MXPA97007145A - Un proceso para elaborar pigmento de dioxido de titanio que tiene un recubrimiento de oxido hidratado usando un medio de molienda - Google Patents

Abstract

Esta invención proporciona un proceso para producir pigmento de dióxido de titanio, en donde una suspensión acuosa de partículas de TiO2 tratadas superficialmente conóxido hidratado de someten a un medio de molienda. Las partículas de TiO2 se tratan superficialmente con un recubrimiento que contiene unóxido hidratado tal como sílice y/o alúmina, y la suspensión de filtra antes de moler. La suspensión molida se seca y el producto seco se muele con energía hidráulica para producir pigmento de TiO2 que tiene buena distribución de tamaño de partícula. Los pigmentos de TiO2 podría ser usados para hacer formulaciones de recubrimiento que tienen alto brillo.

Description

UN PROCESO PARA ELABORAR PIGMENTO DE DIÓXIDO DE TITANIO QUE TIENE UN RECUBRIMIENTO DE OXIDO HIDRATADO USANDO UN MEDIO DE MOLIENDA ANTECEDENTES DB LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un proceso para producir pigmento de dióxido de titanio, en donde una suspensión acuosa de partículas de dióxido de titanio tratadas superficialmente con óxido hidratado se somete a un medio de molienda. La suspensión molida se seca y el producto seco se muele con energía hidráulica para formar pigmento de dióxido de titanio que tiene buena distribución de tamaño de partícula.

Descripción del Arte Relacionado El dióxido de titanio (Ti02) se produce comercialmente mediante los procesos bien conocidos de "cloruro" y "sulfato". En el "proceso de cloruro", el tetracloruro de titanio (TiCl4) se oxida en fase vapor con un gas que contiene oxígeno, para producir una suspensión gaseosa caliente de TiO, sólido particulado. Este particulado de Ti02 bruto sufre tratamiento subsecuente para producir un producto de pigmento de TiOa terminado. En Story et al., Patente US 5,332,433, se diseña un proceso típico para producir pigmento de Ti03. El proceso REF: 25607 incluye los siguientes pasos: (1) dispersión del Ti02 bruto en un medio acuoso para formar una suspensión; (2) molienda húmeda de la suspensión; (3) precipitación de los óxidos hidratados (p. ej . , alúmina, sílice) sobre las superficies de la partícula del Ti02 de la molienda húmeda; (4) recuperación del Ti02 tratado superficialmente con óxido hidratado del medio acuoso por medio de filtración; (5) lavado y filtración del Ti02 para remover sales e impurezas del mismo; (6) secado del producto Ti02 lavado; y (7) trituración del producto de pigmento de Ti02 seco a un tamaño deseado usando, por ejemplo, un molino de energía hidráulica. Hinley et al., Patente US 3,942,999 también expone que el pigmento de Ti02 se muele en húmedo antes de recubrirlo con uno o mas óxidos hidratados . Berstein et al., Patente US 3,212,911 describe un proceso para preparar pigmento de Ti02 que es dispersable mas fácilmente en un medio líquido o plástico que incluye desgaste mecánico (p. ej . , molino de bola, de piedra, o de coloide) de Ti02 en presencia de una solución de silicatos, aluminatos, o titanatos de metales alcalinos. Subsecuente a la etapa de molienda, el óxido de titanio puede ser tratado después con compuestos de metales alcalinos adicionales para efectuar el recubrimiento de las partículas con óxidos hidratados (p. ej . , alúmina o titania). Como se describe en Tear et al., Patente US 4,448,609, también se sabe que pueden prepararse suspensiones acuosas de pigmento de Ti02, en donde las partículas de pigmento han sido tratadas superficialmente con uno o mas óxidos hidratados que contienen alúmina. El Ti02 se retira del medio acuoso por filtración y la torta resultante del filtrado se lava con agua. La concentración de sólidos de la torta del filtrado lavada se eleva a aproximadamente 60% en peso y se introduce en la dispersión {torta del filtrado húmeda) una combinación de dispersantes que contiene una amina dispersante y un dispersante aniónico. La dispersión es entonces molida en una máquina de molienda adecuada usando elementos de trituración tal como molinos de bola, molinos de cuentas, o molino de arena. La presente invención está orientada a un proceso para elaborar producto de pigmento de Ti02 seco que es molido con energía hidráulica para proporcionar una distribución de tamaño de partícula deseable en el producto final de pigmento de Ti02. Como se describió antes, en los procesos convencionales para producir tales productos, las suspensiones de partículas de Ti02 no recubiertas se muelen en húmedo, y la suspensión molida de partículas de Ti02 recubiertas se filtra y seca, y el pigmento Ti02 seco se muele con energía hidráulica. Esta etapa de molienda con energía hidráulica es de energía intensiva y requiere alta inversión de capital.

Sería deseable tener un proceso para producir producto de pigmento de Ti02 seco que podría funcionar a costos de energía mas bajos mientras que se mantiene o mejora la calidad del producto. También sería deseable mejorar las tasas de producción de pigmento de Ti02 sin inversión adicional . La presente invención proporciona un proceso que satisface las necesidades anteriores.

BREVE DESCRIPCIÓN DB LA INVENCIÓN La presente invención proporciona un proceso para preparar un pigmento de dióxido de titanio, que comprende las etapas de: a) preparación de una suspensión acuosa que contiene partículas de Ti02 base, b) aplicación de un recubrimiento que contiene un óxido hidratado a las partículas base de TiOa para proporcionar una suspensión que contiene partículas de Ti02 recubiertas, c) filtración de la suspensión de partículas de Ti02 recubiertas para proporcionar una suspensión deshidratada, d) medio de molienda de la suspensión deshidratada, e) secado de la suspensión molida para proporcionar un producto de pigmento de Ti02 seco, y f) molienda con energía hidráulica del producto de pigmento de Ti02 seco. Aunque no se requiera, podría usarse una suspensión acuosa alta en contenido de sólidos, en donde la concentración de las partículas base de Ti02 en la suspensión acuosa está en el rango de aproximadamente 30 a 85% peso basado en el peso total de la suspensión. Preferentemente, el recubrimiento comprende un óxido hidratado seleccionado de sílice, alúmina, zirconia, y mezclas de los mismos. El recubrimiento de óxido hidratado podría contener sílice, en donde la cantidad de sílice está típicamente en el rango de aproximadamente 0.5 a aproximadamente 30% peso basado en el peso total del pigmento de Ti02. Preferentemente, la cantidad de sílice está en el rango de aproximadamente 2 a 11% peso. El recubrimiento de óxido hidratado podría contener alúmina, en donde la cantidad de alúmina está típicamente en el rango de aproximadamente 0.5 a aproximadamente 10% peso basado en el peso total del pigmento de Ti02. Preferentemente, la cantidad de alúmina está en el rango de aproximadamente 0.5 a 5% peso. Preferentemente, la concentración de partículas de Ti02 recubiertas en la suspensión acuosa es menor de 40% peso basado en el peso total de la suspensión antes de filtrar la suspensión. Subsecuente a la filtración, en donde la suspensión es deshidratada, la concentración de las partículas de Ti02 recubiertas es mayor de 30% peso y menor de 60% peso basado en el peso total de la suspensión deshidratada. La suspensión deshidratada podría ser molida alimentando la suspensión en una cámara de trituración que contiene cuentas, y la suspensión molida podría secarse a menos de 5% peso de agua. El producto de pigmento de Ti02 seco podría ser molido con energía hidráulica alimentando la suspensión en una cámara con aire o vapor.

DESCRIPCIÓN DETALLADA PE LA INVENCIÓN La presente invención proporciona un proceso para producir pigmento de dióxido de titanio en donde una suspensión de partículas de Ti02 tratadas superficialmente con óxido hidratado se somete a un medio de molienda. La suspensión molida se seca y el producto seco se muele con energía hidráulica para formar pigmento de Ti02 que tiene buena distribución de tamaño de partícula. El Ti02 usado para preparar el pigmento de la invención puede ser de la variedad brillante convencional, preparada por el proceso de cloruro o de sulfato. Se prefiere el proceso de cloruro. Este proceso comprende típicamente la oxidación con oxígeno o un gas que contiene oxígeno, una mezcla de TiCl4 y A1C13/ la cantidad de A1C13 será la suficiente para formar 0.1-1.5% de A1303 en el Ti02. En el proceso de esta invención, una suspensión acuosa de partículas base de Ti02 se prepara primero por medio de técnicas conocidas en el arte. Por "partículas base de Ti02", se entiende que las partículas de Ti02 que contiene el pigmento no han sido recubiertas por un proceso de tratamiento superficial. Preferentemente, estas partículas base de Ti02 tienen un tamaño de partícula principal promedio menor de aproximadamente 0.4 micrómetros. Las partículas base de Ti02 se dispersan en agua para formar una suspensión. La concentración de las partículas base de TiOs en la suspensión variará dependiendo del proceso de recubrimiento subsecuente. Típicamente, la suspensión tiene un contenido de sólidos de pigmento de Ti02 (partículas base de Ti02) mayor de 30% peso basado en el peso total de la suspensión. Preferentemente, el contenido de sólidos de pigmento de Ti03 está en el rango de aproximadamente 30 a 85% peso. Las partículas de Ti02 de la suspensión acuosa entonces se tratan superficialmente con un recubrimiento que contiene un óxido hidratado mediante técnicas conocidas en el arte para proporcionar una suspensión de partículas de Ti02 recubiertas . Pueden usarse procesos de recubrimiento convencionales. Ejemplos de procesos de recubrimiento incluyen Patentes US Re. 27,818; 4,781,761; 4,125,412, las exposiciones de estos se incorporan aquí por referencia. La presente invención no se limita a estos procesos y podrían usarse muchos otros procesos de recubrimiento conocidos. En general, estas técnicas de recubrimiento incluyen la adición de una solución de recubrimiento a la suspensión y el ajuste de la temperatura y pH de la suspensión tal que el óxido hidratado se precipita sobre la superficie de las partículas en el porcentaje en peso deseado. Por ejemplo, una solución que contiene silicato de sodio podría adicionarse a la suspensión y el pH de la suspensión aumentará arriba de 8, y usualmente arriba de 11. El pH de la suspensión es entonces reducido gradualmente durante un período de varias horas por la adición de ácido diluido (p. ej . , HCl) a la suspensión. Conforme el ácido se adiciona, el Si02 se deposita sobre las superficies de las partículas de Ti02. Óxidos metálicos hidratados adecuados incluyen, por ejemplo, óxidos de silicio, titanio, zirconio, zinc, magnesio, aluminio, itrio, antimonio, cerio, y estaño. Preferentemente, el recubrimiento contiene un óxido hidratado seleccionado del grupo que consiste de sílice, alúmina, zirconia, y mezclas de los mismos. Para los fines de esta invención, si el recubrimiento contiene sílice, el sílice constituirá en general aproximadamente 0.5 a 30% del peso total del pigmento de Ti02, y estará preferiblemente en el rango de 2 a 11% peso. Si el recubrimiento contiene alúmina, la alúmina constituirá en general aproximadamente 0.5 a 10% del peso total del pigmento de Ti02, y estará preferiblemente en el rango de 0.5 a 5% peso. En algunas ocasiones, la alúmina podría precipitarse sobre las partículas de Ti03 como una cubierta superficial curando primero las partículas tratadas superficialmente de la suspensión y adicionando después aluminato de sodio a la suspensión y ajustando el pH.

Saliendo de la etapa de recubrimiento, la suspensión tiene típicamente menos de 40% peso de sólidos. Esta suspensión es entonces filtrada, lavada, y refiltrada para proporcionar una suspensión deshidratada por medio de técnicas conocidas. Como se usa aquí, por el término "suspensión deshidratada", se entiende que la suspensión ha sido filtrada. Opcionalmente, durante el proceso de filtración, auxiliares de trituración tales como polioles (p. ej . , trimetilolpropano) , alcanol aminas {p. ej . , trietanolamina y 2-amino-2-metil-l-propanol) , y otros pueden adicionarse a la suspensión. Después de la filtración, lavado y refiltración, la suspensión tiene un contenido de sólidos (partículas de Ti02 recubiertas) mayor de 30% peso.

Preferentemente, la concentración de sólidos es menor de 60% peso. Más preferentemente, la concentración de sólidos está en el rango de 30 a 50% peso. Después de las etapas de filtración, lavado y refiltración, La suspensión de Ti02 deshidratada se somete a un medio de molienda. El medio de molienda, para los fines de la presente invención, puede realizarse de cualquier forma adecuada, por ejemplo, molino de bolas, arena o cuentas, o mediante otro tipo de medios. Muchos tipos de medios o diferentes tamaños podrían usarse, con alguien de práctica ordinaria en el arte siendo posible ajustar el medio para producir el resultado deseado basado en la distribución de tamaño de las partículas en material inicial de acuerdo a protocolos convencionales. La suspensión de Ti02 se alimenta a una cámara de trituración que está empacada con cuentas. El empaque se agita en la cámara de trituración mediante una serie de discos unidos a un eje rotatorio. El movimiento del empaque es perpendicular a la dirección en la que la suspensión es bombeada, y por consiguiente las partículas de Ti02 son cortadas por el empaque. Típicamente, una placa mantiene el empaque dentro de la cámara de trituración pero permite la salida de la suspensión de Ti02 del molino. Opcionalmente, el producto del molino puede ser además cribado . Se ha encontrado sorpresivamente que incorporando una etapa de medio de molienda después del tratamiento superficial con óxido hidratado más bien que antes del tratamiento superficial, se logra una mejoría en la reducción del tamaño de partícula. La mejoría en la reducción del tamaño de partícula proporciona las siguientes ventajas en un proceso para preparar pigmentos de Ti02 : 1) reducción en los requerimientos de energía de los procesos de elaboración, 2) aumento en la tasa de producción del pigmento de Ti02, y 3) calidad mejorada del producto de pigmento de Ti02. Después del medio de molienda, la suspensión se seca mediante un medio adecuado tal como, por ejemplo, secado rápido, secado por atomizado, o una estufa. Preferentemente, la suspensión se seca a menos de 5% peso de agua, y más preferentemente menos de 0.7% peso de agua. Finalmente, el producto de pigmento de Ti02 seco se somete a molienda con energía hidráulica. En un molino de energía hidráulica, p. ej . , aire o vapor, se usa en la trituración del pigmento de Ti02. En el proceso de molienda con energía hidráulica de la Patente US 4,427,451, la exposición del cual se incorpora aquí por referencia, el pigmento de Ti02 seco se introduce con aire o vapor dentro de la porción externa de un vórtex viajando en espiral en el interior para transportar el Ti02 a alta velocidad contra el alojamiento del vórtex espiral para fracturar los aglomerados de Ti02. Los pigmentos de Ti02 secos producidos por medio del proceso de esta invención tienen baja aglomeración de partículas. La aglomeración de partículas del pigmento se mide típicamente en términos de su distribución de tamaño de partícula (disminución del grosor) . Los pigmentos, en donde un bajo por ciento en peso de las partículas (p. ej . , menos de 30%) tienen un tamaño del diámetro de partícula mayor de 0.6 micrómetros, tienden a tener baja aglomeración de partículas y los recubrimientos (p. ej . , pinturas) hechos con tales pigmentos tienden a tener alto brillo. Los pigmentos, en donde un alto por ciento en peso de las partículas tienen un tamaño del diámetro de partícula mayor de 0.6 micrómetros, tienden a tener mayor aglomeración de partículas y los productos finales hechos con tales pigmentos tienden a tener menos brillo. La presente invención se ilustra además por medio de los siguientes ejemplo, pero estos ejemplos no deberían ser interpretados como limitantes del alcance de la invención.

Métodos de Prueba Distribución del Tamaño de la Partícula Las distribuciones del tamaño de partícula de los productos de pigmento se midieron mediante análisis de sedimentación, con un Sedigraph* (Micromeritics Instrument Corp., Norcross, GA) después de la dispersión en suspensión acuosa fijando el nivel de sonicación. La medida de tamaño de partícula y la fracción % > 0.6 micrómetros indicarán el potencial para el brillo máximo en el producto final, un valor que no puede ser excedido mientras se aplica cualquier nivel razonable de energía.

Brillo de la Emulsión El Brillo de la Emulsión (TFW-182) se determinó preparando una formulación de pintura en emulsión usando una muestra de la suspensión, haciendo trazos hacia abajo de la pintura sobre paneles de PVC negros, secando los paneles durante 3 horas a una temperatura constante, en una cabina de humedad constante (CTCH) , midiendo 60 grados de brillo usando un medidor de brillo Hunter (disponible en Hunter Laboratories, Reston, VA) , y calculando el brillo en relación a los valores de reflectancia de los estándares .

Brillo de iguidQ El brillo de alquido se determinó dispersando pigmento en un vehículo de alquido. La dispersión se molió con arena y se redujo con resina para consistencia atomizada. Paneles de aluminio se pintaron por atomización usando equipo de atomización automático bajo condiciones controladas para producir espesores y características superficiales uniformes. Las películas de pintura se hornearon. El brillo se determinó midiendo 20 grados de reflectancia con un medidor de brillo Hunter y calculando el brillo en relación a los valores de reflectancia de los estándares.

EJEMPLOS EJEMPLO COMPARATIVO A El Ti02 base se preparó por medio del proceso de cloruro como expone en las Patentes U.S. 2,559,638, y 2,488,439. El Ti02 base se suspendió en agua y recubrió con alúmina y sílice como se expone en la Patente U.S. 4,781,761. Después de la etapa de recubrimiento, el Ti02 recubierto contenido en la suspensión se filtró usando 0.25% de trimetilolpropano (TMP) , se secó por atomización y se molió con energía hidráulica con una relación vapor a pigmento de 4.2 lbs de vapor por libra de pigmento en un molino vortac de energía hidráulica de 27". La distribución de tamaño de partícula, brillo de la emulsión, y brillo de alquido se midieron por los Métodos de Prueba anteriores y los resultados se presentan en la tabla 1 de abajo.

EJEMPLO COMPARATIVO B La suspensión de Ti02 base que tiene un gramo por litro de aproximadamente 325-350 se neutralizó a un pH de 7.0 y se molió. Las condiciones del medio de molienda fueron 2100 ft/min de velocidad de la punta del disco, 85% de carga en el medio, consumo de potencia de aproximadamente 29-30 k atts. La suspensión de Ti02 molida se recubrió siguiendo el mismo proceso descrito en el Ejemplo Comparativo A, se filtró usando 0.25% de TMP, se secó y se molió con energía hidráulica a 4.5 lbs de vapor por libra de pigmento. La distribución de tamaño de partícula, brillo de la emulsión, y brillo de alquido se midieron por los Métodos de Prueba anteriores y los resultados se presentan en la tabla 1 de abajo.

EJEMPLO 1 El Ti02 base se preparó y recubrió siguiendo el mismo proceso descrito en el Ejemplo Comparativo A. La suspensión de partículas de Ti02 recubiertas se filtró usando 0.25% de TMP y se lavó de la misma forma descrita en el Ejemplo Comparativo B. La suspensión deshidratada se molió entonces de la misma forma como se describe en el Ejemplo Comparativo B. La descarga del molino se secó y molió con energía hidráulica a 4.3 lbs de vapor por libra de pigmento de la misma forma como se describe en el Ejemplo Comparativo B. La distribución de tamaño de partícula, brillo de la emulsión, y brillo de alquido se midieron por los Métodos de Prueba anteriores y los resultados se presentan en la tabla l de abajo.

TABLA 1 E e plo % > 0.6 Mieras Brillo de la Brillo de Emulsión Alquido A* 11.2 53 28 B* 8.0 55 36 1 6.5 57 41 Ejemplos Comparativos Como puede verse en la Tabla 1, los mejores resultados, p. ej . , los valores menores de % > 0.6 micrómetros y los mayores de brillo, se alcanzaron por el producto de pigmento del Ejemplo 1 en el que la molienda se presentó después del recubrimiento con óxidos hidratados, mientras que la molienda antes de recubrir con óxidos hidratados (Ejemplo Comparativo B) mejoró las propiedades de pigmento no relacionadas al medio de molienda (Ejemplo Comparativo A) , puede verse que se logró el mejoramiento adicional incorporando la etapa del medio de molienda después del recubrimiento con óxidos hidratados .

Claims (11)

REIVINDICACIONES

1. Un proceso para preparar un pigmento de dióxido de titanio, caracterizado porque comprende las etapas de: a) preparación de una suspensión acuosa que contiene partículas base de Ti02, b) aplicación de un recubrimiento que contiene un óxido hidratado a las partículas base de Ti02 para proporcionar una suspensión que contiene partículas de Ti02 recubiertas, c) filtración de la suspensión de partículas de Ti02 recubiertas para proporcionar una suspensión deshidratada, d) molienda con un medio de molienda de la suspensión deshidratada, e) secado de la suspensión molida para proporcionar un producto de pigmento de Ti02 seco, y f) molienda con energía hidráulica del producto de pigmento de Ti02 seco.

2. El proceso de conformidad con la reivindicación l, caracterizado porque la concentración de las partículas base de Ti02 en la suspensión acuosa están en el rango de aproximadamente 30 a 85% peso basado en el peso total de la suspensión.

3. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el óxido hidratado es seleccionado del grupo que consiste de sílice, alúmina, zirconia, y mezclas de los mismos .

4. El proceso de conformidad con la reivindicación 3 , caracterizado porque el óxido hidratado contiene sílice y la cantidad de sílice está en el rango de aproximadamente 0.5 a 30% peso basado en el peso total del pigmento de Ti02.

5. El proceso de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el óxido hidratado contiene alúmina y la cantidad de alúmina está en el rango de aproximadamente 0.5 a 10% peso basado en el peso total del pigmento de Ti02.

6. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la concentración de las partículas de Ti02 recubiertas en la suspensión acuosa es menor de 40% basado en el peso total de la suspensión antes de filtrar la suspensión.

7. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la concentración de las partículas de Ti02 recubiertas en la suspensión acuosa es mayor de 30% y menor de 60% basado en el peso total de la suspensión deshidratada.

8. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la suspensión deshidratada se muele alimentando la suspensión en una cámara de trituración que contiene cuentas de empaque.

9. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la suspensión molida se seca a menos de 5% peso de agua.

10. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el producto de pigmento de Ti02 seco se muele con energía hidráulica alimentando la suspensión en una cámara con aire o vapor.

11. El proceso de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el óxido hidratado contiene una mezcla de sílice y alúmina, en donde el sílice está en el rango de aproximadamente 2 a 11% peso basado en el peso total del pigmento de Ti02 y la alúmina está en el rango de aproximadamente 0.5 a 5% peso basado en el peso total del pigmento de Ti02.