NO127709B - - Google Patents

Description

Fullmektig: Siv.ing. Jon Vendelboe.

Titandioksyd-pigment og fremgangsmåte for fremstilling.

Foreliggende oppfinnelse angår en ny type titandioksyd-pigmenter som

er tidligere kjente pigmenter overlegne ved bruk i akrylsystemer, som f.eks. i varmeherdende eller termoplastiske akryl-billakker og i utendors akryl-latexmalinger. En fremgangsmåte for fremstilling av disse pigmenter er også beskrevet.

I litteraturen er beskrevet mange typer titandioksyd-pigmenter som benyttes i en rekke oyemed. Utmerkede pigmenter er produsert for forskjellige systemer, f.eks. oljesystemer som linolje, og harpiks-systemer som alkydsystemer.

Disse tidligere kjente pigmenter er fremstilt med det formål å kunne oppvise hoy. opasite.t, -god glans, hoy kritningsresistens og andre onskedé egenskaper i disse systemer for de spesielle onskede oyemed.

Slike tidligere kjente pigmenter er imidlertid ikke så fremragende

gode når de skal benyttes i akrylsysterner.

Foreliggende oppfinnelse angår en TiOg-pigmentkomposisjon, som er i stand til å oppvise overlegne dekkegenskaper, kombinert med fremragende kritningsresistens ved bruk i akrylmalingsystemer, omfattende intenst formalte, finfordelte rutil TiO^-pigmenter belagt med en SiO^-Al^O^-NagO-komposisjon, kalsinert ved 700°C - 825°C på overflaten av pigmentpartiklene, hvorved forholdet mellom SiO^ og Al^O^ ligger i området 3:1 - 8:1, forholdet mellom SiOg og NagO ligger i området 5:1 - 20:1, fortrinsvis i området 12:1 - 16:1 og hvor beleggkomposisjonen utgjor fra 5% til 12$ av vekten av TiO^. Ovennevnte pigment, som er fremstilt ved intens formaling av kalsinert TiO^, har rutil krystallstruktur, og den ovenfor nevnte SiOg-AlgO^-Na^O-komposisjon er nedfelt på overflaten av det intenst formalte TiO^-kalsinat, idet pH holdes innen området 3,5 - 6,5- Etter regulering av pH til 7>0 - 8,5 kalsineres de belagte TiOg-partikler ved en temperatur på fra 700 - 825°C, hvorved ovennevnte kalsinerte belegg dannes på overflaten av TiO^-partiklene, og de belagte, kalsinerte TiO^-partikler formales deretter.

Pigmentet i henhold til foreliggende oppfinnelse har de foronskede egenskaper ved bruk i olje eller alkydharpikssystemer, men resultatene er ikke fremragende. Man har imidlertid funnet at ved bruk i akrylsystemer oppviser dette spesielle TiO^-pigment fremragende egenskaper såsom dekkevne, hoy glansretensjon og hoy kritningsresistens. Denne kombinasjon av pigmentegenskaper er langt bedre enn for noe annet tidligere kjent pigment ved bruk i akrylsystemer.

Utgangsstoffet for fremstilling av pigmentet i henhold til foreliggende oppfinnelse er et finfordelt, kalsinert TiO^-pigment. Et slik pigment kan være det finfordelte, rå eller ubehandlede, TiO^-materiale som fremstilles ved gassfasereaksjonen-mellom TiCl^ og oksygen, eller det kan være et gassfase rå-TiO^ som er kalsinert for fjerning av klorinn-hold; eventuelt kan pigmentet være fremstilt ut fra et titanhydrat hy-drolysert fra en titansulfatferrosulfatopplosning, idet titanhydratet er blitt vasket og bleket for fjerning av det vesentlige av dets jern-innhold. Dette titanhydrat kan deretter behandles med små mengder K^O, P20^ og en rutilsol og deretter kalsineres for å' danne et rutil TiO,,-produkt med hoy spektralkarakteristikk.

Dette kalsinerte rutil TiO^ males deretter intenst, fortrinsvis ved dampstråleformaling hvor forholdet mellom damp og pigment er minst 5:1, men kan være opp til 10:1. Pigmentet belegges deretter med den ovenfornevnte SiOg-AlgO^—Na^O-utfelling.- Det belagte pigment blir varmebehandlet for kalsinering av belegget på.pigmentpartiklene.

Man har oppdaget at innholdet av silisiumdioksyd, aluminiumoksyd og soda såvel som nedfellingsteknikken på pigmentoverflaten er kritiske faktorer ved fremstillingen av det kalsinerte overtrekk på overflaten av pigmentpartiklene i henhold til foreliggende oppfinnelse. Disse spesielle belegg dannes på TiOg-partiklene ved nedfelling av SiOg-og AlgO^-innholdet idet pH holdes i området fra 3,5 til 6,5, og når forholdet mellom SiO^ og Al^O^ er 3 - 8:1 og forholdet mellom SiOg og Na^O er 5 - 20:1. Komposisjoner som ligger utenfor disse områder, danner ikke det onskede kalsinerte belegg på pigmentoverflaten ved kalsinering ved temperaturer fra 700°C til 825°C.

Hvis de onskede pigmentpartikler oppvarmes til over 850°C, vil pigmentet tape noe av sine onskede optiske egenskaper, mens varmebehandling ved temperaturer under 700°C resulterer i dårlige holdbarhetsegenskaper.

Pigmentet med det onskede kalsinerte belegg på pigmentpartiklene i henhold til foreliggende oppfinnelse har utmerkede egenskaper ved bruk i akrylsystemer. Eksepsjonell hoy dekkevne, målt som % gr^nn refleksjon, er oppnådd samtidig med fremragende spektralkarakteristikk og kritningsresistens.

Hvis pigmentet i henhold til foreliggende oppfinnelse skal benyttes i en varmeherdende eller termoplastisk akryl-lakk for biler eller lignende, bestemmes pigmentets egenskaper på fSigende måte: En varmeherdende akryl-lakk ble fremstilt ved grundig å blande pigment-proven med en varmeherdende akryl-harpiks (Rohm & Haas-AT-56) og en melamin formaldehydharpiks (Rohm 6- Haas-Uformite MM-47) ved en pigment-volum-konsentrasjon på 15% med et forhold raeJlora akrylharpiks og melaminharpiks som 70:30. Til lakk-komposisjonen ble også tilsatt kjonrok i en mengde av 0, k% basert på vekten av benyttet TiOg.

Lakken ble sproytet ut på en aluminiumplate (to lag), lufttorret i

20 minutter og deretter baket i 17 minutter ved 130°C. Prcvep.1 åtene • ble deretter glansmålt ved- 20°C og 60°C i et Gardner glansmåleapparat

P- 5k fra Gardner Laboratory, Inc., Bethesda, Maryland, U.S.A.

De gronne, rode og blå refleksjonsverdier til proveplatene ble målt

med en Colormaster Differential Colorimeter, produsert av Manufacturers Engineering and Equipment Corporation, Hatboro, Pa., U.S.A.

De gronne refleksjonsverdier, uttrykt i %, som ble målt på de anvendte pigmentprover, ble tatt som et mål for dekkevnen, og disse verdier ble sammenlignet med gronne refleksjonsverdier hos. konkurrerende TiO^-pigmenter. Blå minus rod refleksjonsverdi ble tatt som et mål for farvetone eller spektralkarakteristikk til pigmentprovene. Disse verdier ble også sammenlignet med de verdier man fikk for et konkurrerende pigment, heretter kalt kontrollpigment, for tiden i bruk i akryl-malingssystemer.

Proveplatene ble utsatt for utendors værbestandighetsforsok i en halv-tropisk atmosfære, og glansmålingene ble foretatt hver fjerde uke inntil 20°-glansverdien var 8 eller mindre. Disse tidsperioder ble registrert som provepanelenes kritningsresistens.

Folgende prove ble benyttet for å bestemme pigmentets egenskaper når

det skulle benyttes i en utendors akryl-latexmaling.

Malingen ble fremstilt på folgende måte:

50 g TiOg-pigment-prove ble malt inn i en komposisjon som inneholdt

50 g Asbestine 3X, 1,1 g lampesot, 57,5 g vann og små mengder av et

dispergeringsmiddel og et tensid. Etter at denne blandingen var grundig nedmalt, ble tilsatt 113,5 g av en akrylemulsjon (Rohm & Haas-Rhoplex-AC-35) for å oppnå en ferdig maling ved en pigment-volum-konsentras jon på 1+ 0% .

Malingen ble så penslet ut på en trepanel (to strok) og lufttorret i

1+ 8 timer etter hvert strok.

De gronne, rode og blå refleksjonsverdier ble bestemt som beskrevet ovenfor, og resultatene ble sammenlignet mot et konkurrerende TiO^-pigment som ble benyttet som kontroll.

I de fSigende eksempler skal foreliggende oppfinnelse illustreres mere detaljert. '

Eksempel 1 "•' "•

I dette eksempel ble et- bleket og vasket titanhydrat behandlet med

0,2$ KgO, 0,1$ PgO og 2,0$ av en rutil sol, og det behandlede hydrat ble kalsinert ved 900 oC for å overfore TiOg til rutil. Det kalsinerte TiOg ble dampformalt med et damp til pigment-forhold på 10:1 for fremstilling av finfordelt TiOg-pigment.

Det nedmalte TiOg-pigment ble derpå utrort og dispergert i vann til et faststoff-innhold på 20$ ved 60°C. pH i pigmentslurryen ble justert til 5,5 ved tilsetning av HgSO^. En 1-normal opplosning av natriumsilikat av handelskvalitet, inneholdende 60 g/l SiOg, ble deretter tilsatt slurryen sammen med en opplosning av HgSO^ for å holde pH konstant på 5,5- Den tilsatte SiOg-mengde utgjorde 6$ av. TiOg-innholdet. En opplosning av Alg(SO^)^, inneholdende 50 g/l AlgO^, ble deretter tilsatt sammen med en opplosning av NaOH, 100 g/l, for å opprettholde en pH på 5, 5' Tilsatt AlgO^-mengde utgjorde 1$ av TiOg-mengden. Etter at <AlgC>SO^)^ var tilsatt, ble pH i den behandlede slurry hevet til 7,5 ved tilsetning av NaOH. Det behandlede TiOg i slurryen ble derpå filtrert og vasket for å fjerne det opploselige natriumsulfat.

Etter torking ble det behandlede pigment kalsinert ved 825°C i to timer for dannelse av det foronskede kalsinerte belegg på pigmentoverflaten. Det belagte TiOg-pigment inneholdt 6$ SiOg, 1$ A-lgO^ og 0,5$ Na^O. Det behandlede pigment med det kalsinerte belegg ble derpå dampformalt, og man oppnådde det ferdige pigmentmaterialet• Når dette ferdige pigment ble malt og innarbeidet i et varmeherdende akryl-malingssystem, ville dette malingssystem få en refleksjonsverdi i gront på 33,0$ (hvilket betyr en forbedring på 16,9$ i forhold til et sammenlignbart system, inneholdende et konkurrerende TiOg—pigment, for nærværende anvendt i et varmeherdende akrylprodukt), en spektralkarakteristikk på +3,0, en opprinnelig glansverdi ved 20° på 76 og en kritningsresistens på 93 uker (20 uker niere enn standardpigmentet). Resultatene er gjengitt i Tabell 1.

Eksempel 2- 3

Det ble benyttet samme fremgangsmåte som i eksempel 1 bortsett fra at det ble anvendt varierende mengder av natriumsilikat og aluminiumsulfat. I eksempel 2 var forholdet mellom SiOg og AlgO^ som i+:l, mens forholdet

i eksempel 3 var som 8:1. I begge eksempler ble det onskede kalsinerte belegg dannet på pigmentpartiklene.

Ved bruk av disse pigmentkomposisjoner i et varmeherdende akryl-malingssystem, oppnåddes fremragende malingsegenskaper.

Resultatene "er gjengitt sammen med resultatene fra eksempel 1 i Tabell 1.

Eksempel 4- 6

Disse eksempler er gitt for å illustrere effekten ved fremstilling

av belegg på et malt rutil TiOg-pigment idet man bruker varierende mengder av SiOg, AlgO^ og NagO i forhold som ligger utenfor de områder som er spesifisert i foreliggende oppfinnelse. Dessuten ble beleggene nedfelt på pigmentet idet man benyttet tidligere kjent fremgangsmåte hvor-man ikke holder pH innenfor et område på 3,5 - 6,5 under ned-fellingen av SiOg og AlgO^. Mengdene av anvendte reagenser og de oppnådde resultater er også gjengitt i folgende tabell. Ikke i noen av. disse eksempler hadde det kalsinerte belegg, som ble dannet på overflaten av pigmentpartiklene, den onskede sammensetning. I \tilleg hertil oppnådde man dårlige optiske egenskaper når disse pigmenter ble innarbeidet i varmeherdende akryl-malingssystemer.

I tillegg til de fremragende -egenskaper som man oppnår når de foreliggende pigmenter benyttes i varmeherdende akryl-malingssystemer, har man også funnet at store forbedringer oppnås når disse pigmenter i henhold til foreliggende oppfinnelse anvendes i akryl-latexmalings-systemer og i termoplastiske akrylforbindelser.

Pigmentene i eksempel 1-3 ble benyttet for fremstilling av utendors akryl— latexmalinger, og de oppnådde resultater er gjengitt i Tabell 2.

Når pigmentene i henhold til foreliggende oppfinnelse benyttes i akryl-latexmalinger, viser resultatene at malingen har utmerket dekkevne og farvekraft, hvilket fremgår av måleverdiene for gronn refleksjon, samtidig som de har glimrende kritningsresistens og en god spektra!-karakteristikk og farvetone.

Når pigmentene i henhold til foreliggende oppfinnelse benyttes i akryl-latexmalingkomposisjoner og sammenlignes med malinger hvori er benyttet TiOg-pigmenttyper av tidligere kjent art, er akryl-latexmalingene i henhold til foreliggende oppfinnelse overlegne i dekkevne, samtidig som de viser utmerket kritningsresistens og hoy spektralkarakteristikk. Intet TiOg-pigment av tidligere kjent type gir akryl—latexmalinger med disse fremragende egenskaper i kombinasjon.

Det fremgår tydelig av de viste eksempler at fremragende akryl-malinger er fremstilt (både de akryl varmeherdende og utendors akryl latexmalinger) når pigmenter i henhold til foreliggende oppfinnelse anvendes.

Claims (2)

1. TiOg-pigment egnet for bruk i akryl-malingssystemer, karakterisert ved intenst formalte,finfordelte, kalsinerte, rutil TiOg-pigmenter belagt med en SiOg-AlgO^-NagO-komposisjon, kalsiner t ved 700UC - 825 C, på overflaten av pigmentpartiklene, hvorved forholdet mellom SiOg og AlgO^ ligger i området 3:1 - 8:1, forholdet mellom SiOg og NagO ligger i området 5:1 - 20:1, fortrinsvis i området 12:1 - 16:1, og hvor beleggkomposisjonen utgjor fra 5 til 12 vekt-$ av TiOg.

2. Fremgangsmåte for fremstilling av et TiOg-pigment ifolge krav 1,omfattende intens formaling av kalsinert rutil TiOg-pigmentpartikler, fremstilling av.en vandig slurry av ovennevnte intenst formalte rutil TiOg-pigmentpartikler, nedfelling fra nevnte slurry på overflaten av pigmentpartiklene av et belegg av SiOg-AlgO^-NagO, karakterisert ved at pH i slurryen under belegning av partiklene holdes innen området 355 - 6,5 for samtidig dannelse av et belegg som utgjor fra 5 til 12 vekt-% av TiOg, pH i slurryen etter belegningen heves til 7, 0 - 8,5, slurryen filtreres på kjent måte for innvinning av de belagte TiOg-partikler, som deretter kalsineres ved en temperatur av fra 700°C til 825°C for fremstilling av et kalsinert belegg på overflaten av TiOg-partiklene, idet forholdet mellom SiOg og kl^ O^ i belegget holdes innen området 3:1 - 8:1 og forholdet mellom SiOg og NagO i belegget holdes innen området 5:1 - 20:1, fortrinsvis i området 12:1 - 16:1, og de kalsinerte, belagte TiOg-partikler formales, f.eks. ved dampformaling på kjent måte, hvorved forholdet mellom damp og pigment er fra 5:1 til 10:1.