способ получения синтетических перламутровых пигментов на основе природных алюмосиликатов

Формула изобретения

1. Способ получения синтетического перламутрового пигмента, включающий обработку исходного материала водным раствором поверхностно-активного вещества, отличающийся тем, что в качестве исходного материала применяют природные алюмосиликаты и обработку проводят в водном растворе моющих средств, содержащих анионные поверхностно-активные вещества.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку исходного материала проводят в водном растворе моющих средств, содержащих анионные поверхностно-активные вещества и отбеливатель.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что проводят термообработку полученного продукта в интервале температур от 20 до 1100^oC.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии изготовления перламутровых пигментов и может быть использовано в производстве лакокрасочных материалов с пленкообразующими на водной и неводной основах, обоев, декоративных покрытий, бижутерии, галантреи, синтетического жемчуга и др. товаров.

Известен [1] способ получения искусственного перламутрового пигмента на основе рыбьей чешуи, включающий операцию обработки исходного материала в щелочном растворе поверхностно-активного вещества (ПАВ) и протеазы, взятых в соотношении 7:1, в течение 30-40 мин при температуре 40-45^oC и pH 7,0-7,5. В качестве ПАВ используются неиногенные и анионные соединения при концентрации их 0,5-1,0 г/л раствора.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) к заявляемому авторами изобретению является способ получения синтетического перламутрового пигмента по патенту Японии [2], включающий обработку частиц карбоната кальция различной дисперсности в водном растворе щелочнометаллической соли алифатической, смоляной и/или нафтеновой кислот.

Анализ аналога [1] и прототипа [2] позволили авторам выявить следующие их недостатки:

1. Указанные способы распространяются на узкий ассортимент исходных материалов (чешуя рыб, карбонат кальция) и не затрагивают другие виды исходных материалов для получения синтетических перламутровых пигментов, например: природные алюмосиликаты (слюду, тальк, каолин и др.).

2. В данных способах используются только ПАВ без каких-либо оптически-активных или других функциональных добавок, позволяющих улучшить декоративные свойства пигментов: блеск, белизну, перламутровый эффект и т.д.)

3. Перламутровые пигменты по аналогу и прототипу имеют ограниченное применение:

а) производство пигментов из рыбьей чешуи является сложным, энергоемким, экологически небезопасным процессом и требует применения дефицитного сырья;

б) карбонат кальция не обладает достаточно высокой отражающей способностью, химической устойчивостью в кислых средах, перламутровыми свойствами в лакокрасочных материалах на неводной основе.

Целью изобретения является:

1 - расширение ассортимента исходных веществ для производства пигментов по заявляемому способу;

2 - улучшение декоративных свойств пигментов (блеска, белизны, перламутрового эффекта);

3 - расширение области применения синтетических перламутровых пигментов, благодаря их химической стойкости в различных пленкообразующих веществах на водной и неводной основах.

Поставленная цель достигается путем применения природных алюмосиликатов (слюд различных модификаций, талька, каолина и др.) в качестве исходного материала для получения пигмента, обработки их в водном растворе моющих средств (МС), содержащих анионные поверхностно-активные вещества и отбеливатели, а также термической обработки полученного продукта в интервале температур от 20 до 1100^oC.

В табл. 1 представлены основные декоративные свойства перламутровых пигментов, полученных по заявленному способу. Для сравнения (примеры 1, 2) представлены декоративные показатели перламутрового пигмента, полученного по известному способу, взятому за прототип [2]. Как видно из табл. 1, декоративные показатели синтетического перламутрового пигмента на основе карбоната кальция после его обработки в водном растворе стеарата натрия (пример 2) не улучшаются по сравнению с исходным материалом (пример 1). В связи с этим авторами настоящего изобретения в качестве исходного материала были использованы природные алюмосиликаты (слюды различных модификаций, тальк, каолин), (примеры 7, 26, 40, 47).

Как следует из табл. 1 (примеры 10, 27, 35, 41) декоративные показатели синтетических перламутровых пигментов на основе алюмосиликатов, обработанных в водных растворах стеарата натрия, независимо от природы и дисперсности исходного материала существенно улучшаются: увеличивается коэффициент отражения и белизна [3, 4]. Подобное положительное влияние оказывает и сульфанол (примеры 12, 28), который так же, как и стеарат натрия относится к анионным ПАВ. Обработка слюды в растворах катионных (цетилпиридиний хлорид, пример 29) и неионогенных (ОС-20) ПАВ (пример 46) не привели к заметным положительным результатам. Применение индивидуальных химических отбеливателей (пероксида водорода и релюкса, примеры 19, 21) также не обеспечивают требуемого декоративного эффекта. На основании данных экспериментов авторы пришли к выводу о целесообразности применения анионных ПАВ или моющих средств (МС), содержащих анионные ПАВ [5]. Применение МС было продиктовано возможностью улучшения декоративных свойств синтетических перламутровых пигментов в результате комплексного (моющего, отбеливающего, тонирующего и др.) действия содержащихся в них компонентов, добавок оптически-активных веществ, которые проявляются на поверхности различных субстратов: ткани, бумаге, коже, стекле [6] . Кроме того, моющие средства являются относительно дешевым и доступным товаром. В качестве МС авторами были апробированы стиральные порошки: "Лотос", "Ариэль", "Тайд", "Новинка-1", "Новинка-2" [7]. Из табл. 1 видно, что наилучшим комплексным действием обладают МС, содержащие анионные ПАВ (примеры 11, 37, 48). Аналогичным образом действуют и шампуни [8], содержащие в составе от 20 до 40 мас.% анионных ПАВ (пример 22).

Заметное улучшение декоративных свойств произошло в результате обработки исходного материала в водных растворах моющих средств, содержащих отбеливатели: пероксидные, хлорсодержащие соединения, оптически-активные вещества (рилюкс, белофор, тинопал, вобиталь и др.). Указанные моющие средства рекомендованы к применению в производстве перламутровых пигментов (примеры 11, 17, 20).

С целью подтверждения суммарного положительного действия анионного ПАВ и отбеливателя на оптические свойства пигментов были проведены эксперименты по изучению комплексного влияния одного из наиболее эффективных анионных ПАВ (натрия стеарата) и наиболее эффективного отбеливателя ("Отбеливателя-2") при их совместном присутствии. Пример 50 табл. 1 доказывает, что при обработке слюды водным раствором, содержащим ПАВ и отбеливатель одновременно, величина K_отр. действительно увеличивается. Положительный эффект суммарного влияния АПАВ (натриевой соли алкилбензолсульфокислоты) и штатного отбеливателя ("Рилюкс") подтверждается и примерами 11, 25, 37, 39, 42 и 48 табл. 1. Указанные компоненты входят в состав моющего средства "Новинка-1".

Растворы моющих средств с применением неионогенных ПАВ (примеры 13, 14) не обеспечивают требуемого перламутрового эффекта. Полученные пигменты на основе слюды можно использовать во влажном состоянии, без сушки.

Важной операцией, влияющей на декоративные свойства синтетического перламутрового пигмента (СПП), является термическая обработка (сушка и/или обжиг) продукта после его обработки в водном растворе МС. Декоративные показатели СПП, полученные после термической обработки в широком интервале температур (от 20 до 1100^oC), представлены в табл. 1. Установлено, что в интервале от 20 до 150^oC пигмент имеет серебристо-белый цвет и может быть использован в лакокрасочных материалах (ЛКМ) с пленкообразующими на водной основе: КМЦ, ПВС, ПВА, АК-эмульсии, БС-65. Выявлено, что сушка при температуре меньше 20^oC нецелесообразна из-за большой продолжительности процесса (пример 8). С целью расширения области применения СПП авторы произвели термообработку при более высоких (до 1100^oC) температурах. Установлено, что при повышении температуры от 150 до 1100^oC полученный продукт постепенно желтеет и при 900-1100^oC превращается в золотисто-желтый перламутровый пигмент (примеры 24, 25, 33, 39) с более высоким коэффициентом отражения. Проводить обработку продукта при температуре выше 1100^o не рекомендуется, т.к. начинается процесс спекания (агломерации) частиц алюмосиликатов.

Экспериментально доказано, что перламутровые пигменты, полученные путем последовательной обработки в водных растворах МС и термической обработки при 900-1100^oC можно использовать в ЛКМ с пленкообразующими не только на водной, но и неводной основах (ПФ, ГФ, МА, МЛ, АК, НП, НЦ и др.), а также в сочетании с различными термопластичными (ПЭ, ПС, ПП, ПА, ПВХ) и термореактивными (эпоксидные, баколитовые смолы и др.) связующими продуктами.

Следует отметить, что установленные закономерности относятся не только к слюде, но и к тальку (примеры 48, 49), каолину и другим природным алюмосиликатам.

Сущность заявляемого способа иллюстрируется следующими примерами выполнения:

Способ I. Раствор, состоящий из 250 мл воды, 0,2 г моющего средства "Новинка-1", в котором суспендировано 20 г исходного материала (слюда-М, слюда-Ф, тальк, каолин, карбонат кальция) с размером частиц 40 - 7000 мкм подогревают в течение 30-40 мин до 90-98^oC при перемешивании, pH раствора 8,5-10,5. Образовавшийся продукт отделяют, промывают до pH 7,0-7,5. х). Полученный продукт может применяться во влажном состоянии в виде пасты.

х) Примечание: концентрация моющего средства, исходного материала в водной суспензии, его дисперсность, температура и время обработки, pH раствора могут варьироваться в широких пределах. Отмывка проводится непременно до pH 7,0-7,5. Главными критериями являются высокий блеск, коэффициент отражения, белизна и перламутровый эффект пигмента.

Способ II. Отличие от способа 1 состоит в том, что полученный продукт высушивается при температуре 25^oC до постоянного веса (пример 8).

Способ III. Отличие от способа 1 состоит в том, что полученный продукт высушивается при 105-110^oC. Полученные пигменты по способам II и III могут быть использованы в производстве обоев, декоративных покрытий, ЛКМ с пленкообразующими на водной основе (примеры 11, 17, 20).

Способ IV. Отличие от способа 1 состоит в том, что полученный продукт подвергается термообработке при температуре 900-1100^oC. Полученный пигмент может быть использован в производстве ЛКМ с пленкообразующими на водной и неводной основах, бижутерии, косметике, декоративных панелей с термопластичными и термореактивными связующими продуктами, искусственного жемчуга и др. (примеры 24, 28, 39).

Заявляемые перламутровые пигменты успешно прошли испытания на ряде обойно-картонных фабрик России и внедряются в производство.

Технологический процесс изготовления синтетических перламутровых пигментов по заявляемому авторами способу является простым, доступным, экологически безопасным и высокорентабельным.

Список источников информации, принятых во внимание

1. А.с. СССР N 899511, C 09 D 5/36.

2. Пат. Японии N 1-58225, C 01 C 1/02, 3/08.

3. М. И. Карякина "Испытание лакокрасочных материалов и покрытий", М.: Химия, 1988 г., 272 с.

4. И.А. Горловский, Е.А. Индейкин, И.А. Толмачев "Лабораторный практикум по пигментам", М.: Химия, 1990 г., 204 с.

5. В.А. Волков "Поверхностно-активные вещества в моющих средствах и усилителях химической чистки", М.: Легкопромбытиздат, 1985 г., 200 с.

6. Справочник "Поверхностно-активные явления и ПАВ" под ред. А.А. Абрамзона, М., 1964 г.

7. В.Ф. Чурилкина. "Моющие средства", М., 1968 г.

8. М. Ю. Плетнев, "Косметико-гигиенические моющие средства", М.: Химия, 1990 г., 272 с.