KR100229047B1 - 내구성 안료 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 우수한 내구성과 뛰어난 광학적 성질을 가진 안료용 티타늄 복합물에 관한 것이다. 본 발명의 복합물은 미립상의 이산화 티타늄 기제; 그 이산화 티타늄 기제위에 용착된 가수된 산화 지르코늄 층; 및 상기 가수된 산화 지르코늄 층위에 용착된 가수된 알루미나 층으로 거의 구성된다. 알루미나 층은 거의 붸마이트 알루미나 및/또는 슈도붸마이트 알루미나로 구성된다.
본 발명은 또한 본 발명의 안료용 복합물을 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법은 (a) 물과 미립상의 이산화 티타늄 기제를 함유하는 수성 슬러리를 제조하는 단계; (b) 그 이산화 티타늄 기제위에 가수된 산화 지르코늄 침전물 층을 용착시키는 단계; 및 (c) 상기 가수된 산화 지르코늄 층위에 가수된 알루미나 침전물의 층을 용착시키는 단계를 포함한다. 가수된 알루미나 침전물은 거의 붸마이트 알루미나 및/또는 슈도붸마이트 알루미나로 구성된다.
Description
본 발명은 안료용 이산화 티타늄 복합물에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 안료용 이산화 티타늄 복합물을 제조하는 방법에 관한 것이다.
안료용 이산화 티타늄은 많은 적용면에 착색제로서 널리 사용되고 있다. 예를 들면, 알료용 이산화 티타늄은 페인트, 플라스틱, 잉크, 및 종이에 착색제로서 일반적으로 사용된다. 상기 적용들중 대부분에서 안료용 이산화 티타늄은 우수한 내구성 및 우수한 광학적 성질을 나타내야만 한다.
본 발명은 (a)우수한 내구성 및 (b) 뛰어난 광학적 성질을 나타내는 신규한 안료용 이산화 티타늄 복합물을 제공한다. 결과적으로, 본 발명의 안료용 복합물은 다양한 적용면에 사용될 수 있다. 예를들면, 본 발명의 안료용 이산화 티타늄 복합물은 페인트, 플라스틱, 잉크 및 종이에 착색제로서 사용될 수 있다.
제 1면으로서, 본 발명은 거의 미립상의 이산화 티타눔 기제; 그 이산화 티타늄 기제(基劑)위에 용착된 가수(加水)된 산화 지르코늄층; 및 그 가수된 산화 지르코늄 층위에 용착된 가수된 알루미나 층으로 구성되는 안료용 복합물을 제공한다. 알루미나 층은 거의 붸마이트(boehmite) 알루미나, 슈도붸마이트(pseudoboehmite) 알루미나, 또는 그것의 복합체로 구성된다.
본 발명은 또한 (a) 물과 미립상의 이산화 티타늄 기제를 함유하는 수성슬러리를 제조하는 단계; (b) 그 이산화 티타늄 기제위에 가수된 산화 지르코늄 침전물층을 용착시키는 단계; 및 (c) 상기 가수된 산화 지르코늄 층 위에 가수된 알루미나 침전물 층을 용착시키는 단계를 포함하는 안료용 이산화 티타늄 복합물을 제조하는 방법을 제공한다. 가수된 알루미나 침전물은 거의 붸마이트, 슈도붸마이트, 또는 그것의 복합체로 이루어진다.
본 발명은 또한 (a) 물중에 미립상의 이산화 티타늄 기제를 분산시켜 수성 이산화 티타늄 슬러리를 형성시키는 단계; (b) 가수분해될 수 있는 상기 슬러리에 수용성 지르코늄 화합물을 첨가하여 가수된 산화 지르코늄 침전물을 형성시키는 단계; (c) 그 슬러리의 pH를 약 7 내지 약 9의 범위내로 유지하면서 상기 가수된 산화 지르코늄 침전물을 상기 이산화 티타늄 기제위에 용착시킴으로써 상기 이산화 티타늄 기제 위에 거의 가수된 산화 지르코늄으로 구성되는 층을 형성시키는 단계; (d) 단계 (c) 이후, 가수분해될 수 있는 상기 슬러리에 수용성 알루미늄 화합물을 첨가하여 가수된 알루미나 침천물을 형성시키는 단계; (e) 상기 가수된 산화 지르코늄 층위에 상기 가수된 알루미나 침전물이 용착되도록 함으로써 상기 가수된 산화 지르코늄 층위에 거의 가수된 알루미나로 구성되는 층을 형성시키는 단계; (f) (d)와 (e)단계 동안, 그 슬러리의 pH는 약 7 내지 약 9의 범위내로 유지시키고, 그 슬러리의 온도는 약 115F 내지 약 122F의 범위내로 유지시키는 단계; 및 (g)그 슬러리로부터 안료용 복합물을 회수하는 단계로 거의 구성되는 안료용 이산화 티타늄 복합물을 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 장점은 하기 바람직한 구체예의 태양을 살펴볼 때 본 기술분야의 전문가들은 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명에 사용된 미립상의 이산와 티타늄 기제 물질로는 공지된 염화법이나 공지된 황산법으로 제조된 루타일(rutile)형 이산화 티타늄이 바람직하다. 그러한 루타일형 이산화 티타늄 물질들은 일반적으로 약 0.5% 이하의 알루미나를 포함할 것이다. 개선된 제품 내구성 및 루타일화를 수득하기 위해서 이산화 티타늄 제조법중에 알루미나 생성용 첨가제가 일반적으로 사용된다.
본 발명에 사용된 미립상의 이산화 티타늄 기제 물질은 바람직하게는 약 0.5미크론 이하의 입자크기를 가지고 있다. 미립상의 이산화 티타늄 기제는 가장 바람직하게는 약 0.2 내지 약 0.25 미크론 범위내의 입자 크기를 가지고 있다.
본 발명의 안료용 복합물중의 가수된 산화 지르코늄 층은 본 발명의 안료용 복합물의 내구성을 증진시키기에 충분한 양으로 이산화 티타늄 기제 물질위에 용착된다. 가수된 산화 지르코늄층은 이산화 티타늄 기제 위에 그 이산화 티타늄 기제의 중량을 기준으로 할때 약 0.1 중량% 내지 약 2.5중량%의 범위내의 양으로(ZrO2로서 표기됨) 용착되는 것이 바람직하다. 보다 적은 양의 가수된 산화 지르코늄이 이산화 티타늄 기제 물질 위에 용착될 때, 본 발명의 안료용 복합물의 내구성은 일반적으로 거의 증진되지 않는다. 그러나, 약 2.5중량% 이상의 가수된 산화 지르코늄이 이산화 티타늄 기제 물질위에 용착되면, 안료용 복합물의 광학적 성질에 나쁜 영향을 미친다.
내구성 및 광학적 성질을 가진 특히 바람직한 복합물은 가수된 산화 지르코늄층이 이산화 티타늄 기제의 중량을 기준으로 할때 약 0.4중량% 내지 약 0.6중량%의 양으로( ZrO2로서 표기됨) 그 이산화 티타늄 기제 물질위에 용착될 때 수득된다. 가장 바람직하게는, 가수된 산화 지르코늄층이 이산화 티타늄 기제의 중량을 기준으로 할 때 약 0.5중량%의 양으로(ZrO2로서 표기됨), 이산화 티타늄 기제위에 용착되는 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 안료용 복합물의 가수된 알루미나 층은 거의 붸마이트 알루미나, 슈도붸마이트 알루미나, 또는 그것의 복합체로 구성된다. 본원 및 특허청구범위내에 사용된 "거의 구성되는"이란 용어는 본 발명의 안료용 복합물의 내구성 및/또는 광학적 성질을 현저히 변화시키는 부가적인 항목(즉, 부가적인 복합층, 부가적인 방법 단계, 또는 부가적인 화합물의 양)의 존재를 배제시키는 것을 나타낸다.
가수된 알루미나 층은 본 발명의 복합물의 광학적 성질을 개선시키는데 영향을 미친다. 이런 점에서, 붸마이트 및/또는 슈도붸마이트 알루미나를 사용하여 수득한 광학적 성질이 깁사이트(gibbsite)형 알루미나 또는 무정형 알루미나를 사용하여 수득한 광학적 성질보다 우수한 것으로서 나타난다. 본 발명의 복합물의 가수된 알루미나 층은 또한 본 발명의 분산성 및 내구성을 증진시키는데 작용하다.
본 발명의 복합물이 가수된 알루미나 층은 본 발명의 안료용 복합물의 광학적 성질을 증진시키는데 충분한 양으로 상기 복합물의 가수된 산화지르코늄 층위에 용착된다. 그 가수된 알루미나 층은 바람직하게는, 이산화티타늄 기제물질의 중량을 기준으로 할 때 약 3중량% 내지 약 5중량%의 양으로 (Al2O3로서 표기됨) 상기 가수된 산화 지르코늄 층위에 용착된다. 더욱 바람직하게는, 가수된 알루미나 층은 이산화티타늄 기제물질의 중량을 기준으로 할때 약 3.5 중량% 내지 약 4.0중량%의 양으로(Al2O3로서 표기됨) 상기 가수된 산화 지르코늄 층위에 융착된다. 가장 바람직하게는 가수된 알루미나 층은 이산화 티타늄 기제 물질의 중량을 기준으로 할 때, 약 3.7중량%의 양으로(Al2O3로서 표기됨) 상기 가수된 산화 지르코늄 층위에 용착된다.
본 발명의 안료용 복합물은 첫째 미립상의 이산화 티타늄 기제 물질을 물중에 분산시켜 수성의 이산화 티타늄 슬러리를 형성시킴으로써 제조된다. 그 슬러리를 제조하는데 사용된 이산화 티타늄 기제물질의 양은 그 슬러리가 약 1.2 내지 약 1.4 범위내의 비중을 가질 수 있도록 하는 정도의 양이 바람직하다. 소듐 헥사메타포스페이트와 같은 분산제는 수성 슬러리 매질중에 미립상의 이산화 티타늄 기제 물질의 분산을 증진시키는데 임의적으로 사용될 수 있다. 소듐 헥사메타포스페이트가 만약 사용된다면, 이산화 티타늄 기제의 증량을 기준으로 할때 약 0.05중량% 내지 약 0.25중량%의 양으로 수성 슬러리에 첨가되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 소듐 헥사메타포스페이트가 이산화 티타늄 기제의 중량을 기준으로 할 때 약 0.1 중량% 내지 약 0.14중량%이 양으로 상기 슬러리에 첨가되는 것이다.
원하거나 필요하다면, 이산화 티타늄 기제 물질은 적어도 일부의 수성 슬러리 매질에 첨가된 후 습식-분쇄(예, 모래-분쇄)되어 그 이산화 티타늄 기제 물질의 입자크기를 감소시킬 수 있다. 분쇄 절차후, 그 슬러리를 체질하여 잔모래 및 모래를 제거한다.
제조후, 이산화 티타늄 슬러리의 pH는 필요할 때, 산성 pH조절제 또는 염기성 pH조절제를 사용하여 약 4 내지 약 6의 범위내의 값으로 조정하는 것이 바람직하다. 이산화 티타늄 슬러리의 pH는 약 4.7 내지 약 5.3 범위내의 값으로 조정하는 것이 바람직하다. 본 발명에 사용하기에 적합한 산성 pH조절제의 예로는 황산 및 염산과 같은 무기산을 포함한다. 본 발명에 사용하기에 바람직한 산성 pH조절제로는 황산이 있다. 본 발명에 사용하기에 적합한 염기성 pH조절제의 예로는 알칼리 금속 및 알칼리성 토금속의 수산화물 및 탄산염을 포함한다. 본 발명에 사용하기에 바람직한 염기성 pH조절제는 수산화나트륨이다.
이산화티타늄 슬러리의 pH를 전술한 방식으로 조정한 후, 그 이산화 티타늄 기제 물질위에 가수된 산화 지르코늄 침전물 층을 용착시킨다. 가수된 산화 지르코늄 침전물 층은 (1) 가수된 산화 지르코늄 침전물을 형성시키기 위해 적어도 하나의 수용성 지르코늄 화합물(바람직하게는 산성 지르코늄 염)을 가수분해될 수 있는 이산화 티타늄 슬러리에 첨가하고, (2) 그 이산화 티타늄 슬러리에 염기성 pH조절제의 충분양을 첨가하여 가수된 산화 지르코늄 침전물이 형성을 유도한 후, (3) 이산화 티타늄 기제 물질 위에 상기 가수된 산화 지르코늄 침전물이 용착되도록 함으로써 이산화 티타늄 기제 위에 용착된다. 이 지르코늄 용착법의 단계(2)에서, 이산화 티타늄 슬러리의 pH는 약 7 내지 약 9의 범위내의 값으로 조정되는 것이 바람직하다. 그 이산화 티타늄 슬러리의 pH는 지르코늄 침착법의 나머지 단계를 통해 약 7 내지 약 9의 범위내로 유지되는 것이 바람직하다.
이산화 티타늄 슬러리는 또한 지르코늄 용착법중에 교반되는 것이 바람직하다. 또한 지르코늄 용착법중의 단계(3)은 이산화 티타늄 슬러리에 첨가된 거의 모든 지르코늄이 이산화 티타늄 기제 물질위로 침전되도록 하는데 충분한 시간(일반적으로 적어도 약 15분)동안 지속되는 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 방법에 사용된 지르코늄 화합물은 수용성의 산성 지르코늄 염인 것이 바람직하다. 그 수용성 지르코늄 화합물은 형성된 수용액내의 상기 이산화 티타늄 슬러리에 첨가되는 것이 바람직하다. 본 발명의 방법에 사용하기에 적합한 지르코늄 화합물의 예로는 황산 지르코늄, 염화 지그코늄, 질산 지르코늄, 아세트산 지르코늄, 탄산, 지르코늄, 옥시염화 지르코늄, 옥시황산 지르코늄, 및 탄산 지르코닐 암모늄을 포함한다. 본 발명의 방법에 사용하기에 바람직한 수용성 지르코늄 화합물은 황산 지르코늄이다.
지그코늄 용착 과정중에 이산화 티타늄 슬러리는 또한 약 130F이하의 고온으로 유지시키는 것이 바람직하다. 고온의 사용은 지르코늄 용착 과정을 촉진시키는데 영향을 미친다. 그러나, 이산화 티타늄 슬러리를 약 130F이상의 온도로 처리하면 안료용 이산화 티타늄 복합물의 내구성에 나쁜 영향을 미칠 것이다. 가장 바람직하게는, 이산화 티타늄 슬러리가 지르코늄 용착 과정중에 약 115F 내지 약 122F 범위내의 온도로 유지되는 것이다.
본 발명에 사용된 수용성 지르코늄 화합물은 지르코늄 융착 과정동안 본 발명의 안료용 복합물의 내구성을 증진시키기 위해 충분한 양의 가수된 산화 지르코늄 침전물이 이산화 티타늄 기제 물질위에 용착될 수 있도록 하는 정도의 양으로 이산화 티타늄 슬러리에 첨가된다. 수용성 지르코늄 화합물은 가수된 산화 지르코늄 침전물이 이산화 티타늄 기제의 중량을 기준으로 할때 약 0.1중량% 내지 약 2.5중량% 범위내의 양으로(ZrO2로서 표기됨) 이산화 티타늄 기제위에 용착될 수 있도록 하는 정도의 양으로 이산화 티타늄 슬러리에 첨가되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 지르코늄 화합물이 가수된 산화지르코늄 침전물이 이산화 티타늄 기제의 중량을 기준으로 할때 0.4중량%내지 약 0.6중량% 범위내의 양으로(ZrO2로서 표기됨) 이산화 티타늄 기제위에 용착되도록 하는 정도의 양으로 이산화 티타늄 슬러리에 첨가되는 것이다. 가장 바람직하게는 지르코늄 화합물은 가수된 산화 지르코늄 침전물이 이산화 티타늄 기제의 중량을 기준으로 할때 약 0.5중량%의 양으로(ZrO2로서 표기됨) 이산화 티타늄 기제위에 용착되도록 하는 정도의 양으로 이산화 티타늄 슬러리에 첨가되는 것이다.
이산화 티타늄 슬러리에 첨가된 거의 모든 지르코늄이 용액으로부터 침전되고 이산화 티타늄 기제 물질위에 용착된 후, 이산화 티타늄 슬러리의 pH는 약 7 내지 약 9 범위내의 값으로 유지되거나, 필요하다면 조정되는 것이 바람직하다. 이 단계중에 이산화 티타늄 슬러리의 pH는 약 7.5 내지 약 8.5 범위내의 값으로 유지되거나, 또는 조정되는 것이 가장 바람직하다.
그 다음, 가수된 알루미나 침전물 층이 전술한 가수된 산화 지르코늄 침전물 층위에 용착된다. 가수된 알루미나 침전물 층은 거의 붸마이트, 슈도붸마이트, 및/또는 그것의 복합체로 구성되는 것이 바람직하다. 가수된 알루미나 침전물층은 (1)가수된 알루미나 침전물을 형성시키기 위해 수용성 알루미늄 화합물에 가수분해될 수 있는 이산화 티타늄 슬러리에 첨가하고 (2) 그 가수된 알루미나 침전물이 가수된 산화 지르코늄 층위에 용착되도록 함으로써 가수된 산화 지르코늄 층위에 용착된다. 이 알루미나 용착과정의 단계(1)과 (2)를 통해 이산화 티타늄 슬러리는 교반되고 있는 것이 바람직하다. 알루미나 용착과정중에 단계(2)는 이산화 티타늄 슬러리 침전물에 첨가된 거의 모든 알루미늄이 용액으로부터 침전되고 이산화 티타늄 기제 물질위에 용착될 때까지 지속되는 것이 바람직하다.
본 발명의 방법에 사용하기에 적합한 수용성 알루미늄 화합물의 예로는 무기산의 알루미늄 염(예, 황산 알루미늄, 질산 알루미늄, 및 염화 알루미늄) 및 알칼리 금속 알루미늄산염(예, 알루미늄산 나트륨)을 포함한다. 본 발명의 방법에 사용하기에 바람직한 수용성 알루미늄 화합물은 수용액 형태내의 이산화 티타늄 슬러리에 첨가되는 것이 바람직하다.
알루미나 용착 과정중에 이산화 티타늄 슬러리의 pH 및 온도는 이산화 티타늄 기제위에 용착된 가수된 알루미나 침전물이 거의 붸마이트 및/또는 슈도붸마이트로 구성되도록 유지된다. 이산화 티타늄 슬러리의 온도가 104F로 유지된다면, 예를들어 그 슬러리의 pH는 8 내지 10범위내로 유지되어 알루미나 침전물이 거의 붸마이트 및/또는 슈도붸마이트로 구성되도록 하여야 한다. 이산화 티타늄 슬러리의 온도가 122F로 유지된다면, 한편 슬러리의 pH는 6 내지 10 범위내로 유지되어 알루미나 침전물이 거의 붸마이트 및/또는 슈도붸마이트로 구성되도록 하여야 한다. 이산화 티타늄 슬러리의 pH가 알루미나 용착 과정 중에 10을 초과하면, 가수된 알루미나 침전물은 깁사이트형 알루미나로 구성될 것이다. 보다 낮은 온도와 pH가 사용된다면, 무정형 알루미나 침전물이 형성될 것이다.
알루미나 용착 과정중의 알루미늄 화합물 첨가 단계 및 알루미나 용착 단계 동안, 이산화 티타늄 슬러리는 약 7 내지 약 9 범위내의 pH와 약 115F 내지 약 122F 범위내의 온도로 유지되는 것이 바람직하다. 이산화 티타늄 슬러리는 알루미나 용착 과정 동안 약 7.5 내지 약 8.5 범위내의 pH로 유지되는 것이 가장 바람직하다.
본 발명의 방법중에 사용된 수용성 알루미늄 화합물은 가수된 알루미나 침전물이 본 발명의 안료용 복합물의 광학적 성질을 증진시키는데 충분한 양으로 전술한 가수된 산화 지르코늄 층위에 용착되도록 하는 정도의 양으로 이산화 티타늄 슬러리에 첨가된다. 바람직하게는, 충분한 양의 수용성 알루미늄 화합물이 이산화 티타늄 슬러리에 첨가되어 가수된 알루미나 침전물이 이산화 티타늄 기제 물질의 중량을 기준으로 할때 약 3중량% 내지 약 5중량% 범위내의 양으로(Al2O3로서 표기됨) 가수된 산화 지르코늄 층위에 용착시킨다. 더욱 바람직하게는, 충분량의 수용성 알루미늄 화합물이 이산화 티타늄 슬러리에 첨가되어 가수된 알루미나 침전물이 이산화 티타늄 기제 물질의 중량을 기준으로 할때 약 3.5중량% 내지 약 4.0 중량% 범위내의 양으로 (Al2O3로서 표기됨) 가수된 산화 지르코늄 층위에 용착되도록 하는 것이다. 가장 바람직하게는 충분량의 알루미늄 화합물이 이산화 티타늄 슬러리에 첨가되어 가수된 알루미나 침전물이 이산화 티타늄 기제의 중량을 기준으로 할때 약 3.7중량%의 양으로(Al2O3로서 표기됨) 산화 지르코늄 층위에 용착되도록 한다.
알루미나 용착 과정이 완료된 후, 이산화 티타늄 슬러리의 pH는 전술한 종류의 산성 pH조절제를 사용하여 최종적으로 약 5의 값으로 저하시키는 것이 바람직하다. 이런 방법으로 이산화 티타늄 슬러리의 최종 pH를 저하시키는 것은 본 발명의 생성물을 더욱 더 응집되도록 하여 그 생성물의 가공성을 증진시킨다.
본 발명의 방법으로 제조된 신규 안료용 복합 생성물은 통상적인 여과, 세정 및 건조 절차를 사용함으로써 이산화 티타늄 슬러리로부터 회수된다. 본 발명의 안료용 복합 생성물은 바람직하게는 물로 세정되고 약 110C의 온도에서 건조된다. 건조된 생성물은 사용전에 분쇄(예, 유체 에너지 분쇄기로)되는 것이 바람직하다.
다음 실시예는 본 발명을 더욱더 설명하기 위해서 제시한 것이다.
[실시예]
미립상의 루타일형 이산화 티타늄(본 실시예의 기타 부분에서는 이산화 티타늄 기제로서 명명됨)을 물중에 분산시켜 1.4g/ml의 밀도를 가진 수성 슬러리를 형성시킨다. 수성 매질중에 이산화 티타늄 기제의 분산을 용이하게 하기위해 분산제(즉, 소듐 헥사메타포스페이트)를 이산화 티타늄 기제의 중량을 기준으로 할때, 0.2중량%의 양으로 상기 슬러리에 첨가한다.
이산화 티타늄 슬러리는 1040 메쉬의 모래를 사용하여 8분동안 모래-분쇄한다. 모래-분쇄후, 그 슬러리를 325메쉬의 체를 통해 통과시켜 그 슬러리로부터 모래 입자들을 제거한다. 그 다음 이산화 티타늄 슬러리를 물로 추가 희석하여 그 희석된 슬러리가 850g/L의 이산화 티타늄 농도를 갖도록 한다. 희석된 슬러리의 밀도는 1.33g/L였다. 주로 소듐 헥사메타포스페이트 분산제의 존재 때문에, 그 슬러리의 초기 pH는 9.9이다.
다음, 이산화 티타늄 슬러리 2,500mL를 가열, 교반된 용기에 넣고 그 슬러리의 온도를 117F로 상승시킨다. 충분량의 황산 수용액을 그 슬러리에 첨가하여 그 슬러리의 pH가 약 5정도가 되도록 저하시킨다. 황산 수용액은 92중량% 농도의 황산을 가지고 있다.
다음, 황산 지르코늄 수용액 23mL를 이산화 티타늄 슬러리에 첨가한다. 황산 지르코늄 용액은 200g/L의 황산 지르코늄 농도(ZrO2로서 표기됨)를 가지고 있다.
황산 지르코늄 수용액을 첨가한 다음, 그 슬러리의 pH를 수산화 나트륨 수용액을 사용하여 약 8 정도로 상승시킨다. 수산화 나트륨 수용액은 20중량%의 NaOH 농도를 가지고 있다.
다음, 이산화 티타늄 슬러리를 가열, 교반된 용기내에서 15분동안 분해시킨다. 이 분해 단계동안, 이산화 티타늄 슬러리에 첨가된 거의 모든 지르코늄이 용액으로부터 침전되고 미립상의 이산화티타늄 기제 물질위에 가수된 산화 지르코늄층이 형성된다. 이산화 티타늄 기제 물질위에 용착된 가수된 산화 지르코늄의 양은 이산화 티타늄의 양은 이산화 티타늄 기제물질의 중량을 기준으로 할때, 약 0.5중량%(ZrO2로서 표기됨)였다.
지르코늄 분해 단계가 완료된 후, 20중량% NaOH 용액을 추가로 이산화 티타늄 슬러리에 첨가하여 그 이산화 티타늄 슬러리의 pH를 약 8정도로 유지시킨다.
다음, 그 이산화 티타늄 슬러리에 알루미늄산 나트륨 수용액 120mL를 첨가한다. 그 알루미늄산 나트륨 수용액은 280g/L의 알루미늄산 나트륨 농도(Al2O3로서 표기됨)를 가지고 있다.
알루미늄산 나트륨 첨가 단계 동안, 전술한 94% 황산 용액의 충분량을 이산화 티타늄 슬러리에 첨가하여 그 슬러리의 pH를 7.5 내지 8.5 범위내로 유지시킨다. 알루미늄 나트륨 첨가 단계후 즉시, 92중량%의 황산 용액을 충분량 이산화 티타늄 슬러리에 첨가하여 그 이산화 티타늄 슬러리의 pH를 약 8정도로 조정한다.
상기 기술한 알루미늄산 나트륨 첨가 및 pH조정단계 후, 이산화 티타늄 슬러리를 교반, 가열된 용기내에서 3시간동안 분해시킨다. 3시간 분해 과정중에 이산화 티타늄 슬러리에 첨가된 거의 모든 알루미늄은 용액으로부터 침전되고 안료용 복합물의 산화 지르코늄 층위에 가수된 알루미나 층을 형성한다. 가수된 산화 지르코늄 층위에 용착된 가수된 알루미나의 양은 이산화 티타늄 기제물질의 중량을 기준으로 할때 약 4.0 중량%(Al2O3로서 표기됨)이다.
알루미늄산 나트륨 첨가 및 분해 단계 중에, 이산화 티타늄 슬러리는 117F의 온도로 유지된다.
알루미늄산 나트륨 분해 단계 후, 안료용 이산화 티타늄 복합 생성물을 이산화 티타늄 슬러리로부터 여과로 회수한다. 다음 복합 생성물을 물로 세정하고 110C로 건조한다. 그 복합 생성물을 유체 에너지 분쇄기로 분쇄한 후, 시험한다.
본 발명의 안료용 복합물은 그것의 광학적 성질 및 내구성을 평가하기 위해서 시험한다. 비교용으로서, 우수한 광학적 성질을 가진 공지된 에나멜 급 이산화 티타늄 복합물(Kerr-McGee Chemical Corp. 에 의해 제조된CR-800) 및 공지된 중간급의 내구성을 가진 이산화 티타늄 복합물(Kerr-McGee Chemical Corp. 사에 의해 제조된 CR-821)을 동일한 시험 절차로서 평가한다. 이 시험 결과를 표 Ⅰ에 나타낸다.
[표 Ⅰ]
표 Ⅰ에 제시된 바와 같이, 본 발명의 안료용 복합물은 에나멜급의 복합물보다 광학적 성질의 더 우수한 것으로 나타난다. 특히, 본 발명의 안료용 복합물의 분산, 광택, 명도, 및 색도 성질들을 상응하는 광학적 성질을 가진 에나멜급 복합물보다 모두 우수했다.
본 발명의 안료용 복합물은 또한 우수한 내구성을 나타냈다. 3가지 안료용 복합물의 HSPCA(고감도 광 촉매 활성)의 수로 나타나는 바와 같이, 본 발명의 안료용 복합물이 나타내는 내구성은 공지된 중간 내구성급의 복합물이 나타내는 내구성과 거의 동등했다. 또한 본 발명의 안료용 복합물의 내구성은 에나멜급 복합물의 내구성보다 훨씬 뛰어났다.
따라서, 본 발명을 잘 적용하여 상기 목적을 실행하고 상술한 결과 및 장점들 뿐만아니라 그들 고유의 결과 및 장점들을 수득할 수 있다. 본 기술 분야의 전문가들에 의해 많은 변화가 이루어질 수 있으며, 그 변화들은 다음 특허청구의 범위에 의해 나타내는 바와 같이 본 발명의 범위내에 포함된다.
Claims (36)
- 미립상의 이산화 티타늄 기제; 그 이산화 티타늄 기제상에 용착된 가수된 산화 지르코늄 층; 및 상기 가수된 산화 지르코늄 층위에 용착되고, 거의 붸마이트 알루미나, 슈도붸마이트 알루미나, 또는 그것의 복합체로 이루어진 가수된 알루미나 층으로 거의 구성된 안료용 복합물.
- 제 1 항에 있어서,상기 가수된 산화 지르코늄층은 상기 안료용 복합물의 내구성을 증진시키기에 충분한 양으로 상기 이산화 티타늄 기제위에 용착됨을 특징으로 하는 안료용 복합물.
- 제 2 항에 있어서,상기 가수된 알루미나 층은 상기 안료용 복합물의 광학적 성질을 증진시키기에 충분한 양으로 상기 가수된 산화지츠코늄 층위에 용착됨을 특징으로 하는 안료용 복합물.
- 제 1 항에 있어서,상기 이산화 티타늄 기제는 루타일형 이산화 티타늄 기제인 것을 특징으로하는 안료용 복합물.
- 제 4 항에 있어서,상기 가수된 산화 지르코늄 층은 이산화 티타늄 기제의 중량을 기준으로 할때 약 0.1중량% 내지 약 2.5중량% 범위내의 양으로(ZrO2로서 표기됨) 이산화 티타늄 기제위에 존재함을 특징으로 하는 안료용 복합물.
- 제 5 항에 있어서,상기 가수된 알루미나 층은 이산화 티타늄 기제의 중량을 기준으로 할때 약 3.5중량% 내지 약 4.0 중량% 범위내의 양으로(Al2O3로서 표기됨)상기 가수된 산화 지르코늄 층위에 존재함을 특징으로 하는 안료용 복합물.
- 제 6 항에 있어서,상기 가수된 산화 지르코늄 층은 이산화 티타늄 기제의 중량을 기준으로 할때 약 0.4 중량% 내지 약 0.6중량% 범위내의 양으로(ZrO2로서 표기됨) 상기 이산화 티타늄 기제위에 존재함을 특징으로 하는 안료용 복합물.
- 제 7 항에 있어서,상기 가수된 산화 지르코늄 층은 이산화 티타늄 기제의 중량을 기준으로 할때 약 0.5 중량%의 양으로 (ZrO2로서 표기됨) 상기 이산화 티타늄 기제위에 존재함을 특징으로 하는 안료용 복합물.
- 제 7 항에 있어서,상기 가수된 알루미나 층은 이산화 티타늄 기제의 중량을 기준으로 할때 약 3.7중량%의 양으로 (Al2O3로서 표기됨) 상기 가수된 산화 지르코늄 층위에 존재함을 특징으로 하는 안료용 복합물.
- (a) 물 및 미립상의 이산화 티타늄 기제를 함유하는 수성 슬러리를 제조하는 단계;(b) 상기 이산화 티타늄 기제위에 가수된 산화 지르코늄 침전물층을 용착시키는 단계; 및(c) 상기 가수된 산화 지르코늄 침전물 층위에 붸마이트 알루미나,슈도붸마이트 알루미나, 또는 그것의 복합체로 거의 구성되는 가수된 알루미나 침전물층을 용착시키는 단계를 포함하는 안료용 복합물을 제조하는 방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 단계 (c)는 추가로(1) 가수분해될 수 있는 상기 슬러리에 수용성 알루미늄 화합물을 첨가하여 상기 가수된 알루미나 침전물을 형성시키는 단계;(2) (c) 단계 동안 상기 슬러리의 pH를 약 7 내지 약 9의 범위내로 유지시키는 단게 ; 및(3) (c) 단계 동안 상기 슬러리의 온도를 약 115F 내지 약 122F의 범위내로 유지시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 알루미늄 화합물은 상기 가수된 알루미나 침전물의 층이 이산화 티타늄 기제의 중량을 기준으로 할때 약 3.5중량% 내지 약 4.0중량% 범위내의 양으로(Al2O3로서 표기됨) 단계(c) 중에서 상기 가수된 산화 지르코늄 침전물 층위에 용착되도록 하는 정도의 양으로 단계(c)중에서 상기 슬러리에 첨가됨을 특징으로 하는 방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 알루미늄 화합물은 알루미늄산 나트륨임을 특징으로 하는 방법.
- 제 11 항에 있어서,(c) 단계 중에, 상기 슬러리의 pH는 약 7.5 내지 약 8.5의 범위내로 유지됨을 특징으로 하는 방법.
- 제11항에 있어서,(b) 단계는 추가로 가수분해될 수 있는 상기 슬러리에 수용성 지르코늄 화합물을 첨가하여 상기 가수된 산하 자르코늄 침전물을 형성하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.
- 제 15 항에 있어서,상기 지르코늄 화합물은 상기 가수된 산화 지르코늄 침전물층이 이산화티타늄 기제의 중량을 기준으로 할 때 약 0.1 중량% 내지 약 2.5 중량%범위 내의 양으로 (ZrO2로서 표기됨) 단계 (b)에서 상기 이산화 티타늄 기제위에 용착되도록 하는 정도의 양으로 단계(b)에서 상기 슬러리에 첨가됨을 특징으로 하는 방법.
- 제 15 항에 있어서,상기 지르코늄 화합물은 상기 가수된 산화 지르코늄 침전물 층이 이산화 티타늄 기제의 중량을 기준으로 할 때 약 0.4 중량% 내지 약 0.6 중량% 범위내의 양으로(ZrO2로서 표기됨) 단계(b)에서 상기 이산화 티타늄 기제 위에 용착되도록 하는 정도의 양으로 단계(b)에서 상기 슬러리에 첨가됨을 특징으로 하는 방법.
- 제 15 항에 있어서,(b) 단계는 추가로 그 단계 후 상기 슬러리에 상기 수용성 지르코늄 화합물을 첨가하는 단계, 상기 가수된 산화 지르코늄 침전물을 형성시키기 위해 상기 슬러리의 pH를 조정하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.
- 제 18 항에 있어서,상기 지르코늄 화합물은 황산 지르코늄임을 특징으로 하는 방법.
- 제 19 항에 있어서,상기 단계(b)중의 pH를 조정하는 단게에서, 상기 슬러리의 pH는 약 7 내지 약 9의 범위내로 조정됨을 특징으로 하는 방법.
- 제 19 항에 있어서,상기 단계(b)중의 pH를 조정하는 단계에서, 상기 슬러리의 pH는 약 7.5 내지 약 8.5의 범위내로 조정됨을 특징으로 하는 방법.
- 제 11 항에 있어서,(c)단계 후, 추가로 상기 슬러리의 pH를 약 5 정도로 조정하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.
- (a) 물중에 미립상의 이산화 티타늄 기제를 분산시켜 수성 이산화 티타늄 슬러리를 형성시키는 단계;(b) 가수분해될 수 있는 상기 슬러리에 수용성 지르코늄 화합물을 첨가하여 가수된 산호 지르코늄 침전물을 형성시키는 단계;(c) 상기 슬러리의 pH를 약 7 내지 약 9의 범위내로 유지하면서 상기 가수된 산화 지르코늄 침전물을 상기 이산화 티타늄 기제위에 용착시킴으로써 상기 이산화 티타늄 기제위에 거의 가수된 산화 지르코늄으로 구성되는 층을 형성시키는 단계;(d) (c) 단계 후, 가수분해될 수 있는 상기 슬러리에 수용성 알루미늄 화합물을 첨가하여 가수된 알루미나 침전물을 형성시키는 단계;(e) 상기 가수된 알루미나 침전물을 상기 가수된 산화 지르코늄 층위에 용착시킴으로써 상기 가수된 산화 지르코늄 층위에 거의 가수된 알루미나로 구성되는 층을 형성시키는 단계;(f) (d) 및 (e) 단게중에 상기 슬러리의 pH는 약 7 내지 약 9의 범위내로, 상기 슬러리의 온도는 약 115F 내지 약 122F 범위내로 유지시키는 단계; 및(g) 상기 슬러리로부터 상기 안료용 복합물을 회수하는 단계로 거의 구성되는 안료용 복합물을 제조하는 방법.
- 제 23 항에 있어서,상기 알루미늄 화합물은 알루미늄산 나트륨이고, 상기 슬러리의 pH는 단계 (f)에서 약 7.5 내지 약 8.5의 범위내로 유지됨을 특징으로 하는 방법.
- 제 24 항에 있어서,상기 지르코늄 화합물은 황산 지르코늄임을 특징으로 하는 방법.
- 제 25 항에 있어서,(g) 단계는 (e) 단계 후 상기 슬러리의 pH를 약 5정도로 조정하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.
- 제 23 항에 있어서,상기 지르코늄 화합물은 상기 가수된 산화 지르코늄 침전물이 이산화 티타늄 기제의 중량을 기준으로 할 때 약 0.1 중량% 내지 약 2.5중량% 범위내의 양으로 (ZrO2로서 표기됨) 단계(c)에서 상기 이산화 티타늄 기제위에 용착되도록 하는 정도의 양으로 단계(b)에서 상기 슬러리에 첨가되며, 상기 알루미늄 화합물은 상기 가수된 알루미나 침전물이 이산화 티타늄 기제의 중량을 기준으로 할때 약 3.5 중량% 내지 약 4.0중량% 범위내의 양으로 (Al2O3로서 표기됨) 단계(e)에서 상기 가수된 산화 지르코늄 층위에 용착되도록 하는 정도의 양으로 단계(d)에서 상기 슬러리에 첨가됨을 특징으로 하는 방법.
- 제 27 항에 있어서,상기 지르코늄 화합물은 상기 가수된 산화 지르코늄 침전물이 이산화 티타늄 기제의 중량을 기준으로 할때 약 0.4 중량% 내지 약 0.6 중량% 범위내의 양으로 (ZrO2로서 표기됨) 단계(c)에서 상기 이산화 티타늄 기제위에 용착되도록 하는 정도의 양으로 단계(b)에서 상기 슬러리에 첨가됨을 특징으로 하는 방법.
- 제 28 항에 있어서,상기 알루미늄 화합물은 알루미늄산 나트륨이고; 상기 슬러리의 pH는 단계(f)에서 약 7.5 내지 약 8.5의 범위내로 유지되며; 상기 지르코늄 화합물은 황산 지르코늄이고; 그리고 상기 슬러리의 pH는 단계(c)에서 약 7.5 내지 약 8.5의 범위내로 유지됨을 특징으로 하는 방법.
- 제 23 항의 방법으로 제조된 안료용 복합물.
- 제 24 항의 방법으로 제조된 안료용 복합물.
- 제 25 항의 방법으로 제조된 안료용 복합물.
- 제 26 항의 방법으로 제조된 안료용 복합물.
- 제 27 항의 방법으로 제조된 안료용 복합물.
- 제 28 항의 방법으로 제조된 안료용 복합물.
- 제 29 항의 방법으로 제조된 안료용 복합물.
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