Un proceso para producir un pigmento de óxido complejo de hierro y titanio que contiene un óxido complejo de pseudobrookita representado por:

la fórmula de composición (M1-x•Fex)O • TiO2 o la fórmula de composición (Fe 1-y•Al y) 2O 3 •TiO 2 donde M es al menos un metal seleccionado entre el grupo constituido por los metales bivalentes Mg, Sr y Zn, las proporciones de Fe, Al y M con respecto a Ti están en los respectivos intervalos de 0,3≤Fe/Ti≤4,5, 0≤Al/Ti≤6,5 y 0≤M/Ti≤2,6, y x e y están en los respectivos intervalos de 0≤x

Pigmento de óxido compuesto a base de hierro y titanio y método para producirlo.

Campo técnico

La presente invención se refiere a un proceso para preparar pigmentos de óxidos complejos de hierro y titanio que producen un color amarillo para su uso en la coloración de plásticos, cerámicas, composiciones de recubrimiento, etc., y procesos para prepararlos.

Técnica antecedente

Los pigmentos de óxidos complejos del tipo pseudobrookita se conocen como pigmentos inorgánicos de hierro y titanio que producen un color amarillo.

La memoria descriptiva de la Patente de Estados Unidos Nº 4.036.662 describe pigmentos de pseudobrookita y de pseudobrookita y rutilo en mezcla que se representan mediante Fe₂TiO₅•xTiO₂ donde x es de 0 a 15. De acuerdo con la descripción, el tono de color es ajustable modificando la proporción de mezclado de Fe₂TiO₅ y TiO₂. La memoria descriptiva afirma que partículas finas, de hasta 1 μm de tamaño medio, se obtienen mezclando los materiales en forma de suspensiones acuosas, deshidratando la mezcla y seguidamente calcinando la mezcla a una temperatura de 600 a 1100ºC, y que un pigmento amarillo está disponible haciendo a la atmósfera de calcinación reductora mediante el uso de negro de humo o un agente reductor similar. Sin embargo, el pigmento obtenido mediante el método anterior sigue necesitando mejoras en saturación, poder colorante y poder de recubrimiento para su uso para colorear plásticos y composiciones de recubrimiento de las que se requieren altas funciones.

Fukuji Suzuki prepararon Fe₂TiO₅ del tipo pseudobrookita mezclando óxido de titanio de tipo anatasa y óxido de hierro alfa (hematita) y calcinando la mezcla a de 1100 a 1200ºC en la atmósfera [documento "Shikizai (coloring materials)", 57(12)652-659, 1984]. Aunque este método comienza a producir Fe₂TiO₅ a una temperatura de no menos de 800ºC, es necesario calentar la mezcla de reacción a 1200ºC para completar la reacción. El método tiene, por lo tanto, las desventajas de requerir un alto coste de calcinación para preparar el producto a una temperatura tan alta y necesitar mucho tiempo para la pulverización, dado que la mezcla de reacción se ha calcinado en gran medida. Adicionalmente, el producto resultante Fe₂TiO₅ tiene la misma composición que el producto de la anterior Patente de Estados Unidos donde x es 0, y es inferior en saturación, poder colorante y poder de recubrimiento.

El documento JP-A Nº 8-73224(1996) describe un proceso para preparar pigmentos de óxidos complejos de tipo pseudobrookita representados por Al_xFe_2-xTiO₅ • _yTiO₂ donde 0<x≤q1 y 0≤qy. De acuerdo con la descripción, se preparan pigmentos de óxidos complejos finamente particulados intensamente amarillos que tiene alta saturación, dispersando o disolviendo óxidos, hidróxidos o sales solubles en agua de hierro y aluminio en una suspensión de óxido de titanio hidratado, haciendo que la suspensión resultante produzca un coprecipitado a un pH adecuado, y lavando el coprecipitado con agua, seguido de filtración, secado y calcinación a una temperatura de aproximadamente 800 a aproximadamente 1100ºC. Este proceso implica, sin embargo, limitaciones a los materiales de partida, requiere un equipo y etapas complejas y tiene un alto coste de producción.

Por lo tanto, los pigmentos de óxidos complejos de hierro y titanio de pseudobrookita se producen mezclando óxido de titanio o ácido metatitánico con un óxido de hierro, hidróxido de hierro o sal de hierro soluble en agua en una proporción predeterminada en un estado seco o húmedo, o haciendo que una solución acuosa de sales solubles en agua de titanio y hierro experimente coprecipitación y lavando el precipitado, seguido de secado para obtener una mezcla de materiales, y calcinando la mezcla en aire o una atmósfera reductora a una temperatura de 800 a 1200ºC. En la etapa de calcinación, Ti, Fe u O de partículas de uno de los materiales se difunde en las del otro, dando origen de este modo a una reacción para formar y desarrollar cristales de pseudobrookita. Para fabricar de forma industrial un producto estabilizado, especialmente óxidos complejos que contienen hierro, mediante dicha reacción en fase sólida, la estabilidad de los materiales que se usarán, la estabilidad de los materiales mezclados conjuntamente y la estabilidad de la operación de calcinación, son de extrema importancia.

Los materiales, especialmente compuestos de hierro, tales como óxidos de hierro o hidróxidos de hierro, se oxidan o reducen fácilmente mediante un ligero cambio de temperatura y atmósfera. Por consiguiente, es difícil obtener materiales que siempre muestran reactividad constante durante la calcinación, y, por lo tanto, limitaciones a los materiales utilizables. Además, cuando se mezclan conjuntamente materiales que tienen diferencias en gravedad específica, tamaño de partícula o volumen, es probable que se produzca segregación en la mezcla que se está preparando mediante mezclado o según se prepara mediante mezclado debido a la diferencia de gravedad específica o de tamaño de partícula, lo que presenta dificultades para producir una mezcla de materiales de composición uniforme.

Además, dado que la transferencia de masa entre los materiales particulados es un factor de control de la velocidad de la reacción, las bajas temperaturas conducen a una baja velocidad de reacción que da como resultado baja productividad, la fabricación de la cantidad del producto deseado a una escala industrial requiere una alta temperatura para la calcinación.

Dado que el óxido de hierro o hidróxido de hierro en la mezcla de materiales se oxida o se reduce fácilmente mediante un ligero cambio de la temperatura o atmósfera, un producto de color uniforme no está disponible a menos que la temperatura y la atmósfera de calcinación se controlen estrechamente.

Se sabe bien que, cuando hay que fabricar pigmentos de óxidos complejos que contienen hierro con buena estabilidad y con color uniforme producido, es necesario usar materiales de alta calidad controlados estrictamente, para mantener a los materiales uniformemente mezclados en todo momento y para calcinar la mezcla con la temperatura, tiempo y atmósfera controlados estrictamente. Estos requisitos hacen al equipo y al proceso complejos y dan como resultado un mayor coste de fabricación.

En vista de los anteriores problemas, un objeto de la presente invención es proporcionar un pigmento amarillo que contiene un óxido complejo de hierro y titanio de tipo pseudobrookita y produce un color estabilizado más amarillento que de forma convencional y que puede usarse de forma universal para dar color a plásticos, cerámicas y composiciones de recubrimiento.

Descripción de la invención

El presente solicitante propuso anteriormente un proceso para producir un pigmento amarillo de tipo rutilo mezclando óxido de titanio, óxido de uno de Co, Cr y Ni y óxido de uno de Sb, Nb y W, triturando la composición resultante mediante un método en seco usando un molino para preparar partículas compuestas utilizando una reacción mecanoquímica, y calcinando las partículas [véase el documento JP-A Nº 10-219134 (1998)]. El proceso está adaptado para la producción de pigmentos de óxidos complejos de tipo rutilo tales como Ti-Sb-Cr, Ti-Sb-Ni, Ti-Nb-Co o Ti-W-Ni.

Los presentes inventores han realizado posteriormente investigaciones para la producción de pigmentos amarillos y descubrieron que un pigmento de óxido complejo de pseudobrookita de características extraordinarias puede obtenerse aplicando una reacción mecanoquímica a partículas de material de hierro y titanio para preparar partículas compuestas, seguida de calcinación.

Dicho más específicamente, la presente invención proporciona un proceso para producir un primer pigmento de óxido complejo, es decir, un pigmento de óxido complejo de hierro y titanio que se caracteriza porque el pigmento contiene un óxido complejo de pseudobrookita representado por:

la fórmula de composición (M_1-x•Fe_x)O•TiO₂ o

la fórmula de composición (Fe_1-y•Al_y)₂O₃•TiO₂

donde M es uno de los metales bivalentes Mg, Sr y Zn, las proporciones de Fe, Al y...

1. Un proceso para producir un pigmento de óxido complejo de hierro y titanio que contiene un óxido complejo de pseudobrookita representado por:

la fórmula de composición (M_1-x•Fe_x)O • TiO₂ o

la fórmula de composición (Fe_1-y•Al_y)₂O₃ • TiO₂

donde M es al menos un metal seleccionado entre el grupo constituido por los metales bivalentes Mg, Sr y Zn, las proporciones de Fe, Al y M con respecto a Ti están en los respectivos intervalos de 0,3≤qFe/Ti≤q4,5, 0≤qAl/Ti≤q6,5 y 0≤qM/Ti≤q2,6, y x e y están en los respectivos intervalos de 0≤qx<1 y 0≤qy<1, donde dicho proceso comprende mezclar sustancias fuente particuladas para Ti, Fe, Al y M en proporciones especificadas, triturar la composición particulada resultante en un estado seco para dar a la composición la energía suficiente para causar una reacción mecanoquímica, unir las partículas entre sí y preparar partículas compuestas en las que los elementos Ti, Fe, Al y M están presentes, y calcinar las partículas compuestas a de 700 a 1200ºC.

2. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1, para producir un pigmento de óxido complejo de hierro y titanio que contiene un óxido complejo de pseudobrookita representado por:

la fórmula de composición (M_1-x•Fe_x)O • 2TiO₂ o

la fórmula de composición (Fe_1-yAl_y)₂O₃ • TiO₂

donde M es al menos un metal seleccionado entre el grupo constituido por los metales bivalentes Mg, Sr y Zn, las proporciones de Fe, Al y M con respecto a Ti están en los respectivos intervalos de 0,3≤qFe/Ti≤q4,5, 0≤qAl/Ti≤q6,5 y 0≤qM/Ti≤q2,6, y x e y están en los respectivos intervalos de 0≤qx<1 y 0≤qy<1.

y al menos un elemento seleccionado entre el grupo constituido por Li, B, Si y Ca incorporado en el óxido complejo de pseudobrookita,

donde dicho proceso comprende mezclar sustancias fuente particuladas para Ti, Fe, Al y M, y al menos un elemento seleccionado entre el grupo constituido por Li, B, Si y Ca en proporciones especificadas, triturar la composición particulada resultante en un estado seco para dar a la composición la energía suficiente para causar una reacción mecanoquímica, unir las partículas entre sí y preparar partículas compuestas en las que los elementos Ti, Fe, Al y M, y al menos un elemento seleccionado entre el grupo constituido por Li, B, Si y Ca están presentes, y calcinar las partículas compuestas a de 700 a 1200ºC.

3. El proceso para producir un pigmento de óxido complejo de hierro y titanio de acuerdo con la reivindicación 2, que se caracteriza porque se incorpora Li en su interior para tener la relación de 0,07≤qLiO₂/N≤q0,75 (proporción en peso) con el óxido complejo de pseudobrookita (N) y la relación de 0,015≤qLi/Fe≤q0,074 con Fe.

4. El proceso para producir un pigmento de óxido complejo de hierro y titanio de acuerdo con la reivindicación 2, que se caracteriza porque se incorpora B en su interior para tener la relación de 0,07≤qB₂O₃/N≤q0,75 (proporción en peso) con el óxido complejo de pseudobrookita (N) y la relación de 0,015≤qB/Fe≤q0,05 con Fe.

5. El proceso para producir un pigmento de óxido complejo de hierro y titanio de acuerdo con la reivindicación 2, que se caracteriza porque se incorpora Si en su interior para tener la relación de 0,59≤qSiO₂/N≤q4,90 (proporción en peso) con el óxido complejo de pseudobrookita (N) y la relación de 0,024≤qSi/Fe≤q0,125 con Fe.

6. El proceso para producir un pigmento de óxido complejo de hierro y titanio de acuerdo con la reivindicación 2, que se caracteriza porque se incorpora Ca en su interior para tener la relación de 0,55≤qCaO/N≤q4,50 (proporción en peso) con el óxido complejo de pseudobrookita (N) y la relación de 0,026≤qCa/Fe≤q0,13 con Fe.