Способ получения пигментов

Авторы патента:


Изобретение относится к получению композиционных материалов, в частности пигментов, находящих широкое применение при производстве красок, эмалей, грунтов, а также полимерных, строительных и резино-технических материалов. Способ получения пигментов включает измельчение носителя в вертикальной мельнице предпочтительно до удельной поверхности 2800-3000 г/см2 и фракции не более 60 мкм. Измельченный носитель смешивают с цветоносителем и измельчают под действием ударных сил в стержневой мельнице со скоростью соударений 50-110 м/с. К полученной смеси добавляют оставшуюся часть цветоносителя и обрабатывают со скоростью соударений 70-230 м/с. В качестве носителя предпочтительно используют метаборид бария, алюмосиликат кальция, боросиликат кальция, карбонат кальция, барит или диоксид кремния, шунгит. Изобретение обеспечивает повышение технических показателей пигментов, таких как укрывистость, диспергируемость и белизна. 12 з.п. ф-лы, 1 табл., 5 пр.

 

Изобретение относится к получению композиционных материалов, в частности пигментов, которые могут быть использованы при производстве красок, эмалей, грунтов, суперконцентратов цветных бетонов, сухих смесей, для окрашивания пластических масс, а также материалам, которые могут быть использованы при вулканизации резин на основе большинства типов каучуков в качестве агента серной вулканизации.

Известен способ получения пигментов обработкой наполнителя в центробежно-элиптических мельницах «ЦЭМ» или в аппарате для измельчения планетарного типа при воздействии центробежной силы с ускорением 20-55 g в течение 1-4 минут с последующим введением органического или неорганического пигмента и совместной обработкой полученной смеси в том же самом аппарате (патент РФ N 2077545, МПК С09С 1/60, С09С 3/04, 1997).

Недостатком известного способа является невысокая укрывистость полученного пигмента (44-55 г/м2), что обуславливает большой расход пигмента при его применении. Кроме того, обработка материалов в мельницах «ЦЭМ» приводит к образованию серой металлической пыли (намола) от интенсивного механического износа мелющих тел и внутренней стенки рабочей камеры, что придает белому пигменту грязно серый цвет. Мельницы «ЦЭМ» имеют низкую реальную производительность (от 100 до 350 кг/час), не оборудованы системой классифицикации и возврата на рецикл крупных частиц / агрегатов выходящего продукта, а так же в этих комплексах отсутствует возможность удаления микрофракции (0-5 мкм) из рабочей камеры / из зоны разрушения, что приводит к диссипации подводимой энергии и образованию вторичных малекулярно-плотных агрегатов и, как следствие, снижает укрывистость и белизну конечного продукта. Конструктивные особенности этих мельниц приводят к частым в нерегламентным остановкам (до 6-10 в смену) из за постоянной «забивки» рабочей камеры реакционным продуктом. Последующие операции - разборка, очистка, сборка занимают 20-30 мин. Кроме того отмечен чрезвычайно быстрый износ движущихся и трущихся деталей и узлов (подшипниковые узлы, эксцентриковый вал, оси качалок, рабочие камеры, гибкие вставки перехода от шнекового питателя к входному патрубку рабочей камеры).

Известен способ получения пигментов измельчением наполнителя с частью красителя, взятого в количестве не более 5 мас. % общего количества красителя, в виброцентробежной мельнице с шаровой загрузкой 65-70% с последующим смешением полученной смеси с остальной частью указанного красителя и обработкой ее в виброцентробежной мельнице с шаровой загрузкой 50-55% (патент РФ №2114885, МПК С09В 67/04, С09С 3/06, 1998 г.).

Достигается повышение дисперсности пигмента, улучшаются малярно-технические характеристики, а именно укрывистость, диспергируемость, красящая способность и цветовые характеристики.

Наиболее близким по выполнению является способ получения пигментов, заключающийся в том, что минерал механоактивируют с измельчением под воздействием центробежной силы (в мельницах ЦЭМ). Затем смешивают его с цветоносителем и подвергают измельчению в первом смесителе дискретно-непрерывного принудительного действия под действием центробежной силы. Полученную смесь переносят во второй смеситель, добавляют оставшуюся часть цветоносителя и также измельчают под действием центробежной силы (патент РФ №2205849, МПК С09С 1/60, С09С 3/04, 2003 г.).

Получают пигмент, который имеет недостаточно высокие укрывистость (при использовании двуокиси титана от 80 до 40 г/м2) и диспергируемость (от 30 до 20 мкм), а также белизну (95%).

Техническим результатом является повышение технических показателей пигментов, таких как укрывистость, диспергируемость и белизна.

Технический результат достигается тем, что носитель подвергают измельчению в вертикальной мельнице, затем смешивают с цветоносителем и измельчают под действием ударных сил в стержневой мельнице со скоростью соударений 50-110 м/сек, к полученной смеси добавляют оставшуюся часть цветоносителя одновременно или в несколько приемов и обрабатывают со скоростью соударений 70-230 м/сек.

Добавление цветоносителя проводят преимущественно в разных мельницах.

В качестве носителя могут быть использованы, например, метаборид бария или алюмосиликат кальция или боросиликат кальция или карбонат кальция или барит или диоксид кремния или шунгит.

В качестве цветоносителя могут быть использованы, например, диоксид титана рутильной формы TiO2 или цинковые белила марок «БЦОМ», «БЦ-1» по ГОСТ 202-84, «БЦВ 1», «БЦВ 2» марок А и Б по ТУ 2321-001-50992567-2003 или свинцовые белила PbCO3. или технический углерод или фталоцианин голубой или фталоцианин зеленый.

Измельчение носителя в вертикальной мельнице, где под валками происходит дробление материала (уплотнение, сжатие, раздавливание, сдвиг), проводят предпочтительно до удельной поверхности 2800-3000 г/см2, что соответствует фракции не более 60 мкм.

В качестве носителя предпочтительно используют материал с белизной не менее 60%.

Соотношение носителя и общее количество цветоносителя составляет преимуществено 15-85 мас. ч. и 85-15 мас. ч. соответственно.

При первоначальном введении в стержневую мельницу цветоносителя дополнительно может быть добавлен модификатор в количестве 1-7 мас. ч. к общему количеству носителя и цветоносителя.

В качестве модификатора могут быть использованы ингибиторы фотохимических процессов для повышения фотостабильности и светостойкости, добавки для нейтрализации электростатических зарядов- (снижение уровня электрических зарядов положительной полярности), интенсификаторы разрушения, а так же модификаторы предотвращения агломерации, улучшения показателей текучести, гидрофобности или гидрофильности, предотвращения растрескивания полимерной матрицы (например, силоксаны, соли жирных кислот, соединения оксида алюминия и кремния, многоатомные спирты).

Соотношения мас. ч. цветоносителя при первоначальном введении и при последующих преимущественно составляет не менее 0,3.

Соотношение мас. ч. цветоносителя при последующих введениях не имеет преимуществ.

Полученная смесь после стержневых мельниц может быть дополнительно обработана в струйной мельнице, где скорость встречных потоков достигает 800-1000 м/сек.

Полученная смесь после стержневых мельниц может быть дополнительно обработана прессованием под давлением 8-20 Н/мм2 в роллер прессе.

Размер частиц после окончательного измельчения составляет преимущественно 0,5-3 мкм.

Отличием предлагаемого способа от прототипа является использование для измельчения вертикальной мельницы и стержневых, а также дополнительно возможно использование струйной мельницы и пресса.

Ниже приведены примеры осуществления изобретения.

Пример 1. Продукт ПК-пигмент

Стадия 1. Стадия подготовки носителя

Кварцевый песок фракции 2-5 мм с белизной 90% подают на вращающийся стол вертикальной мельницы. Материал перемещается по поверхности стола и попадает под действие подпружиненных валков, под ними происходит предварительное уплотнение, сжатие, раздавливание, сдвиг. Удельное давление в рабочей зоне 5-15 Н/мм2. Обработанный продукт уносится потоком воздуха к сепаратору. Сепаратор отсеивает химически нейтральную, крупную фракцию 60-300 мкм и возвращает ее на рецикл. Фракция кварцевого песка (30-60 мкм) направляется в бункер накопитель кварцевой муки.

Стадия 2. Стадия гомогенизации и диспергирования сырьевых компонентов в последовательно установленных стержневых агрегатах, имеющих роторы разных конструкций и обеспечивающих разную скорость соударения.

Сырьевая смесь: предварительно подготовленный носитель - кварцевая мука 30-60 мкм в объеме 58 мас. ч, цветоноситель - диоксид титана рутильной формы в объеме 15 мас. ч, модификатор - гидроксид алюминия в объеме 2 мас. ч. для улучшения стойкости пигмента к УФ облучению и снижения фотохимической активности.

Сырьевая смесь подается в рабочую камеру стержневой мельницы №1. В этом аппарате реализуется режим мощного свободного удара, скорость соударение достигает 50-70 м/сек.

Обработанный продукт из рабочей камеры стержневой мельницы №1 подается в смеситель - накопитель стержневой мельницы №2, туда же одновременно подается 10 мас. ч. диоксида титана рутильной формы. В стержневой мельнице №2 реализуется режим следующих друг за другом ударов, скорость соударения 70-110 м/сек.

Далее промежуточный продукт поступает в смеситель- накопитель стержневой мельницы №3, туда же одновременно подается 15 мас. ч. диоксида титана. Из смесителя -накопителя реакционная масса подается в рабочую камеру стержневого аппарата №3, где скорость соударения достигает максимальной величины 200 м/сек.

Последовательное механическое воздействие стержневых агрегатов ускоряет процессы фазообразования и в деформированных образцах появляются соединения и твердые растворы - формирование конечного продукта.

Стадия 3

Из приемного бункера накопителя струйного агрегата реакционная смесь подается в рабочую камеру противоточной струйной мельницы. В рабочей камере происходит процесс деформационно-молекулярного перемешивания за счет соударение встречных потоков частиц материала. Скорость встречных потоков 1000 м/сек. Процесс микронизации длится до тех пор, пока частицы размером 0,5-3 мкм не покинуть камеру выхода микрофракции через встроенный воздушно-динамический классифицирующий ротор.

Стадия 4

Далее реакционная масса подается на сырьевой накопитель межвального пространства роллер пресса. Три вращающихся с разными скоростями валка раздавливают/ деформируют/ дезагригируют твердый раствор реакционной массы. Удельное давление в рабочей зоне 10 Н/мм2

Затем продукт ПК-пигмент подается в приемный бункер - накопитель готового продукта. У полученного продукта исследованы технические показатели, которые приведены в таблице 1.

Пример 2. Продукты БЦ-О-К и БЦ-О-С.

Стадия 1.

Аналогично примеру 1 носитель барит фракции 2-5 мм с белизной 60% подают на вращающийся стол вертикальной мельницы. Удельное давление в рабочей зоне 5-15 Н/мм2. Фракция носителя 30-40 мкм направляется в бункер накопитель микробарита.

Стадия 2

Сырьевая смесь: предварительно подготовленный носитель барит - 30-40 мкм в объеме 60 мас. ч, цветоноситель - оксид цинка в объеме 15 мас. ч, модификатор-стеариновая кислота для придания гидрофильности, а также для снижения запаса поверхностной энергии в объеме 2 мас. ч.

Аналогично примеру 1 сырьевая смесь подается в рабочую камеру стержневой мельницы, где скорость соударения достигает 60 м/сек.

Обработанный продукт из рабочей камеры этой стержневой мельницы подается в стержневую мельницу, где скорость соударения достигает 150 м/сек, туда же одновременно подается 12 мас. ч. оксида цинка.

Далее промежуточный продукт поступает в стержневую мельницу, где скорость соударения достигает максимальной величины 180 м/сек, туда же одновременно подается 11 мас. ч. оксида цинка.

Стадия 3

Из приемного бункера накопителя струйного агрегата реакционная смесь подается в рабочую камеру противоточной струйной мельницы. Скорость встречных потоков 800 м/сек. Процесс микронизации длится до тех пор пока частицы размером 0,5-3 мкм не покинут камеру выхода микрофракции.

Стадия 4

Далее реакционная масса подается в роллер пресс. Удельное давление в рабочей зоне 8 Н/мм2.

Затем готовый продукт подается в приемный бункер - накопитель готового продукта. У полученного продукта исследованы технические показатели, которые приведены в таблице 1.

Пример 3 Продукт ПК-Пигмент

Стадия 1.

Аналогично примеру 1 носитель кальцит фракции 2-5 мм с белизной 95% подают в вертикальную мельницу. Удельное давление в рабочей зоне 5-15 Н/мм2. Фракция кальцита 30-40 мкм направляется в бункер накопитель микрокальцита.

Стадия 2.

Сырьевая смесь: предварительно подготовленный носитель - микрокальцит 30-40 мкм в объеме 15 мас. ч, цветоноситель - диоксид титана рутильной формы в объеме 35 мас. ч, модификатор стеарат алюминия для улучшения смачиваемости в объеме 1 мас. ч.

Аналогично примеру 1 сырьевая смесь подается в рабочую камеру стержневой мельницы, где скорость соударения достигает 80 м/сек.

Обработанный продукт из рабочей камеры этой стержневой мельницы подается в стержневую мельницу, где скорость соударения достигает 120 м/сек, туда же одновременно подается 15 мас. ч диоксид титана рутильной формы.

Далее промежуточный продукт поступает в стержневую мельницу, где скорость соударения достигает 150 м/сек, туда же одновременно подается 14 мас. ч. диоксид титана рутильной формы.

Далее промежуточный продукт поступает в стержневую мельницу, где скорость соударения достигает 200 м/сек, туда же одновременно подается 20 мас. ч. диоксид титана рутильной формы.

Стадия 3

Далее продукт подается в рабочую камеру противоточной струйной мельницы, где скорость встречных потоков достигает 900 м/сек, Процесс микронизации длится до тех пор пока частицы размером 0,5-3 мкм. не покинуть камеру выхода микрофракции.

Затем готовый продукт подают в приемный бункер - накопитель готового продукта. У полученного продукта исследованы технические показатели, которые приведены в таблице 1.

Аналогично примеру в первую стержневую мельницу вводят 29 мас. ч. цветоносителя и 7 мас. ч. модификатора.

Пример 4

Стадия 1.

Аналогично примеру 1 носитель кальцит фракция 5-7 мм, белизна 96% подают в вертикальную мельницу. Удельное давление в рабочей зоне 10-15 Н/мм2. Фракция кальцита 20-30 мкм направляется в бункер накопитель микрокальцита.

Стадия 2.

Сырьевая смесь, предварительно подготовленный носитель - микрокальцит 20-30 мкм в объеме 62 мас. ч, цветоноситель - диоксид титана рутильной формы в объеме 15 мас. ч, модификатор - гидроксид А1 для улучшения стойкости пигмента к УФ облучению и снижения фотохимической активности в объеме 3 мас. ч.

Аналогично примеру 1 сырьевая смесь подается в рабочую камеру стержневой мельницы, где скорость соударения достигает 110 м/сек.

Обработанный продукт из рабочей камеры этой стержневой мельницы подается в стержневую мельницу, где скорость соударения достигает 140 м/сек, туда же одновременно подается 10 мас. ч. диоксид титана рутильной формы.

Далее промежуточный продукт поступает в стержневую мельницу, где скорость соударения достигает 180 м/сек, туда же одновременно подается 10 мас. ч. диоксид титана рутильной формы.

Далее промежуточный продукт поступает в стержневую мельницу, где скорость соударения достигает 230 м/сек.

Полученный ПК-пигмент подается в приемный бункер - накопитель готового продукта.

У полученного продукта исследованы технические показатели, которые приведены в таблице 1.

Пример 5

Стадия 1.

Аналогично примеру 1 носитель кварцевый песок фракции 2-5 мм с белизной 90% подают в вертикальную мельницу. Удельное давление в рабочей зоне 5-15 Н/мм2. Фракция кварцевого песка 20-40 мкм направляется в бункер накопитель кварцевой муки.

Стадия 2.

Сырьевая смесь: предварительно подготовленный носитель кварцевая мука 20-40 мкм в объеме 50 мас. ч, цветоноситель - диоксид титана рутильной формы в объеме 25 мас. ч, модификатор - гидроксид кремния для улучшения стойкости пигмента к УФ облучению и снижения фотохимической активности в объеме 2 мас. ч.

Аналогично примеру 1 сырьевая смесь подается в рабочую камеру стержневой мельницы, где скорость соударения достигает 100 м/сек.

Обработанный продукт из рабочей камеры этой стержневой мельницы подается в стержневую мельницу, где скорость соударения достигает 160 м/сек, туда же одновременно подается 23 мас. ч. диоксид титана рутильной формы.

Стадия 3

Далее реакционная масса подается в роллер пресс. Удельное давление в рабочей зоне 20 Н/мм2.

Затем готовый продукт подают в приемный бункер - накопитель готового продукта. У полученного продукта исследованы технические показатели, которые приведены в таблице 1.

Аналогично примеру вводят 85 мас. ч. носителя, 10 мас. ч. цветоносителя - диоксид титана рутильной формы в первую стержневую мельницу без добавления модификатора, 5 мас. ч. во вторую стержневую мельницу. Получают аналогичные результаты.

Аналогично в примерах использованы в качестве носителя метаборид бария, алюмосиликат кальция, боросиликат кальция, диоксид кремния, шунгит; в качестве цветоносителя свинцовые белила PbCO3, технический углерод, фталоцианин голубой, фталоцианин зеленый; в качестве модификатора силоксаны, многоатомные спирты.

Аналогично примеру вводят 73 мас. ч. носителя, 20 мас. ч. цветоносителя - диоксид титана рутильной формы в первую стержневую мельницу без добавления модификатора, 7 мас. ч. во вторую стержневую мельницу. Получают аналогичные результаты.

Как видно, предлагаемый способ позволяет получать пигменты, обладающие техническими показателями на уровне дорогостоящих пигментов двуокиси титана и цинковых белил, и превосходящие показатели, белизны, диспергируемости и в некоторых случаях показатели укрывистости наиболее близких по выполнению пигментов.

1. Способ получения пигментов, характеризующийся тем, что носитель подвергают измельчению в вертикальной мельнице, затем смешивают с цветоносителем органического или неорганического происхождения, измельчают под действием ударных сил в стержневой мельнице со скоростью соударений 50-110 м/с, к полученной смеси добавляют оставшуюся часть цветоносителя и обрабатывают со скоростью соударений 70-230 м/с.

2. Способ по п.1, характеризующийся тем, что в качестве носителя используют метаборид бария, или алюмосиликат кальция, или боросиликат кальция, или карбонат кальция, или барит, или диоксид кремния, или шунгит.

3. Способ по п.1, характеризующийся тем, что в качестве цветоносителя используют диоксид титана рутильной формы TiO2, или цинковые белила ZnO, или свинцовые белила PbCO3, или технический углерод, или фталоцианин голубой, или фталоцианин зеленый.

4. Способ по п.1, характеризующийся тем, что измельчение носителя в вертикальной мельнице проводят предпочтительно до удельной поверхности 2800-3000 г/см2, что соответствует фракции не более 60 мкм.

5. Способ по п.1, характеризующийся тем, что в качестве носителя используют материал с белизной не менее 60%.

6. Способ по п.1, характеризующийся тем, что соотношение носителя и общее количество цветоносителя составляет преимущественно 15-85 мас. ч. и 85-15 мас. ч. соответственно.

7. Способ по п.1, характеризующийся тем, что при первоначальном введении в стержневую мельницу цветоносителя дополнительно добавляют модификатор в количестве 1-7 мас. ч. к общему количеству носителя и цветоносителя.

8. Способ по п.7, характеризующийся тем, что в качестве модификатора используют ингибиторы фотохимических процессов для повышения фотостабильности и светостойкости, добавки для снижения уровня электрических зарядов положительной полярности, интенсификаторы разрушения, а также модификаторы предотвращения агломерации, улучшения показателей текучести, гидрофобности или гидрофильности, предотвращения растрескивания полимерной матрицы, например силоксаны, соли жирных кислот, соединения оксида алюминия и кремния, многоатомные спирты.

9. Способ по п.1, характеризующийся тем, что оставшуюся часть цветоносителя добавляют в соотношении не менее 0,3 мас. ч. к первоначальному количеству.

10. Способ по п.1, характеризующийся тем, что оставшуюся часть цветоносителя вводят одновременно или в несколько приёмов.

11. Способ по п.1, характеризующийся тем, что полученную смесь после стержневых мельниц дополнительно обрабатывают в струйной мельнице, где скорость встречных потоков достигает 800-1000 м/с.

12. Способ по п.1, характеризующийся тем, что полученную смесь после стержневых мельниц дополнительно обрабатывают прессованием под давлением 8-20 Н/мм2 в роллер-прессе.

13. Способ по п.1, характеризующийся тем, что размер частиц после окончательного измельчения составляет 0,5-3 мкм.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к получению композиционных материалов, в частности пигментов, находящих широкое применение при производстве красок, эмалей, грунтов, а также полимерных, строительных и резино-технических материалов. Способ получения пигментов включает измельчение носителя в вертикальной мельнице предпочтительно до удельной поверхности 2800-3000 гсм2 и фракции не более 60 мкм. Измельченный носитель смешивают с цветоносителем и измельчают под действием ударных сил в стержневой мельнице со скоростью соударений 50-110 мс. К полученной смеси добавляют оставшуюся часть цветоносителя и обрабатывают со скоростью соударений 70-230 мс. В качестве носителя предпочтительно используют метаборид бария, алюмосиликат кальция, боросиликат кальция, карбонат кальция, барит или диоксид кремния, шунгит. Изобретение обеспечивает повышение технических показателей пигментов, таких как укрывистость, диспергируемость и белизна. 12 з.п. ф-лы, 1 табл., 5 пр.

Наверх