Un proceso para tratar dióxido de titanio obtenido a partir de un oxidante de un proceso con cloruro para la producción de dióxido de titanio,

que comprende las siguientes etapas en el orden mencionado: (a) reducir el contenido en sal del dióxido de titanio; (b) formar una dispersión que comprende el dióxido de titanio; (c) moler la dispersión; y (d) tratar en superficie el dióxido de titanio con sílice; en el que se forma un recubrimiento de sílice densa sobre el dióxido de titanio

Método mejorado para producir un pigmento duradero de alta opacidad.

Antecedentes de la invención

La presente invención se refiere a métodos para la producción de pigmentos de dióxido de titanio que están encapsulados con una capa de sílice densa y que tienen propiedades ópticas mejoradas.

El dióxido de titanio ("TiO₂"), en virtud de su alto índice de refracción y baja reactividad, se ha convertido en el principal pigmento blanco del comercio. Sin embargo, el dióxido de titanio es también un fotocatalizador que puede contribuir a la destrucción de aglutinantes poliméricos en polímeros en los que se incorpora. Los productores de pigmentos de dióxido de titanio (también denominados pigmentos de "titania") han desarrollado varios tratamientos de superficie mediante los cuales se añaden compuestos orgánicos e inorgánicos a la base de titania de partida tanto para reducir la actividad fotocatalítica como para mejorar el grado en el que se dispersa el pigmento. Los tratamientos de superficie inorgánicos típicos se precipitan habitualmente en una disolución acuosa como óxidos u óxidos hidratados de elementos incluyendo titanio, aluminio, fósforo, zirconio, estaño y silicio, o mezclas de los mismos.

De las opciones disponibles, hasta la fecha sólo los tratamientos con sílice han podido suministrar una durabilidad máxima a nivel comercial. Más particularmente, se requiere que la sílice se precipite en forma densa para optimizar la durabilidad. Desafortunadamente, los tratamientos con sílice densa no han podido igualar la opacidad que puede obtenerse con otros tratamientos de superficie inorgánicos tales como con titania y zirconia. Puesto que el papel principal del dióxido de titanio ha sido como opacificante, el mercado se ha dividido en dos clases generales de grados de opacidad alta o "universal" y "duradera". Mientras que ha habido un movimiento hacia grados de opacidad superior con tratamiento con sílice densa a lo largo de la última década, la opacidad se mejora habitualmente reduciendo el nivel de sílice respecto a lo establecido normalmente en los grados "superduraderos" de titania de referencia.

Se describen en la técnica anterior tratamientos con sílice densa de óxidos, incluyendo dióxido de titanio. También se conocen métodos para mejorar la óptica o dispersabilidad de un pigmento tratado con sílice densa, incluyendo por ejemplo, mediante la adición de una capa de acabado de alúmina o usando combinaciones de sílice densa y porosa.

El documento EP-A-0444798 da a conocer un proceso para preparar un pigmento de TiO₂, que comprende varias fases de lavado y una etapa de filtración para eliminar la sal. El TiO₂ se recubre con SiO₂.

Se ha encontrado que el uso de una etapa de molienda tras el tratamiento con sílice densa y el lavado, pero antes del secado, produce un pigmento que tiene una buena distribución de tamaño de partícula. El uso de estabilizantes estéricos tales como sales de metales alcalinos de ácidos grasos orgánicos para tratamientos con sílice se ha usado para preparar partículas insolubles en agua no aglomeradas que tienen un recubrimiento de sílice amorfa densa. El uso de vibraciones ultrasónicas durante al menos parte de la precipitación de sílice densa también se ha usado para producir recubrimientos satisfactorios de sílice densa sobre partículas inorgánicas a una temperatura moderada y a una tasa aceptable. También se ha intentado el uso de precursores monoméricos, tales como ortosilicato de tetraetilo, para obtener un recubrimiento de sílice densa sustancialmente homogéneo y uniforme, con la esperanza de reducir los niveles de tratamiento y producir un brillo superior.

Aunque los procesos mencionados anteriormente intentan superar el compromiso entre brillo, óptica y durabilidad, ninguno ha desarrollado un proceso que supere realmente el problema y proporcione un pigmento recubierto con sílice densa sumamente duradero con buenas propiedades ópticas y de brillo.

Sumario de la invención

La invención se refiere a un pigmento de dióxido de titanio mejorado que incorpora un recubrimiento de sílice densa y a su proceso de producción. El pigmento se produce preferiblemente a partir de una base de titania del proceso con cloruro en el que el proceso de producción comprende las siguientes etapas en el orden mencionado: (a) eliminación parcial o sustancial de la sal de la descarga del oxidante; (b) adición de un dispersante; (c) molienda para producir una suspensión sumamente desaglomerada, sumamente dispersada, seguido por tratamiento de superficie con sílice densa.

Los pigmentos preparados usando el proceso de la invención muestran una óptica equivalente a pigmentos de alta opacidad y alto brillo y mantienen la durabilidad de los pigmentos tratados con sílice densa más convencionales.

Descripción detallada de la invención

La tecnología de sílice densa ha existido desde hace aproximadamente cuatro décadas y hasta ahora no ha podido aplicarse satisfactoriamente sin un cierto compromiso para las propiedades del pigmento, habitualmente brillo y opacidad. Experimentos para entender mejor la causa de la escasa opacidad cuando se utilizan tratamientos con sílice densa han identificado que la causa de la escasa opacidad incluye la aglomeración o "adhesión" de las partículas juntas tras la adición de silicato a la suspensión de TiO₂. La presente invención expone varias etapas y su secuencia para recubrir satisfactoriamente pigmentos de titania con recubrimientos de sílice densa y que evitan la aglomeración, y por lo tanto los efectos perjudiciales sobre el brillo y la opacidad.

El dióxido de titanio se produce comercialmente o bien por la vía de sulfato o bien por la vía de cloruro. De estas dos vías, la vía de cloruro ha establecido un claro dominio en cuanto a la economía y el rendimiento del producto. La gran mayoría de la capacidad en el futuro se producirá por la vía de cloruro, de hecho es poco probable que se construya ninguna planta de la vía de sulfato adicional en ninguno de los principales países industrializados. La capacidad de producción de pigmentos utilizando tecnología de sílice densa sin comprometer ni la durabilidad ni la óptica en plantas del proceso de cloruro es uno de los principales focos de la industria de dióxido de titanio.

El proceso de cloruro, mediante el cual se hace reaccionar tetracloruro de titano con oxígeno en un reactor a alta temperatura (la reacción de oxidación), seguido por un rápido enfriamiento en un tramo de tubería, algunas veces denominada tubería de escape, se conoce bien y no requiere una explicación detallada. Sin embargo, hay dos etapas que son críticas para las plantas de cloruro modernas y que tienen un impacto significativo sobre la producción de pigmento tratado con sílice densa utilizando una base preparada en estas plantas.

Prácticamente todas las plantas de pigmento por cloruro industriales utilizan aluminio como aditivo clave durante la oxidación, normalmente como cloruro de aluminio, que se añade o bien con el tetracloruro de titanio o bien con el oxígeno. El cloruro de aluminio actúa para fomentar la formación de cristal de rutilo y también produce una base que es menos fotoactiva. Debido a las condiciones de reacción, la base se enriquece normalmente en compuestos de aluminio en la superficie. Aunque normalmente sólo se añade un 0,5-2% de Al₂O₃, expresado como porcentaje en peso con respecto al TiO₂, la mayoría se encuentra en la superficie y está razonablemente hidratado particularmente después de entrar en contacto con agua después de la etapa de oxidación. La descarga del oxidante se mezcla normalmente con agua para formar una suspensión que entonces se procesa en etapas posteriores tales como molienda en húmedo y tratamiento de superficie. El pH de la suspensión es normalmente un pH de aproximadamente 3,5 - 4 debido al tamponamiento por parte del aluminio. La base "de partida" tiene normalmente un punto isoeléctrico de aproximadamente 7-8.

El segundo factor común para todos los procesos de oxidación es la necesidad de extinguir rápidamente la reacción a medida que el producto sale del reactor para evitar un crecimiento de partícula indeseable. Esto se logra comúnmente por el producto de la reacción que entra en una tubería de escape enfriada desde el exterior para enfriar rápidamente la corriente de gas de salida y las partículas de dióxido de titanio arrastradas. Para garantizar una buena transferencia de calor comúnmente se añade un agente de...

1. Un proceso para tratar dióxido de titanio obtenido a partir de un oxidante de un proceso con cloruro para la producción de dióxido de titanio, que comprende las siguientes etapas en el orden mencionado: (a) reducir el contenido en sal del dióxido de titanio; (b) formar una dispersión que comprende el dióxido de titanio; (c) moler la dispersión; y (d) tratar en superficie el dióxido de titanio con sílice; en el que se forma un recubrimiento de sílice densa sobre el dióxido de titanio.

2. Un proceso según la reivindicación 1, en el que el contenido en sal se reduce por filtración.

3. Un proceso según la reivindicación 1, en el que el contenido en sal se reduce por lavado.

4. Un proceso según la reivindicación 3, en el que el dióxido de titanio está presente con agua en una torta de filtro antes del lavado y se usa un volumen de agua de lavado en la etapa de lavado que es igual o superior al volumen de agua presente en la torta de filtro.

5. Un proceso según la reivindicación 2, en el que el dióxido de titanio está presente en una suspensión antes de la filtración y la suspensión se ajusta hasta un pH de entre aproximadamente 5 y aproximadamente 9.

6. Un proceso según la reivindicación 5, en el que dicha suspensión se filtra y se lava hasta que el contenido en sal se reduce hasta un valor inferior a aproximadamente el 2,2% en peso expresado como NaCl con respecto a la concentración de TiO₂, o el equivalente molar para sales distintas de NaCl.

7. Un proceso según la reivindicación 5, en el que dicha suspensión se filtra y se lava hasta que el contenido en sal se reduce hasta un valor inferior a aproximadamente el 0,5% en peso expresado como NaCl con respecto a la concentración de TiO₂, o el equivalente molar para sales distintas de NaCl.

8. Un proceso según la reivindicación 1, en el que la dispersión se forma con un agente de dispersión.

9. Un proceso según la reivindicación 8, en el que el agente de dispersión es un agente de estabilización de carga.

10. Un proceso según la reivindicación 8, en el que el agente de dispersión es un fosfato, una amina, una sal de ácido cítrico o un poliacrilato.

11. Un proceso según la reivindicación 8, en el que el agente de dispersión es un ácido.

12. Un proceso según la reivindicación 11, en el que el agente de dispersión es ácido clorhídrico.

13. Un proceso según la reivindicación 1, en el que la molienda se efectúa mediante molienda en húmedo en un molino con medios vertical u horizontal.

14. Un proceso según la reivindicación 1, en el que el tratamiento de superficie se efectúa en una operación continua o por lotes.

15. Un proceso según la reivindicación 1, en el que el recubrimiento de sílice densa se aplica en dos o más fases, comprendiendo cada fase añadir una fuente de sílice al dióxido de titanio seguido de neutralización con un ácido.

16. Un proceso según la reivindicación 1, en el que la dispersión se forma con un agente de dispersión ácido y la dispersión formada es una dispersión ácida, y en el que el tratamiento con sílice comprende la adición de una fuente de sílice a la dispersión ácida tras la molienda.

17. Un proceso según la reivindicación 1, que comprende además lavar el dióxido de titanio tratado en superficie.