RU2085565C1

RU2085565C1 - Process for preparing nacreous pigments

Info

Publication number: RU2085565C1
Application number: RU95102168A
Authority: RU
Inventors: В.А. Решетов; Л.И. Полубаринова; В.В. Клейменов
Original assignee: Решетов Вячеслав Александрович; Полубаринова Людмила Ивановна; Клейменов Владимир Владимирович
Priority date: 1995-02-14
Filing date: 1995-02-14
Publication date: 1997-07-27
Also published as: RU95102168A

Abstract

FIELD: manufacture of artificial nacreous pigments, paint and building facing materials, decorative plastic panels. SUBSTANCE: claimed process for preparing mica based nacreous pigment comprises chemically treating the surface of particles, forming and fixing nacreous coating by heating mica itself at temperatures ranging from heat resistance to melting temperature of mica. No other chemical compounds, but mica are employed in the manufacture of nacreous pigments. EFFECT: more efficient manufacturing process. 1 dwg, 4 tbl

Description

Изобретение относится к технологии изготовления искусственного перламутрового пигмента и может быть использовано в производстве лакокрасочных и строительных облицовочных материалов, пластмассовых декоративных панелей, бижутерии, косметики, глазури и других товаров народного потребления с улучшенным дизайном. The invention relates to a technology for the manufacture of artificial pearlescent pigment and can be used in the manufacture of paints and varnishes and building materials, plastic decorative panels, jewelry, cosmetics, glazes and other consumer goods with an improved design.

Известны [1-4] способы получения перламутрового пигмента на основе слюды-анандита, биотита, мусковита, флогопита и др. состоящие из следующих операций:
химическая обработка поверхности слюдяных частиц в водных или неводных растворах различных веществ;
формирование перламутрового слоя на поверхности слюдяного субстрата из растворов неорганических, органических и полимерных веществ при определенных условиях;
сушка полученного продукта;
закрепление вещества перламутрового слоя на подложке путем обжига высушенного продукта при высокой (950-1100^oC) температуре.Known [1-4] are methods for producing a pearlescent pigment based on mica-anandite, biotite, muscovite, phlogopite, etc., consisting of the following operations:
chemical surface treatment of mica particles in aqueous or non-aqueous solutions of various substances;
the formation of a pearlescent layer on the surface of the mica substrate from solutions of inorganic, organic and polymeric substances under certain conditions;
drying the resulting product;
fixing the substance of the pearlescent layer on the substrate by calcining the dried product at a high (950-1100 ^o C) temperature.

В качестве веществ для создания перламутрового слоя пигмента, как правило, применяют соединения металлов переменной валентности: титана [1] сурьмы [2] железа [3] хрома, никеля, меди, золота, серебра, индия, олова, германия, алюминия [4] и др. которые в сочетании с подложкой обеспечивают жемчужный (радужный) эффект. Веществом подложки обычно являются пластинчатые (чешуйчатые) частицы слюды анандита, биотита, мусковита, флогопита и др. видов. Создаваемые в процессе производства перламутровых пигментов системы "слюда/оксиды металлов" за счет многократного лучепреломления естественного или искусственного света проявляют уникальные оптические и декоративные свойства. As substances for creating a pearlescent layer of pigment, as a rule, metal compounds of variable valency are used: titanium [1] antimony [2] iron [3] chromium, nickel, copper, gold, silver, indium, tin, germanium, aluminum [4] etc., which in combination with the substrate provide a pearl (rainbow) effect. The substrate substance is usually lamellar (scaly) particles of mica anandite, biotite, muscovite, phlogopite and other species. The mica / metal oxides systems created during the production of pearlescent pigments due to repeated refraction of natural or artificial light exhibit unique optical and decorative properties.

Однако, несмотря на достоинства, указанные выше способы получения перламутровых пигментов имеют существенные недостатки:
сложность технологии изготовления из-за большого количества технологических операций и необходимости контроля многих физико-химических параметров (pH раствора, время, температура);
большие энергетические затраты;
экологическая вредность производства, связанная с применением агрессивных сред (концентрированные кислоты, щелочи, аммиак) и токсичных компонентов (соединения бериллия, свинца, олова и др.);
большие временные затраты на один производственный цикл (как правило, его продолжительность составляет более 3-х ч);
недостаточно высокая культура производства, обусловленная использованием ручного труда и запыленностью помещений;
необходимость утилизации отходов, например: кислых и щелочных растворов солей металлов, поверхностно-активных веществ, осадков гидроксидов и оксидов металлов и т.п.However, despite the advantages, the above methods for producing pearlescent pigments have significant disadvantages:
the complexity of the manufacturing technology due to the large number of technological operations and the need to control many physico-chemical parameters (pH of the solution, time, temperature);
high energy costs;
environmental harmfulness of production associated with the use of aggressive media (concentrated acids, alkalis, ammonia) and toxic components (compounds of beryllium, lead, tin, etc.);
large time costs for one production cycle (as a rule, its duration is more than 3 hours);
insufficiently high production culture due to the use of manual labor and the dustiness of the premises;
the need for waste disposal, for example: acidic and alkaline solutions of metal salts, surfactants, precipitation of hydroxides and metal oxides, etc.

высокая стоимость и дефицитность большинства компонентов перламутрового пигмента, например: соединений бериллия, сурьмы, кобальта, висмута, золота, серебра. the high cost and scarcity of most components of the pearlescent pigment, for example: compounds of beryllium, antimony, cobalt, bismuth, gold, silver.

Перечисленные выше факторы значительно повышают себестоимость перламутрового пигмента. Изделия на основе искусственных перламутровых пигментов (краски, эмали, бижутерия, косметика) имеют, как правило, высокие договорные цены и входят в разряд элитарных видов товаров, например, финская автомобильная эмаль "металлик", итальянская и чешская бижутерия и т.д. The above factors significantly increase the cost of pearl pigment. Products based on artificial pearlescent pigments (paints, enamels, jewelry, cosmetics), as a rule, have high contract prices and are included in the category of elite types of goods, for example, Finnish automotive metallic enamel, Italian and Czech jewelry, etc.

Способов, аналогичных по совокупности существенных признаков заявляемому в известной авторам патентной и научно-технической литературе, не обнаружено. Methods similar in the aggregate of essential features claimed in the known authors of the patent and scientific literature were not found.

Целью изобретения является:
упрощение технологии изготовления перламутрового пигмента;
повышение экологической чистоты и культуры производства;
снижение себестоимости продукции;
улучшение потребительских свойств;
расширение ассортимента пленкообразующих веществ для приготовления перламутровых лакокрасочных материалов.The aim of the invention is:
simplification of the technology for the manufacture of pearlescent pigment;
improving environmental cleanliness and production culture;
reduction in production costs;
improvement of consumer properties;
expanding the range of film-forming substances for the preparation of pearlescent paints and varnishes.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения перламутрового пигмента на основе слюды, включающем химическую обработку поверхности частиц, формирование и фиксацию перламутрового покрытия проводят исключительно путем нагревания самой слюды в интервале от температуры достижения термостойкости до температуры плавления слюды. Под термостойкостью слюдяных материалов понимается максимальная температура нагревания слюды, при которой обнаруживаются остаточные изменения межплоскостных расстояний в кристаллической решетке слюд. Следует особо подчеркнуть, что никаких других химических соединений, кроме слюды в процессе производства перламутровых пигментов по предложенному способу не применяется. This goal is achieved by the fact that in the method of producing pearlescent pigment based on mica, including chemical treatment of the surface of the particles, the formation and fixation of the pearlescent coating is carried out exclusively by heating the mica itself in the range from the temperature to achieve heat resistance to the melting point of the mica. The heat resistance of mica materials is understood as the maximum heating temperature of mica, at which residual changes in interplanar spacings in the crystal lattice of mica are detected. It should be emphasized that no other chemical compounds, except for mica, are used in the process of producing pearlescent pigments by the proposed method.

Новое теоретическое положение, которое легло в основу изобретения - представление о том, что формирование и закрепление перламутрового слоя можно осуществлять без применения дополнительных химических веществ, а лишь за счет изменения фазового состава частиц самой слюды, независимо от ее природы, степени дисперсности и количества содержащихся в ней примесей. Такое представление позволяет путем проведения всего одной технологической операции нагревания в заданном интервале температур достигнуть следующих практических результатов:
разработать простой универсальный способ получения перламутрового пигмента (ПП) на основе слюды, независимо от ее природы, устойчивого в различных водных и неводных средах;
исключить применение токсичных и агрессивных химических соединений, играющих роль перламутрового слоя (например: соединений бериллия, сурьмы, кобальта, висмута, железа и др.);
обеспечить экологическую чистоту и высокую культуру производства пигмента;
свести к минимуму энергетические затраты и расходы на приобретение дорогостоящих химических реагентов;
улучшить декоративные свойства перламутрового пигмента с целью повышения его конкуретоспособности на внутреннем и внешнем рынках.A new theoretical position that formed the basis of the invention is the idea that the formation and fixing of the pearlescent layer can be carried out without the use of additional chemicals, but only by changing the phase composition of the particles of mica itself, regardless of its nature, degree of dispersion, and the amount contained in her impurities. This representation allows to achieve the following practical results by carrying out just one technological operation of heating in a given temperature range:
to develop a simple universal method for producing pearlescent pigment (PP) based on mica, regardless of its nature, stable in various aqueous and non-aqueous environments;
to exclude the use of toxic and aggressive chemical compounds that play the role of the pearlescent layer (for example: compounds of beryllium, antimony, cobalt, bismuth, iron, etc.);
ensure environmental cleanliness and a high culture of pigment production;
minimize energy costs and the cost of acquiring expensive chemicals;
to improve the decorative properties of pearlescent pigment in order to increase its competitiveness in the domestic and foreign markets.

Предлагаемый способ получения перламутрового пигмента только из слюдяных частиц состоит в следующем:
слюду, независимо от ее химической приоды анандит, биотит, мускавит, флогопит и др. степени дисперсности (при необходимости разделяют по фракциям), помещают в фарфоровую, платиновую емкость или емкость из другого тугоплавкого материала и нагревают в муфельной, шахтной, конверторной и т.п. печи до указанной температуры. Контроль за ходом нагревания вещества ведут с помощью термопары. После этого продукт охлаждают до комнатной температуры. Скорость и продолжительность нагревания задают оператором в зависимости от назначения пигмента.The proposed method for producing pearlescent pigment only from mica particles is as follows:
mica, regardless of its chemical nature, anandite, biotite, muscavite, phlogopite, and other dispersion degrees (if necessary, are divided into fractions), placed in a porcelain, platinum container or a container of other refractory material and heated in a muffle, shaft, converter, etc. P. ovens to the indicated temperature. Monitoring the progress of heating substances is carried out using a thermocouple. After this, the product is cooled to room temperature. The speed and duration of heating is set by the operator depending on the purpose of the pigment.

Изобретение поясняется примерами конкретного выполнения. Основным критерием выбора температурного интервала процесса нагревания являлась устойчивость декоративных параметров перламутрового пигмента (блеска, характера отражения света, коэффициента светопропускания, цвета и др.) в различных органических и неорганических растворителях и лаках на их основе. Результаты испытаний по проверке сохраняемости декоративных свойств пигмента в различных средах представлены в табл. 1 и 2. Анализ данных табл. 1 и 2 позволяет прийти к заключению о том, что важнейшие декоративные параметры перламутрового пигмента, полученного по заявляемому способу, становятся относительно устойчивыми в исследуемых растворителях и лаках, начиная с температуры нагревания пигмента 800^oC. При дальнейшем повышении температуры нагревания слюды, вплоть до температуры ее плавления, декоративные свойства полученного пигмента улучшаются и стабилизируются. Оптимальным интервалом температуры нагревания исходного вещества с точки зрения минимальных энергетических затрат на получение пигмента следует считать 900-1000^oC.The invention is illustrated by examples of specific performance. The main criterion for choosing the temperature range of the heating process was the stability of the decorative parameters of pearlescent pigment (gloss, light reflection, light transmission, color, etc.) in various organic and inorganic solvents and varnishes based on them. The test results for checking the persistence of the decorative properties of the pigment in various environments are presented in table. 1 and 2. Data analysis table. 1 and 2 allows us to conclude that the most important decorative parameters of the pearlescent pigment obtained by the present method become relatively stable in the studied solvents and varnishes, starting from the heating temperature of the pigment 800 ^o C. With a further increase in the heating temperature of mica, up to the temperature its melting, decorative properties of the obtained pigment are improved and stabilized. The optimal temperature range for heating the starting material from the point of view of the minimum energy costs for obtaining pigment should be considered 900-1000 ^o C.

Нагревание слюды выше температуры 1100^oC не является целесообразным в связи с изменениями физико-химических и декоративных свойств пигмента: некоторое потемнение, вздутие отдельных частиц и их спекание в агломераты, особенно вблизи точки плавления. Тем не менее декоративные характеристики пигмента в лаках и растворителях остаются устойчивыми.Heating mica above a temperature of 1100 ^o C is not advisable due to changes in the physicochemical and decorative properties of the pigment: some darkening, bloating of individual particles and their sintering into agglomerates, especially near the melting point. Nevertheless, the decorative characteristics of the pigment in varnishes and solvents remain stable.

В табл. 3 представлены основные декоративные параметры перламутрового пигмента из слюды, полученного при прокаливании при температуре 1000^oC. Как видно из табл. 3, перламутровый пигмент, изготовленный по заявляемому способу, по сравнению с исходным веществом обладает лучшими декоративными свойствами.In the table. 3 presents the main decorative parameters of pearlescent pigment from mica obtained by calcination at a temperature of 1000 ^o C. As can be seen from table. 3, the pearlescent pigment made by the present method, in comparison with the starting material, has better decorative properties.

С целью уточнения температурного интервала процесса нагревания слюды и выяснения основных причин улучшения декоративных свойств пигмента был проведен рентгеноструктурный анализ исходного вещества и продуктов, полученных по заявляемому способу нагреванием при 700, 800, 900 и 1000^oC, результаты которого представлены в табл. 4. В дополнение был проведен комплексный термографический анализ указанных выше продуктов (см. чертеж).In order to clarify the temperature range of the heating process of mica and find out the main reasons for improving the decorative properties of the pigment, an X-ray diffraction analysis of the starting material and products obtained by the present method by heating at 700, 800, 900 and 1000 ^o C was carried out, the results of which are presented in table. 4. In addition, a comprehensive thermographic analysis of the above products was carried out (see drawing).

Анализ данных табл. 4 позволяет сделать однозначный вывод о том, что при температуре выше 800^oC, в кристаллической решетке слюды не происходит никаких изменений межплоскостных расстояний, т. е. первичная структура слюды становится термостабильной. Следовательно, температуру 800^oC следует принять за величину термостойкости слюды и считать ее нижней границей температурного интервала процесса нагревания. Термогравиметрические данные (см. чертеж) также показывают существование нижней границы в области 800^oC. Верхней границей процесса нагревания является температура плавления слюды.Data analysis table. 4 allows us to make an unambiguous conclusion that at temperatures above 800 ^o C, in the crystal lattice of mica there are no changes in interplanar spacings, i.e., the primary structure of mica becomes thermostable. Therefore, the temperature of 800 ^o C should be taken as the value of heat resistance of mica and consider it the lower boundary of the temperature range of the heating process. Thermogravimetric data (see drawing) also show the existence of a lower boundary in the region of 800 ^o C. The upper limit of the heating process is the melting point of the mica.

Необходимо отметить, что поставленная цель изобретения достигается только при строгом соблюдении указанных выше граничных условий по температурному интервалу: выход за пределы обозначенных величин не позволяет получить перламутровые пигменты на уровне современных требований по эксплуатационным показателям и функциональной пригодности. It should be noted that the goal of the invention is achieved only by strictly observing the above boundary conditions in the temperature range: going beyond the indicated values does not allow to obtain pearlescent pigments at the level of modern requirements for operational performance and functional suitability.

Заявляемый способ может быть распространен на слюды различных структурных модификаций и на вещества пластинчатого (чешуйчатого) строения, относящихся к классу алюмосиликатов, например: тальк, каолин, глинозем и др. The inventive method can be extended to mica of various structural modifications and to the substances of the lamellar (scaly) structure belonging to the class of aluminosilicates, for example: talc, kaolin, alumina, etc.

Claims

A method of producing a pearlescent pigment based on mica, comprising heating mica particles, characterized in that the heating of the initial mica particles is carried out from the temperature to achieve heat resistance of the mica to its melting temperature.