가 수산화나트륨, 수산화칼륨, 또는 이들의 혼합물인 것이 특징인 방법.
10. (a) 수성 매체 중에 이산화티타늄 물질을 포함하는 혼합물을 형성시키는 단계로서, 상기 이산화티타늄 물질이 이산화티타늄을 포함하고 상기 이산화티타늄 물질내에 존재하는 상기 이산화티타늄 100 중량부당 약 0.05 내지 약 10 중량부 범위의 양의 알루미나를 더 포함하며, 상기 이산화티타늄 물질이 증기상 산화 공정에의해 사염화 티타늄을 산화시키므로써 제조된, 응집된 색소성 이산화티타늄 물질이고, 상기 알루미나는 상기 증기상 산화 공정에서 상기 이산화티타늄과 함께 형성되며, 상기 증기상 산화 공정에서 상기 이산화티타늄과 함께 형성된 상기 알루미나 및 기타 임의의 무기 산화물 이외에는, 상기 이산화티타늄 물질상에 무기 산화물이 거의 부착되어 있지 않은 혼합물을 형성시키는 단계;

    (b) 상기 수성 매체중의 상기 응집된 색소성 이산화티타늄 물질을, 습식 미분쇄된 이산화티타늄 물질의 30중량% 이상 70중량% 이하가 0.5 미크론 이하의 입자 크기를 갖도록, 습식 미분쇄시키는 단계;

    (c) 상기 단계(b) 후에, 상기 혼합물의 pH를 4.0을 초과하지 않는 값으로 감소시키는 단계:

    (d) 상기 단계(c) 후에, 상기 혼합물의 pH를 약 5 내지 약 8 범위의 값으로 증가시켜서 상기 이산화티타늄 물질을 응결시키는 단계;

    (e) 상기 단계(d) 후에, 상기 혼합물로부터 상기 이산화티타늄 물질을 제거하는 단계, 및

    (f) 상기 단계(d) 후에, 상기 이산화티타늄 물질을 세척하는 단계를 포함하고,

    상기 중기상 산화 공정에서 원래 상기 이산화티타늄 물질과 함께 형성되어 재부착되는 무기 산화물 이외에는, 상기 방법 도중에 상기 이산화티타늄 물질상에 무기 산화물이 거의 부착되지 않는 것이 특징인 이산화티타늄 생성물의 제조 방법.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 단계(c)에서 상기 혼합물에 황산을 첨가하므로써 상기 혼합물의 pH를 감소시키며, 상기 단계(d)에서는 상기 혼합물에 수산화나트륨, 수산화칼륨 또는 이들의 혼합물을 첨가하므로써 상기 혼합물의 pH를 증가시키는 것이 특징인 방법.
12. 이산화티타늄 생성물을 플라스틱 물질 중에 분산시켜 플라스틱 조성물을 형성시키는 단계를 포함하는 플라스틱 제품의 제조 방법에 있어서,

    상기 이산화티타늄 생성물이

    (a) 액상 매체 중에 이산화티타늄 물질을 포함하는 혼합물을 형성시키는 단계로서, 상기 이산화티타늄 물질이 반응 공정에 의해 제조된 응집된 이산화티타늄 물질이고, 상기 반응 공정에서 상기 이산화티타늄 물질과 함께 형성된 임의의 무기 산화물 이외에는, 상기 이산화티타늄 물질상에 무기 산화물이 거의 부착되어 있지 않은 혼합물을 형성시키는 단계;

    (b) 상기 액상 매체 중의 응집된 이산화티타늄 물질을 습식 미분쇄시키는 단계;

    (c) 상기 단계(b) 후에, 상기 혼합물의 pH를 4.O을 초과하지 않는 값으로 감소시키는 단계:

    (d) 상기 단계(c) 후에, 상기 이산화티타늄 물질을 응결시키는 데 유효한 양의 염기를 상기 혼합물에 첨가하는 단계;

    (e) 상기 단계(d) 후에, 상기 혼합물로부터 상기 이산화티타늄 물질을 제거하는 단계 : 및

    (f) 상기 단계(d) 후에, 상기 이산화티타늄 물질을 세척하는 단계를 포함하고, 상기 반응 공정에서 원래 상기 이산화티타늄 물질과 함께 형성되어 재부착되는 무기 산화물 이외에는, 상기 이산화티타늄 제조 방법 도중에 상기 이산화티타늄 물질상에 무기 산화물이 거의 부착되지 않는 이산화티타늄 제조 방법에 의해 제조된 것이 특징인 방법.
13. 제12항에 있어서,

    상기 플라스틱 조성물로부터 플라스틱 시트를 형성시키는 단계를 더 포함하는 것이 특징인 방법.
14. 제 12 항에 있어서,

    상기 단계(a)에 사용된 응집된 이산화티타늄 물질이 이산화티타늄을 포함하고, 상기 응집된 이산화티타늄 물질내에 존재하는 상기 이산화티타늄 100 중량부당 약 0.05 내지 약 10 중량부 범위의 양의 알루미나를 더 포함하며;

    상기 응집된 이산화티타늄 물질이 색소성 이산화티타늄 물질이고;

    상기 반응 공정이 사염화 티타늄을 산화시키므로써 상기 응집된 이산화티타늄 물질을 생성시키는 증기상 산화 공정이며;

    상기 단계(b)에서, 상기 이산화티타늄 물질을 상기 습식 미분쇄된 이산화티타늄 물질의 30 중량% 이상 70 중량% 이하가 0.5 미크론 이하의 입자 크기를 가질정도로 습식 미분쇄시키는 것이 특징인 방법.
15. 제 14 항에 있어서,

    상기 플라스틱 조성물로부터 플라스틱 시트를 형성시키는 단계를 더 포함하는 것이 특징인 방법.
16. 제 14 항에 있어서,

    상기 단계(c)에서 상기 혼합물에 황산을 첨가하므로써 상기 혼합물의 pH를 감소시키며, 상기 염기는 수산화나트륨, 수산화칼륨 또는 이들의 혼합물인 것이 특징인 방법.
17. 제 16 항에 있어서,

    상기 플라스틱 조성물로부터 플라스틱 시트를 형성시키는 단계를 더 포함하는 것이 특징인 방법.