以二氧化钛为基础的反射红外线的色素及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种金红石-二氧化铁色素粒子，其既能对红外福射进行较高程度的 反射，又具有着色特性，本发明还设及一种制造该种色素粒子的方法。所述二氧化铁粒子适 合用于制造隔热的涂料、油漆或塑料，W及例如灰泥或铺路石。
【背景技术】
[000引红外福射通常是指波长范围位于可见光W上，例如为780皿至约Imm的电磁福射。 到达地球表面的日光主要位于300至2500皿的波长范围内，且由约3%的紫外福射扣V)、 约53 %的可见光及约44%的红外福射（IR)构成。
[0003] 根据Mie理论，粒度等于电磁福射的波长的一半的粒子能够对电磁福射进行最佳 的反射。相应地，色素二氧化铁粒子的0.2至0.4 ym的粒度分布与可见光波长（380至 780nm)的一半相对应。为对波长范围为780nm至2500nm的IR福射进行反射，适合采用粒 度范围约为0. 4至1. 3 ym的粒子。
[0004] EP 1 580 166 A1公开过一次粒度为0. 5至2. 0 y m的二氧化铁粒子，其选择性地 对IR福射进行反射，并有助于借此制造的美容成分的分布。通过将水合氧化铁与侣化合 物、锋化合物、钟化合物混合W及随后进行锻烧来制造该粒子。EP 1 580 166 A1中的该种 粒子呈杆状。
[00化]US 5, 811，180 A公开过用于对火焰的福射热进行反射的色素。其粒度大于1 ym， 且该粒子可W由较小一次粒子的絮凝物构成。
[0006] US 5, 898, 180 A公开过一种用于炊具的反射IR的搪瓷成分，其包含Ti化粒子，优 选包含金红石。通过对搪瓷成分的回火处理将金红石粒子再结晶，从而增强对IR的反射能 力。
[0007] WO 2009/136141 A1公开过一种彩色的反射IR的成分，其包含晶体粒度大于 0. 4 y m并具有无机涂层的Ti化粒子。
[000引 US 6, 113, 875 A公开过一种粒度为0. 1至1 y m的颜色稳定的锐铁矿-二氧化铁 色素，其渗杂有侣和/或锋。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的是提供一种W二氧化铁为基础的在近红外区内进行反射的新型色 素，与常用二氧化铁色素相比，所述色素在亮度方面无明显损失。
[0010] 本发明用W达成上述目的的解决方案是一种W二氧化铁为基础的反射红外线的 色素，其包含具有W下特征的金红石-二氧化铁粒子：
[0011] -粒度 d日。为 0. 4 至 lym，
[0012] -所述二氧化铁粒子渗杂有锋和钟，且未渗杂侣。
[0013] 本发明用W达成上述目的的解决方案还在于一种制造W二氧化铁为基础的反射 红外线的色素的方法，其中：
[0014] 用硫酸将含铁-铁的原料分解，生成硫酸铁和硫酸铁，
[0015] 将硫酸铁分离并将硫酸铁水解，
[0016] 对生成的水合氧化铁实施漂白步骤，
[0017] 将经过漂白的水合氧化铁与金红石巧晶、锋化合物及钟化合物混合，但不与侣化 合物混合，并进行锻烧，从而生成粒度屯。为0. 4至1 y m的金红石-二氧化铁粒子。
[0018] 本发明的其他有利实施方案由从属权利要求给出。
【具体实施方式】
[0019] 所有在下文中将提供的数据，即W ym等为单位的大小，Wwt%或vol. %为单位 的浓度，W及PH值等，均将所有处于本领域技术人员已知的测量精度范围内的值包含在 内。
[0020] 下文中的"粒度"指的是，在确定粉末的粒度时，本案中系对二氧化铁粒子进行测 量时，使用盘式离屯、机（例如(PS公司的Disc Centri化ge DC 20000)所能取得的测量结 果。
[002U 本发明W平均粒度dg。为0. 4至1. 3 y m的二氧化铁粒子将IR福射反射该一知识 为出发点。众所周知地，可W用不同的方法来制造二氧化铁。全球范围内，商业领域中最常 用的方法为所谓"硫酸法"及所谓"氯化法"。
[0022] 就粒度比常用Ti〇2色素更粗的Ti〇2粒子的制造而言，各种工艺变型已为本领域技 术人员所知。W0 2009/136141 A1对此类特别是设及硫酸法的工艺变型进行了汇集，例如提 高锻烧温度及锻烧持续时间、添加促进晶体生长的添加剂或减小金红石巧晶的添加量。但 该案未就确切的添加剂或用量进行说明。
[0023] 本发明提供了一种简单而经济的用于制造平均粒度dg。为0. 4至1 y m的并渗杂有 锋和钟的金红石-二氧化铁粒子的途径。所述粒子未渗杂侣。所述粒子具有紧密的形状。
[0024] 所述粒子优选包含0. 2至0. 25wt %的锋（作为ZnO计算），W及0. 18至0. 26wt % 的钟（作为K2O计算），均W Ti化为准。
[0025] 根据一种特殊实施方式，所述粒子的长宽比最大为1. 5:1。
[0026] 意外的是，事实证明，本发明的不采用Al2〇3而将ZnO和K 2〇组合作为锻烧添加剂 的方案能够实现0. 4至1 ym的平均粒度屯。^及紧密的微粒形状。
[0027] 在本发明的范围内，"粒度屯。"表示的是质量相关粒度分布的中位数，使用X射线 盘式离屯、机（例如CPS公司的Disc Centri化ge DC 20000)来确定该中位数。
[002引与采用EP 1 580 166 A1的方法生成的杆状粒子相比，紧密的特别是呈球形的粒 子在实现近IR区内的最佳反射方面具有优势。此外，与杆状粒子相比，紧密的粒子能够更 好地在用户基质中分散。
[0029] 通过对水合氧化铁进行锻烧来制造本发明的反射IR的金红石-二氧化铁，所述水 合氧化铁中添加有金红石巧晶、锋化合物及钟化合物，但未添加侣化合物。
[0030] 优选用硫酸法来制造所述水合氧化铁。本发明中的水合氧化铁也指铁水合物、偏 铁酸、含水氧化铁或水合铁氧化物。就用于制造二氧化铁的硫酸法而言，使用硫酸将所述含 铁-铁的原料，特别是铁铁矿分解，其中，生成硫酸铁和硫酸铁。通常将所述硫酸铁结晶并 分离。随后将所述硫酸铁水解，并在漂白步骤中将所生成的水合氧化铁中的显色过渡金属 尽可能清除。随后对经过漂白的水合氧化铁进行分离、过滤及生长。随后向所述水合氧化 铁添加金红石巧晶、至少一个锋化合物及至少一个钟化合物，但不添加侣化合物。随后在约 950至1050°C的温度下对所述水合氧化物进行锻烧，其中，生成金红石-二氧化铁粒子。用 于制造二氧化铁的硫酸法的各步骤均为本领域技术人员所知，参阅；G. Buxbaum所著《工业 无机色素》（Industrial Inorganic Pi卵ents)，VCH出版有限公司，1993年，第51至55页。
[0031] 用本发明的方法制造的金红石-二氧化铁粒子具有紧密的形状。所述粒度dg。为 0. 4至1 y m。所述长宽比优选最大为1. 5:1。
[00对优选添加0. 5至1. Owt%的金红石巧晶（W Ti化为准）。
[0033] 在制造Ti化时，锋起到晶体生长促进剂的作用。适宜的锋化合物例如为硫酸锋、 氧化锋或氨氧化锋，优选为氧化锋。所述化合物可作为水溶液或悬浮液添加。优选采用某 种添加量，使得所述金红石-二氧化铁粒子包含0. 1至0. 8wt %的锋，优选0. 2至0. 4wt % 的锋，特别是0. 2至0. 25wt %的锋（作为ZnO计算，W Ti〇2为准）。
[0034] 在制造Ti化时，钟起到烧结抑制剂的作用。适宜的钟化合物例如为硫酸钟或氨氧 化钟，优选为氨氧化钟。所述化合物可作为水溶液或盐添加。优选采用某种添加量，使得所 述金红石-二氧化铁粒子包含0. 1至0. 4wt %的钟，优选0. 18至0. 26wt %的钟（作为馬0 计算，WTi〇2为准）。
[0035] 可在锻烧后对本发明的金红石-二氧化铁粒子实施研磨步骤，从而将团聚体或聚 集体粉碎。例如适用的有；摆动粉碎机、揽拌式粉碎机、键式粉碎机或蒸汽射流粉碎机。
[0036] 根据所述方法的一种特殊实施方案，随后对所述金红石-二氧化铁粒子进行无机 和/或有机表面处理。
[0037] 所述无机表面处理包括同样应用于二氧化铁色素的常用方法。举例而言，可