[发明专利]光稳定的金红石二氧化钛

说明书

本申请是优先权日为2001年7月7日、发明名称为“光稳定的金红石二氧化钛”、申请号为02812809.5(国际申请号为PCT/EP02/07317)的中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种通过硫酸盐工艺制成的具有高光稳定性的金红石二氧化钛基材，其制造方法和具有高光稳定性的金红石二氧化钛颜料的制造。

背景技术

如果在油漆和涂料，纤维或塑料和类似物中使用TiO₂作为白色颜料，熟知的是，UV吸收所诱导的非理想光催化反应导致颜料材料降解(H.G.Voelz，G.Kaempf，H.G.Fitzky，A.Kaeren，ACS Symp.Ser.1981，151(光降解光稳定涂料)。

在本文中，TiO₂颜料，如同粘结剂自身，吸收在近紫外范围内的光，因此产生电子-空穴对，后者通过氧化还原反应导致在TiO₂表面上形成高度反应性自由基。所产生的自由基导致有机介质中的粘结剂降解。锐钛矿类型TiO₂光催化上比金红石类型TiO₂更活性。因此，在需要高度稳定的颜料时使用金红石颜料。

还已知的是，TiO₂的光活性可利用TiO₂颗粒的无机后处理(例如使用Si，Al和/或Zr的氧化物)而降低。进一步已知的是，为了降低光活性，某些物质(如Al)可在制造颜料的过程中加入，造成二氧化钛颜料的掺杂，这样具有增加稳定性的效果(工业无机颜料，G.Buxbaum编辑，VCH，New York 1993，pp.43-71)。

如此稳定化的颜料颗粒仍吸收UV光并向由它们所颜料化的材料提供UV保护。高度反应性自由基的形成受到TiO₂掺杂的局限。

如果通过硫酸盐工艺制造由二氧化碳组成的基材，钛铁矿或包含二氧化钛的炉渣与浓硫酸反应。所得硫酸Ti(IV)溶液被汽提掉污染物和氧水合钛被沉淀。沉淀物通过随后在旋转窑中煅烧而转化成细-颗粒-尺寸氧化物。煅烧在1,000℃的温度范围内进行。煅烧至所需颗粒尺寸，产生热动力学不太稳定的锐钛矿类型。仅在非常高的温度下才发生向金红石的转化。但该工艺导致形成具有不利的颗粒尺寸分布的TiO₂颗粒，这导致光学性能的显著下降。避免此的一种已知的方法是在煅烧之前加入金红石化核，这样允许较低煅烧温度和生产出具有良好光学性能的金红石颜料。所谓的煅烧添加剂和/或金红石化核使得有可能升高或优选地降低发生锐钛矿-金红石转化时的温度。颜料的其它性能也在该工艺中改变：碱金属和磷酸盐一般增加晶体生长，而铝添加剂提高稳定性和同时升高锐钛矿转化成金红石时的温度。

Al作为增加稳定性的煅烧添加剂的应用是熟知的。Al在煅烧过程中的加入导致来自硫酸盐工艺(SP)的基材的掺杂，这样具有增加稳定性的效果(G.Buxbaum，loc.cit.)。但Al作为增加稳定性的煅烧添加剂的应用还增加锐钛矿-金红石转化所需的煅烧温度。升高的煅烧温度带来光学性能(相对散射力，亮度，白色和灰色色调)的显著下降。

Li作为促进金红石化的煅烧添加剂的应用也是已知的(GB-A-553135；GB-B-553 136；US-A-2,307,048)。另外，煅烧添加剂Al与抑制金红石化的添加剂如K和P的结合使用也是文献中已知的(GB-A-990419)。GB 1 335 184描述了来自两组煅烧添加剂的一种或多种化合物的应用，其中一方面来自碱金属组，和另一方面来自Be，Mg，Al和Zn组。通过该方法制造的二氧化钛颜料得到具有改进的光学性能的产物；没有提及光稳定性的提高。

如果通过硫酸盐工艺制造TiO₂，迄今不可能得到同时具有高光稳定性和良好的光学性能的颜料。

发明内容

本发明的目的是制造一种具有高光稳定性和最好的可能光学性能的二氧化钛颜料。

该目的通过在增加稳定性的，但抑制金红石化的煅烧添加剂Al存在的情况下使用高度促进金红石化的煅烧添加剂Li而实现。

本发明在第一实施方案中的主题是一种金红石二氧化钛基材，特征在于锂含量为0.05-0.5％重量(计算为Li₂O，基于TiO₂)和铝含量0.1-0.8％重量，优选0.4-0.8％重量(计算为Al₂O₃，基于TiO₂)。