FI111246B - Parannnettu titaanidioksidin dispergoituvuus - Google Patents

Description

111246

Parannettu titaanidioksidin dispergoituvuus

Keksintö koskee patenttivaatirauksisa määriteltyä menetelmää titaanidioksidin valmistamiseksi ja kyseisellä 5 menetelmällä aikaansaatua titaanidioksidia. Lisäksi keksintö koskee patenttivaatimuksissa määriteltyä menetelmää titaanidioksidia sisältävän muovituotteen valmistamiseksi sekä keksinnön mukaisella menetelmällä valmistettua titaanidioksidia sisältävää muovituotetta.

10 Titaanidioksidipigmenttimateriaaleja käytetään yleisesti väriaineina muoveissa, maaleissa, painoväreissä, papereissa ja monissa muissa materiaaleissa. Muoveissa ti-taanidioksidipigmentit saavat aikaan värin ja suojan UV-säteilyä vastaan. UV-suojaus, joka on saatu aikaan sisäl-15 lyttämällä muoviin titaanidioksidia, voi parantaa oleellisesti muovimateriaalin vanhenemisenkestävyyttä.

Nykyisin kaivataan titaanidioksidimateriaaleja, jotka ovat helpommin dispergoitavissa muoveihin. Esimerkiksi muovikalvotuotteiden massan ja hinnan alentamiseksi 20 muoviteollisuudessa etsitään tapoja pienentää muovikalvojen paksuutta niin, että kyseisten tuotteiden lujuus ja integriteetti säilyvät. Sellaisissa sovelluksissa käytettävien pigmenttimateriaalien dispergoituvuuden merkitys kasvaa kalvon paksuuden pienentyessä. Kun titaanidioksidi-.1 25 pigmentti on dispergoitunut muovikalvotuotteeseen riittä mättömästi, dispergoitumattoman pigmenttimateriaalin muodostamien agglomeraattien (so. kohoumien) esiintyminen voi tehdä muovikalvosta käyttökelvottoman. Dispergoitumaton pigmenttimateriaali voi lisäksi takertua työstöteloihin 30 ja/tai suutinkappaleisiin ja aiheuttaa siten reikiä, hal-T keamia ja/tai repeämiä muovikalvotuotteisiin. Lisäksi huo nosti dispergoituneet pigmenttimateriaalit voivat tukkia nopeasti kiillotussihdit ja muut sellaiset välineet, joita käytetään kalvonmuovausprosesseissa.

2 111246

Titaanidioksideja tuotetaan yleensä kahdessa kide-muodossa, anataasin ja rutiilin muodossa. Rutiilititaani-dioksidia valmistetaan tavallisesti titaanihalogenideista (edullisesti titaanitetrakloridista) käyttämällä höyry-5 faasihapetusmenetelmiä. Esimerkkejä höyryfaasihapetusmene-telmistä on esitetty US-patenttijulkaisuissa 3 208 866 ja 3 512 219. Tässä viitataan mainittujen patenttijulkaisujen sisältöön kokonaisuudessaan.

Höyrytaasihapetusmenetelmässä höyryn muodossa ole-10 va titaanihalogenidilähtöaine hapetetaan käyttämällä jotakin happipitoista kaasua, kuten molekulaarista happea, ilmaa tai hapen suhteen rikastettua ilmaa. Höyrytaasihape-tusjärjestelmään lisätään tavallisesti erilaisia hiukkas-kokoa sääteleviä aineita ja/tai rutiilin muodostumista 15 edistäviä aineita. Tavallisesti lisätään vesihöyryä esimerkiksi ytimien muodostumisen ja siten tuotteen hiukkas-koon säätelemiseksi. Alumiinikloridia lisätään tavallisesti tuotteeksi saatavan titaanidioksidimateriaalin kidemat-riksin stabiloimiseksi ja rutiilin muodostumisen edistämi-20 seksi.

Höyryfaasihapetusjärjestelmään lisätty alumiini-kloridi hapetetaan järjestelmässä alumiinioksidin muodostamiseksi. Hapetusjärjestelmään lisätty alumiinikloridi-määrä on yleensä sellainen, että se riittää tuottamaan ha-ll 25 petusjärjestelmässä syntyvän tuotteen alumiinioksidipitoi- suudeksi noin 0,05 - 10 massaosaa sataa massaosaa kohden reaktiojärjestelmässä syntyvän tuotteen sisältämää titaanidioksidia .

Höyrytaasihapetusmenetelmässä käytettävät lähtöai-30 neet tyypillisesti esikuumennetaan ennen niiden sekoitta-*· mistä keskenään reaktiokammiossa. Reaktiokammioon toimite taan edullisesti lisälämpöä (a) johtamalla poltettavissa olevaa (esim. hiilimonoksidia, bentseeniä, naftaleenia, asetyleeniä, antraseenia tai vastaavaa) suoraan reak-35 tiokammioon ja/tai lisäämällä sellaista poltettavissa olevaa kaasua yhteen tai useampaan lähtöainevirtaan. Poltet- 3 111246 tavissa olevaa kaasua lisätään edullisesti hapetuskaasun syöttöputkeen siten, että poltettavissa oleva kaasu palaa (a) hapetuskaasun syöttöputkessa juuri ennen sen saapumista reaktiokammioon ja/tai (b) reaktiokammion siinä osassa, 5 jossa lähtöaineet sekoitetaan keskenään.

Höyryfaasihapetusmenetelmässä käytettävä hapetus-kaasumäärä on edullisesti suurempi kuin se stökiometrinen määrä, joka vaaditaan poltettavissa olevan aineen palamiseen, titaanihalogenidilähtöaineen hapettamiseksi ja mah-10 dollisten muiden höyryfaasihapetusprosessissa käytettävien, hapetettavissa olevien aineiden hapettamiseksi.

Höyryfaasihapetusjärjestelmästä tuleva reak-tiopoiste jäähdytetään edullisesti välittömästi sen tultua ulos reaktiokammiosta. Jäähdytys toteutetaan tavallisesti 15 esimerkiksi sekoittamalla poistevirtaan kylmää kaasua (esim. prosessista saatua klooripoistetta) tai saattamalla poistevirta kosketuksiin veden kanssa.

Höyryfaasihapetusmenetelmällä tuotteeksi saatava titaanidioksidi on kiinteä, agglomeroitunut, hiukkasmainen 20 materiaali. Hiukkasmainen titaanidioksidituote saadaan talteen reaktiopoisteesta käyttämällä sykloneja, pus-sisuodattimia, laskeutuskammioita tai niiden yhdistelmiä.

Tähän saakka agglomeroitunut titaanidioksidiraaka-tuote, joka on saatu talteen höyryfaasihapetusjärjestelmän 25 poisteesta, on tyypillisesti käsitelty (1) dispergoimalla raakatuote vesiväliaineeseen käyttämällä jotakin disper-gointiainetta (esim. polyfosfaattia); (2) märkäjauhamalla materiaali perinpohjaisesti; (3) saostamalla märkäjauhetun titaanidioksidimateriaalin hiukkasten pinnalle epäorgaani-30 siä oksideja (esim. alumiinioksidia ja/tai piidioksidia); *1 (4) eristämällä alumiinioksidilla ja/tai piidioksidilla käsitelty titaanidioksidimateriaali vesiväliaineesta suodattamalla; (5) pesemällä ja suodattamalla talteen saatu tuote suolojen ja epäpuhtauksien poistamiseksi siitä; 35 (6) kuivaamalla pesty tuote; ja (7) jauhamalla kuivattu 4 111246 tuote halutun kokoiseksi käyttämällä esimerkiksi vir-tausenergiamyllyä.

Märkäjauhetun titaanidioksidimateriaalin pinnalle saostetut epäorgaaniset oksidit muuttavat hiukkasmaisen 5 materiaalin pinnan ominaisuuksia niin, että materiaali höytälöityy. Hiukkasmaisen materiaalin höytälöityminen mahdollistaa materiaalin eristämisen ja pesemisen käyttämällä tavanomaisia alipaine- ja/tai painetyyppiä olevia suodatusjärjestelmiä.

10 Valitettavasti lisättyjen epäorgaanisten oksidien läsnäolo käsitellyn titaanidioksidimateriaalin pinnalla heikentää materiaalin dispergoituvuutta muoveihin. Näin tapahtuu yleensä siksi, että (1) saostuneet epäorgaaniset oksidit lisäävät hiukkasmaisen materiaalin pinta-alaa ja 15 (2) saostuneet epäorgaaniset oksidit ovat yleensä hydro- fiilisia. Päinvastoin kuin saostuneet epäorgaaniset oksidit muovit ovat yleensä hydrofobisia.

Mikäli hiukkasmaiselle materiaalille ei saosteta sellaisia epäorgaanisia oksideja, tähän saakka on ollut 20 välttämätöntä lisätä märkäjauhettuun titaanidioksididis-persioon polymeerisiä höytälöintiaineita ja/tai höytälöi-viä suoloja (esim. magnesiumsulfaattia), jotta mahdollistetaan jauhetun materiaalin keräänminen yhteen ja eristys tavanomaisia alipaine- ja/tai painetyyppiä olevia suoda-i 25 tusjärjestelmiä käyttämällä. Ikävä kyllä sellaiset höytä- löintiaineet lisäävät ei-toivottujen epäpuhtauksien määrää järjestelmässä ja heikentävät käsitellyn titaanidioksidi-tuotteen ominaisuuksia.

Tämä keksintö tarjoaa sellaisen menetelmän titaa-30 nidioksidin valmistamiseksi, jossa tuotteen eristys, pesu 'y ja suodatus toteutetaan ilman ylimääräisten epäorgaanisten oksidien saostusta ja ilman polymeeristen höytälöintlaineiden ja/tai höytälöivien suolojen, esim. magnesiumsulfaatin, lisäystä. Keksinnön mukaisella valmistusmenetel- 5 111246 mällä saadaan siten aikaan uudenlainen titaanidioksidi, joka on helpommin dispergoitavissa muoveihin.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle titaanidioksidin valmistamiseksi on tunnusomaista, että 5 (a) muodostetaan seos, joka sisältää titaanidiok- sidimateriaalia nesteväliaineessa, jolloin titaanidioksi-dimateriaali on reaktioprosessilla tuotettua agglomeroitu-nutta titaanidioksidimateriaalia; (b) märkäjauhetaan agglomeroitunut titaanidioksi-10 dimateriaali nesteväliaineessa siten, että 30 - 70 paino-% märkäjauhetusta titaanidioksidimateriaalista on hiukkas-kooltaan alle 0,5 μΐη; (c) alennetaan pH arvoon 4,0 tai sen alapuolelle; (d) kypsytetään vaiheessa (c) muodostunut hapan 15 dispersio; (e) lisätään seokseen tehokas määrä emästä titaa-nidioksidimateriaalin saamiseksi höytälöitymään; (f) poistetaan titaanidioksidimateriaali seoksesta; ja 20 (g) pestään titaanidioksidimateriaali, jolloin menetelmän kuluessa titaanidioksidimateriaalille ei oleellisesti saostu muita epäorgaanisia oksideja kuin mainitussa, agglomeroituneen titaanidioksidimateriaalin muodostukseen käytetyssä reaktioprosessissa muodostuneita :: 25 epäorgaanisia oksideja.

Vaiheessa a käytettävä agglomeroitunut titaanidioksidimateriaali on reaktioprosessilla tuotettua ainetta. Kyseinen titaanidioksidimateriaali ei sisällä olennaisessa määrin mitään muita epäorgaanisia oksideja pinnalleen sa-30 ostuneina kuin niitä, joita kyseisessä reaktioprosessissa *; mahdollisesti muodostuu titaanidioksidimateriaalin ohella.

Lisäksi titaanidioksidimateriaalin pinnalle ei saosteta keksinnön mukaisen titaanidioksidinvalmistusmenetelmän kuluessa oleellisesti mitään muita epäorgaanisia oksideja 35 kuin reaktioprosessissa titaanidioksidimateriaalin ohella 111246 β alunperin mahdollisesti muodostuneita ja uudelleen saostuneita epäorgaanisia oksideja.

Tämä keksintö tarjoaa myös uuden menetelmän muovituotteen valmistamiseksi. Kyseinen patenttivaatimuksessa 5 13 määritelty menetelmä käsittää titaanidioksidin disper- goimisen muovimateriaaliin muovikoostumuksen muodostamiseksi. Tässä keksinnön mukaisessa menetelmässä käytettävä titaanidioksidi on uudenlainen titaanidioksidi, jota valmistetaan keksinnön mukaisella titaanidioksidinvalmistus-10 menetelmällä. Yhdessä suoritusmuodossaan keksinnön mukainen menetelmä muovituotteen valmistamiseksi käsittää lisäksi muovilevyn valmistamisen käyttämällä mainittua muo-vikoostumusta.

Tämän keksinnön muut päämäärät, ominaispiirteet ja 15 edut käyvät ammattimiehille selviksi heidän luettuaan seu-raavan kuvauksen edullisista suoritusmuodoista.

Kuten edellä mainittiin, tämä keksintö tarjoaa käytettäväksi parannetun menetelmän titaanidioksidin valmistamiseksi. Tämä keksintö tarjoaa myös uudenlaisen ti-20 taanidioksidin, joka valmistetaan keksinnön mukaisella valmistusmenetelmällä. Uudella titaanidioksidilla on parantunut dispergoituvuus muoveihin.

Keksinnön mukainen menetelmä titaanidioksidin valmistamiseksi käsittää edullisesti (1) agglomeroituneen ti-: ; '25 taanidioksidimateriaalin dispergoimisen nesteväliainee- seen; (2) agglomeroituneen titaanidioksidimateriaalin märkä jauhamisen; (3) tuloksena olevan jauhetun titaanidioksi-didispersion pH:n alentamisen; (4) tuloksena olevan happaman dispersion kypsytyksen; (5) dispersion pH:n nostamisen 30 riittävästi, jotta jauhettu titaanidioksidimateriaali saa-·; daan höytälöitymään; (6) jauhetun titaanidioksidimateriaalin eristämisen vesidispersiosta; (7) talteen saadun ti taanidioksidimateriaalin pesemisen suolojen ja epäpuhtauksien poistamiseksi siitä; (8) pestyn tuotteen kuivauksen; 35 ja (9) kuivan titaanidioksidituotteen jauhamisen halutun hiukkaskokojakautuman saavuttamiseksi. Päinvastoin kuin 7 111246 aikaisemmin käytetyissä menetelmissä titaanidioksidin valmistamiseksi keksinnön mukaisessa menetelmässä ei käytetä ylimääräisten epärogaanisten oksidien (esim. alumiinioksidin ja/tai piidioksidin) saostusta eikä polymeeristen höy-5 tälöintiaineiden ja/tai höytälöivien suolojen lisäystä.

Yleisesti ottaen tämän keksinnön mukaisella menetelmällä voidaan käsitellä minkä tyyppinen agglomeroitunut titaanidioksidimateriaali tahansa. Edullisesti keksinnön mukaisella menetelmällä käsiteltävä agglomeroitunut titaa-10 nidioksidimateriaali on kuitenkin rutiilititaanidioksidia, joka on muodostettu titaanitetrakloridista käyttämällä edellä kuvattua tyyppiä olevaa höyryfaasihapetusmenetel-mää.

Keksinnön mukaisella menetelmällä käsiteltävä ag-15 glomeroitunut titaanidioksidimateriaali on myös edullisesti titaanidioksidipigmenttimateriaali. Titaanidioksidipig-menttimateriaaleille on tunnusomaista, että niiden kiteiden koko on noin 0,1 - 0,5 μΐη. Agglomeroituneen titaanidi-oksidimateriaalin kiteiden koko on edullisesti noin 20 0,2 μπ\.

Keksinnön mukaisella menetelmällä käsiteltävä agglomeroitunut titaanidioksidimateriaali sisältää, kuten seuraavassa selitetään, edullisesti myös jonkin verran alumiinioksidia, jota muodostuu höyryfaasihapetusjärjβει: 25 telmässä titaanidioksidimateriaalin ohella. Titaanidioksi din ohella höyryfaasihapetusjärjestelmässä muodostuu tyypillisesti alumiinioksidia, mitä on käsitelty edellä, lisäämällä hapetusjärjestelmään hapetettavissa olevaa alu-miiniyhdistettä (edullisesti alumiinikloridia). Keksinnön 30 mukaisella menetelmällä käsiteltävät titaanidioksidimate-·* riaalit sisältävät tyypillisesti noin 0,05 - 10 massaosaa ohessa tuotettua alumiinioksidia 100 massaosaa kohden titaanidioksidia. Agglomeroitunut titaanidioksidimateriaali sisältää edullisesti noin 0,25 - 3 massaosaa alumiinioksi-35 dia 100 massaosaa kohden titaanidioksidia.

8 111246

Mainittua ohessa tuotettua alumiinioksidia ja mahdollisia muita höyrytaasihapetusprosessissa titaanidioksidin ohella muodostuneita epäorgaanisia oksideja lukuunottamatta keksinnön mukaisella menetelmällä käsitelty agglo-5 meroitunut titaanidioksidimateriaali ei edullisesti sisällä muita epäorgaanisia oksideja (esim. alumiinioksidia ja/tai piidioksidia) saostuineina pinnalleen.

Agglomeroitunut titaanidioksidimateriaali esival-mistellaan märkäjauhatusta varten edullisesti dispergoi-10 maila se vesiväliaineeseen. Kuten ammattimiehet käsittävät, hiukkasmaisen aineen dispergoitumista vesiväliaineeseen voidaan edistää käyttämällä erilaisia dispergointiai-neita (esim. polyfosfaatteja). Dispersion kiintoainepitoi-suus on edullisesti noin 5-50 paino-% dispersion koko-15 naismassasta laskettuna. Edullisimmin dispersion kiinto-ainepitoisuus on noin 30 paino-% dispersion kokonaismassasta laskettuna.

Keksinnön mukaisen menetelmän märkäjauhamisvaiheessa käytettävä järjestelmä voi olla kiekkotyyppiä tai 20 korityyppiä oleva sekoitin tai yleisesti ottaen mitä tahansa muuta tyyppiä oleva märkäjauhamisjärjestelmä, jota alalla tavanomaisesti käytetään. Jauhamisvälineinä voidaan käyttää hiekkaa, lasikuulia, alumiinikuulia tai yleisesti ottaen mitä tahansa muita tavanomaisesti käytettyjä jauha-25 misvälineitä. Jauhamisvälineiden yksittäiset rakeet, hiukkaset tai kuulat ovat edullisesti suurempitiheyksisiä kuin ne vesiväliaineet, joita käytetään titaanidioksididisper-sion muodostuksessa.

Muissa titaanidioksidinvalmistusmenetelmissä käy-30 tettäviin märkäjauhamisvaiheisiin verrattuna keksinnön mu-" kaisessa menetelmässä käytetään paljon pienempitehoista märkäjauhamista. Keksinnön mukaisessa menetelmässä disper-goitu titaanidioksidimateriaali märkäjauhetaan sillä tavalla, että (a) suurin piirtein kaikki titaanidioksidima-35 teriaali on hiukkaskooltaan alle 15 μΐη ja (b) vähintään 9 111246 30 paino-% mutta korkeintaan 70 paino-% titaanidioksidima-teriaalista on hiukkaskooltaan alle 0,5 μπι.

Keksinnön mukaisen menetelmän märkäjauhamisvaiheen pienempi teho saavutetaan pienentämällä käytettävää jauha-5 misvälinemäärää oleellisesti ja/tai lyhentämällä märkäjau-hamisvaiheen kestoa oleellisesti. Minkä tahansa tietyn märkäjauhamisjärjestelmän tapauksessa voidaan käyttää ainakin aluksi hiukkaskokoanalysaattoria (esim. Microtrac-analysaattoria tai Sedigraph-analysaattoria) dispergoidun 10 titaanidioksidimateriaalin hiukkaskoon tarkkailemiseksi ja siten sopivien ja optimaalisten jauhamisvälipitoisuuksien ja märkäjauhamisaikojen järjestämiseksi. Hiekkajauhamis-prosessia käytettäessä hiekan määrä, jota keksinnön mukaisessa menetelmässä käytetään, on tyypillisesti noin 10 -15 100 massaosaa sataa massaosaa kohden hiukkasmaista titaa- nidioksidimateriaalia. Keksinnön mukaisessa menetelmässä käytettävä jauhamisaika on tyypillisesti noin 0,5-4 minuuttia .

Märkäjauhamisvaiheen aikana titaanidioksididisper-20 sion lämpötila on edullisesti noin 32 °C (90 °F) . Edullisimmin titaanidioksididispersion lämpötila on märkäjauha-misvaiheen aikana noin 49 - 71 °C (120 - 160 °F) . Märkä- jauhamisprosessin lopuksi jauhamisvälineet poistetaan edullisesti titaanidioksididispersiosta käyttämällä sopi- ; 25 van kokoista seulaa (meshluku tyypillisesti 100) .

Märkäjauhamisvaiheen jälkeen titaanidioksididis-persioon lisätään vaikuttava määrä happoa dispersion pH:n alentamiseksi arvoon 4,0 tai sen alapuolelle. Edullisesti titaanidioksididispersion pH alennetaan arvoon, joka on 30 korkeintaan 3,0. Edullisimmin titaanidioksididispersion pH ·· alennetaan noin arvoon 2,0.

Hapon sekoittamisen dispersion väliaineen kanssa helpottamiseksi dispersio pidetään hapotusvaiheen aikana edullisesti noin lämpötilassa 49 - 82 °C (120 - 180 °F) .

35 Edullisesti dispersio pidetään hapotusvaiheen aikana noin lämpötilassa 66 - 77 °C (150 - 170 °F) .

10 111246

Hapotusvaiheessa käytettävä happo on edullisesti vahva happo, kuten rikkihappo, suolahappo ja/tai typpihappo. Rikkihappo edistää titaanidioksidin höytälöitymistä ja on sen vuoksi edullinen happo käytettäväksi pH: n alen-5 nusvaiheessa.

Keksinnön mukaisen menetelmän seuraavassa vaiheessa happaman titaanidioksididispersion annetaan kypsyä. Kypsytysvaiheen aikana dispersion pH kohoaa tyypillisesti vähän. Happaman dispersion annetaan edullisesti kypsyä, 10 kunnes dispersion pH vakiintuu. Kypsytysjakson kestoaika on on siten tyypillisesti noin 10 minuutista noin 1 tuntiin.

Kypsytysvaiheen jälkeen titaanidioksididispersion pH: ta nostetaan riittävästi, jotta titaanidioksidimateri-15 aali saadaan höytälöitymään. Dispersioon lisätään tämän vaiheen aikana edullisesti riittävä määrä emästä dispersion pH: n nostamiseksi arvoon, joka on suunnilleen alueella 5-8. Edullisimmin dispersion pH nostetaan tämän vaiheen aikana noin arvoon 7. Keksinnön mukaisen menetelmän tämän 20 vaiheen aikana dispersio pidetään edullisesti noin lämpötilassa 49 - 82 °C (120 - 180 °F) ja edullisimmin noin lämpötilassa 66 - 77 °C (150 - 170 °F) .

Esimerkkejä emäksistä, jotka soveltuvat käytettäviksi keksinnön mukaisessa menetelmässä, ovat jaksollisen : 25 järjestelmän ryhmään I kuuluvien alkuaineiden hydroksidit.

Keksinnön mukaisen menetelmän tässä vaiheessa käytettävä emäs on edullisimmin natriumhydroksidi, kaliumhydroksidi tai niiden yhdistelmä.

Keksinnön mukaisen menetelmän eristys- ja pesuvai-30 heet voidaan toueuttaa käyttämällä alipaine- tai paine-tyyppiä olevaa suodatusjärjestelmää tai yleisesti ottaen jotakin muuta alalla käytettyä tyyppiä olevaa suodatusjärjestelmää. Edullisesti keksinnön mukaisen menetelmän eristys- ja pesuvaiheet yhdistetään käyttämällä pyörivää, ali-35 painetyyppiä olevaa suodatinta.

11 111246

Neutraloitu titaanidioksididispersio laitetaan alipainesuodattimen syöttökaukaloon, jonka suodattimen avulla dispersion väliaine erotetaan höytälöityneestä ti-taanidioksidimateriaalista. Järjestelmään lisätään sitten 5 vastadeionisoitua vettä titaanidioksidisuodatuskakun pesemiseksi. Yhden tai useamman sellaisen pesuvaiheen jälkeen suodatuskakku voidaan haluttaessa poistaa suodatusjärjestelmästä, möyhentää uudelleen möyhennyslaitteessa, laittaa uuteen veteen ja palauttaa sitten suodatusjärjestelmään 10 lisäpesua varten.

Pesuvaiheen jälkeen tuotteeksi saatu titaanidiok-sidimateriaali voidaan kuivata käyttämällä yleisesti ottaen mitä tahansa alalla tavanomaisesti käytettyä tyyppiä olevaa kuivausjärjestelmää. Esimerkkejä niistä ovat tunne-15 likuivaimet, suihkukuivausjärjestelmät, linkopikakuivaimet ja niiden yhdistelmät. Näin saatava kuiva tuote voidaan jauhaa hiukkaskokojakautumaltaan halutun kaltaiseksi käyttämällä esimerkiksi virtausenergiamyllyä.

Titaanidioksidimateriaalin höytälöityminen keksin-20 nön mukaisen menetelmän aikana tapahtuu osaksi sen seurauksena, että ainakin osa ohessa tuotetusta alumiinioksidista, joka sisältyy titaanidioksidiraakatuotteeseen, liukenee ja saostuu uudelleen. Normaalisti noin puolet tai kaksi kolmasosaa agglomeroituneen titaanidioksidiraaka-25 tuotteen sisältämästä, ohessa tuotetusta alumiinioksidista on materiaalin pinnalla. Alennettaessa titaanidioksididis-persion pH:ta keksinnön mukaisen menetelmän pH- alennusvaiheen mukaisesti ainakin osa pinnalla esiintyvästä alumiinioksidista ilmeisesti liukenee dispersion happa-30 maan vesiväliaineeseen. Kun väliaine sitten neutraloidaan ·< hiukkasmaisen titaanidioksidimateriaalin pinnan varaus on suurin piirtein nolla ja siksi se pyrkii höytälöitymään. Lisäksi liuennut alumiinioksidi saostuu uudelleen ja voimistaa höytälöitymista ja parantaa suodattumista.

35 Keksinnön mukaisessa menetelmässä käytettävän jau- hamisvaiheen pienempi teho helpottaa myös titaanidioksidi- 12 111246 materiaalin höytälöitymistä. Keksinnön mukaisen menetelmän märkäjauhamisvaiheessa agglomeroitunut titaanidioksidiraa-katuote jauhetaan kevyesti siten, että materiaalilla säilyy riittävässä määrin höytälöitynyt rakenne, jotta se 5 edistää käsitellyn tuotteen höytälöitymistä.

Tämän keksinnön piiriin kuuluu myös, kuten edellä mainittiin, (a) menetelmä muovituotteen valmistamiseksi, joka menetelmä käsittää uuden titaanidioksidin dispergoi-misen muoviin, ja näin valmistettu uudenlainen muovituote. 10 Uusi titaanidioksidi voidaan dispergoida yleisesti ottaen minkä tyyppiseen muovimateriaaliin tahansa (esim. polyeteeniin), jota käytetään muovikalvojen ja muiden tuotteiden valmistamiseen. Uuden tuotteen dispergointi tiettyyn muovimateriaalin voidaan toteuttaa esimerkiksi 15 käyttämällä Banbury-tyyppiä olevaa sekoitinta, Henshel-tyyppiä olevaa sekoitinta ja/tai jatkuvatoimista ekstru-dointilaitetta, kuten kaksiruuviekstruuderia.

Yhdessä keksinnön mukaisen menetelmän suoritusmuodossa muovikoostumusta, joka on valmistettu dispergoimalla 20 keksinnön mukainen titaanidioksidi muoviin, muovataan ohuen muovikalvomateriaalin aikaansaamiseksi. Ohutta muovi-kalvomateriaalia voidaan muovata esimerkiksi käyttämällä puhallusekstruusiomenetelmää, kalanterointimenetelmää tai yleisesti ottaen mitä tahansa muuta alalla käytettyä kal-25 vonmuodostusmenetelmää. Ennen ohuen muovikalvon muodostusta muovikoostumus voidaan ekstrudoida kiillotussihdin läpi.

Seuraava esimerkki esitetään tämän keksinnön valaisemiseksi tarkemmin.

30 Esimerkki

Kuiva agglomeroitunut titaanidioksidinäyte, joka saatiin aikaan titaanitetrakloridin höyrytaasihapetuksel-la, dispergoitiin veteen niin, että dispersion kiinto-ainepitoisuudeksi muodostui 30 paino-%. Käytettiin poly-35 sulfaattidispergointlainetta yhdessä sellaisen määrän 13 111246 kanssa natriumhydroksidia, joka riitti dispersion pH:n säätämiseen arvoon 9,5.

Puolta dispergoidusta näytteestä jauhettiin hiek-kamyllyssä 8 minuuttia hiekan ja pigmentin massasuhteen 5 ollessa 2,8:1. Toista puolta dispergoidusta materiaalista jauhettiin hiekkamyllyssä 2 minuuttia hiekan ja pigmentin massasuhteen ollessa 0,28:1. Kummassakin tapauksessa hiekka poistettiin laskemalla materiaali seulan läpi, jonka meshluku oli 100.

10 Perinpohjaisesti jauhetun näytteen pH säädettiin rikkihappoa käyttämällä arvoon 2,0. Hapotuksen jälkeen perinpohjaisesti jauhetun näytteen annettiin kypsyä 30 minuuttia. Perinpohjaisesti jauhettuun dispersioon lisättiin sitten riittävä määrä natriumaluminaattiliuosta, jotta 15 dispergoituneelle pigmentille saatiin saostetuksi 0,4 mas-saosaa alumiinioksidia 100 massaosaa kohden dispergoitu-nutta pigmenttimateriaalia. Perinpohjaisesti jauhetun dispersion pH säädettiin sitten natriumhydroksidia käyttäen arvoon 6,5 ja pigmenttimateriaalille saostettiin 0,2 mas-20 saosaa lisää alumiinioksidia 100 massaosaa kohden hiukkas-maista pigmenttimateriaalia.

Päinvastoin kuin perinpohjaisesti jauhettu näyte kevyesti jauhettu näyte hapotettiin pH-arvoon 2,0 ja sen annettiin sitten kypsyä 30 minuuttia lämpötilassa 60 °C J 25 (140 °F) . Sen jälkeen kevyesti jauhetun dispersion pH nos tettiin natriumhydroksidia käyttäen arvoon 7,0.

Sekä perinpohjaisesti että kevyesti jauhettu näyte suodatettiin sitten ja pestiin vedellä veden suhteen pigmenttiin ollessa 2:1. Näin saadut suodatuskakut kuivattiin 30 ja suihkujauhettiin. Suihkujauhamisen jälkeen kumpikin näyte testattiin käyttämällä sihdin rikkoutumiseen perustuvaa dispergoituvuustestiä, puhalluskalvotestiä ja suur-kuormitustestiä.

Dispergoituvuuden testaukseen tarkoitetussa sih-35 dinrikkoutumiskokeessa käytettiin 19 mm:n (3/4 tuuman) ekstruuderia, joka oli varustettu tylppäkärkisellä puris- 14 111246 tussuhteensäätöruuvilla, reikälevyllä, tankosuuttimella, jonka sisäläpimitta oli 4,2 mm (1/8 tuumaa) ja reikälevyn eteen asennetulla painemittarilla. Ennen kutakin testiä laitteistoa huuhdottiin pienitiheyksisellä polyeteenillä, 5 kunnes se oli puhdas. Puhdistuksen jälkeen reikälevyn ja suuttimen eteen asennettiin sihti, jonka meshluku oli 100.

Tehtäessä kummallakin kyseisistä kahdesta näytteestä sihdin rikkoutumiseen perustuva dispergoituvuustes-ti 10 g kulloinkin testattua titaanidioksidituotetta se-10 koitettiin ravistamalla perinpohjaisesti 180 g:n kanssa pienitiheyksistä polyeteeniä 3,8 litran (1 gallonan) la-siastiassa. Tämän jälkeen kumpaakin titaanidioksidin ja pienitiheyksisen polyeteenin seosta syötettiin testaus-laitteen läpi painetta nostaen, kunnes joko 15 (a) saavutettiin järjestelmän maksimipaine tai (b) sihti saatiin rikkoutumaan. Paine, jolla sihti saatiin rikkoutumaan (tai tapauksissa, joissa sihti ei rikkoutunut, maksimipaine järjestelmässä) rekisteröitiin.

Puhalluskalvotestejä tehtäessä kumpikin kahdesta 20 TiC>2-tuotteesta sekoitettiin pienitiheyksisen polyeteenin kanssa siten, että pigmentin pitoisuus kummassakin seoksessa oli noin 60 paino-%. Sen jälkeen seokset syötettiin Brabender-ektruusiojärjestelmän läpi, joka oli varustettu puristusruuvilla (puristussuhde 3:1) ja puhalluskalvosuut-: 25 timella. Kummassakin tapauksessa kalvotuotteen läpimitta pidettiin noin 57 - 63 mm:nä (2H - 2½ tuumana) ja paksuus noin 25 μm:nä (0,001 tuumana). Tulokseksi saatujen puhallettujen näytteiden keskiosasta leikattiin kappaleita kooltaan 15 x 20 cm (6x8 tuumaa) olevien arkkien aikaan-30 saamiseksi. Arkit sijoitettiin mustalle taustalle ja las-** kettiin arkeissa esiintyneiden kohoumien lukumäärä.

Suurkuormitustestissa saatiin vääntömomenttiarvot perinpohjaisesti jauhetulle ja kevyesti jauhetulle pig-menttinäytteelle polyeteeniin sekoitettaessa. Nämä sekoi-35 tusvääntömomenttiarvot ilmaisevat pigmenttien suhteellisen dispergoituvuuden polyeteenihartsiin. Kyseisiä kahta pig- 15 111246 menttinäytettä vertailtaessa näyte, jolla oli pienempi vääntömomentin arvo, oli helpommin dispergoitavissa poly-eteenihartsiin kuin näyte, jolla oli suurempi vääntömomentin arvo.

5 Kummassakin suurkuormitustestissä 62,80 g testat tavaa pigmenttimateriaalia sekoitettiin 41,79 g:n kanssa polyeteeniä ja 0,26 g:n kanssa sinkkistearaattijauhetta sähköllä kuumennettavassa Brabender-sekoittimessa. Aineosia sekoitettiin 6 minuuttia lämpötilassa 100 °C nopeu-10 della 150 kierrosta/minuutti. Kummassakin tapauksessa rekisteröitiin sekoittimen aikaansaama sekoitusvääntömoment-ti sekoitusjakson lopussa.

Sihdin rikkoutumiseen perustuvana dispergoituvuus-testin, puhalluskalvotestin ja suurkuormitustestin tulok-15 set on esitetty taulukossa I. Nämä testit osoittavat, että keksinnön mukainen pigmenttituote (so. pigmenttituote, joka oli jauhettu kevyesti ja joka ei sisältänyt lisättyä alumiinioksidia) on paljon helpommin dispergoitavissa po-lyeteeniin kuin pigmenttimateriaali, joka oli valmistettu 20 tekniikan tason mukaisella menetelmällä. Erityisesti testit osoittavat, että (1) keksinnön mukaista materiaalia käytettäessä sihdin tukkeutuminen oli paljon pienempää, (2) keksinnön mukainen materiaali aiheutti vähemmän kohoumia ja (3) keksinnön mukaista materiaalia käytettäessä :: 25 sekoitusvääntömomentti oli pienempi.

Taulukko I

Titaanidioksidi- Sihdinrikkoutumis- Puhalluskal vo tes ti Suurkuormitustesti näyte testi [MPa (psi) ] (kohoumia) Vääntömomentti (mg) 30 Kevyesti jauhet- 11, 98 (1738) 46 1531 *’ tu, ei lisättyä alumiinioksidia

Perinpohjaisesti 22,13 (3209) 52 1546 jauhettu, lisätty 3 5 alumiinioksidia 16 111246

Edellä kuvatulla tavalla valmistettujen pigmentti-näytteiden lisäksi osa hyvin jauhetusta näytteestä hapo-tettiin, kypsytettiin ja neutraloitiin samalla tavalla kuin kevyesti jauhettu näyte. Tällä tavalla käsitelty, hy-5 vin jauhettu näyte ei kuitenkaan höytälöitynyt riittävästi muodostaakseen tyydyttävää suodatuskakkua käsittelyä ajatellen .

Tämä keksintö soveltuu siten hyvin edellä mainittujen kohteiden täytäntöönpanoon ja sekä edellä mainittu-10 jen että siihen luonnostaan liittyvien päämäärien ja etujen saavuttamiseen. Vaikka keksinnön esille tuomiseksi onkin kuvattu tällä hetkellä edullisia suoritusmuotoja, lukuisat muutokset ja muunnelmat lienevät ammattimiehille selviä. Sellaiset muutokset ja muunnelmat kuuluvat tämän 15 keksinnön hengen piiriin, jonka keksinnön määrittelevät oheiset patenttivaatimukset.

»

Claims (14)

17 111246

1. Menetelmä titaanidioksidin valmistamiseksi, tunnettu siitä, että 5 (a) muodostetaan seos, joka sisältää titaanidiok- sidimateriaalia nesteväliaineessa, jolloin titaanidioksi-dimateriaali on reaktioprosessilla tuotettua agglomeroitu-nutta titaanidioksidimateriaalia; (b) märkäjauhetaan agglomeroitunut titaanidioksi- 10 dimateriaali nesteväliaineessa siten, että 30 - 70 paino-% märkäjauhetusta titaanidioksidimateriaalista on hiukkas-kooltaan alle 0,5 μκι; (c) alennetaan pH arvoon 4,0 tai sen alapuolelle; (d) kypsytetään vaiheessa (c) muodostunut hapan 15 dispersio; (e) lisätään seokseen tehokas määrä emästä titaa-nidioksidimateriaalin saamiseksi höytälöitymään; (f) poistetaan titaanidioksidimateriaali seoksesta; ja 20 (g) pestään titaanidioksidimateriaali, jolloin menetelmän kuluessa titaanidioksidimateriaalille ei oleellisesti saostu muita epäorgaanisia oksideja kuin mainitussa, agglomeroituneen titaanidioksidimateriaalin muodostukseen käytetyssä reaktioprosessissa muodostuneita ; 25 epäorgaanisia oksideja.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaiheessa (a) agglomeroitunut titaanidioksidimateriaali sisältää titaanidioksidia sekä 0,05 - 10 massaosaa alumiinioksidia 100 massaosaa kohden 30 titaanidioksidia, joka on läsnä agglomeroituneessa titaa-[' nidioksidimateriaalissa.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että alumiinioksidia on läsnä 0,25 - 3 massaosaa 100 massaosaa kohden titaanidioksidia, joka on 35 läsnä agglomeroituneessa titaanidioksidimateriaalissa. 18 111246

4. Minkä tahansa patenttivaatimuksista 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että titaanidioksi-dimateriaali on titaanidioksidipigmenttimateriaali.

5. Minkä tahansa edeltävän patenttivaatimuksen mu-5 kainen menetelmä, tunnettu siitä, että reaktioprosessi vaiheessa (a) on höyrytaasihapetusprosessi, jossa agglome-roitunut titaanidioksidimateriaali valmistetaan hapettamalla titaanitetrakloridi.

6. Minkä tahansa edeltävän patenttivaatimuksen mu-10 kainen menetelmä, tunnettu siitä, että pH:ta alennetaan vaiheessa (c) lisäämällä rikkihappoa.

7. Minkä tahansa edeltävän patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaiheessa (d) lisätään määrä emästä säätämään pH arvoon 5 - 8.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että emäs on natriumhydroksidi, ka-liumhydroksidi tai niiden yhdistelmä.

9. Minkä tahansa edeltävän patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaiheessa (a) 20 titaanidioksidimateriaali on dispergoitu vesiväliainee-seen.

10. Titaanidioksidi, tunnettu siitä, että se on valmistettu minkä tahansa patenttivaatimuksista 1-9 mukaisella menetelmällä. ; 25

11. Muovituote, tunnettu siitä, että siinä on dispergoituna titaanidioksidia, joka on valmistettu minkä tahansa patenttivaatimuksista 1-9 mukaisella menetelmällä .

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen tuote, tun-30 nettu siitä, että se on muovilevy.

*· 13. Menetelmä muovituotteen valmistamiseksi, tunnettu siitä, että muovimateriaaliin dispergoidaan titaanidioksidia muovikoostumuksen muodostamiseksi, joka titaanidioksidi on valmistettu minkä tahansa patenttivaati-35 muksista 1-9 mukaisella menetelmällä. 19 111246

14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että muovikoostumuksesta muodostetaan edelleen muovilevy. 20 111246