使用超聲處理制造二氧化鈦顏料的方法
【專利說明】使用超聲處理制造二氧化鈦顏料的方法 背景
[0001] 二氧化鈦顏料與涂層配制品（包括油漆和油墨配制品）、紙組合物、聚合物組合物 和其他產品聯合使用。此類顏料一般來說以粉末形式制造，取決于最終應用而具有特定性 質和特征。
[0002] 二氧化鈦顏料可以通過硫酸鹽法或氯化物法制造。
[0003] 在用于制造二氧化鈦的硫酸鹽法中，將鈦礦渣溶解于硫酸中以形成硫酸氧鈦。然 后使硫酸氧鈦水解以形成水合二氧化鈦。在煅燒爐中加熱水合的二氧化鈦以使二氧化鈦晶 體生長到顏料尺寸。
[0004] 在用于制造二氧化鈦的氯化物法中，將干燥二氧化鈦礦砂與焦炭和氯一起饋入氯 化爐中以制造氣態鹵化鈦（諸如四氯化鈦）。將制造的鹵化鈦在專門設計的反應器中在高 溫下純化和氧化以制造具有所要粒度的二氧化鈦粒子。典型地添加氯化鋁到氧化反應器中 的鹵化鈦中以促進金紅石形成并且控制粒度。然后冷卻二氧化鈦和氣態反應產物，并且回 收二氧化鈦粒子。
[0005] 不論通過硫酸鹽法還是氯化物法制造，制造的二氧化鈦粒子典型地進行其它加工 步驟。舉例來說，通常使用的其它加工步驟包括：(a)使粒子分散于水性介質中以形成顏 料漿料（典型地使用分散劑，諸如多磷酸鹽）；(b)濕式研磨所得顏料漿料以獲得具有預定 粒度的二氧化鈦粒子；（c)使一種或多種水合金屬氧化物無機材料（諸如二氧化硅、二氧化 鈰、氧化鋯和/或氧化鋁）沉淀到濕式研磨的二氧化鈦漿料的粒子表面上；（d)使經處理的 粒子絮凝化并且通過過濾由水性漿料回收經無機氧化物處理的二氧化鈦粒子；（e)洗滌經 過濾的粒子以去除其上的殘余鹽和雜質；（f)干燥經洗滌的過濾粒子以提供干燥二氧化鈦 顏料粉末；和（g)流能研磨經干燥的顏料。在上述步驟期間形成的任何聚結物典型地在干 燥階段期間經強化，并且通常需要能量密集型研磨以使聚結物分解成所要粒度。
[0006] 在顏料制造產業中，流能研磨步驟通常使用壓縮空氣、蒸汽或惰性氣體執行。盡管 已經將其它加工步驟與流能研磨組合以嘗試在降低成本下解聚結顏料，但此類步驟的磨損 性可能會不利地影響顏料上的涂層。

【發明內容】

[0007] 提供一種制造二氧化鈦顏料的方法。所述方法包括制備二氧化鈦粒子的水性漿 料。所述方法進一步包括使用超聲處理解聚結二氧化鈦粒子的所述水性漿料。
【附圖說明】
[0008] 圖1描繪兩種制造二氧化鈦顏料的先前技術方法。
[0009] 圖2描繪使用超聲處理制造二氧化鈦顏料的本發明方法的一個實施方案。
[0010] 圖3描繪使用超聲處理制造二氧化鈦顏料的本發明方法的另一個實施方案。
[0011] 圖4描繪關于實施例1的粒度分布概況。
【具體實施方式】
[0012] 根據本發明，提供一種制造二氧化鈦顏料的方法。所述方法包括（a)制備二氧化 鈦粒子的水性漿料；和（b)使用超聲處理解聚結二氧化鈦粒子的水性漿料。本發明方法可 以是分批或連續方法。舉例來說，本發明方法可以并入用于制造和處理（例如涂布）二氧 化鈦粒子的連續方法中。
[0013] 水性漿料可以通過以下方式形成：使二氧化鈦粒子分散于水性介質中以形成二氧 化鈦粒子的水性漿料。可以添加分散劑（諸如多磷酸鹽）到水性漿料中以促進二氧化鈦粒 子于其中的分布。還可以使用其它類型的分散劑。
[0014] 舉例來說，二氧化鈦粒子可以通過硫酸鹽法或氯化物法制造。在一個實施方案中， 二氧化鈦粒子通過氯化物法制造。在另一個實施方案中，二氧化鈦粒子通過硫酸鹽法制造。
[0015] 通過硫酸鹽法和氯化物法制造二氧化鈦粒子的方法為本領域技術人員所熟知。舉 例來說，在硫酸鹽法中，將鈦礦渣溶解于硫酸中以形成硫酸氧鈦。然后使硫酸氧鈦水解以形 成水合二氧化鈦。在煅燒爐中加熱水合的二氧化鈦以使二氧化鈦晶體生長到顏料尺寸。舉 例來說，在氯化物法中，將干燥二氧化鈦礦砂與焦炭和氯一起饋入氯化爐中以制造氣態鹵 化鈦（諸如四氯化鈦）。將制造的鹵化鈦在專門設計的反應器中在高溫下純化和氧化以制 造具有所要粒度的二氧化鈦粒子。然后冷卻二氧化鈦和氣態反應產物，并且回收二氧化鈦 粒子。
[0016] 舉例來說，在氯化物法中，可以在制造方法的氣相氧化步驟期間將氯化鋁作為金 紅石化（rutilization)助劑和粒度控制劑連同鹵化鈦（例如四氯化鈦）一起添加到反應 物中。氯化鋁使得氧化鋁進入顏料的晶格結構中。同樣可以使用其它共氧化劑。在氧化步 驟期間形成的其它水合金屬氧化物可以包括于顏料中用于各種目的，諸如粒度控制。
[0017] 在步驟（a)中形成的水性漿料可以包含以水性漿料的總重量計約五（5)重量％到 約六十五￠5)重量％的二氧化鈦粒子。舉例來說，在步驟（a)中形成的水性漿料可以包含 以水性漿料的總重量計約15重量％到約45重量％的二氧化鈦粒子。進一步舉例來說，在 步驟（a)中形成的水性漿料可以包含以水性漿料的總重量計約25重量％到約40重量％的 二氧化鈦粒子。
[0018] 本發明方法包括使用超聲處理解聚結二氧化鈦粒子的水性漿料。盡管不打算受任 何具體操作理論束縛，但相信超聲處理誘發空穴形成并且通過使空穴破裂而產生沖擊波。 破裂的空穴在粒子之中產生碰撞，并且通過磨削碰撞的粒子而引起顏料粒子解聚結并且大 小減小。
[0019] 超聲處理步驟可以由任何合適的超聲裝置以分批模式或連續模式執行。
[0020] 舉例來說，可以使用來自 Hielscher Ultrasound Technology 的 UIP2000 超聲裝 置。當使用這種裝置時，可以通過執行超聲處理步驟約20到約30秒而獲得有效結果。除 由Hielscher Ultrasound Technology銷售的UIP2000超聲裝置之外或作為其替代品，可 以使用其它類型的超聲裝置。應了解，可以執行使用超聲處理的解聚結步驟更多或更少時 間，這取決于許多因素，例如整體方法是分批還是連續執行、超聲裝置的制造商、型號和功 率、樣品的組成、待解聚結的量以及待解聚結的樣品組合物的流速。舉例來說，如本發明中 使用和描述，超聲處理步驟的時間是關于使用來自Hielscher Ultrasound Technology的 UIP2000超聲處理裝置。本領域技術人員應能夠基于以上因素調節使用超聲處理的解聚結 步驟的時間，以便獲得所要粒度。如將關于實施例1進一步論述，超聲處理之前的粒度分布 是雙峰的，平均粒度較高。超聲處理的使用解聚結粒子，使其粒度從雙峰變為單分散，平均 粒度比饋料低。
[0021] 超聲裝置典型地包括超聲換能器和聲極（sonotrode)。超聲換能器通過電刺激產 生超聲波，其通過聲極轉移到待聲處理的介質。對聲極的功率輸入可以因超聲裝置而變化。 舉例來說，對由Hielscher Ultrasound Technology銷售的UIP2000超聲裝置（其最大功 率是2000瓦特（W))的功率輸入可以在50%與100%的最大功率之間變化。聲極可以按分 批和連續模式浸漬到漿料中多達其長度的約一半或如制造商所另外提出。
[0022] 舉例來說，超聲裝置的聲極典型地以分批模式放置于容器中的漿料中以進行聲處 理以解聚結漿料內的粒子。繼續對相同漿料樣品進行聲處理直到獲得最終所要粒度。舉例 來說，超聲裝置的聲極典型地以連續模式放置于流動池反應器內部以便以再循環模式在較 長時間段內加工較大樣品。含有待解聚結的粒子的饋料漿料將從一側進入流動池反應器， 并且暴露于機械超聲振動并且從另一側離開所述池。漿料的流速可以通過在出口中產生背 壓來調節以便進行有效聲處理直到獲得所要粒度。流動池的溫度可以通過使冷或熱水流動 通過環繞流動池的夾套來維持。取決于待聲處理的樣品和應用，流動池的溫度可以進行調 節。舉例來說，如將參考實施例1進一步論述，流動池的溫度維持在60攝氏度下。應了解， 以上配置描述說明超聲裝置的典型配置并且最終配置可以因最終用途應用或其它因素而 變化。
[0023] 舉例來說，以分批模式超聲處理，在2升玻璃燒杯中在分散劑存在下在50%振幅 下超聲處理2千克（kg)密度是1. 8的二氧化鈦漿料（有無機氧化物涂層沉積于其上，并且 經洗滌）約一分鐘直到約60%到約80%的粒子等于或小于0.63微米。隨后干燥并且流體 能研磨經超聲處理的漿料。
[0024] 舉例來說，將含有分散劑的密度是1. 8的二氧化鈦漿料（漿料在用無機氧化物處 理二氧化鈦粒子并且洗滌之后而獲得）泵送通過被連續超聲處理的100毫升（ml)樣品池。 調節衆料的流速以達到預定粒度，例如直到約60%到約80%的粒子等于或小于0. 63微米。 干燥并且隨后流體能研磨經聲處理的漿料。應了解，以上實例用于說明性目的并且不打算 限制本文中所述的本發明方法的范圍。加工參數可以取決于顏料的最終用途應用、所用超 聲裝置和其功率以及超