PROCESO MEJORADO PARA LA FABRICACIÓN DE PIGMENTOS DE DIÓXIDO DE TITANIO TRATADO CON CIRCONIA.

Un proceso para fabricar dióxido de titanio tratado con circonia,

que comprende las etapas de: a) formar una mezcla que comprende un material de dióxido de titanio en agua; b) moler en húmedo dicha mezcla; c) tras la etapa (b), depositar sobre dicho material de dióxido de titanio molido en húmedo uno o más óxidos inorgánicos que se escogen entre óxidos de aluminio, boro, cerio, fósforo, silicio, estaño, titanio y circonio; d) ajustar el pH de la suspensión resultante de la etapa (c) a un valor entre 5 y 9, con el fin de flocular dicho material de dióxido de titanio para recuperarlo por medio de filtración a vacío o filtración a presión; e) retirar dicho material de dióxido de titanio de dicha mezcla por medio de filtración a vacío o filtración a presión; f) lavar dicho material de dióxido de titanio recuperado por filtración; g) convertir el material lavado de dióxido de titanio en una dispersión fluida por medio de la adición de uno o más reactivos de circonio, alcalinos, solubles en agua que se escogen entre carbonato de circonilamonio, carboxilatos de circonilamonio solubles en agua y sus mezclas; h) secar la dispersión para dar lugar a un polvo seco de dióxido de titanio tratado superficialmente con circonia

Esta invención se refiere a un método mejorado para fabricar pigmentos de dióxido de titanio que contienen tratamientos superficiales inorgánicos que comprenden circonia. Los pigmentos de esta invención resultan útiles en revestimientos, plásticos y papel.

Los pigmentos inorgánicos se emplean como agentes de opacidad y colorantes en muchas industrias incluyendo industrias de revestimientos, plásticos y papel. En general, la eficacia del pigmento en dichas aplicaciones depende del modo en que éste pueda ser dispersado. Por este motivo, generalmente los pigmentos se manejan en forma de polvo finamente dividido. Por ejemplo, en la actualidad, el dióxido de titanio, el pigmento blanco más ampliamente utilizado con fines comerciales debido a su capacidad para conferir una elevada opacidad cuando se formula en productos de uso final, es manipulado en forma de polvo finamente dividido. No obstante, los polvos de dióxido de titanio presentan una naturaleza pulverulenta inherente y con frecuencia exhiben unas características pobres de flujo en forma de polvo, especialmente durante la formulación, formación de compuestos y fabricación de productos de uso final. Mientras que es posible obtener polvos de libre fluencia con reducidas propiedades pulverulentas por medio de prácticas de fabricación conocidas, normalmente estos polvos exhiben escasas propiedades como agentes de opacidad.

Con esta finalidad, se han desarrollado métodos químicos de modificación de superficies de pigmento de dióxido de titanio con el fin de lograr el equilibrio deseado entre opacidad del pigmento y características de flujo. Por ejemplo, se sabe en la técnica que las propiedades humectantes y dispersantes de los pigmentos de dióxido de titanio se pueden mejorar mediante la deposición de óxidos de metal inorgánico y/o hidróxidos de metal sobre la superficie de un intermedio de dióxido de titanio, tal como el producido, por ejemplo, por medio de oxidación en fase de vapor de tetracloruro de titanio.

Los procesos y aparatos para la oxidación en fase de vapor de tetracloruro de titanio resultan bien conocidos, véase, por ejemplo, las patentes de EE.UU. 3.208.866, 3.512.219; 5.840.112, 6.207.131 y 6.350.427, en las que típicamente se enfría el intermedio de dióxido de titanio inmediatamente después de abandonar el reactor para dar lugar a un material aglomerado sólido que posteriormente es procesado con el fin de proporcionar un producto acabado. De manera convencional, el procesado posterior del intermedio aglomerado implica lo siguiente:

(1) dispersar el material intermedio (o puro) en un medio acuoso empleando un agente de dispersión tal como un polifosfato,

(2) moler en estado húmedo la suspensión resultante,

(3) precipitar uno o más óxidos inorgánicos, por ejemplo sílice y/o alúmina, sobre superficies de partícula de la suspensión molida en húmedo de dióxido de titanio,

(4) recubrir el pigmento de dióxido de titanio tratado con óxido inorgánico a partir de la suspensión acuosa por medio de filtración,

(5) lavar el producto filtrado para eliminar las sales residuales y las impurezas,

(6) secar el producto filtrado y lavado, y

(7) moler en seco el pigmento seco empleando un molino por energía de fluido.

La deposición de óxidos inorgánicos de acuerdo con la etapa (3) proporciona las propiedades deseadas de pigmento de uso final y típicamente también proporciona mejoras en el procesado posterior del pigmento. Por ejemplo, típicamente se añade sílice para conferir una mayor resistencia a los efectos nocivos de la luz ultra-violeta en las aplicaciones con pigmento de uso final, mientras que típicamente se añade aluminio para garantizar un procesado moderado por medio de filtración, secado y molienda por energía de fluido, así como también para conferir una mejores características de capacidad de dispersión al pigmento acabado en las aplicaciones de uso final.

Más particularmente con respecto a la presente invención, también resulta conocido en la técnica tratar químicamente intermedios de pigmento, y en particular dióxido de titanio, con compuestos de circonio, con el fin de conferir mejores propiedades de brillo y durabilidad al producto final con pigmento. Debido a la alta eficacia que muestran los compuestos de circonio a la hora de conferir los consabidos beneficios, no resulta sorprendente que muchas patentes hayan abordado la descripción de métodos para mejorar pigmentos, incluyendo dióxido de titanio, en los que se deposita circonia sobre la superficie del pigmento.

Por ejemplo, la patente de EE.UU. Nº. 4.405.376 desvela un pigmento de dióxido de titanio junto con un proceso para producir el pigmento, en el que el pigmento muestra durabilidad y capacidad de dispersión mejoradas y comprende una partícula de núcleo de dióxido de titanio con pigmento, un revestimiento interno de óxidos hidratados de estaño y circonio y un revestimiento externo de óxido hidratado de aluminio.

La patente de EE.UU. Nº. 4.450.012 desvela pigmentos de rutilo en fase mixta revestidos que tienen un primer revestimiento de un óxido u óxido hidratado de titanio, circonio, estaño o una mezcla de estos y un revestimiento posterior de un óxido o hidróxido de aluminio, resistiendo dichos pigmentos la floculación cuando se formulan en forma de lacas endurecidas con catalizadores ácidos.

La patente de EE.UU. Nº. 4.640.716 reivindica un pigmento que comprende una arcilla de caolín no calcinada tratada con circonio, preparada combinando la arcilla con un fuente añadida de ion circonio bajo condiciones que incluyen la ausencia de cantidades nocivas de un aglutinante y en presencia de al menos una cantidad suficiente de fuente de ion circonio para mejorar el carácter óptico del substrato que contiene el pigmento seco. La fuente preferida de ion circonio es carbonato de amonio y circonio. Los pigmentos resultan útiles para proporcionar acabados superficiales suaves y opacos sobre substratos de redes fibrosos tal como páginas de impresión de alta calidad.

La patente de EE.UU. 4.759.800 muestra un proceso para mejorar los pigmentos de dióxido de titanio tratado con circonia por medio de un pos-tratamiento en el que se trata el dióxido de titanio con una disolución acuosa de cloruro de óxido de titanio y, de manera opcional, otras sales de metal solubles en agua formadoras de óxido. Se dice que los pigmentos producidos de este modo exhiben mejores propiedades ópticas y de resistencia a la intemperie.

La patente de EE.UU. 5.203.916 describe un compuesto de pigmento de titanio que posee buena durabilidad y excelentes propiedades ópticas, que está formado básicamente por una base de dióxido de titanio en forma de partículas, una capa de óxido de circonio hidratado depositada sobre la base de óxido de titanio y una capa de alúmina hidratada depositada sobre la capa de óxido de circonio hidratado. El invento también reivindica el procedimiento para generar dicho pigmento.

La patente de EE.UU. 5.755.870 describe pigmentos de agregado de material compuesto de dióxido de titanio, también descritos en forma de materiales compuestos de pigmento extendedor agregado químicamente, producidos mediante la agregación de dióxido de titanio y arcilla calcinada con compuestos químicos complejos de hidroxi circonio, en una suspensión que presenta un intervalo de pH de 6,0 a 10,5. Se atribuyen propiedades ópticas superiores a los pigmentos, una vez que éstos son retirados de la suspensión y tratados con calor.

La patente de EE.UU. 5.814.143 desvela pigmentos sintéticos de silicato de metal alcalino cuya superficie ha sido modificada con especies de oxi-hidroxi circonio y métodos para su preparación. Se dice que estas composiciones proporcionan mejoras con respecto a los pigmentos convencionales de silicato de metal alcalino en términos de propiedades ópticas, en particular en aplicaciones de papel, y propiedades físicas, en particular en aplicaciones de caucho. Además, estos pigmentos de superficie modificada están indicados como extendedores útiles o pigmentos de reemplazo para dióxido de titanio u otros pigmentos sintéticos de aluminosilicato de arcilla o de metal alcalino.

La patente de EE.UU. 5.846.310 describe partículas esféricas de dióxido de silicio con un tamaño de 5 a 500 nm revestidas con dióxido de titanio, óxido férrico o partículas de dióxido de circonio con un tamaño menor que 60 nm. Se puede revestir de nuevo las partículas revestidas con silanos o con otros óxidos de metal. Los productos obtenidos se utilizan para pinturas con pigmento, tintas de impresión,... [Seguir leyendo]

1. Un proceso para fabricar dióxido de titanio tratado con circonia, que comprende las etapas de:

a) formar una mezcla que comprende un material de dióxido de titanio en agua;

b) moler en húmedo dicha mezcla;

c) tras la etapa (b), depositar sobre dicho material de dióxido de titanio molido en húmedo uno o más óxidos inorgánicos que se escogen entre óxidos de aluminio, boro, cerio, fósforo, silicio, estaño, titanio y circonio;

d) ajustar el pH de la suspensión resultante de la etapa (c) a un valor entre 5 y 9, con el fin de flocular dicho material de dióxido de titanio para recuperarlo por medio de filtración a vacío o filtración a presión;

e) retirar dicho material de dióxido de titanio de dicha mezcla por medio de filtración a vacío o filtración a presión;

f) lavar dicho material de dióxido de titanio recuperado por filtración;

g) convertir el material lavado de dióxido de titanio en una dispersión fluida por medio de la adición de uno o más reactivos de circonio, alcalinos, solubles en agua que se escogen entre carbonato de circonilamonio, carboxilatos de circonilamonio solubles en agua y sus mezclas;

h) secar la dispersión para dar lugar a un polvo seco de dióxido de titanio tratado superficialmente con circonia.

2. El proceso que se define en la reivindicación 1, en el que el material de dióxido de titanio es un intermedio de dióxido de titanio de rutilo producido a partir de tetracloruro de titanio empleando una etapa de oxidación en fase de vapor.

3. El proceso que se define en la reivindicación 2, en el que el material de dióxido de titanio se comporta de acuerdo con una estructura de red cristalina, y que se caracteriza por que, aparte de cualquier óxido inorgánico formado en la red cristalina del intermedio de dióxido de titanio durante la etapa de oxidación en fase de vapor, no se ha depositado ningún óxido inorgánico de forma considerable sobre dicho material de dióxido de titanio antes de la etapa c)

o de la etapa g).

4. El proceso de la reivindicación 1, en el que después de la adición de uno o más reactivos de circonio, alcalinos y solubles en agua, la dispersión de fluido resultante se caracteriza por que el contenido de sólidos de dióxido de titanio es de al menos 50% en peso.

5. El proceso que se define en la reivindicación 4, en el que la dispersión de fluido resultante se caracteriza por que el contenido de sólidos de dióxido de titanio es de al menos 55% en peso.

6. El proceso que se define en la reivindicación 5, en el que la dispersión de fluido resultante se caracteriza por que el contenido de sólidos de dióxido de titanio es de al menos 60% en peso.

7. El proceso que se define en la reivindicación 1, en el que uno o más reactivos de circonio alcalinos y solubles en agua se escogen entre carbonato de circonilamonio, acetato de circonilamonio, formiato de circonilamonio y mezclas de cualquiera de ellos.

8. El proceso que se define en la reivindicación 1, en el que se añaden uno o más reactivos de circonio alcalinos y solubles en agua en forma de disolución acuosa, en el que el reactivo o reactivos de circonio están presentes en una concentración de entre 20 y 50%.

9. El proceso de la reivindicación 1, en el que la cantidad de reactivos de circonio solubles en agua empleada representa entre 0,05 y 1,5% en peso del pigmento acabado en cuanto a circonia depositado.

10. El proceso de la reivindicación 1, en el que la cantidad empleada de reactivos de circonio solubles en agua representa entre 0,1% y 0,5% en peso del pigmento acabado en cuanto a circonia depositado.

11. El proceso de la reivindicación 1, en el que la etapa de secado se lleva a cabo mediante secado por pulverización de la dispersión.