氧化铜红外颜料制造技术

具有颗粒起始尺寸和表面积特征的氧化铜颗粒可以通过加热和研磨处理以实现尺寸和颗粒尺寸分布，其赋予氧化铜特性，作为没有添加其他金属或氧化物的红外反射颜料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利
本专利技术公开大体上涉及颜料组合物和制备颜料组合物的方法。本专利技术涉及基于氧化铜(CuO)粉末制造基础上暗色调红外线反射颜料的方法，所述方法通过物理改性，而没有化学改性。处理之后，粉末是多晶形式，并包含至少99％纯CuO和与原料相关的1％以下的杂质。经处理的CuO粉末是一种高品质的颜料，相对于初始原料具有改善的TSR(总太阳能反射率)和强度。相关技术的描述颜料被广泛地用于各种应用，如涂料、油墨、塑料、橡胶、陶瓷、搪瓷及眼镜。使用无机颜料有多种原因。这其中有颜料的色彩特性，以及可见的以及紫外线(UV)和红外(IR)反射特性，其耐光性和它们的高温稳定性。当被着色的物体在高温下制造时，高温稳定性是必要的。颜料表现出某些颜色，因为它们选择性地反射和吸收某些波长的光。白光是光的整个可见光谱的大致相等的混合物。当白光遇到有色颜料时，一些波长的光被吸收，因为它们与颜料的电子结构相互作用。这些相互作用是由颜料的化学组成和晶体结构决定的。不被吸收的波长的光被反射回到观察者，而该反射可见光的光谱创建颜色的外观。例如，海青色反射蓝色光，典型地波长在400毫微米和500毫微米之间，并吸收其他波长的可见光。颜料的外观也依赖于光源的光谱。阳光具有高颜色温度和相当均匀的光谱，并且被认为白光是标准。人造光源，包括荧光灯，往往在其光谱的一些区域中有大的波峰，而在其他区域有深的波谷。在这些条件下观察时，颜料可以表现出不同的颜色。大量的复合无机颜料(CICPs)是含铜的颜料。含铜的黑色的实例包括C.I.颜料黑26、颜料黑27、颜料黑28和颜料黑30。所有这些炭黑的具有尖晶石晶体结构。铜铬黑(C.I.颜料黑28)是由铜(II)氧化物和铬(III)氧化物绿色制成，具有CuCr2O4通式的尖晶石。铜铬铁矿是最广泛使用的CICP黑色。铜铬黑是通用的颜料，具有耐久性和耐热性。铜铬黑通常提供暗色调以及近红外区的强吸收。铜铬黑是优秀的紫外线吸收剂，并为采用它们的系统提供良好的紫外线不透性。红色的氧化亚铜(Cu2O)通常被用作颜料、杀菌剂以及用于船舶漆防污剂。黑色的CuO被用作颜料在陶瓷中产生蓝、红和绿(有时灰色、粉红色或黑色)釉。专利技术概述以下呈现对本专利技术的简要说明，以便提供对本专利技术的一些方面的基本理解。此概述不是本专利技术的完整描述，它既不旨在标识本专利技术的关键或重要元素，也不描绘本专利技术的范围。其唯一目的在于以呈现本专利技术的一些概念，以简化的形式作为前奏，稍后呈现更详细描述。氧化铜粉末可通过多种方法和多种在实验室规模的形态来生产。两个主要趋势是在具有受控粒径的粉末的合成中的不同：倒置方法——其中颗粒是通常从溶液相生长至所需尺寸，以及自上而下的方法——其中大颗粒被研磨至更小的尺寸。在自下而上的方法，多种方法是在实验室规模已建立，诸如溶胶-凝胶、水热、火焰喷雾热解和热分解等等的氧化。然而，上述过程不会经常在工业或大规模生产中使用(沉淀是最常见的)。从印制电路板造成废水铜的回收利用已成为CuO的合成一种重要的工业方法。所得的CuO粉末已经被发现是适合作为高温超导体，具有巨大的磁阻，磁存储介质，催化剂，颜料，气体传感器，p型半导体，和阴极材料，其他材料的合成原料。本专利技术人研究了各种市售的CuO粉末，并发现没有可以用来作为颜料。专利技术人发现这种粉末是由强凝集超微粒子或大颗粒构成，二者都具有宽的粒径分布和没有吸引力配色性。颜料的主要特性是特定的配色性，均匀颗粒的0.3-3微米的中值粒径(D50)和窄的粒径分布，通常在0.7-3.0或0.8-1.4之间的跨度ΔD进行量化，以呈现强的色素。在许多新的应用，除了保护性和美观性能之外，主要的所需特性是红外线反射率。对于中等或高吸收系统，反射率变得对粒径敏感。因此，人们可以根据颗粒尺寸以最大化吸收粉末的反射率。由本专利技术人开发的颜料含有至少99％(重量)的CuO，其余为原料的杂质。在一个优选的实施方式中，其它金属或氧化物的没有被有意的添加。可用于获得本专利技术的颜料各种来源的铜化合物包括，但不限于，碳酸铜(II)、氢氧化铜(II)、醋酸铜(II)、氧化铜(I)及其他。超细CuO(这种颜料的原料)通过组合的自下而上-自上而下的方法，物理性质发生改变，而不进行任何化学修饰。自下而上的方法利用烧结初期的优势。当具有高表面积超微粒子，暴露于热作用，由颗粒间渗透它们减少其自由能，接着使颗粒表面平滑并且表面区域随后下降。当颗粒达到所需的粒径，烧结过程可以停止。通过自上而下的方法，将粉末随后研磨以打破一些烧结过程中形成的或已经在原料中存在的凝聚物。所得到的粉末可作为暗色颜料，其具有黑色的TSR约20％或更高。本专利技术的一个实施方式是制备红外反射氧化铜颜料的方法，包括：(a)提供起始氧化铜粒子，其是至少99％纯的CuO，并具有以下特征：(i)0.25-2微米的粒径D10的，(ii)0.5-6微米的粒径D50，(iii)1-30微米的粒径D90，(ⅳ)跨度ΔD为1-12，和(v)5-50m2/g的SSA，(b)在900至1600华氏度的温度下加热氧化铜颗粒达1-1000分钟的时间，(c)充分研磨氧化铜粒子，以实现以下特征中至少之一：(i)0.3-2微米的粒径D10，(ii)0.6-3微米的粒径D50，(iii)0.9-5微米的粒径D90，(ⅳ)0.7-30的跨度ΔD和(v)2-10m2/g的SSA。本专利技术的一个实施方式是制备红外反射氧化铜颜料的方法，其包括：(a)提供起始氧化铜粒子，其是至少99％纯的CuO，并具有以下特征：(i)0.4-1.2微米的粒径D10，(ii)0.9-5.1微米的粒径D50，(iii)2-22微米的粒径D90，(iv)1.6-8.8的跨度ΔD，和(v)22-39m2/g的SSA，(b)在1100至1500华氏度的温度下加热氧化铜粒子，达20-120分钟的时间，(c)研磨所述氧化铜颗粒到足以实现下述特征中的至少一种：(i)0.5-0.9微米的粒径D10，(ii)0.8-1.5微米的粒径D50，(iii)1.3-2.8微米的粒径D90，(iv)0.9-1.4的跨度ΔD和(v)1-10m2/g的SSA。本专利技术的一个实施方式是一种油漆或涂料，包括通过本文他处所公开的任何方法制成的氧化铜颜料。专利技术的一个实施方式是一种塑料组合物，包括通过本文他处所公开的任何方法制成的氧化铜颜料。本专利技术的实施方式是屋顶木瓦、屋顶颗粒或屋面组合物，其中任何一种都包含通过本文别处所公开的任何方法制成的氧化铜颜料。本专利技术的实施方式之一是油漆或涂料，其包括本文其他地方所公开的任何氧化铜颜料。本专利技术的实施方式之一是塑料组合物，其包括本文其他地方所公开的任何氧化铜颜料。本专利技术的实施方式是屋顶木瓦、屋顶颗粒或屋面组合物，其中任一种都包括本文其他地方所公开的氧化铜颜料。本专利技术的一个实施方式是具有以下特征的氧化铜颜料：(a)0.3-2微米的粒径D10，(b)0.6-3微米的粒径D50，(c)0.9-5微米的粒径D90，(d)0.7-3.0的跨度ΔD，和(e)2-10m2/g的SSA。本专利技术的一个实施方式是一种油漆或涂料或塑料组合物，其包括本文其他地方所公开的任何氧化铜颜料。本专利技术的实施方式是制备红外反射氧化铜颜料的方法，其包括：(a)提供起始氧化铜颗粒，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备红外反射氧化铜颜料的方法，其包括：a.提供起始氧化铜颗粒，其是至少99％纯CuO，并具有以下特征：i.0.25‑2微米的粒径D10，ii.0.5‑6微米的粒径D50，iii.1‑30微米的粒径D90，iv.1‑12的跨度ΔD，v.5‑50m2/g的SSA，vi.1‑19.5纳米的微晶尺寸，vii.当存在于氨基醇酸树脂涂料时，呈现小于17的黑色的总太阳反射率，b.在900华氏度至1600华氏度的温度下加热氧化铜颗粒，加热时间为1‑1000分钟，c.充分研磨氧化铜颗粒，以产生具有以下特征的成品氧化铜颗粒：i.0.3‑2微米的粒径D10，ii.0.6‑3微米的粒径D50，iii.0.9‑5微米的粒径D90，iv.0.7‑3.0的跨度ΔD，v.2‑10m2/g的SSA，vi.19.6‑42纳米的微晶尺寸，vii.当存在于氨基醇酸树脂涂料时，呈现17或更大的黑色的总太阳反射率，viii.当在聚氯乙烯中使用时，具有相对于V‑774颜料的60％至150％的颜色强度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.02 US 61/974,0171.一种制备红外反射氧化铜颜料的方法，其包括：a.提供起始氧化铜颗粒，其是至少99％纯CuO，并具有以下特征：i.0.25-2微米的粒径D10，ii.0.5-6微米的粒径D50，iii.1-30微米的粒径D90，iv.1-12的跨度ΔD，v.5-50m2/g的SSA，vi.1-19.5纳米的微晶尺寸，vii.当存在于氨基醇酸树脂涂料时，呈现小于17的黑色的总太阳反射率，b.在900华氏度至1600华氏度的温度下加热氧化铜颗粒，加热时间为1-1000分钟，c.充分研磨氧化铜颗粒，以产生具有以下特征的成品氧化铜颗粒：i.0.3-2微米的粒径D10，ii.0.6-3微米的粒径D50，iii.0.9-5微米的粒径D90，iv.0.7-3.0的跨度ΔD，v.2-10m2/g的SSA，vi.19.6-42纳米的微晶尺寸，vii.当存在于氨基醇酸树脂涂料时，呈现17或更大的黑色的总太阳反射率，viii.当在聚氯乙烯中使用时，具有相对于V-774颜料的60％至150％的颜色强度。2.如权利要求1所述的方法，其中所述起始氧化铜颗粒具有22-39m2/g的SSA。3.如权利要求1所述的方法，其中所述起始氧化铜颗粒呈现选自以下组成的组的至少一个特征：a.0.3-1.5微米的粒径D10，b.0.7-5.5微米的粒径D50，c.1.5-25微米的粒径D90，d.22-39m2/g的SSA，e.1.3-10的跨度ΔD，和f.5-19纳米的微晶尺寸。4.如权利要求1所述的方法，其中所述起始氧化铜颗粒呈现选自以下组成的组的至少一个特征：a.0.4-1.2微米的粒径D10，b.0.9-5.1微米的粒径D50，c.2-22.2微米的粒径D90，d.1.6-8.8的跨度ΔD，和e.10-18纳米的微晶尺寸。5.如权利要求1所述的方法，其中所述起始氧化铜颗粒被充分研磨以实现选自以下组成的组中的至少一个特征：a.0.4-1.4微米的粒径D10，b.0.7-2.2微米的粒径D50，c.1-4微米的粒径D90，d.2-10m2/g的SSA，e.0.8-2.5的跨度ΔD，和g.22-40纳米的微晶尺寸。6.如权利要求1所述的方法，其中所述起始氧化铜颗粒被充分研磨以实现选自以下组成的组中的至少一个特征：a.0.5-0.9微米的粒径D10，b.0.8-1.5微米的粒径D50，c.1.3-2.8微米的粒径D90，d.3-4.5m2/g的SSA，e.0.9-1.4的跨度ΔD，和f.25-38.5纳米的微晶尺寸。7.如权利要求3-6中任一项所述的方法，其中至少两个所述特征得以实现。8.如权利要求3-6中任一项所述的方法，其中至少三个所述特征得以实现。9.如权利要求3-6中任一项所述的方法，其中至少四个所述特征得以实现。10.如权利要求1-9中任一项所述的方法，其中所述起始氧化铜颗粒不含任何有意添加的任何选自碱金属、碱土金属、前过渡金属、后过渡金属、过渡后金属、贫金属、稀土金属和非金属组成的组的元素。11.如权利要求1-10所述的方法，其中没有故意添加足以引起...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃琳娜·D·米利肯，特里·J·德特瑞，乔治·E·萨科斯克，
申请(专利权)人：费罗公司，
类型：发明
国别省市：美国;US