提供一种用于颜料级二氧化钛的制备方法，其生成具有均匀的金属氧化物涂层的基本上没有锐钛矿的二氧化钛，而不生成那些不结合入涂层的金属氧化物的单独颗粒。该方法包括将二氧化钛前体与硅化合物混合而形成混合物，以及将该混合物和氧气引入到反应区域中来生产基本上没有锐钛矿的二氧化钛。生成的二氧化钛在反应区域的下游与与溶剂组分均匀混合的金属氧化物前体相接触，从而在二氧化钛颗粒上形成均匀的金属氧化物涂层。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般地涉及一种生产颜料颗粒的方法。更具体地，本专利技术涉及一种用于生 产涂覆有金属氧化物层的二氧化钛颜料颗粒的高温气相方法。
技术介绍
二氧化钛(TiO2)是一种制造油漆、塑料和涂料的重要颜料。已经有大量的研究工 作来制造具有所期望性质(即粒径、光泽和耐久性)的二氧化钛颜料。一种制造二氧化钛的方法是通过使四氯化钛(TiCl4)与氧气反应。该反应通过加 热气相反应物(TiCl4与氧气)通常到650°C至1200°C之间的湿度来引发。Haddow的美国 专利号5599519、Morris等的美国专利号4803056和5840112 ；和Groves等的美国专利号 3463610 ；以及Du Pont的英国专利号GB2037266，它们公开的内容在此引作参考，描述了可 以通过使用多步加入TiCl4和氧气到反应区域中来减少加热需求。通过将其它组分，例如不同的金属氧化物，加入到TiCl4*氧气的气相反应中， 来改进颜料性质。例如，Santos的美国专利号3505091公开了在TiCl4中添加三氯化铝 (AlCl3)来促进金红石二氧化钛的形成。AlCl3W加入改变了二氧化钛的表面化学性质；使 二氧化钛的表面富集铝(表现为氧化物和/或钛酸盐)。相比之下，已知在气相生产二氧化 钛的过程中增加SiCl4的浓度，会通过抑制锐钛矿形式向金红石形式的相转变来影响生成 的二氧化钛的形式。TiCl4和氧气之间的气相反应是高度放热的，并且反应物料的温度可能在约 1200°C和约2000°C之间的范围。这些高温可能导致二氧化钛颗粒的不希望的生长和团聚， 从而降低颜料价值。二氧化钛的这些不希望的生长在高产率、高温和高压下会加剧。在常规的制造方法中，可通过将反应物料迅速冷却到600°C以下来防止二氧化钛 的这些不希望的生长。这通过使反应产物经过外部水冷的导管或“烟道”来实现。热颜料 容易粘在烟道壁上导致累积。这种累积可通过引入冲刷颗粒或擦洗材料来减少或消除。一 些擦洗材料的例子包括NaCl、KC1、沙等等。冷却的二氧化钛通过过滤与气相分开，然后分 散在水中以便进一步加工。TiO2 二氧化物颜料性质，例如氧化铁底色(IOU)和光泽，分别是粒径分布和颗粒团 聚的函数。当形成高度团聚TiO2时，它必须在昂贵、耗能工艺例如砂磨或微粒化中被磨碎以 获得希望的粒径。这样的研磨或磨细团聚体的能耗和强度不仅取决于存在的团聚体数量， 而且取决于它们的强度，换而言之，即初级或单个二氧化钛颗粒彼此结合的强度如何。一种减少粒径和团聚的方式是将卤化硅(例如四氯化硅)添加到TiO2的形成反 应中。四氯化硅(SiCl4)与氧气之间的反应形成二氧化硅。二氧化硅降低二氧化钛的烧结 速率并且导致较小的颗粒及具有弱结合的较少的团聚体。不幸的是，卤化硅的加入促进了在二氧化钛中形成不想要的锐钛矿。在二氧化钛 的两种可商购的重要晶体形式(即锐钛矿型和金红石)中，锐钛矿形式光化学活性更高并 因此导致耐久性差。甚至金红石二氧化钛中的1 %的锐钛矿，就可损害颜料或颜料最终分散 在其中的基材的耐久性。金红石形式相对于锐钛矿形式具有更高的折射指数，因此出于该4附加理由，其在颜料应用中是优选的。在很多商业应用中，例如油漆，要求高耐久性，或能够 经得起气候和日光的破坏作用。因而，希望生产金红石含量至少为99. 8%或更高的基本上 没有锐钛矿的二氧化钛。在现有技术中已经通过使用高含量的氯化铝来对抗硅化合物对锐钛矿的促进作 用。例如，在进入反应区域前将TiCl4与硅物种和挥发性矾土(alumina)(即AlCl3)预混 合。在这过程中使温度在1000°C至1200°C之间来形成约90%金红石二氧化钛。但是，卤化 铝消耗增加，导致更高的生产成本。已在先公开了将SiCl4和AlCl3与TiCl4预混合来在氢火焰中制造高表面积的二 氧化钛。Moerters等的美国专利7083769，描述了通过火焰水解方法来制备硅-钛混合氧 化物粉末，其公开的内容在此引作参考。所述方法包括同时将单独的TiCl4物流和二氧化 硅前体物流引入到燃烧器中。生成的混合氧化物据公开是二氧化钛和二氧化硅在原子级别 形成Si-O-Ti键的紧密混合物。公开了颗粒表面富集有硅。Mangold等的美国专利号6328944描述了一种包括将气溶胶注入到热解反应器的 火焰中的方法来制备掺杂的金属氧化物或非金属氧化物，其公开的内容在此引作参考。掺 杂组分，其可以是SiCl4，单独引入到火焰舱，并且所述气溶胶和SiCl4在到达燃烧室之前均 勻混合。Wilson等的美国专利号3434799，Haskins等的美国专利号3208616，以及Alien 等的美国专利号5201949，描述了通过单独添加0.01至8%的SiCl4到TiCl4物流中和 0. 00001至4%的碱金属盐到氧气物流中来改善粒径和二氧化钛色调，它们的每一个在 此引作参考。一些使用的硅源是卤化硅、硅烷、烷基烷氧基硅烷、烷基硅酯(alkylsilic esters)或烷基硅醚(alkylsilic ethers)和硅酸的衍生物。为了赋予更大的耐久性，二氧化钛颗粒表面可通过沉积另外一种金属氧化物层来 钝化，从而降低所述二氧化钛颗粒的光活性并且阻止包含所述二氧化钛颗粒的基材的光催 化降解。涂层可以通过物理地抑制氧气弥散、阻止自由基的释放和提供空穴-电子或羟基 再结合点(Allen等，2005)来减少自由基的产生。另外，涂层也可以改善颗粒在有机基体中 的润湿性和分散性(Egerton，1998 ；Allen等，2005)。通常通过湿化学方法来制备TiO2上的水合氧化物涂层。这包括所述水合氧化物例 如硅石、矾土、锆土，从溶液中沉积到TiO2颗粒的表面。尽管这些方法在TiO2颗粒的表面的 确提供了一定程度上耐久的涂层，它们经常也导致不规则的、不均勻的和多孔涂层。这些方 法也经常要求在湿涂覆方法之前研磨颜料以破碎松软的团聚体来确保所有颗粒都被涂覆。 二氧化钛的二氧化硅涂层特别引人注意，因为这种涂层产生最大耐久性的涂覆材料。但是， 作为在湿相处理中团聚的结果，这也伴随着不透明度的损失。初始粉末的湿分散、过滤、洗 涤和干燥增加了生产时间和成本。另外，在湿沉积过程中涂层形态的控制是困难的。经常 得到粗糙和多孔涂层，而为了二氧化钛的最佳耐久性和光活性的最大减少，完整和均勻的 涂层是希望的。另外，这些方法要求对设备相当大的投资，涉及时间消耗，经常操作复杂，以 及产生大量的废液。已经研究了或者在气溶胶流动过程中(Piccolo等，1977)或者在火焰反应器中 (Hung和Katz，1992)的原位气相方法作为替代的涂覆方法。在火焰反应器中，SiO2涂覆的 TiO2可通过二氧化硅和钛前体的共氧化来形成(Hung和Katz，1992 ；Teleki等，2005)。所述5产品粉末形态是两种氧化物在火焰中同时生长的结果，并且可通过前体浓度和火焰温度来 控制(Hung和Katz，1992)。在一种扩散火焰中通过喷头淬冷(Wegner和Pratsinis，2003) 对颗粒进行快速冷却，促进了光滑二氧化硅涂层的形成，而在未淬冷的火焰中主要形成偏 析为二氧化硅和二氧化钛的颗粒(Teleki等，2005)本文档来自技高网...
【技术保护点】
在二氧化钛颗粒表面上包含均匀均质金属氧化物涂层的基本上无锐钛矿的二氧化钛颗粒的制备方法，所述方法包括：（ａ）将二氧化钛前体和氧气引入到反应器的反应区域中来生产基本上无锐钛矿的ＴｉＯ↓［２］，其中所述反应区域的压力为大于５ｐｓｉｇ至约１００ｐｓｉｇ；和（ｂ）使该基本上无锐钛矿的ＴｉＯ↓［２］颗粒与均匀混合在溶剂组分中的金属氧化物前体在所述反应区域的下游接触，从而形成具有光滑均匀的金属氧化物涂层的经涂覆的二氧化钛颗粒，其中没有生成金属氧化物涂层的单独颗粒；和（ｃ）分离所述经涂覆的超细二氧化钛颗粒。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-12-5 11/950,848在二氧化钛颗粒表面上包含均匀均质金属氧化物涂层的基本上无锐钛矿的二氧化钛颗粒的制备方法，所述方法包括(a)将二氧化钛前体和氧气引入到反应器的反应区域中来生产基本上无锐钛矿的TiO2，其中所述反应区域的压力为大于5psig至约100psig；和(b)使该基本上无锐钛矿的TiO2颗粒与均匀混合在溶剂组分中的金属氧化物前体在所述反应区域的下游接触，从而形成具有光滑均匀的金属氧化物涂层的经涂覆的二氧化钛颗粒，其中没有生成金属氧化物涂层的单独颗粒；和(c)分离所述经涂覆的超细二氧化钛颗粒。2.权利要求1的方法，其中在将二氧化钛前体和氧气引入到所述反应区域之前，使二 氧化钛前体与硅化合物混合以形成混合物。3.权利要求1的方法，其中所述二氧化钛前体是四氯化钛。4.权利要求2的方法，其中所述硅化合物是四氯化硅。5.权利要求1的方法，其中所述基本上无锐钛矿的TiO2是至少99.9%的金红石Ti02。6.权利要求1的方法，其中所述反应区域的压力是在约40psig和约IOOpsig之间。7.权利要求1的方法，其中所述反应区域的压力是约在约40psig和约70psig之间。8.权利要求1的方法，其中所述反应区域具有的温度在约850°C至约1600°C之间。9.权利要求1的方法，其中所述反应区域处于1000°C至约1300°C之间的温度。10.权利要求1的方法，其中所述反应区域温度是约1200°C。11.权利要求4的方法，其中与所述二氧化钛前体混合的四氯化硅的量产生了这样的 TiO2，该TiO2具有占所述TiO2产物重量的约0. 05%至约0. 5%的SiO2。12.权利要求1的方法，进一步包括在将所述二氧化钛前体和氧气引入到反...
【专利技术属性】
技术研发人员：MK阿克塔，S班尼尔杰，
申请(专利权)人：美礼联无机化工公司，
类型：发明
国别省市：US
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