Способ получения покрывной композиции

Номер патента: 14943

Опубликовано: 29.04.2011

Авторы: Ди Брито Жуан, Галембек Фернандо

Скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Способ получения покрывной композиции, содержащей аморфный фосфат алюминия, включающий стадии

образования смеси фосфорной кислоты с сульфатом алюминия и щелочным раствором с последующим проведением реакции с образованием осадка аморфного фосфата алюминия;

высушивания осадка при температуре менее 130°C и

добавления аморфного фосфата алюминия к связующему полимеру с получением покрывной композиции.

2. Способ по п.1, в котором высушенный осадок содержит от 1 до 4 закрытых полостей на частицу.

3. Способ по п.1, в котором щелочной раствор представляет собой гидроксид натрия.

4. Способ по п.1, в котором высушенный осадок, по существу, не содержит открытых пор.

5. Способ по п.1, в котором объем макропор высушенного осадка, по существу, составляет менее 0,1 см3/г.

6. Способ по п.1, в котором на стадии комбинирования фосфорную кислоту, сульфат алюминия и щелочной раствор объединяют одновременно.

7. Способ по п.1, в котором стадию реагирования проводят в течение определенного периода времени.

8. Способ по п.1, в котором стадию реагирования проводят в течение 30 мин.

9. Способ по п.1, в котором аморфный фосфат алюминия имеет мольное отношением фосфора к алюминию более приблизительно 0,8.

10. Способ по п.1, в котором после стадии комбинирования к смеси дополнительно добавляют гидроксид натрия.

11. Способ по п.1, в котором покрывная композиция представляет собой латексную композиции на водной основе.

12. Способ по п.1, в котором покрывная композиция дополнительно содержит непрозрачный пигмент.

13. Способ по п.1, в котором перед стадией комбинирования фосфорную кислоту обрабатывают пероксидом водорода при повышенной температуре.

14. Способ по п.1, в котором средний радиус отдельных частиц порошкообразной формы аморфного фосфата алюминия находится между 20 и 80 нм.

15. Способ получения покрывной композиции, содержащей пигмент на основе аморфного фосфата алюминия, включающий стадии

комбинирования фосфорной кислоты с сульфатом алюминия и гидроксидом натрия с образованием смеси;

реагирования смеси с образованием осадка аморфного фосфата алюминия, причем аморфный фосфат алюминия имеет мольное отношение фосфора к алюминию более чем приблизительно 0,8; и

высушивания осадка при температуре менее 130°C, где высушенный осадок, по существу, не содержит открытых пор; и

добавления аморфного фосфата алюминия к связующему полимеру с получением покрывной композиции.

16. Способ по п.15, в котором высушенный осадок в виде порошка содержит от 1 до 4 закрытых полостей на частицу.

17. Способ по п.15, в котором после стадии реакции аморфный фосфат алюминия промывают.

18. Способ по п.15, в котором после стадии высушивания аморфный фосфат алюминия имеет объем макропор, по существу, менее 0,1 см3/г.

19. Способ по п.15, включающий одновременное комбинирование фосфорной кислоты, сульфата алюминия и гидроксида натрия.

20. Способ по п.15, в котором на стадии добавления аморфный фосфат алюминия подается в виде суспензии.

21. Способ по п.20, в котором концентрация твердых частиц в суспензии находится в интервале от примерно 10 до 55%.

22. Способ по п.15, в котором покрывная композиция дополнительно содержит диоксид титана.

23. Способ по п.15, в котором средний радиус отдельных частиц порошкообразной формы аморфного фосфата алюминия находится между 20 и 80 нм.

24. Способ по п.15, в котором покрывная композиция представляет собой латексную композиции на водной основе.

25. Способ по п.15, в котором аморфный фосфат алюминия имеет объемную плотность менее чем 2,3 г/см3.

26. Способ по п.15, в котором стадию реагирования проводят в течение примерно 30 мин.

27. Способ получения покрывной композиции, содержащей непрозрачный пигмент на основе аморфного фосфата алюминия, включающий стадии

образования смеси фосфорной кислоты с сульфатом алюминия и щелочным раствором с последующим проведением реакции с образованием осадка аморфного фосфата алюминия;

фильтрования и промывки суспензии с получением осадка;

получения дисперсии из промытого осадка;

высушивания осадка с получением частиц аморфного фосфата алюминия и

добавления аморфного фосфата алюминия к связующему полимеру с получением покрывной композиции.

28. Способ по п.27, в котором после стадии высушивания частицы аморфного фосфата алюминия содержат от 1 до 4 закрытых полостей на частицу.

29. Способ по п.27, в котором стадию высушивания проводят при температуре менее примерно 130°C.

30. Способ по п.27, в котором после стадии высушивания аморфный фосфат алюминия имеет объем макропор, по существу, менее 0,1 см3/г.

31. Способ по п.27, в котором после стадии высушивания аморфный фосфат алюминия, по существу, не содержит открытых пор.

32. Способ по п.27, в котором аморфный фосфат алюминия имеет мольное отношение фосфора к алюминию более чем приблизительно 0,8.

33. Способ по п.27, в котором аморфный фосфат алюминия имеет объемную плотность менее чем 2,3 г/см3.

34. Способ по п.27, включающий одновременное комбинирование фосфорной кислоты, сульфата алюминия и гидроксида натрия.

35. Способ по п.27, в котором средний радиус отдельных частиц порошкообразной формы аморфного фосфата алюминия находится между 20 и 80 нм.

36. Способ по п.27, в котором покрывная композиция дополнительно содержит второй тип непрозрачного пигмента.

37. Способ по п.27, в котором после стадии смешивания к смеси дополнительно добавляют гидроксид натрия.

38. Способ получения покрывной композиции, содержащей непрозрачный пигмент на основе аморфного фосфата алюминия, включающий стадии

образования смеси фосфорной кислоты с сульфатом алюминия и щелочным раствором с последующим проведением реакции с образованием осадка аморфного фосфата алюминия, где аморфный фосфат алюминия имеет мольное отношение фосфора к алюминию более чем приблизительно 0,8; и

высушивания осадка при температуре менее 130°C, причем частицы аморфного фосфата алюминия имеют объем макропор, по существу, менее 0,1 см3/г, причем средний радиус отдельных частиц порошкообразной формы аморфного фосфата алюминия находится между 20 и 80 нм, и где аморфный фосфат алюминия имеет объемную плотность менее чем 2,3 г/см3; и

добавления аморфного фосфата алюминия к связующему полимеру с получением покрывной композиции, причем покрывная композиция содержит латекс на водной основе.

39. Способ по п.38, в котором стадию реагирования проводят в течение примерно 30 мин.

40. Способ по п.38, в котором щелочной раствор представляет собой гидроксид натрия.

Рисунок 1


Текст

Смотреть все

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫВНОЙ КОМПОЗИЦИИ Пигментный продукт на основе фосфата или полифосфата алюминия, изготавливаемый способом, включающим контакт фосфорной кислоты с сульфатом алюминия и щелочным раствором с образованием основного продукта фосфата алюминия; и необязательной прокалкой основного продукта фосфата алюминия при повышенной температуре, где данный способ является действительно свободным от органической кислоты. Пигмент на основе фосфата или полифосфата алюминия является аморфным. Аморфный фосфат или полифосфат алюминия характеризуется объемной плотностью менее 2,30 г/см 3 и мольным отношением фосфора к алюминию более 0,8. Данная композиция применима в красках и в качестве заменителя диоксида титана.(71)(73) Заявитель и патентовладелец: БУНЖЕ ФЕРТИЛИЗАНТИС С.А.; УНИВЕРСИДАДИ ЭСТАДУАЛ ДИ КАМПИНАС (BR) 014943 Предшествующие родственные заявки Данная заявка устанавливает приоритет заявкиPI0403713-8, поданной в Бразилии 30 августа 2004 г., описание которой включено сюда посредством ссылки во всей полноте. Государственно финансируемый научный отчет Отсутствует. Ссылка на микрофишное приложение Отсутствует. Область техники Настоящее изобретение относится к способам изготовления полых частиц фосфата алюминия, ортофосфата алюминия и полифосфата алюминия. Настоящее изобретение, кроме того, относится к использованию таких частиц в качестве пигментов в красках. Уровень техники настоящего изобретения Диоксид титана является наиболее общим белым пигментом из-за своей сильной способности рассеивать в обратном направлении видимый свет, которая, в свою очередь, зависит от его коэффициента преломления. Был проведен поиск заменителей диоксида титана, однако, коэффициенты преломления анатаза и рутила - обоих форм данного оксида, намного выше, чем коэффициенты преломления любого другого белого порошка, по структурным причинам. Пигменты диоксида титана являются не растворимыми в растворителях покрытий, в которых они диспергированы. Характерные свойства таких пигментов диоксида титана, включая его физические и химические свойства, определяются размером частиц пигмента и химическим составом его поверхности. Диоксид титана является коммерчески доступным в двух кристаллических структурах: анатаза и рутила. Рутильные пигменты диоксида титана являются предпочтительными, поскольку они рассеивают свет более эффективно и являются более стабильными и долговечными, чем пигменты анатаза. Диоксид титана рассеивает свет двумя способами: преломлением и дифракцией. Декоративные и функциональные свойства диоксида титана из-за его способностей преломления и дифракции делают его весьма желанным пигментом. Однако известно, что диоксид титана является дорогим пигментом для производства. Таким образом, существует потребность в более доступном заменителе диоксида титана в качестве пигмента. Как отмечалось, желанным свойством диоксида титана является его большая способность рассеивания видимого света. Данное свойство является результатом его высокого коэффициента преломления вместе с отсутствием электронных переходов в видимой части спектра. Было сделано много попыток заменить диоксид титана, частично или полностью, при его использовании в качестве пигмента. Однако коэффициенты преломления двух его форм, анатаза и рутила, трудно получить с другими белыми твердыми веществами (Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press, 57th ed., 1983). Таким образом, поиск новых белых пигментов ведет к поиску систем с другим механизмом распространения света. Многофазная среда, которая представляет большое варьирование коэффициентов преломления, может действовать как распределитель света. Имеющиеся в настоящее время альтернативы способов производства пигментов или красок, которые приводят к пленке, содержащей поры во внутренней части частицы или между частицами и смолой также достаточно ограничены. Некоторые методы получения полых частиц были описаны в литературе, однако, большинство методов включают производство шаровидных полых и полимерных частиц полимеризацией в эмульсии. Примером является работа N. Kawahashi и E. Matijevic (Preparation of Hollow Spherical Particle of Itrium Compounds, J. Colloid and Interface Science 143(1), 103, 1991) по нанесению покрытия полистирольного латекса с основным карбонатом иттрия и последующей прокалкой на воздухе при высоких температурах с получением полых частиц соединений иттрия. Получение полых частиц метафосфатов алюминия химической реакцией между метафосфатом натрия и сульфатом алюминия, вслед за которой следует термообработка, было описано Galembeck et al. в патенте Бразилии BR 9104581. Данная работа ссылается на образование полых частиц фосфата алюминия, синтезированных из фосфата натрия и нитрата алюминия. Как отмечалось, данные два пигмента,фосфат и метафосфат алюминия, могут быть использованы для замены большой части TiO2 в красках на основе ПВА латекса или акриловых эмульсий. Патент Бразилии BR 9500522-6 Galembeck et al. описывает способ получения белого пигмента из двойного метафосфата алюминия и кальция, полученного непосредственно химической реакцией между частицами метафосфата алюминия и карбоната кальция в полимерной латексной эмульсионного типа водной среде. Данный патент расширяет предыдущие результаты до солей кальция, которые, с точки зрения окружающей среды, являются преимущественными вследствие их полной нетоксичности. Несколько публикаций обсуждают синтез алюминий-фосфатных материалов преимущественно для использования в качестве носителя катализаторов, включая кристаллические и аморфные формы. Многие из данных способов дают высокопористые и кристаллические формы и несколько - термически стабильные аморфные композиции. Примеры таких материалов описаны в патентах США 3943231; 4289863; 5030431; 5292701; 5496529; 5552361; 5698758; 5707442; 6022513 и 6461415. Существует, однако, потребность в фосфате алюминия с полыми частицами, особенно для порошка, который может быть-1 014943 относительно легко произведен. Сущность изобретения Предметом настоящего изобретения является продукт и способ изготовления аморфного фосфата или полифосфата алюминия, характеризующегося объемной плотностью в диапазоне от 1,95 до 2,30 г/см 3 и мольным отношением фосфора к алюминию более чем 0,8. Фосфат или полифосфат алюминия может быть в форме суспензии. Кроме того, фосфат или полифосфат алюминия может быть в форме порошка и, например, иметь от одной до четырех полостей на частицу аморфного порошка фосфата или полифосфата алюминия. Порошкообразная форма продукта может включать отдельные частицы с размером среднего радиуса от 10 до 40 нм. Фосфат или полифосфат алюминия может быть использован как ингредиент в краске и предпочтительно как заменитель (частично или полностью) диоксида титана. Данный продукт может также быть использован как ингредиент в лаке, печатной краске или пластмассе. Фосфат или полифосфат алюминия может быть высушен при температурах ниже 130C и даже при комнатной температуре, чтобы получить порошок, который содержит 10-20 мас.% воды. Пигмент аморфного фосфата или полифосфата алюминия может быть получен контактом фосфорной кислоты с сульфатом алюминия и щелочным раствором одновременно или иным способом и, необязательно, прокаливанием продукта на основе фосфата алюминия при повышенной температуре, где данный процесс в основном не содержит органическую кислоту. Данная смесь имеет pH в диапазоне примерно от 4,0 до 4,5. Данный способ изготовления аморфного фосфата или полифосфата алюминия обычно включает следующие стадии: объединение фосфорной кислоты, сульфата алюминия и гидроксида натрия в суспензию; фильтрование и промывка указанной суспензии с получением осадка; диспергирование промытого осадка; сушка осадка; полимеризация сухого продукта и тонкое измельчение данного продукта. Краткое описание чертежей Фиг. 1 представляет собой микрофотографию, полученную просвечивающей электронной микроскопией образца материала по настоящему изобретению с использованием неупругого рассеяния 25 эВ электронов. Фиг. 2 представляет собой микрофотографию, полученную просвечивающей электронной микроскопией материала по настоящему изобретению в режиме светлого поля. Фиг. 3 представляет собой микрофотографию, полученную просвечивающей электронной микроскопией в режиме светлого поля, демонстрирующую образование шейки. Описание вариантов осуществления настоящего изобретения В следующем ниже описании все описанные числа являются приблизительными величинами, независимо от того, используется слово примерно или приблизительный в связи с этим. Они могут отличаться на 1, 2, 5% или иногда от 10 до 20%. Всякий раз, когда описан числовой диапазон с нижним приделом RL и верхним приделом RU, любое число, попадающее в диапазон, является конкретно описанным. В частности, следующие числа в диапазоне являются конкретно описанными: R = RL+k (RU- RL), где k варьируется от 1 до 100% с 1% возрастания, т.е. k равно 1, 2, 3, 4, 5, , 50, 51, 52, , 95, 96, 97, 98, 99 или 100%. Более того, любой числовой ряд, определенный двумя числами R, как определено выше, является конкретно описанным. Изобретение, описанное в настоящем патенте, относится к некристаллическим твердым веществам в противоположность огромному большинству промышленных химикатов, включая продукты, продаваемые в настоящее время как кристаллические фосфаты и полифосфаты алюминия. CAS номер, наиболее часто даваемый для продуктов фосфата алюминия, представляет собой 7784-30-7, но он относится к стехиометрическому, кристаллическому веществу. Еще не существует CAS номеров, конкретно относящихся к аморфным фосфатам алюминия, следуя поиску в ACS SciFinder поисковой системе. Аморфные (т.е. некристаллические) твердые вещества демонстрируют отличия от их кристаллических двойников одинакового состава, и такие отличия могут приводить к полезным свойствам. Например, (i) некристаллические твердые вещества не рассеивают рентгеновские лучи при четко определенных углах, но могут давать взамен широкое рассеяние гало; (ii) некристаллические твердые вещества не имеют хорошо определенной стехиометрии, таким образом, они могут охватывать широкий диапазон химических композиций; (iii) разнообразие химической композиции включает возможность внедрения ионных компонентов, отличных от ионов алюминия и фосфата; (iv) поскольку аморфные твердые вещества являются термодинамически метастабильными, они могут демонстрировать тенденцию подвергаться спонтанным морфологическим, химическим и структурным изменениям; и (v) химическийсостав поверхности и объема кристаллической частицы является высокооднородным, в то время как химический состав поверхности и объема аморфной частицы может показывать большие или малые отличия, как резкие, так и постепенные. Кроме того, в то время как частицы кристаллических веществ имеют тенденцию расти по хорошо известному механизму созревания Оствальда, некристаллические частицы могут расширяться или разбухать и сжиматься (сокращаться) при адсорбции или десорбции воды, образуя гелеподобный или пластичный материал, который легко деформируется под воздействием сдвига, сжатия или капиллярных сил.-2 014943 Как было указано, один аспект настоящего изобретения, описанного здесь, представляет собой синтетический способ, который производит некристаллические фосфаты алюминия с уникальными свойствами. Когда дисперсию таких частиц сушат на воздухе при комнатной температуре или до 120C, образуются наночастицы, которые имеют структуру ядра и оболочки. Такие частицы можно наблюдать аналитическим электронным микроскопом. Более того, данные частицы содержат много полостей, распределенных в виде закрытых пор внутри частиц. Ядра частиц являются более пластичными, чем соответствующие оболочки данных частиц. Данное явление обнаруживается при росте полостей при нагревании, в то время как периметр оболочек остается, по существу, неизменным. Другой аспект настоящего изобретения состоит в разработке нового продукта и способа получения полых частиц фосфата и полифосфата алюминия для использования в качестве пигмента. Более конкретно, данный аспект настоящего изобретения относится к новому пигменту, полученному реакцией фосфорной кислоты, в частности технической фосфорной кислоты, с сульфатом алюминия в условиях контролируемых pH и температуры. Реагент может быть фильтрован, диспергирован, высушен, прокален и тонко измельчен для использования в качестве пигмента в красках, включая акриловые краски для внутренних работ. Данные пигменты могут быть использованы в других продуктах и областях применения,таких как краски, пластики, лаки, печатные краски и т.д. Как описано здесь, многие исследователи стремились образовать полости внутри частиц, но это трудно достижимо, поскольку большинство твердых веществ образуют открытые поры при сушке, и такие открытые поры не вносят вклад в укрывистость или кроющую способность краски. Полые частицы,образованные в полифосфате или фосфате алюминия, дают полезные свойства как физические, так и химические, которые можно использовать во многих различных областях использования. Один аспект изобретения, описанный здесь, заключается в получении фосфата или полифосфата алюминия с такими полыми частицами, чтобы воспользоваться преимуществами таких полезных свойств. Частицы фосфата алюминия, описанные здесь, демонстрируют удивительные и уникальные свойства. Например, частицы фосфата алюминия дают полости, даже когда частицы сушат при комнатной температуре или при температуре до 130C. Предпочтительно данные частицы сушат от 40 до 130C. Более предпочтительно данные частицы сушат от 60 до 130C. Даже более предпочтительно данные частицы сушат от 80 до 120C. Кроме того, частицы фосфата алюминия имеют структуру ядра и оболочки. Другими словами, данные частицы имеют оболочки, химически отличные от их ядер. Данное свойство подтверждается несколькими различными наблюдениями. Во-первых, неупругие электронные изображения частиц с использованием энергетического фильтра в области плазмонов (10-40 эВ), измеренные просвечивающим электронным микроскопом, показывают яркие линии, окружающие большинство частиц. Контрастность изображения, видимая в плазмонных микрофотографиях, зависит от локального химического состава, и в связи с этим структура ядра и оболочки может наблюдаться при исследовании микрофотографии на фиг. 1. Затем, наличие полостей внутри частиц, продемонстрированое на фиг. 2, высушенных при достаточно низких температурах, обусловлено тем фактом, что частицы теряют массу, не разбухая, в то время как их оболочки не подвергаются сжатию. Такие полости или полые частицы можно получать, если пластичность ядра частицы выше, чем оболочки. Дополнительные указания образования полых частиц наблюдаются при нагревании частиц сфокусированным на них пучком электронов. Тогда внутри частиц создаются большие полости, в то время как их периметр подвергается незначительному изменению. Дальнейшим указанием наличия закрытых полостей или полых частиц является объемная плотность фосфата алюминия, полученного описанным здесь способом, которая находится в диапазоне 1,95-2,27 г/см 3, измеренная при содержании воды приблизительно 15-17%, в сравнении с величинами 2,5-2,8 г/см 3,измеренными для плотных частиц фосфата алюминия. Предпочтительно, объемная плотность составляет менее 2,50 г/см 3. Более предпочтительно объемная плотность составляет менее 2,30 г/см 3. Более предпочтительно объемная плотность составляет менее 2,10 г/см 3. Еще более предпочтительно объемная плотность составляет менее 1,99 г/ см 3. Частицы фосфата алюминия, полученные согласно описанному здесь способу, могут быть диспергированы в латексе в присутствии кристаллических твердых веществ в виде частиц. Если отливают пленку, используя данную дисперсию, то получают весьма непрозрачные пленки. Весьма непрозрачные пленки получают даже в случае тонких отдельных слоев частиц. Экспериментальное подтверждение непрозрачности пленки получают при использовании аморфного фосфата алюминия в качестве заменителя диоксида титана (т.е. TiO2). Диоксид титана является современным стандартным белым пигментом, используемым практически всеми производителями, включенным в рецептуры латексных красок. Стандартную стирол-акриловую латексную краску получали, используя обычную загрузку диоксида титана и сравнивали с краской, где пятьдесят процентов загрузки диоксида титана заменяли аморфным фосфатом алюминия. Данное сравнение было выполнено в двух различных лабораториях по испытанию краски. Оптические измерения, проведенные на вытянутых пленках с использованием двух красок, демонстрируют, что фосфат алюминия может заменять диоксид титана, давая пленки с сохранением оптических свойств пленки. Удивительные результаты и высокая эффективность нового фосфата алюминия, обсужденного в-3 014943 настоящем описании, частично связаны с относительно малым размером его частиц. Такие маленькие размеры частиц позволяют им широко распределяться в пленке и непосредственно связываться со смолой и с неорганическими наполнителями краски, таким образом, создавая кластеры, которые являются центрами экстенсивного образования полостей при высыхании краски. Данный фосфат алюминия показывает тенденцию к образованию закрытых полостей или полых частиц до степени, которая не наблюдалась ранее для фосфатов, полифосфатов алюминия или любых других частиц. В некоторых вариантах осуществления частицы фосфата или полифосфата алюминия, по существу, не содержат открытых пор, в то время как содержат ряд закрытых пор. В результате, в таких вариантах осуществления объем макропор, по существу, составляет менее 0,1 см 3/г. Укрывистость пленок водоэмульсионной краски при использовании фосфата алюминия в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения включает уникальные особенности. Влажное пленочное покрытие является вязкой дисперсией полимера, фосфата алюминия, диоксида титана и частиц наполнителя. Когда данную дисперсию отливают в виде пленки и сушат, она ведет себя отлично от стандартной краски (ниже критической объемной концентрации пигмента, КОКП). В стандартной краске смола с низкой температурой стеклования (Тстекл.) является пластичной при комнатной температуре и коалесцированной, так что пленка на основе смолы заполняет поры и полости. Однако краска, составленная с использованием фосфата алюминия, может демонстрировать другое поведение. Образуются закрытые поры, как описано здесь, и вносят вклад в кроющую способность пленки. Эффективность фосфата или полифосфата алюминия, описанного здесь, можно сравнить с частицами фосфата алюминия, полученного Hem at al. (см. фиг. 3). Сухие частицы, описанные там, не показывают малых полостей. Кроме того, данные частицы подвергаются большим морфологическим изменениям при нагревании. Экстенсивное образование шеек, как наблюдалось в работе Hem at al., особенно интересно. Такие шейки являются признаком того, что поверхность частицы является очень деформируемой в противоположность жестким частицам, которые демонстрируют полезные свойства, предлагаемые описанным здесь изобретением. Фосфат или полифосфат алюминия в пигментах может быть получен и использован по меньшей мере в одной из следующих форм: в виде пульпы (дисперсия с высоким содержанием сухого вещества,которая течет под действием силы тяжести или насосов низкого давления) с 50% или более сухого вещества; в виде высушенного или тонко измельченного фосфата алюминия с 15% влажностью; и также в полимерной форме в виде прокаленного и тонко измельченного фосфата алюминия. Фосфат алюминия или полифосфат алюминия, используемые в качестве белого пигмента, могут заменить диоксид титана в дисперсиях в водной среде, такой как полимерная латексная эмульсия. Мольное отношение фосфор: алюминий в фосфате алюминия предпочтительно находится в диапазоне от 0,6 до 2,5. Более предпочтительно мольное отношение фосфор:алюминий в фосфате алюминия находится в диапазоне от 0,8 до 2,3. Еще более предпочтительно мольное отношение фосфор:алюминий в фосфате алюминия находится в диапазоне от 0,8 до 1,2. Как обсуждалось, один аспект настоящего изобретения представляет собой новый способ производства полых частиц фосфата алюминия или полифосфата алюминия, которые могут быть использованы в различных областях использования, включая белый пигмент в рецептурах красок на основе водного полимерного латекса. Данный способ описан в следующих ниже основных стадиях. Специалисту в данной области очевидно, что определенные стадии могут быть изменены или отменены в целом. Данные стадии включают приготовление основных реагентов, используемых в данном способе, таких как разбавленный раствор фосфорной кислоты, разбавленный раствор сульфата алюминия и разбавленный раствор гидроксида натрия или гидроксида аммония; одновременное и контролируемое добавление реагентов в реактор, оборудованный взбалтывающей системой для поддержания гомогенности смеси в течение процесса; контроль в процессе добавления реагентов в реактор, температуры и рН (кислотности) смеси и преимущественно времени реакции; фильтрование суспензии, содержащей приблизительно 8,0% сухого остатка и разделение жидкой и твердой фаз на подходящем оборудовании; вымывание примесей, присутствующих в осадке на фильтре, слегка щелочным водным раствором; диспергирование промытого осадка, содержащего приблизительно 35% сухого остатка, в подходящем диспергаторе; сушку диспергированной пульпы в турбосушилке; тонкое измельчение высушенного продукта до средней гранулометрии от 5,0 до 10 мкм и полимеризацию высушенного продукта термообработкой фосфата алюминия в обжиговой печи. Существуют несколько методов получения основных реагентов в данном способе. Как отмечалось,одним источником фосфора для производства фосфата алюминия и полифосфата алюминия является фосфорная кислота сорта, используемого в качестве удобрения, из любого источника, поскольку она осветлена и обесцвечена. Например, коммерческая фосфорная кислота, содержащая приблизительно 54%P2O5, может быть химически обработана и/или разбавлена очищенной водой, доводя до концентрации 20% P2O5. Также в качестве альтернативы данному способу (вместо фосфорной кислоты сорта, используемого в качестве удобрения, или очищенной фосфорной кислоты), могут быть использованы соли фосфора в виде ортофосфатов или полифосфатов. Другим реагентом для данного способа является коммерческий сульфат алюминия. Сульфат алю-4 014943 миния может быть получен реакцией между оксидом алюминия (гидрат оксида алюминия) и концентрированной серной кислотой (98% H2SO4), и затем очищен и сохранен при 28% концентрации Al2O3. Для того чтобы реакция имела благоприятную кинетику, сульфат алюминия разбавляют очищенной водой до 5,0% Al2O3. В качестве альтернативы данному способу, источником алюминия может быть любая другая соль алюминия, а также гидроксид алюминия или алюминий в металлической форме. Реакцию нейтрализации выполняют раствором гидроксида натрия, который может быть коммерчески закуплен в различных концентрациях. Можно купить раствор с концентрацией 50% NaOH и разбавить. Например, в первой фазе реакции, когда смешивают исходные реагенты, гидроксид натрия может использоваться в концентрации 20% NaOH. Во второй фазе реакции из-за необходимости точной регулировки кислотности продукта может быть использован раствор гидроксида натрия с 5% NaOH. В качестве альтернативного нейтрализатора может быть использован гидроксид аммония или карбонат натрия(кальцинированная сода). В одном варианте осуществления настоящего изобретения химическая реакция приводит к образованию ортофосфата алюминия или ортофосфатов алюминия Al2(HPO4)3 или Al(H2PO4)3. Описанную реакцию осуществляют посредством смеси трех реагентов, т.е. раствора фосфорной кислоты, раствора сульфата алюминия и раствора гидроксида натрия. Реагенты дозируют в реактор, типично содержащий взбалтывающую систему, в течение 30 мин. В процессе добавления реагентов в реактор контролируютpH смеси в диапазоне от 4,0 до 4,5 и температуру реакции от 35 до 40C. Реакция завершается через 15 мин после смешения реагентов. В этот период pH смеси может быть отрегулирован при 5,0 добавлением более разбавленного раствора гидроксида натрия. В данном варианте осуществления температура составляет предпочтительно ниже приблизительно 40C. В конце реакции образовавшаяся суспензия должна содержать мольное отношение элементов фосфор:алюминий в диапазоне от 0,8 до 1,2. После образования ортофосфата алюминия суспензию, содержащую примерно от 6,0 до 10,0% сухого вещества, с максимальной приблизительной температурой 45C и плотностью в диапазоне от 1,15 до 1,25 г/см 3 закачивают в обычный фильтр-пресс. В фильтр-прессе жидкую фазу (иногда называемую"жидкостью") отделяют от твердой фазы (иногда называемой "осадок на фильтре"). Влажный осадок,содержащий приблизительно от 35 до 45% сухого вещества и еще вероятно загрязненный раствором сульфата натрия, оставляют на фильтре для промывочного цикла. Отфильтрованный концентрат, который является в основном концентрированным раствором сульфата натрия, удаляют из фильтра и хранят для дальнейшего использования. В одном варианте осуществления настоящего изобретения промывку влажного осадка выполняют на самом фильтре и в три стадии. В первой промывке (заместительная промывка) большую часть отфильтрованного вещества, которое загрязняет осадок, удаляют. Стадию промывки выполняют с использованием очищенной воды над осадком со скоростью потока 6,0 м 3 воды/т высушенного осадка. Вторая стадия промывки также с очищенной водой и со скоростью 8,0 м 3 воды/т высушенного осадка может быть выполнена для дальнейшего сокращения, если не полного удаления, загрязнений. И в конце третья стадия промывки может быть выполнена с использованием слегка щелочного раствора. Такая третья стадия промывки может быть выполнена для нейтрализации осадка и поддержания его pH в диапазоне 7,0. В конце осадок может быть продут сжатым воздухом в течение определенного периода времени. Предпочтительно влажный продукт должен содержать от 35 до 45% сухого остатка. Затем в данном особом варианте осуществления настоящего изобретения дисперсия осадка может быть обработана таким образом, что осадок на фильтре, влажный и промытый и содержащий приблизительно 35% сухого вещества, удаляют из фильтр-пресса лентой транспортера и доставляют в реактор/диспергатор. Дисперсность осадка поддерживают добавлением разбавленного раствора тетрапирофосфата натрия. После стадии диспергирования продукт затем сушат, когда осадок фосфата алюминия с процентом сухого вещества в диапазоне от 30 до 50 закачивают в сушильное устройство. В одном варианте осуществления удаление воды из материала может быть выполнено сушильным оборудованием, таким как турбосушка вдуванием потока горячего воздуха через образец при температуре от 135 до 140C. Конечная влажность продукта должна предпочтительно поддерживаться в диапазоне от 10 до 20% воды. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения следующая стадия способа будет включать прокалку продукта. В данной стадии сухой ортофосфат алюминия в виде Al(H2PO4)3 конденсируют термообработкой с образованием пористого полифосфата алюминия, то есть (Al(H2PO4)3)n, где n может быть любым целым числом больше 1, предпочтительно n больше или равно 4. Более предпочтительно n больше или равно 10. Еще более предпочтительно n больше или равно 20. Предпочтительно n меньше 100. Еще более предпочтительно n меньше 50. Данную стадию способа выполняют нагреванием фосфата алюминия в кальцинаторе типа распылительной сушилки в диапазоне температур от 500 до 600C. После полимеризации данный продукт может быть быстро охлажден и отправлен в устройство тонкого измельчения. В данный момент может быть выполнена стадия тонкого измельчения. Наконец,полученный в результате продукт, который покидает сушилку (или обжиговую печь), отправляют в устройство измельчения, окончательно перемалывая в измельчителе/сортировщике, и его гранулометрия-5 014943 составляет 99,5% ниже 400 меш. Фосфат алюминия или полифосфат алюминия после термообработки может быть использован в качестве белого пигмента в рецептуре бытовых красок на водной основе, благодаря своему свойству присущей непрозрачности в латексных, ПВА и акриловых пленках, из-за образования частиц с пористой структурой с высокой способностью распространения света в течение процесса высыхания краски. Различные краски могут быть составлены с использованием в качестве пигмента фосфата или полифосфата алюминия, полученного согласно различным вариантам осуществления настоящего изобретения, в одиночку или в сочетании с другим пигментом, таким как диоксид титана. Краска включает один или более пигментов и один или более полимеров в качестве связующего (иногда называемого связующий полимер) и, необязательно, различные добавки. Существуют водоразбавляемые краски и водонеразбавляемые краски. Обычно композиция водоразбавляемой краски состоит из четырех основных компонентов: связующее, водный носитель, пигмент(ы) и добавка(и). Связующее представляет собой нелетучий смолистый материал, который диспергирован в водном носителе с образованием латекса. При испарении водного носителя связующее образует пленку краски, которая связывает вместе частицы пигмента и другие нелетучие компоненты композиции водоразбавляемой краски. Композиции водоразбавляемой краски могут быть составлены согласно способам и компонентам, описанным в патенте США 6646058, с модификациями или без модификаций. Описание данного патента включается ссылкой во всей своей полноте. Фосфат или полифосфат алюминия, изготовленный по различным вариантам осуществления изобретения, можно использовать для составления рецептуры водоразбавляемых красок в качестве пигмента, в одиночку или в сочетании с диоксидом титана. Обычная краска представляет собой латексную краску, которая включает связующий полимер,кроющий пигмент и необязательно загуститель и другие добавки. И вновь фосфат или полифосфат алюминия, изготовленные по различным вариантам осуществления изобретения, можно использовать для составления рецептуры латексной краски в качестве пигмента, в одиночку или в сочетании с диоксидом титана. Другие компоненты для изготовления латексной краски описываются в патентах США 6881782 и 4782109, которые включаются ссылкой во всей своей полноте. С целью иллюстрации подходящие компоненты и методы изготовления латексных красок кратко объяснены ниже. В некоторых вариантах осуществления подходящие связующие полимеры включают сополимеризованные в эмульсии ненасыщенные этиленовые мономеры, включающие от 0,8 до 6% акрилата или метакрилата жирной кислоты, такие как лаурилметакрилат и/или стеарилметкарилат. Исходя из массы сополимеризованных этиленовых мономеров, полимерное связующее включает от 0,8 до 6% акрилата или метакрилата жирной кислоты, где предпочтительные композиции содержат от 1 до 5% сополимеризованного акрилата или метакрилата жирной кислоты, имеющей цепь алифатической жирной кислоты,включающую от 10 до 22 атомов углерода. Предпочтительные сополимерные композиции основаны на сополимеризованном метакрилате жирной кислоты. Предпочтительным является лаурилметакрилат и/или стеарилметакрилат, и лаурилметакрилат является наиболее предпочтительным мономером. Другие применимые метакрилаты жирной кислоты включают миристилметакрилат, децилметакрилат, пальмитилметакрилат, олеилметакрилат, гексадецилметакрилат, цетилметакрилат и эйкозилметакрилат и аналогичные алифатические метакрилаты с неразветвленной цепью. Метакрилаты или акрилаты жирной кислоты типично включают коммерческие масла жирных кислот, прореагировавшие с метакриловой кислотой или акриловой кислотой, чтобы обеспечить, прежде всего, метакрилат с фрагментом преобладающей жирной кислоты с незначительным количеством акрилатов или метакрилатов другой жирной кислоты. Способные полимеризоваться ненасыщенные этиленовые мономеры содержат ненасыщенность углерод-углерод и включают виниловые мономеры, акриловые мономеры, аллиловые мономеры, акриламидные мономеры, а также моно- и дикарбоновые ненасыщенные кислоты. Сложные виниловые эфиры включают винилацетат, винилпропионат, винилбутираты, винилбензоаты, винилизопропилацетаты и аналогичные сложные виниловые эфиры; винилгалогениды включают винилхлорид, винилфторид, и винилиденхлорид; виниловые ароматические углеводороды включают стирол, метилстиролы и аналогичные содержащие низшие алкилы стиролы, хлорстирол, винилтолуол, винилнафталин и дивинилбензол; винильные алифатические углеводородные мономеры включают альфа-олефины, такие как этилен, пропилен, изобутилен и циклогексен, а также сопряженные диены, такие как 1,3-бутадиен, метил-2 бутадиен, 1,3-пиперилен, 2,3-диметилбутадиен, изопрен, циклогексан, циклопентадиен и дициклопентадиен. Винилалкиловые эфиры включают метилвиниловый эфир, изопропилвиниловый эфир, нбутилвиниловый эфир и изобутилвиниловый эфир. Акриловые мономеры включают мономеры, такие как низшие алкиловые эфиры акриловой или метакриловой кислоты, имеющие часть алкилового сложного эфира, содержащую от 1 до 12 атомов углерода, а также ароматические производные акриловой и метакриловой кислоты. Применимые акриловые мономеры включают, например, акриловую и метакриловую кислоту, метилакрилат и метилметакрилат, этилакрилат и этилметакрилат, бутилакрилат и бутилметакрилат, пропилакрилат и пропилметакрилат, 2-этилгексилакрилат и 2-этилгексилметакрилат, циклогексилакрилат и циклогексилметакрилат, децилакрилат и децилметакрилат, изодецилакрилат и изодецилметакрилат, бензилакрилат и бензилметакрилат и различные реакционные продукты, такие как бу-6 014943 тилфенил- и крезилглицидиловые эфиры, прореагировавшие с акриловой и метакриловой кислотами,гидроксиалкилакрилаты и гидроксиалкилметакрилаты, такие как гидроксиэтил- и гидроксипропилакрилаты и -метакрилаты, а также аминоакрилаты и аминометакрилаты. Акриловые мономеры могут включать очень незначительные количества акриловых кислот, включая акриловую и метакриловую кислоту,этакриловую кислоту, альфа-хлоракриловую кислоту, альфа-цианоакриловую кислоту, кротоновую кислоту, бэта-акрилоксипропионовую кислоту и бэта-стиролакриловую кислоту. В других вариантах осуществления полимеры, применимые в качестве компонента (a), "связующий полимер", латексных красок представляют собой продукты сополимеризации смеси сомономеров, которые включают мономеры, выбранные из стирола, метилстирола, винила или их комбинаций. Предпочтительно сомономеры включают (более предпочтительно состоят по существу из) по меньшей мере 40 мол.% мономеров, выбранных из стирола, метилстирола или их комбинаций, и по меньшей мере 10 мол.% одного или более мономеров, выбранных из акрилатов, метакрилатов и акрилонитрила. Предпочтительно акрилаты и метакрилаты содержат от 4 до 16 атомов углерода, например 2-этилгексилакрилат,и метилметакрилаты. Также предпочтительно, чтобы мономеры использовали в такой пропорции, чтобы конечный полимер имел температуру стеклования (Тстекл.) больше чем 21C и меньше чем 95 С. Полимеры предпочтительно имеют средневесовую молекулярную массу по меньшей мере 100000. Предпочтительно связующий полимер включает звенья интерполимера, полученные из 2 этилгексилакрилата. Более предпочтительно связующий полимер включает полимерные звенья, включающие от 50 до 70 мол.% звеньев, полученных из стирола, метилстирола или их комбинаций; от 10 до 30 мол.% звеньев, полученных из 2-этилгексилакрилата; и от 10 до 30 мол.% звеньев, полученных из метилакрилата, акрилонитрила или их комбинаций. Иллюстративные примеры подходящих связующих полимеров включают сополимер, интерполимерные звенья которого получены из примерно 49 мол.% стирола, 11 мол.% -метилстирола, 22 мол.% 2 этилгексилакрилата и 18 мол.% метилметакрилатов с Тстекл. примерно 45C (продаваемый в виде полимерной эмульсии Neocryl XA-6037 компанией ICI Americas, Inc., Бриджвотер, Нью Джерси); сополимер,интерполимерные звенья которого получены из 51 мол.% стирола, 12 мол.% -метилстирола, 17 мол.% 2-этилгексилакрилата и 19 мол.% метилметакрилатов с Тстекл. примерно 44C (продаваемый в виде полимерной эмульсии Joncryl 537 компанией S.C. JohnsonSons, Расин, Висконсин); и тройной сополимер,интерполимерные звенья которого получены примерно из 54 мол.% стирола, 23 мол.% 2 этилгексилакрилата и 23 мол.% акрилонитрила с Тстекл. примерно 44C (продаваемый в виде полимерной эмульсии Carboset.TM. XPD-14 68 компанией B.F. Goodrich Co.). Предпочтительно связующий полимер представляет собой Joncryl.TM.537. Как описано выше, фосфат или полифосфат алюминия, изготовленный согласно различным вариантам осуществления изобретения, можно использовать для составления рецептур латексных красок в качестве пигмента, в одиночку или в комбинации с другим пигментом. Подходящие дополнительные кроющие пигменты включают белые, непрозрачные, кроющие пигменты и окрашенные органические и неорганические пигменты. Типичные примеры подходящих белых непрозрачных кроющих пигментов включают рутиловые и анатазные диоксиды титана, литопон, сульфид цинка, титанат свинца, оксид сурьмы, оксид циркония, сульфид бария, свинцовые белила, оксид цинка, содержащие свинец цинковые белила и аналогичные, а также их смеси. Предпочтительный белый придающий непрозрачность кроющий пигмент представляет собой рутиловый диоксид титана. Более предпочтительным является рутиловый диоксид титана, имеющий средний размер частиц примерно от 0,2 до 0,4 мкм. Примерами окрашенных органических пигментов являются фталовый синий и ганза желтый. Примерами окрашенных неорганических пигментов являются красный железооксидный пигмент,коричневый железооксидный пигмент, охра и умбра. Наиболее известные латексные краски содержат загустители для модифицирования реологических свойств краски, чтобы обеспечить хорошее распределение, обращение и характеристики нанесения. Подходящие загустители включают нецеллюлозный загуститель (предпочтительно ассоциированный загуститель, более предпочтительно уретановый ассоциированный загуститель). Ассоциированные загустители, такие как, например, гидрофобно-модифицированные щелочные набухающие акриловые сополимеры и гидрофобно-модифицированные уретановые сополимеры, как правило, придают более ньютоновскую реологию эмульсионным краскам по сравнению с обычными загустителями, такими как, например, целлюлозные загустители. Типичные примеры подходящих ассоциированных загустителей включают полиакриловые кислоты (продаваемые, например, RohmHaasCo., Филадельфия, Pa., в виде Acrysol RM-825 и модификатора реологии QR-708) и активированный аттапульгит (продаваемый Engelhard, Изелин, Нью Джерси в виде Attagel 40). Пленки латексной краски образуются коалесценцией связующего полимера с образованием связующей матрицы при нанесении краски при температуре окружающей среды с получением твердой, нелипкой пленки. Коалесцирующие растворители помогают коалесценции пленкообразующего связующего, понижая температуру пленкообразования. Латексные краски предпочтительно содержат коалесцирующий растворитель. Типичные примеры подходящих коалесцирующих растворителей включают 2-7 014943 феноксиэтанол, бутиловый эфир диэтиленгликоля, дибутилфталат, диэтиленгликоль, 2,2,4-триметил 1,1,3-пентандиолмоноизобутират и их комбинации. Предпочтительно коалесцирующий растворитель представляет собой бутиловый эфир диэтиленгликоля (бутилкарбитол) (продаваемый Sigma-Aldrich,Милуоки, Висконсин) или 2,2,4-триметил-1,1,3-пентандиолмоноизобутират (продаваемый EastmanChemical Co., Кингспорт, Теннеси, в виде тексанола) или их комбинации. Коалесцирующий растворитель предпочтительно используют в количестве примерно от 12 до 60 г(предпочтительно примерно 40 г) коалесцирующего растворителя на 1 л латексной краски или примерно от 20 до 30%, исходя из массы полимерных твердых веществ в краске. Краски, составляемые в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего изобретения, могут дополнительно включать обычные вещества, используемые в красках, такие как, например,пластификатор, противопенную добавку, наполнитель, регулятор pH, тонирующий цвет и биоцид. Такие типичные ингредиенты перечисляются, например, в TECHNOLOGY OF PAINTS, VARNISHES ANDLACQUERS, изданной C.R. Martens, R.E. Kreiger Publishing Co., p.515 (1974). Краски обычно составляют с "функциональными наполнителями" для увеличения кроющей способности, снижения стоимости, достижения долговечности, изменения внешнего вида, контроля реологии и влияния на другие желательные свойства. Примеры функциональных наполнителей включают,например, сульфат бария, карбонат кальция, глину, гипс, кремнезем и тальк. Большинство обычных функциональных наполнителей для красок для внутренних работ представляют собой глины. Глины имеют ряд свойств, которые делают их желательными. Недорогие кальцинированные глины, например, применимы в регулировании вязкости при низком сдвиге и имеют огромную внутреннюю удельную поверхность, что вносит вклад в "сухую укрывистость". Но данная удельная поверхность также доступна для поглощения красящего вещества. Из-за тенденции кальцинированной глины поглощать красящее вещество, предпочтительно, чтобы ее использовали в красках по настоящему изобретению только в незначительных количествах, требующихся для контроля реологии, например, типично менее примерно половины от общего наполнителя,либо не использовали вовсе. Предпочтительные наполнители для использования в красках по изобретению представляют собой карбонаты кальция; наиболее предпочтительными являются ультратонкоизмельченные карбонаты кальция, такие как, например, опацимит (продаваемый ECC International, Силакауга, Алабама), супермит (продаваемый Imerys, Розуэлл, Ga.) или другие, имеющие размер частиц примерно от 1,0 до 1,2 мкм. Ультратонкий карбонат кальция помогает распределить диоксид титана оптимально для укрывистости (см., например, K.A. Haagenson, "The effect of extender particle size on the hidingproperties of an interior latex flat paint," American PaintCoatings Journal, Apr. 4, 1988, pp. 89-94). Латексные краски, составленные в соответствии с различными вариантами осуществления изобретения, можно получить, используя традиционные методики. Например, некоторые ингредиенты краски обычно смешивают вместе при высоком усилии сдвига с получением смеси, обычно называемой разработчиками краски помолом. Консистенция данной смеси сравнима с консистенцией осадка, что является желательным для того, чтобы эффективно диспергировать ингредиенты мешалкой с высоким усилием сдвига. Во время получения помола используют высокую энергию сдвига, чтобы разъединить агломерированные частицы пигмента. Ингредиенты, не включенные в помол, обычно называют разбавителями. Разбавитель обычно является намного менее вязким чем помол, и обычно его используют для разбавления помола, чтобы получить конечную краску с соответствующей консистенцией. Конечное смешение помола с разбавлением типично осуществляют перемешиванием с низким усилием сдвига. Большинство полимерных латексов не стабильны к сдвигу и, следовательно, не используются в качестве компонента помола. Включение не стабильных к сдвигу латексов в помол может привести к коагуляции латекса, давая комковатую краску с отсутствующей или незначительной пленкообразующей способностью. Следовательно, краски обычно готовят, добавляя латексный полимер в разбавление. Однако некоторые краски, составленные в соответствии с различными вариантами осуществления изобретения, содержат латексные полимеры, которые, как правило, стабильны к сдвигу. Следовательно, латексные краски можно получить введением некоторого количества или всего латексного полимера в помол. Предпочтительно по меньшей мере часть латексного полимера добавляют в помол. Два примера возможных форм способа описываются ниже. И вновь специалист в данной области признает варианты, которые можно использовать при осуществлении описанного здесь нового способа. Следующие ниже примеры представлены для иллюстрации вариантов осуществления изобретения. Все численные величины являются приблизительными. Когда даются численные диапазоны, необходимо понимать, что варианты осуществления вне указанных диапазонов все еще могут попадать в объем защиты изобретения. Конкретные детали, описанные в каждом примере, не следует истолковывать как необходимые черты изобретения. Пример 1. В данном примере получали 535,0 кг фосфата алюминия. Влажный продукт был высушен в "турбосушилке" и имел характеристики полых частиц с 15%-8 014943 влажностью и отношением P:Al (фосфор:алюминий) 1:1,50. Было приготовлено 940,0 кг фосфорной кислоты для удобрений, содержащей 55,0% P2O5. В начальной фазе приготовления осуществляли обесцвечивание кислоты, которое продолжалось примерно 30 мин, при температуре 85C. Для данной фазы к кислоте добавляли 8,70 кг раствора пероксида водорода,содержащего примерно 50% H2O2. Затем кислоту разбавляли 975,0 кг технологической воды, охлаждали до температуры 40C и затем хранили при концентрации 27,0% P2O5. Источник алюминия, используемый в данной заявке, представлял собой раствор коммерческого сульфата алюминия, содержащий 28% Al2O3. Раствор фильтровали и разбавляли технологической водой. Конкретно объединяли 884,30 кг раствора сульфата алюминия и 1776,31 кг технологической воды для получения раствора, содержащего примерно 9,30% Al2O3. В данном конкретном эксперименте в качестве нейтрализующего агента использовали разбавленный раствор коммерческого гидроксида натрия, содержащий 20,0% NaOH. Конкретно, смешивали 974,0 кг раствора гидроксида натрия, содержащего 50% NaOH и 1461,0 кг технологической воды. Конечную смесь охлаждали до 40C. Одновременно смешивали три реагента в течение примерно 30 мин в реакторе объемом 7500 л. В течение добавления реагентов в реактор температуру смеси поддерживали в диапазоне от 40 до 45C, pH контролировали, в диапазоне от 4,0 до 4,5. В конце добавления реагентов смесь взбалтывали в течение примерно 15 мин. Величину pH в данный момент контролировали примерно при 5,0, добавлением раствора гидроксида натрия, содержащего 5,0% NaOH. Полученная в результате суспензия имела массу 7000 кг с плотностью 1,15 г/см 3, представляющей 6,5% сухого вещества, что представляет примерно 455,0 кг осадка. Затем суспензию фильтровали в пресс-фильтре, получая в результате 1300 кг влажного осадка на фильтре и 5700 кг фильтрата. Фильтрат преимущественно состоял из раствора сульфата натрия (Na2SO4). Осадок на фильтре содержал примерно 35% сухого вещества. Осадок промывали непосредственно в пресс-фильтре, 3860 л технологической воды при комнатной температуре, поддерживая при промывочном отношении примерно 8,5 см 3 промывочного раствора на тонну сухого осадка. Образовавшийся при промывке осадка фильтрат хранили для необязательного будущего использования или для очистки сточных вод. Затем извлеченный из фильтра осадок, примерно 1300 кг, переносили в диспергирующее устройство (объемом примерно 1000 л) посредством перистальтического насоса. Раствор дисперсии, содержащий примерно 35% сухого вещества, имел плотность 1,33 г/см 3 и вязкость 17400 сП. Затем дисперсную суспензию фосфата алюминия с содержанием сухого вещества примерно 35% перекачивали в турбосушилку. Продукт нагревали потоком горячего воздуха при температуре 135C. Получали примерно 535,0 кг ортофосфата алюминия с влажностью примерно 15%. Конечный продукт подвергали тонкому измельчению и его гранулометрию поддерживали ниже 400 меш. Конечный анализ сухого продукта представил следующие результаты: содержание фосфора в продукте составляло примерно 15,0%; содержание алюминия составляло примерно 8,7%; величина pH составляла примерно 7,0; содержание воды составляло примерно 15%; удельная плотность 2,20 г/см 3 и средний диаметр частиц составлял от 5 до 10 мкм. Пример 2. Из результатов примера 1 использовали примерно 200 кг осушенного и тонкоизмельченного фосфата алюминия. Образец использовали для изготовления образца краски для внутренних работ. Вначале готовили 900 л непрозрачной белой акриловой краски. Такую краску наносили и эксплуатационные характеристики оценивали в сравнении с одной из коммерчески имеющихся красок. Основная композиция краски на основе оригинальной рецептуры, содержащей примерно 18% диоксида титана,была следующей: фосфата алюминия содержалось примерно 14,20%; оксида титана содержалось примерно 8,34%; каолина содержалось примерно 7,10%; алгаматолита содержалось примерно 10,36%; диатомита содержалось примерно 0,84%; акриловой смолы содержалось примерно 12,25% и ПВХ содержалось примерно 47,45%. Характеристики краски, приготовленной с фосфатом алюминия, после ее нанесения при окраске представляли собой следующее: a) влажная кроющая способность аналогична кроющей способности эталонной краски; b) сухая кроющая способность лучше, чем кроющая способность эталонной краски; и c) тесты стойкости после шести месяцев внутреннего окрашивания дали превосходные результаты. Наконец, было видно, что непрозрачная белая акриловая краска, растворимая в воде, с фосфатом алюминия, приготовленная в примере 2, сохранила все характеристики коммерчески доступных красок с расходом 50 м 2/3,6 л на поверхности, подготовленной со шпаклевкой. Типичные данные химической композиции продукта фосфата алюминия представлены в табл. 1. Данные результаты демонстрируют, что описываемое здесь изобретение является водным, некристаллическим и нейтральным фосфатом алюминия, полученным из частиц наноразмера. Кроме того, средний размер агрегата набухших частиц (в суспензии) находится в диапазоне 200-1500 нм, что определено динамическим светорассеянием. Более предпочтительно, средний размер агрегата набухших частиц (в суспензии) находится в диапазоне 400-700 нм. Однако размер индивидуальных частиц может иметь радиус в пределах от 5 до 80 нм, определенный электронной микроскопией. Более предпочтительно размер индивидуальных частиц может иметь радиус в пределах от 10 до 40 нм.-9 014943 Таблица 1 Химические композиции различных классов нового продукта, определенные рентгеновской флуоресценцией с использованием основных параметров Как указано, основную диоксид титановую водоэмульсионную краску составляют из подходящей латексной дисперсии и частиц пигмента. Частицы латекса отвечают за создание коалесцированной пленки, наполненной частицами пигмента, и отвечают за кроющую способность пленки. Также используют многие добавки, такие как: неорганические наполнители, которые уменьшают требования по смоле и пигменту; коалесцирующие агенты, которые улучшают пленкообразование смолы; диспергаторы и модификаторы реологии, которые предотвращают комкование пигмента и наполнителя и, таким образом,улучшают срок годности краски вместе с реологическими свойствами. В типичной сухой пленке краски частицы пигмента и наполнителя диспергированы в пленке смолы. Кроющая способность в значительной степени зависит от коэффициента преломления и размера частиц. Как указано, диоксид титана в настоящее время является стандартным белым пигментом благодаря своему огромному коэффициенту преломления и отсутствию поглощения света в видимой области. Сухая пленка краски, составленной с новым фосфатом алюминия, в некоторых вариантах осуществления имеет несколько отличий от сухой пленки типичной краски. Во-первых, пленка с фосфатом алюминия не является просто пленкой смолы. Скорее она образована смолой, переплетенной с фосфатом алюминия. Таким образом, она представляет собой нанокомпозитную пленку, которая объединяет две взаимопроникающие фазы с различными свойствами для достижения синергетических преимуществ касательно механических свойств пленки и стойкости к воде и другим агрессивным агентам. Во-вторых, хорошую кроющую способность пленки получают при более низких содержаниях диоксида титана, поскольку пленка содержит значительное количество закрытых пор, которые рассеивают свет. Более того, если частица диоксида титана находится вблизи от одной из данных полостей, она будет рассеивать намного сильнее, чем если она полностью окружена смолой вследствие более высокого градиента коэффициента преломления. Это создает синергизм между новым фосфатом алюминия и диоксидом титана при рассмотрении кроющей способности. В тестах, сравнивающих сухую пленку стандартной краски с пленкой с фосфатом алюминия, выбирали стандартную рыночную рецептуру полуматовой акриловой краски и диоксид титана постепенно заменяли описанным здесь новым продуктом фосфата алюминия. Содержание воды и другие компоненты краски регулировали, как требуется. Некоторые из модификаций в рецептуре в данном варианте осуществления относятся к сниженному использованию загустителя/модификатора реологии, диспергатора,акриловой смолы и коалесцирующего агента. Табл. 2 описывает пример одной из рецептур, используемой в данном эксперименте, вместе с соответствующей рецептурой для нового фосфата алюминия.- 10014943 Таблица 2 Стандартная рецептура краски, используемая в настоящее время на рынке, и соответствующая рецептура, использующая фосфат алюминия. Количества даны в граммах В приведенной выше рецептуре была достигнута замена 50% TiO2 (по массе), сохраняя условия непрозрачности и белизны сухой пленки. Кроме того, исследовали другие свойства нового продукта как модификатора реологии и пленкоструктурирующего агента. Сравнение между двумя приведенными выше рецептурами показывает, что пигменты, изготовленные согласно вариантам осуществления изобретения, будут приводить к дополнительному снижению стоимости помимо снижения, полученного вследствие замены пигмента, представляющего собой диоксид титана. Более того, такие доходы можно получить, в то же время получая лучшие характеристики в нанесенной пленке краски. Из предшествующего описания различных вариантов осуществления изобретения можно наблюдать, что новые продукт и способ отличаются от существующих фосфатов или полифосфатов алюминия в нескольких аспектах. Например, поскольку его стехиометрия не является определенной, можно приготовить различные рецептуры изобретения, изменяя способ изготовления и, таким образом, композицию конечного продукта. Поскольку изобретение осуществляют при контролируемых уровнях pH, композиция является почти нейтральной, таким образом, избегая загрязнения окружающей среды и токсикологических проблем. Кроме того, изобретение может также быть свободно от проблем коррозии, связанных с некоторы- 11014943 ми фосфатами алюминия, встречающимися на рынке и используемыми при превращении оксидов железа в фосфат железа. Кроме того, нестехиометрия вместе с относительной некристалличностью (как в суспензии, так и порошкообразной форме) и тщательно контролируемое водосодержание сухого порошка облегчают контроль набухания, что является полезным для его эксплуатационных характеристик. Частицы наноразмера легко диспергируются, и они стабильны по отношению к осаждению, что позволяет получать однородные дисперсии краски. Кроме того, наночастицы могут быть весьма совместимы с частицами латекса посредством механизмов капиллярной адгезии (в стадии сушки дисперсии), после чего следует опосредованная ион-кластерами электростатическая адгезия (в сухой пленке) - во многих случаях могут быть получены взаимно непрерывные сетки. Наконец, новый продукт также весьма совместим со многими другими порошкообразными твердыми веществами, обычно используемыми в качестве наполнителей краски, такими как различные силикаты, карбонаты и оксиды, встречающиеся в рецептрированных дисперсиях на водной основе, что может внести вклад в когезию и прочность сухой пленки краски. Таким образом, описанное здесь изобретение использует различное сырье, что предлагает дополнительные преимущества, делая способ более экономичным и предлагая удивительные результаты. Здесь описываются очистка, обесцвечивание и очистка фосфорной кислоты, широко распространенной в промышленности по производству удобрений. Фосфорная кислота, как правило, доступна по цене, которая является частью цены используемых ранее фосфатов или метафосфатов. Поскольку фосфорная кислота является исходным веществом, которое типично имеет наиболее высокую стоимость, используемую при производстве пигмента, представляющего собой фосфаты алюминия, использование сорта кислоты дает важное снижения стоимости изготовления фосфатов алюминия. Такой способ делает реальным широкое принятие данных пигментов. Кроме того, определенные особенности описанного здесь изобретения представляют новые пути использования фосфатов алюминия, например, в дисперсии или во влажном порошке. Данные новые методы предоставляют важные технологические выигрыши. Например, новые способы и продукты предотвращают проблемы агрегации частиц, которые ухудшают эксплуатационные характеристики пигмента и снижают его кроющую способность. Кроме того, новый способ и продукт исключают проблемы дисперсии частиц в частицах латекса, используемых при изготовлении красок на водной основе, облегчая способы использования фосфата алюминия в красках для внутренних работ. Далее новые способы и продукты не требуют стадий исчерпывающей сушки фосфата, которые увеличивают сложность и стоимость изготовления. Другой положительный аспект описанного здесь нового способа состоит в том, что его можно рассматривать продуктом "зеленой химии" с нулевыми промышленными отходами, поскольку его изготавливают в условиях умеренной температуры и давления, что не создает проблем для окружающей среды в течение процесса изготовления. Вследствие своей химической природы остатки, создаваемые описанным новым способом, можно безопасно сбрасывать в окружающую среду в виде компонента удобрений. Его производят в виде суспензии, а также в виде сухого порошка. В обоих случаях он легко диспергируется в воде, образуя стабильные дисперсии, которые обладают стабильными реологическими свойствами. Как продемонстрировано выше, варианты осуществления изобретения предлагают новый способ получения аморфного фосфата алюминия. В то время как изобретение было описано относительно ограниченного ряда вариантов осуществления, конкретные черты одного варианта осуществления не следует приписывать другим вариантам осуществления изобретения. Никакой один вариант не является типичным представителем всех аспектов изобретения. В некоторых вариантах осуществления композиции или способы могут включать многочисленные соединения или стадии, не указанные в настоящем описании. В других вариантах осуществления композиции и способы не включают, или по существу не содержат,какие-либо соединения или стадии, не перечисленные в настоящем описании. Существуют разновидности и модификации, отличающиеся от описанных вариантов осуществления. Описан способ изготовления смол, как включающий ряд действий или стадий. Данные стадии или действия могут быть осуществлены на практике в любой последовательности или порядке, если не указано иным образом. Наконец,любое число, описанное здесь, следует истолковывать как среднее приближение, независимо от того,используется ли слово "примерно" или "приблизительно" при описании данного числа. Прилагаемая формула изобретения имеет намерение охватить все данные модификации и изменения, как попадающие в объем защиты изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ получения покрывной композиции, содержащей аморфный фосфат алюминия, включающий стадии образования смеси фосфорной кислоты с сульфатом алюминия и щелочным раствором с последующим проведением реакции с образованием осадка аморфного фосфата алюминия; высушивания осадка при температуре менее 130C и добавления аморфного фосфата алюминия к связующему полимеру с получением покрывной композиции. 2. Способ по п.1, в котором высушенный осадок содержит от 1 до 4 закрытых полостей на частицу.- 12014943 3. Способ по п.1, в котором щелочной раствор представляет собой гидроксид натрия. 4. Способ по п.1, в котором высушенный осадок, по существу, не содержит открытых пор. 5. Способ по п.1, в котором объем макропор высушенного осадка, по существу, составляет менее 0,1 см 3/г. 6. Способ по п.1, в котором на стадии комбинирования фосфорную кислоту, сульфат алюминия и щелочной раствор объединяют одновременно. 7. Способ по п.1, в котором стадию реагирования проводят в течение определенного периода времени. 8. Способ по п.1, в котором стадию реагирования проводят в течение 30 мин. 9. Способ по п.1, в котором аморфный фосфат алюминия имеет мольное отношением фосфора к алюминию более приблизительно 0,8. 10. Способ по п.1, в котором после стадии комбинирования к смеси дополнительно добавляют гидроксид натрия. 11. Способ по п.1, в котором покрывная композиция представляет собой латексную композиции на водной основе. 12. Способ по п.1, в котором покрывная композиция дополнительно содержит непрозрачный пигмент. 13. Способ по п.1, в котором перед стадией комбинирования фосфорную кислоту обрабатывают пероксидом водорода при повышенной температуре. 14. Способ по п.1, в котором средний радиус отдельных частиц порошкообразной формы аморфного фосфата алюминия находится между 20 и 80 нм. 15. Способ получения покрывной композиции, содержащей пигмент на основе аморфного фосфата алюминия, включающий стадии комбинирования фосфорной кислоты с сульфатом алюминия и гидроксидом натрия с образованием смеси; реагирования смеси с образованием осадка аморфного фосфата алюминия, причм аморфный фосфат алюминия имеет мольное отношение фосфора к алюминию более чем приблизительно 0,8; и высушивания осадка при температуре менее 130C, где высушенный осадок, по существу, не содержит открытых пор; и добавления аморфного фосфата алюминия к связующему полимеру с получением покрывной композиции. 16. Способ по п.15, в котором высушенный осадок в виде порошка содержит от 1 до 4 закрытых полостей на частицу. 17. Способ по п.15, в котором после стадии реакции аморфный фосфат алюминия промывают. 18. Способ по п.15, в котором после стадии высушивания аморфный фосфат алюминия имеет объем макропор, по существу, менее 0,1 см 3/г. 19. Способ по п.15, включающий одновременное комбинирование фосфорной кислоты, сульфата алюминия и гидроксида натрия. 20. Способ по п.15, в котором на стадии добавления аморфный фосфат алюминия податся в виде суспензии. 21. Способ по п.20, в котором концентрация тврдых частиц в суспензии находится в интервале от примерно 10 до 55%. 22. Способ по п.15, в котором покрывная композиция дополнительно содержит диоксид титана. 23. Способ по п.15, в котором средний радиус отдельных частиц порошкообразной формы аморфного фосфата алюминия находится между 20 и 80 нм. 24. Способ по п.15, в котором покрывная композиция представляет собой латексную композиции на водной основе. 25. Способ по п.15, в котором аморфный фосфат алюминия имеет объмную плотность менее чем 2,3 г/см 3. 26. Способ по п.15, в котором стадию реагирования проводят в течение примерно 30 мин. 27. Способ получения покрывной композиции, содержащей непрозрачный пигмент на основе аморфного фосфата алюминия, включающий стадии образования смеси фосфорной кислоты с сульфатом алюминия и щелочным раствором с последующим проведением реакции с образованием осадка аморфного фосфата алюминия; фильтрования и промывки суспензии с получением осадка; получения дисперсии из промытого осадка; высушивания осадка с получением частиц аморфного фосфата алюминия и добавления аморфного фосфата алюминия к связующему полимеру с получением покрывной композиции. 28. Способ по п.27, в котором после стадии высушивания частицы аморфного фосфата алюминия содержат от 1 до 4 закрытых полостей на частицу. 29. Способ по п.27, в котором стадию высушивания проводят при температуре менее примерно- 13014943 130C. 30. Способ по п.27, в котором после стадии высушивания аморфный фосфат алюминия имеет объем макропор, по существу, менее 0,1 см 3/г. 31. Способ по п.27, в котором после стадии высушивания аморфный фосфат алюминия, по существу, не содержит открытых пор. 32. Способ по п.27, в котором аморфный фосфат алюминия имеет мольное отношение фосфора к алюминию более чем приблизительно 0,8. 33. Способ по п.27, в котором аморфный фосфат алюминия имеет объмную плотность менее чем 2,3 г/см 3. 34. Способ по п.27, включающий одновременное комбинирование фосфорной кислоты, сульфата алюминия и гидроксида натрия. 35. Способ по п.27, в котором средний радиус отдельных частиц порошкообразной формы аморфного фосфата алюминия находится между 20 и 80 нм. 36. Способ по п.27, в котором покрывная композиция дополнительно содержит второй тип непрозрачного пигмента. 37. Способ по п.27, в котором после стадии смешивания к смеси дополнительно добавляют гидроксид натрия. 38. Способ получения покрывной композиции, содержащей непрозрачный пигмент на основе аморфного фосфата алюминия, включающий стадии образования смеси фосфорной кислоты с сульфатом алюминия и щелочным раствором с последующим проведением реакции с образованием осадка аморфного фосфата алюминия, где аморфный фосфат алюминия имеет мольное отношение фосфора к алюминию более чем приблизительно 0,8; и высушивания осадка при температуре менее 130C, причм частицы аморфного фосфата алюминия имеют объем макропор, по существу, менее 0,1 см 3/г, причм средний радиус отдельных частиц порошкообразной формы аморфного фосфата алюминия находится между 20 и 80 нм, и где аморфный фосфат алюминия имеет объмную плотность менее чем 2,3 г/см 3; и добавления аморфного фосфата алюминия к связующему полимеру с получением покрывной композиции, причм покрывная композиция содержит латекс на водной основе. 39. Способ по п.38, в котором стадию реагирования проводят в течение примерно 30 мин. 40. Способ по п.38, в котором щелочной раствор представляет собой гидроксид натрия.

МПК / Метки

МПК: C01B 25/40, C09C 1/40, C01B 25/36

Метки: способ, получения, композиции, покрывной

Код ссылки

<a href="https://eas.patents.su/16-14943-sposob-polucheniya-pokryvnojj-kompozicii.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Способ получения покрывной композиции</a>

Похожие патенты