Диоксид титана

Диоксид титана

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Варианты осуществления настоящего изобретения в целом относятся к диоксиду титана, и, более конкретно, к материалам и композициям из частиц диоксида титана.

В некоторых вариантах осуществления, материал из частиц диоксида титана или легированного диоксида титана эффективно рассеивает инфракрасное излучение в ближней инфракрасной области спектра. В варианте осуществления композиции, материал в виде частиц смешивают с цветным окрашивающим веществом, имеющим низкое поглощение в ближней инфракрасной области спектра.

В некоторых вариантах осуществления, на материал из частиц диоксида титана или легированного диоксида титана наносят покрытие, и в этом случае материал имеет чрезвычайно низкую фотокаталитическую активность. Таким образом, продукты, содержащие этот материал, могут иметь повышенную светостойкость по сравнению с аналогичными продуктами, содержащими обычный диоксид титана.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Ближняя инфракрасная область электромагнитного спектра лежит между 700 и 2500 нм. Материалы, имеющие высокую отражательную способность и пониженное поглощение в этой области, могут находить применение во многих областях техники. Например, продукты, изготовленные из таких материалов, обладают свойством сохранять более низкую температуру под воздействием солнечного света, а следствием более низких температур является меньшее термическое разложение, повышенная износоустойчивость, более комфортные условия, более низкие затраты на кондиционирование воздуха, и меньшее отрицательное воздействие на окружающую среду.

С точки зрения существующих в настоящее время экологических проблем (и затрат) необходимо снижать количество кондиционируемого воздуха, требующегося для охлаждения зданий. Одним способом снижения затрат на кондиционирование воздуха является использование кровельных материалов, которые отражают солнечную энергию. В соответствии с инициативой Energy Star Агентства по охране окружающей среды США (EPA) необходимо, чтобы крыши жилых домов с крутым скатом (имеющие уклон) имели величину суммарного отражения солнечного света (TSR) не менее 25%. Этому условию способны удовлетворять изделия, окрашенные в более светлые тона, но темные или интенсивно окрашенные изделия в силу их самой природы не могут соответствовать этому условию, и обычно имеют величину TSR значительно ниже 25%, например, 10% или ниже. Это может создавать проблему для тех, кто, с одной стороны, с эстетической точки зрения предпочитает использовать темные или интенсивные цвета, но, с другой стороны, хочет воспользоваться преимуществом материалов с более высоким значением TSR.

Высокая отражательная способность солнечного света может достигаться различными путями. Например, изделия с внешними белыми поверхностями могут иметь высокую отражательную способность солнечного света, но если требуется цветная поверхность, то этот подход не дает удовлетворительного результата. В качестве варианта, высокая отражательная способность солнечного света может быть достигнута путем объединения обычных TiO₂ пигментов с цветными пигментами и красителями, непоглощающими излучение в ближней инфракрасной области. Такой подход имеет также ограниченное применение, так как те содержания обычного TiO₂ пигмента, которые необходимо создать для достижения требуемых величин отражения солнечного света, будут непременно приводить к получению относительно бледных цветов. Поэтому, в такой отражающей композиции невозможно получить более темные или более интенсивные цвета. В еще одном варианте, на изделие может быть нанесен белый слой, имеющий высокую отражательную способность солнечного света, за которым следует слой, содержащий цветные пигменты, прозрачные для излучения в ближней инфракрасной области. Верхний слой пигментов не отражает или не поглощает излучение в ближней инфракрасной области. Эта система тоже является не идеальной, так как требуется время для нанесения двух различных слоев, и если они не нанесены соответствующим образом, то могут придавать изделию "пятнистый" вид с белым нижним слоем, проглядывающим через части цветного верхнего слоя, и в течение времени цвет может становиться более светлым, так как верхний слой подвергается атмосферным воздействиям в большей степени, чем нижний слой.

Таким образом, существует необходимость в материале с высокой величиной суммарной отражательной способности солнечного света, которую можно было бы достигать в случае широкой области более темных или более интенсивных цветов, по сравнению с теми цветами, которые в противном случае можно было бы использовать для данной величины отражательной способности солнечного света. Такие цвета включают полутона и даже более темные/более интенсивные пастели. Кроме того, существует необходимость в однослойной системе нанесения таких отражающих солнечный свет цветных материалов, которые могут быть использованы в ряде областей применения, включая поверхности кровли, изделия из пластмасс, дорожные покрытия и краски. Таким образом, в результате потребители могли бы иметь те изделия, которые они хотели, как с точки зрения желаемого цвета, так и с точки зрения высокой величины суммарной отражательной способности солнечного света. Применение этих изделий в результате могло бы способствовать созданию более прохладной среды в жилых помещениях и/или снижению расхода энергии на кондиционирование воздуха, уменьшению термического разложения, снижению воздействия на окружающую среду, и/или уменьшению влияния на глобальное потепление.

Кроме того, изделия, подвергаемые воздействию солнечного света, могут быть несветостойкими, и могут преждевременно ухудшаться их свойства. Такие изделия, включая краски, изделия из пластмасс, кровельные изделия, и продукты для нанесения покрытий на поверхность земли, могут содержать диоксид титана. Несмотря на то, что сам по себе диоксид титана не подвержен разложению, степень, с которой разлагается изделие, содержащее диоксид титана, может зависеть от фотокаталитической активности пигмента из диоксида титана, используемого в изделии.

Например, особо не углубляясь в теорию этого вопроса, считается, что если кристалл диоксида титана поглощает УФ свет, то происходит возбуждение электрона до более высокого энергетического уровня (зоны проводимости) и его движение через решетку. Образующаяся вакансия или "дырка" в валентной зоне также эффективно "двигается". Если эти подвижные заряды достигают поверхности кристалла, то они могут быть перенесены в среду содержащего диоксид титана изделия (например, смоляную основу краски), и образовывать свободные радикалы, которые разлагают среду.

Таким образом, существует необходимость в частицах диоксида титана, имеющих сверхнизкую фотокаталитическую активность. Такие частицы диоксида титана затем могут быть использованы для повышения срока службы изделий, подвергаемых воздействию солнечных лучей. Например, такие частицы диоксида титана могут быть использованы в комбинации с высоко светостойкими смолами, связующими красок, и другими подобными компонентами для увеличения общего срока службы изделия, подвергаемого действию солнечного света.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В первой части изобретения, настоящее изобретение предлагает, в первом аспекте, окрашенную композицию, включающую:

• состоящий из частиц материал, рассеивающий излучение в ближней инфракрасной области, где материал выбирают из диоксида титана, легированного диоксида титана и их комбинаций, и материал имеет средний размер кристаллов больше чем 0,40 мкм и распределение частиц по размеру, при котором 30% или более частиц имеют размер меньший, чем 1 мкм; и

• одно или более цветное окрашивающее вещество;

где состоящий из частиц материал и цветное окрашивающее вещество диспергируют в среде.

Состоящий из частиц материал с кристаллами большого размера имеет необычно высокую величину отражения излучения в ближней инфракрасной области и, одновременно, значительно сниженное отражение видимого света, по сравнению с обычными пигментами. Этот удивительный эффект означает, что при более низком содержании такого материала, отражающего излучения в ближней инфракрасной области, может, тем не менее, достигаться высокая величина отражения излучения в ближней инфракрасной области. Дополнительным преимуществом является то, что для достижения любого более темного или более интенсивного цвета требуется более низкое содержание цветного окрашивающего вещества.

Удивительно, но состоящий из частиц материал, который является крупнокристаллическим диоксидом титана или легированным диоксидом титана, сочетается в композиции с окрашивающим веществом более темного или более интенсивного цвета без чрезмерного воздействия на цвет композиции. В отличие от этого, обычный пигмент TiO₂ очень сильно отражает видимый свет и явно влияет на цвет композиции, делая ее заметно более бледной. Таким образом, применяемый в настоящем изобретении состоящий из частиц материал, который является крупнокристаллическим диоксидом титана или легированным диоксидом титана, сочетается в композиции с окрашивающим веществом более темного или более интенсивного цвета без такого сильного воздействия на цвет, как в случае воздействия на цвет обычного пигмента TiO₂.

В первой части изобретения, настоящее изобретение также предлагает, во втором аспекте, применение композиции в соответствии с первым аспектом для нанесения одного слоя покрытия, которое имеет способность отражать солнечный свет и является цветным, или для получения изделия, которое имеет способность отражать солнечный свет и является цветным.

В первой части изобретения, настоящее изобретение также предлагает, в третьем аспекте, применение состоящего из частиц материала, рассеивающего излучение в ближней инфракрасной области, который выбирают из диоксида титана, легированного диоксида титана и их комбинаций, и который имеет средний размер кристаллов больше чем 0,40 мкм и распределение частиц по размеру, при котором 30% или более частиц имеют размер меньший, чем 1 мкм, для повышения величины отражения солнечных лучей, предпочтительно, также при снижении величины отражения видимого света окрашенной композиции.

В первой части изобретения, настоящее изобретение также предлагает, в четвертом аспекте, изделие, включающее композицию в соответствии с первым аспектом.

Во второй части изобретения, настоящее изобретение предлагает, в первом аспекте, состоящий из частиц материал с нанесенным покрытием, где:

(i) материал выбирают из диоксида титана, легированного диоксида титана и их комбинаций;

(ii) материал имеет средний размер кристаллов, больший чем 0,40 мкм; и

(iii) покрытие включает один или более оксидных материалов, где материалом является оксид одного или более элементов, которыми являются:

(a) переходные металлы группы 4 (IVB) и 12 (IIB), выбранные из Ti, Zr и Zn и/или

(b) p-элементы групп 13-15 (IIIA-VA), выбранных из Si, Al, P и Sn и/или

(c) лантаниды.

Неожиданно было обнаружено, что путем применения традиционных способов измельчения и нанесения покрытий к крупнокристаллическому диоксиду титана или крупнокристаллическому легированному диоксиду титана, могут быть получены улучшенные продукты, содержащие частицы диоксида титана с более низкими уровнями фотокаталической активности, чем те, которые достигались ранее.

Состоящий из частиц материал с нанесенным покрытие является практически белым. Предпочтительно, чтобы продукт имел величину яркости L* (цветовое пространство CIE L*a*b*), большую чем 95, с величиной a*, меньшей чем 5, и величиной b*, меньшей чем 5.

Во второй части изобретения, настоящее изобретение также предлагает, во втором аспекте, применение

(i) кристаллов со средним размером большим, чем 0,40 мкм; и

(ii) покрытия, включающего один или более оксидный материал, где материалом является оксид одного или более элементов, которыми являются:

(a) переходные металлы группы 4 (IVB) и 12 (IIB), выбранные из Ti, Zr и Zn и/или

(b) p-элементы групп 13-15 (IIIA-VA), выбранных из Si, Al, P и Sn и/или

(c) лантаниды,

для снижения фотокаталитической активности материала, выбранного из диоксида титана, легированного диоксида титана и их комбинаций.

Во второй части изобретения, настоящее изобретение также предлагает, в третьем аспекте, применение материала в соответствии с первым аспектом второй части, для повышения износостойкости и/или срока службы продукта, который подвергается воздействию солнечных лучей в процессе применения.

Во второй части изобретения, настоящее изобретение также предлагает, в четвертом аспекте, продукт, который подвергается воздействию солнечных лучей в процессе применения, где продукт включает материал в соответствии с первым аспектом второй части.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

A. ПЕРВАЯ ЧАСТЬ - ОКРАШЕННЫЕ ПРОДУКТЫ, ОТРАЖАЮЩИЕ СОЛНЕЧНЫЙ СВЕТ

Настоящее изобретение предлагает, в первом аспекте, окрашенную композицию, включающую:

• состоящий из частиц материал с нанесенным покрытием в качестве состоящего из частиц материала, рассеивающего излучение в ближней инфракрасной области, где материал выбирают из диоксида титана, легированного диоксида титана и их комбинаций, и материал имеет средний размер кристаллов больше чем 0,4 мкм и распределение частиц по размерам, при котором 30% или более частиц имеют размер меньший, чем 1 мкм; и

• одно или более цветное окрашивающее вещество;

где состоящий из частиц материал и цветное окрашивающее вещество диспергируют в транспортной среде.

Предпочтительно, чтобы цветное окрашивающее вещество имело низкое поглощение в ближней инфракрасной области спектра. В одном варианте осуществления, цветное окрашивающее вещество может иметь среднюю величину коэффициента поглощения 50 мм^-1 или меньшую в ближней инфракрасной области от 700 до 2500 нм. Предпочтительно, чтобы цветное окрашивающее вещество могло иметь среднюю величину коэффициента поглощения 20 мм^-1 или менее в области спектра от 700 и 2500 нм, например, 15 мм^-1 или меньшее, например, 12 мм^-1 или меньшее, например, 10 мм^-1 или меньшее.

Эта композиция включает окрашивающее вещество и состоящий из частиц материал, смешанные вместе в одну композицию для достижения требуемого эффекта отражения солнечной энергии.

Состоящий из частиц крупнокристаллический материал имеет необычайно высокое значение отражения излучения в ближней инфракрасной области и, одновременно, значительно сниженное значение отражения видимого света по сравнению с обычными пигментами. Этот удивительный эффект позволяет при более низком содержании такого материала, рассеивающего излучение в ближний инфракрасной области, тем не менее, достигать высокой величины отражения излучения в ближний инфракрасной области. Дополнительным преимуществом является тот факт, что для получения любого заданного цвета требуется более низкое содержание цветного окрашивающего вещества.

Удивительно, но состоящий из частиц материал, который является крупнокристаллическим диоксидом титана или легированным диоксидом титана, сочетается в композиции с более темным или более интенсивно окрашенным окрашивающим веществом без чрезмерного влияния на цвет композиции. В отличие от этого, обычный пигмент TiO₂ очень сильно отражает видимый свет и явно влияет на цвет композиции, делая ее цвет заметно более бледным. Таким образом, применяемый в настоящем изобретении состоящий из частиц материал, который является крупнокристаллическим диоксидом титана или легированным диоксидом титана, сочетается в композиции с окрашивающим веществом более темного или более интенсивного цвета без такого сильного влияния на цвет, как в случае влияния на цвет обычного пигмента TiO₂.

Настоящая композиция позволяет наносить покрытия, отражающие излучение в ближней инфракрасной области, за одну операцию. Такое одно нанесенное покрытие, отражающее солнечное излучение, дает преимущества в скорости нанесения покрытия и в соответствующих затратах на нанесение покрытия, а также с точки зрения однородности цвета на всей поверхности.

В патентном документе JP 2005330466A описано применение частиц с диаметром от 0,5 до 1,5 микрон, отражающих инфракрасное излучение, которыми могут являться частицы TiO₂, с нанесенной на них пленкой на основе смолы, прозрачной для инфракрасного излучения. Пленочное покрытие может содержать пигмент, который практически не поглощает инфракрасное излучение. Однако, не смотря на то, что эти продукты имеют частицы большого диаметра, их не описывают в качестве частиц, изготовленных из крупнокристаллического диоксида титана, как в случае продуктов настоящего изобретения. Как будет более подробно обсуждено ниже, размер частиц и размер кристаллов частиц TiO₂ не являются одним и тем же понятием. Тот факт, что в продуктах известного уровня техники не используют кристаллы TiO₂ крупного размера, обуславливает ряд формальных различий между теми продуктами и продуктами изобретения.

В частности, крупная (например, с диаметром 1 микрон) частица, образованная из кристаллов обычного (пигментного) диоксида титана, не будет устойчивой в процессе технологической обработки. В отличие от этого, в настоящем изобретении применяются кристаллы большого размера, которые позволяют получать устойчивый и износостойкий продукт. Кроме того, в настоящем изобретении для достижения эквивалентной величины отражения инфракрасного излучения требуется меньше материала по сравнению с продуктом, в котором используются кристаллы обычного (пигментного) диоксида титана. Кроме того, продукты, описанные в патентном документе JP 2005330466A, не обладает неожиданным преимуществом настоящего изобретения, в соответствии с которым величина отражательной способности инфракрасного излучения повышается, в то время как величина отражательной способности видимого света понижается, что позволяет использовать более низкое содержание цветного окрашивающего вещества, требуемое для достижения любого заданного цвета в настоящем изобретении по сравнению с известным уровнем техники. Кроме того, исходя из указанной в этом патентном документе величины плотности, можно придти к выводу, что на эти продукты не наносят покрытия и, поэтому, они склонны к проявлению вредного явления фотокатализа, который является главной проблемой для любой композиции или продукта, предназначенных для применения в условиях воздействия солнечного излучения.

В патентном документе US 2007065641 описаны гранулы кровельного материала, содержащие крупные частицы TiO₂ и цветные частицы, отражающие инфракрасное излучение. Распределение частиц по размерам является широким: 100% меньше чем 40 микрон, от 50 до 100% меньше чем 10 микрон и от 0 до 15% меньше чем микрон. Это сравнимо со специально заявленным в настоящем изобретении требуемым распределением частиц по размерам, согласно которому 30% или более частиц имеют размер частиц меньше чем 1 микрон. Частицы, описанные в патентном документе US 2007065641, являются необработанными и пылевидными, и склонны к образованию комков и, следовательно, не пригодны для многих конечных применений, таких как, применение в качестве материала для отделки.

Патентный документ US 2008/0008832 относится к гранулам кровельного материала, образованного с использованием окрашенной сердцевины, на которую может быть нанесено покрытие из TiO₂. Патентный документ WO 2005/095528 относится к краскам для стен, содержащим TiO₂ и окрашенный пигментный компонент, отражающий тепло. В обоих этих патентных документах TiO₂ является пигментным, а не крупнокристаллическим, как это требуется согласно настоящему изобретению.

Известный уровень техники не признает или не предполагает преимущества при формировании окрашенных композиций с высокой устойчивостью к атмосферным воздействиям и способностью отражать солнечный свет, которое неожиданно достигалось бы при получении окрашенных композиций в результате использования вместе с окрашивающим веществом состоящего из частиц материала, рассеивающего излучение в ближней инфракрасной области, имеющего как кристаллы крупного размера, так и определенное распределение частиц по размерам.

Композиция может включать только один тип состоящего из частиц материала, рассеивающего излучение в ближней инфракрасной области, или может включать два или более различных типов состоящего из частиц материала, рассеивающего излучение в ближней инфракрасной области.

Состоящий из частиц материал, рассеивающий излучение в ближней инфракрасной области, используемый в настоящем изобретении, является диоксидом титана или легированным диоксидом титана (или их комбинацией), и имеет средний размер кристаллов больший, чем 0,40 мкм, и распределение частиц по размерам, при котором 30% или более частиц имеют размер меньший, чем 1 мкм. Такой материал очень эффективно рассеивает излучение в ближней инфракрасной области спектра (700-2500 нм). Однако он сильно поглощает в ультрафиолетовой области (300-400 нм) и имеет относительно низкое рассеивание и низкое поглощение в видимой области спектра (400-700 нм).

Удивительно, но высокое значение показателя преломления состоящего из частиц материала, рассеивающего излучение в ближней инфракрасной области, перевешивает недостаток наличия сильного поглощения солнечного ультрафиолетового излучения, давая превосходную величину суммарного отражения солнечного излучения. Сильное поглощение солнечного ультрафиолетового излучения этими частицами также дает выигрышное свойство высокой величины непроницаемости для солнечного ультрафиолетового излучения, свойство, которое может повышать устойчивость к атмосферным воздействиям любого материала, подвергаемого воздействию солнечного света.

В одном варианте осуществления, состоящий из частиц материал является или включает легированный диоксид титана, который следует называть неорганическим материалом, содержащим TiO₂. Легированный диоксид титана может иметь содержание TiO₂ 10% масс. или более, предпочтительно, 12% масс. или более.

Легированный диоксид титана может находиться либо в кристаллической форме рутила, либо в кристаллической форме анатаза. Предпочтительно, чтобы легированный диоксид титана обладал кристаллической структурой рутила. Для специалиста в этой области является очевидным, что этим материалом необязательно должен быть рутил, а может быть материал, который изоструктурен с рутилом.

В настоящем изобретении может быть предпочтительной кристаллическая форма рутила в силу его более высокого значения показателя преломления. Это означает, что его меньше требуется для получения заданной величины отражающей способности излучения в ближней инфракрасной области, и в случае оптимального количества эффект будет более сильным. Например, это количество может составлять 50% или более по массе рутила, например, 60% или более, например, 70% или более, предпочтительно, 80% или более, более предпочтительно, 90% или более, наиболее предпочтительно, 95% или более, например, 99% или более, например, 99,5% или более.

Например, легированный диоксид титана может быть легирован при помощи легирующих добавок, таких как кальций, магний, натрий, алюминий, сурьма, фосфор и цезий.

Легированный диоксид титана может включать примеси, например, до содержания 10% масс. или менее, например, 8% масс. или менее, например, 5% масс. или менее. Эти примеси являются следствием недостаточной очистки и могут представлять собой, например, железо, оксид кремния, оксид ниобия или другие примеси, обычно присутствующие в сырье, содержащем диоксид титана.

В одном варианте осуществления, состоящий из частиц материал является или включает диоксид титана. Диоксид титана может быть получен любым известным способом. Например, могут быть использованы так называемый "сульфатный" способ или так называемый "хлоридный" способ, которые являются двумя способами, широко используемыми в промышленности. Равным образом, для получения диоксида титана могут быть использованы фторидный процесс, гидротермические процессы, аэрозольные процессы или процессы выщелачивания.

Диоксид титана может находиться либо в кристаллической форме рутила, либо в кристаллической форме анатаза. В настоящем изобретении кристаллическая форма рутила может быть предпочтительной в силу его более высокого значения показателя преломления. Это означает, что его меньше требуется для получения заданной величины отражающей способности излучения в ближней инфракрасной области, и в случае оптимального количества эффект будет более сильным.

В одном варианте осуществления, диоксид титана составляет 50% или более по массе рутила, например, 60% или более, например, 70% или более, предпочтительно, 80% или более, более предпочтительно, 90% или более, наиболее предпочтительно, 95% или более, например, 99% или более, например, 99,5% или более.

Диоксид титана может быть белым или прозрачным или может быть окрашенным. В одном варианте осуществления, он может быть практически белым; например, он может иметь величину яркости L* (цветовое пространство CIE L*a*b*), большую чем 95, при величине a*, меньшей чем 5 и величине b*, меньшей чем 5.

Диоксид титана может включать примеси, например, до содержания 10% масс. или менее, например, 8% масс. или менее, например, 5% масс. или менее. Эти примеси являются следствием неполной очистки и могут представлять собой, например, железо, оксид кремния, оксид ниобия или другие примеси, обычно присутствующие в сырье, содержащем диоксид титана. Предпочтительно, чтобы диоксид титана имел содержание TiO₂ 90% масс. или выше, например, 92% масс. или выше, например, 93% масс. или выше.

В настоящем изобретении, состоящий из частиц материал, рассеивающий излучение в ближней инфракрасной области, имеет средний размер кристаллов больший, чем или равный 0,40 мкм. Предпочтительно, чтобы состоящий из частиц материал, рассеивающий излучение в ближней инфракрасной области, имел средний размер кристаллов больший, чем или равный 0,45 мкм. Предпочтительно, чтобы средний размер кристаллов составлял величину большую, чем или равную 0,50 мкм, например, 0,55 мкм или более, более предпочтительно, 0,60 мкм или более, например, 0,70 мкм или более, например, 0,80 мкм или более.

В одном варианте осуществления, состоящий из частиц материал, рассеивающий излучение в ближней инфракрасной области, имеет средний размер кристаллов больший, чем 0,40 мкм и до 1,20 мкм, например, от 0,45 до 1,1 мкм, более предпочтительно, от 0,50 до 1,1 мкм, например, от 0,60 до 1,0 мкм, например, от 0,70 до 1,00 мкм.

Средний размер кристаллов может быть определен трансмиссионной электронной микроскопией на растертом образце с помощью анализа изображения на полученной фотографии (например, с использованием анализатора изображения Quantimet 570). Этот размер может быть проверен путем сравнения с латексным NANOSPHERE™ размерным стандартом 3200 Национального института стандартов и технологии США (NIST) с сертифицированным размером 199+/-6 нм.

Обычный TiO₂ со структурой рутила имеет средний размер кристаллов от 0,17 до 0,29 мкм, в то время как обычный TiO₂ со структурой анатаза имеет средний размер кристаллов от 0,10 до 0,25 мкм.

Размер кристаллов отличается от размеров частиц. Размер частицы зависит от эффективности диспергирования пигмента в системе, в которой его используют. Размер частиц определяется такими факторами как размер кристаллов и методы измельчения, например, сухое, мокрое или совместное измельчение. Размер частиц обычного TiO₂ со структурой рутила составляет от 0,25 до 0,40 мкм, в то время как обычный TiO₂ со структурой анатаза имеет размер частиц от 0,20 до 0,40 мкм. В результате измельчения могут получаться частицы и большего размера, если используются методы, при которых кристаллы образуют друг с другом "комки".

В заявляемом настоящем изобретении, состоящий из частиц материал, рассеивающий излучение в ближней инфракрасной области, имеет среднюю величину размера частиц, определенную с помощью рентгеновского метода при седиментации частиц, большую, чем 0,40 мкм. Например, средний размер частиц может составлять больше чем 0,40 мкм и до 1,2 мкм. Предпочтительно, чтобы средний размер частиц был большим, чем или равным 0,45 мкм, например, от 0,45 до 1,1 мкм, например, от 0,50 до 1,0 мкм, более предпочтительно, от 0,60 до 1,0 мкм.

В заявляемом настоящем изобретении, состоящий из частиц материал, рассеивающий излучение в ближней инфракрасной области, имеет распределение частиц по размерам, при котором 30% или более частиц имеют размер меньший, чем 1 мкм. В одном варианте осуществления, состоящий из частиц материал, рассеивающий излучение в ближней инфракрасной области, имеет распределение частиц по размерам, при котором 35% или более частиц имеют размер меньший, чем 1 мкм, например, распределение частиц по размерам, при котором 40% или более частиц имеют размер меньший, чем 1 мкм. В настоящей заявке предполагается, что в случае, когда указывают процент частиц, имеющих данный размер, этот процент является массовым процентом.

Для измерения размера частиц, продукт подвергают перемешиванию с высоким значением скорости сдвига в присутствии подходящего диспергирующего средства для диспергирования частиц без их измельчения. Распределение частиц по размерам измеряют с помощью дисковой центрифуги и рентгеновской установки Brookhaven XDC X-Ray. Регистрируют средний размер частиц и стандартное геометрическое отклонение размера частиц.

Состоящий из частиц материал, рассеивающий излучение в ближней инфракрасной области, может быть подвергнут обработке, или на него может быть нанесено покрытие с помощью известных в технике методов.

Для специалиста в этой области является очевидным, что состоящий из частиц материал, рассеивающий излучение в ближней инфракрасной области, который является диоксидом титана, легированным диоксидом титана или их комбинациями, получают с помощью процесса, который включает стадию измельчения. На частицы, получаемые на стадии измельчения, может быть нанесено покрытие, например, с помощью гидратированного оксида, такого как оксид кремния, оксид алюминия, или оксид циркония; эта стадия нанесения покрытия может давать в результате пониженную фотокаталитическую активность, улучшенную способность к диспергированию, пониженное появление желтизны или более высокую непроницаемость.

На частицы могут быть нанесены неорганические или органические покрытия при их содержании, например, до 20% масс., например, от 0,5 до 20% масс.

В одном варианте осуществления, может быть использован материал неорганического покрытия, выбранный из неорганических оксидов, гидроксилов, и их комбинаций. Примерами этих материалов, представленных в виде их оксидов, являются Al₂O₃, SiO₂, ZrO₂, CeO₂, и P₂O₅.

Может также иметь место обработка поверхности органическими соединениями, такими как полиол, амин (например, алканоламин) или производные кремния. В частности, такая обработка может улучшить диспергируемость. Типичными используемыми органическими соединениями являются триметилолпропан, пентаэритрит, триэтаноламин, алкилфосфоновая кислота (например, н-октил-фосфоновая кислота) и триметилолэтан.

Способ нанесения покрытия на состоящий из частиц материал, рассеивающий излучение в ближней инфракрасной области, который является диоксидом титана, легированным диоксидом титана, или их комбинациями, является таким же, как и известный в технике способ нанесения покрытия на обычного пигментный материал, и он включает диспергирование материала в воде с последующим добавлением реагентов для образования покрытия, таких как сульфат алюминия. Затем корректируют pH, для того чтобы вызвать осаждение требуемого гидратированного оксида с образованием покрытия на поверхности материала.

После образования покрытия, материал может быть промыт и высушен перед измельчением, например, в струйной мельнице или мельнице для тончайшего помола, для разделения частиц, которые склеились друг с другом при нанесении покрытия.

На этой конечной стадии измельчения, при необходимости могут быть применены обработки поверхности органическими соединениями, например, с помощью полиола, амина, алкилфосфоновой кислоты или производных кремния.

В одном варианте осуществления, состоящий из частиц материал, рассеивающий излучение в ближней инфракрасной области, перед тем как его использовать в композиции, может быть подвергнут обработке для селективного удаления фракций частиц с конкретным размером. Например, могут быть удалены любые частицы с диаметром 5 мкм или более; в одном варианте осуществления могут быть удалены любые частицы с диаметром 3 мкм или более. Такие частицы могут быть удалены, например, при помощи центрифугирования.

В первом аспекте, окрашенная композиция может включать состоящий из частиц материал, рассеивающий излучение в ближней инфракрасной области, в количестве от 0,5 до 70 об.%, например, от 1 до 60 об.%, например, от 2 до 50 об.%.

При применении содержание состоящего из частиц материала, рассеивающего излучение в ближней инфракрасной области, может быть выбрано соответствующим образом в зависимости от предполагаемого применения.

В одном варианте осуществления, композицию предполагается использовать в качестве краски, и композиция может включать состоящий из частиц материал, рассеивающий излучение в ближней инфракрасной области, в количестве от 5 до 50% об.%, например, от 10 до 30 об.%, например, от 15 до 20 об.%. Для специалиста в этой области является очевидным, что для сохранения одинакового цвета, чем больше добавляют состоящего из частиц материала, рассеивающего излучение в ближней инфракрасной области, тем больше может понадобиться цветного окрашивающего вещества.

В одном варианте осуществления, композицию предполагается использовать в качестве пластмассовой полимерной композиции, и композиция может включать состоящий из частиц материал, рассеивающий излучение в ближней инфракрасной области, в количестве от 0,5 до 70 об.%; например, может быть возможным или желательным содержание состоящего из частиц материала при дозировании основных компонентов композиции от 50 до 70 об.%.

В одном варианте осуществления, предполагается использование композиции в качестве композиции кровельного покрытия или продукта для наземных покрытий (таких как поверхность дороги, тротуара или пола), например, композиция для покрытия поверхности асфальта или гудрона, и композиция может включать состоящий из частиц материал, рассеивающий излучение в ближней инфракрасной области, в количестве от 1 до 50 об.%.

Композиция может включать только один тип цветного окрашивающего вещества или может включать два или более различных типов цветного окрашивающего вещества.

Цветное окрашивающее вещество может быть выбрано из любых известных окрашивающих веществ, таких как пигменты и красители. Окрашивающие вещества могут включать окрашивающие вещества синего, черного, коричневого, голубого, зеленого, фиолетового, пурпурного, красного, оранжевого или желтого цвета.

Пигменты, которые могут быть использованы в качестве окрашивающего вещества, включают, но этим не ограничивая, перламутровые пигменты, ультрамариновые пигменты, флуоресцентные пигменты, неорганические пигменты, углеродные пигменты, люминесцентные пигменты, и органические пигменты. Могут также использоваться смеси различных типов пигментов.

Цветное окрашивающее вещество в одном варианте осуществления может быть выбрано из углеродных пигментов, органических цветных пигментов и неорганических цветных пигментов.

Примеры углеродных продуктов включают графит, сажу, стекловидный углерод, активированный уголь, углеродное волокно, или активированные сажи. Характерные примеры сажи включают канальную газовую сажу, печную сажу и ламповую сажу.

Органические цветные пигменты включают, например, антрахиноны, фталоцианиновый синий, фталоцианиновый зеленый, диазосоединения, моноазосоединения, пирантроны, перилены, желтые гетероциклические соединения, хинакридоны, хинолоны, и (тио) индигоиды.

Неорганические пигменты, которые могут быть использован