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Verfahren zum Dispergieren von Pigmenten oder Füllstoffen in einer organischen Phase durch Phasenwechsel
Bekanntlich werden fast alle organischen und ein grosser Teil der anorganischen Pigmente durch Fällung oder Umsetzung aus einer wässerigen Lösung oder einer wässerigen Suspension hergestellt. Nach der Fällung werden die löslichen Nebenprodukte ausgewaschen. Die Pigmente werden sodann auf Filterpressen filtriert und liegen daraufhin in Form von Presskuchen vor, die etwa 35 - 850/0 Wasser enthalten. Auch durch Glüh-oder Sinterprozesse erhaltene Pigmente werden in der letzten Phase ihrer Herstellung, beispielsweise zur Abtrennung grober Teilchen oder zum Umkristallisieren, im wässerigen Medium behandelt. Nach dieser Behandlung liegen sie ebenfalls in Form von Presskuchen vor.
Der Wasseranteil der Presskuchen wird jedoch unter möglichst schonenden Bedingungen in Trockenkammern entfernt und die dabei anfallende Stückware auf Mühlen oder in Kollergängen zu einem feinen Pulver vermahlen. Bei dieser Art der Pigmentherstellung bilden sich aus den ursprünglich in sehr feinteiliger Form vorliegenden Pigmenten während des Trockenprozesses grobteilige Agglomerate. Dies ist besonders dann der Fall, wenn es sich um Pigmente handelt, die bei ihrer Herstellung ausserordentlich feinteilig anfallen, wie es beispielsweise bei
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wand.
Aus diesem Grunde ist man dazu übergegangen, die Dispergierung direkt vom Presskuchen ausgehend durch einen Phasenwechsel (Flushing) vorzunehmen (Kittel "Pigmente, Herstellung, Eigenschaften und Anwendungen", 3. Auflage [1960]. S. 570/574). Bei diesem Verfahren fällt jedoch nachteilig ins Gewicht, dass man nur von solchen Pigmenten ausgehen kann, die keine Agglomerate aufweisen und dass man von einem pressfeuchten Pigmentteig ausgehen muss, der einen Wassergehalt von etwa 35 bis 85% aufweist.
Da die Dispergierung in den meisten Fällen nicht von dem Hersteller der Pigmente, sondern von dem jeweiligen Verbraucher entsprechend den gerade erwünschten Anwendungsbedingungen vorgenommen wird, muss der Presskuchenteig mit seinem hohen Wassergehalt transportiert werden. Dies ist, abgesehen von den hohen Transportkosten, die durch den Wasseranteil verursacht werden, in der kalten Jahreszeit nicht ohne weiteres möglich, weil die Gefahr des Einfrierens und dadurch einer Veränderung der physikalischen Beschaffenheit des Teiges infolge von Flockung oder Koagulierung besteht. Der Transport solcher Teige ist also nur unter besonderen Vorsichtsmassnahmen möglich.
Es wurde nun gefunden, dass man diese Schwierigkeiten umgehen kann, wenn man zum Dispergieren von Pigmenten und Füllstoffen, die bei ihrer Herstellung den Zustand eines wässerigen Presskuchens durchlaufen haben und bei dessen Trocknung Agglomerate bilden, den Presskuchen entweder trocknet und vermahlt oder vorzugsweise formt und trocknet, sodann das Pigment bzw. den Füllstoff in Wasser aufschlämmt und in an sich bekannter Weise durch Phasenwechsel in der organischen Phase dispergiert.
Überraschenderweise erfordert das Mahlen nach der Trocknung keinen grossen Energieaufwand ; dennoch wird durch die spätere Wasserzugabe eine Suspension feinster Teilchen erhalten. Geht man so vor, dass man der bevorzugten Ausführungsform entsprechend den Presskuchen vor dem Trocknen formt, d. h. beispielsweise in ein Granulat überführt, so kann auch, wie bereits ausgeführt, das Vermahlen unter-
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bleiben. Die Granulate zerfallen beim Einrühren in Wasser von allein. Auch hier wird eine Suspension feinster Teilchen erhalten. Ferner ist mit dieser Variante der Vorteil verbunden, dass eine Staubentwick- lung nicht stattfindet, so dass die entsprechenden Verluste beim Trocknen vermieden werden können.
In beiden Fällen kommt man mit einem geringen Aufwand zu einem knetbaren Teig, wie er sonst nur durch
Verwendung eines unter erheblichem Energieaufwand vermahlenen Pulvers erhältlich ist. Dies war um so überraschender, als nach der bisherigen Auffassung alle Pigmente nach dem Trocknungsvorgang Agglo- merate bilden, die nur durch beachtliche mechanische Kräfte zu beseitigen sind und infolgedessen der
Phasenumkehr nicht zugänglich sein sollten.
Die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist ferner mit dem Vorteil verbunden, dass man weniger Wasser für das Anteigen als bei den bisher bekannten Verfahren benötigt. Beispielsweise genügen beim Anteigen von Miloriblau 40% Wasser, berechnet auf das Trockenpigment, während der zur Phasenumkehr sonst eingesetzte Presskuchenteig gemäss dem vorbekannten Verfahren 55-65% Wasser enthält.
Im allgemeinen genügen auch für andere Pigmente etwa 40 Teile Wasser auf 60 Teile Trockensubstanz.
Die Phasenumkehrwird nach an sich bekannten Verfahren durchgeführt, wobei auch Flush-Hilfsmittel mitverwendet werden können. Im allgemeinen werden diese Hilfsmittel bei dem erfindungsgemässen Verfahren in geringeren Mengen als bei den bisher bekannten benötigt. Es wird in allen Fällen eine homogene, nahezu wasserfreie Farbpaste, die für alle Druck- und Lackzwecke geeignet ist, erhalten. Ein vorhandener Restwassergehalt kann in an sich bekannter Weise durch Evakuieren oder mit Hilfe eines beheizten Walzenstuhles od. dgl. entfernt werden. In vielen Fällen ist der Wassergehalt so gering, dass hierauf verzichtet werden kann. Trägt man eine solche Paste in dünner Schicht auf eine Glasplatte auf, so zeigt sich die völlige Pigmentverteilung durch eine Transparenz an.
Es können keine Unterschiede gegen- über solchen Pasten festgestellt werden, die aus einem feuchten Presskuchenteig durch Phasenumkehr gewonnen worden sind. Es gelingt also nach dem erfindungsgemässen Verfahren mit einem normalen Pigmentpulver, ohne jede Anreibarbeit, den Zustand kolloidaler Dispersion in der öligen Phase zu erreichen. Die Pigmemdispersionen selbst sind auf Grund einer nur geringen elektrischen Aufladung sehr stabil.
Hiedurch wird dem Hersteller von angeriebenen Druck- und Lackfarben die Möglichkeit gegeben, solche Pasten direkt aus den in wasserfreiem Zustand angelieferten Trockenpigmenten selbst zu bereiten, wobei ausserdem die zusätzlichen Transportkosten für den Wasseranteil eines Presskuchenteiges eingespart werden.
Der Hersteller von Druck- und Lackfarben hat ausserdem hiedurch die freie Wahl im Einsatz seiner Bindemittel für den jeweils geforderten Zweck. Ausserdem kann er das in fester Form angelieferte Produkt bequem lagern. In der kalten Jahreszeit ist die Gefahr des Einfrierens nicht mehr vorhanden. Nach dem erfindungsgemässen Verfahren können beispielsweise Miloriblau, Hansagelb, Litholrubin, Phthalocyaninblau. Ultramarinblau, Chromgelb, Kieselsäure usw. dispergiert werden.
Beispiel l : Dispergierung von Miloriblau in mit Naturharzsäuren modifiziertem Phenolharz (vgl.
Römpp, Chemie-Lexikon, 5. Auflage, S. 127, Zeile 4-6) in Toluol.
Miloriblau wurde in an sich bekannter Weise in wässerigem Medium gefällt, oxydiert, gewaschen und in Filterpressen zu einem Teig von etwa 50% Trockengehalt abgepresst. Der Presskuchenteig wurde dann vorsichtig getrocknet und auf einer üblichen Farbmühle zerkleinert.
1000 g des erhaltenen Mahlgutes wurden in einen doppelmuldigenKneter eingefüllt und nach Zugabe von 800 ml Wasser wurde die Mischung zu einer homogenen Paste durchgeknetet. Weiterhin wurden 60 g Benzylamin zugesetzt und nach etwa 5 min dauerndem Kneten 500 g obgenannteHarzlösung, 65 : 35, eingefüllt. Nach einer Knetbehandlung von weiteren 5 min erfolgte Wasseraustritt, wonach zur Fertig- stellung der gewünschten Paste nochmals 500 g dieser Harzlösung hinzugefügt wurden. Die erhaltene Paste mit idealer Pigmentverteilung hatte nach Fertigstellung folgende Zusammensetzung :
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<tb>
<tb> 1000 <SEP> g <SEP> Pigment <SEP>
<tb> 1000 <SEP> g <SEP> Harzlösung <SEP>
<tb> 105 <SEP> g <SEP> Wasser.
<tb>
Der geringfügige Wassergehalt stört für die Verwendung als Tiefdruckfarbe in keiner Weise.
Beispiel 2: Dispergierung von Miloriblau in Buchdruckfirnis auf Leinöl-Mineralöl-Basis.
Das wie in Beispiel l hergestellte Miloriblau wurde nach dem Abpressen auf einen Teig mit etwa 50% Trockengehalt in eine übliche Granuliermaschine gegeben. Die Granulate wurden anschliessend getrocknet und dann in einen doppelmuldigen Kneter eingefüllt, in dem ein Gemisch von 1200 g Granulat mit 1000 ml Wasser angesetzt wurde. Nach dem Durchkneten zu einer homogenen Pigment-Wasser-Paste wurden noch 72 g Benzylamin als Flush-Hilfsmittel hinzugefügt und nach 5 min dauerndem Kneten 600 g Buchdruckfirnis auf Leinöl-Mineralöl-Basis zugegeben. Im Laufe der weiteren Knetbehandlung nach etwa
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5 - 10 min erfolgte der Wasseraustritt. Danach wurden der Paste nochmals 1050 g Buchdruckfirnis einverleibt. In diesem Falle wurde zur Entfernung des Restwassergehaltes anschliessend eine Vakuumdestillation vorgenommen.
Es entstand eine Paste folgender Zusammensetzung :
EMI3.1
<tb>
<tb> 1200 <SEP> g <SEP> Pigment <SEP>
<tb> 1650 <SEP> g <SEP> Buchdruckfirnis.
<tb>
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in einem Gemisch von Rizinusöl und Dibutylphthalat 1 : 3.
Die verwendete Kieselsäure wurde in an sich bekannter Weise aus Wasserglaslösung mit Säure gefällt, gewaschen und auf einer Filterpresse zu einem Kuchen mit 17 - 200/0 Feststoffgehalt abgepresst. Der Kuchen wurde anschliessend getrocknet und auf einer Stiftmühle vermahlen. In den Kneter wurden 500 g der pulverförmigen Kieselsäure eingefüllt und mit 1150 ml Wasser zu einer homogenen Paste durchgeknetet. Als Flush-Hilfsmittel wurden 70 g Benzylamin verwendet, mit dem die Knetbehandlung noch etwa 5 min fortgesetzt wurde. Anschliessend wurden 300 g Rizinusöl und 100 g Dibutylphthalat zugesetzt, worauf bei Fortsetzung des Knetens nach einigen Minuten der Wasseraustritt erfolgte. Weitere 765 g Dibutylphthalat wurden anschliessend eingetragen, dann wurde das Restwasser durch Vakuumdestillation entfernt.
Die homogene, weiche Paste hatte folgende Zusammensetzung :
EMI3.3
<tb>
<tb> 500 <SEP> g <SEP> Kieselsäure
<tb> 300 <SEP> g <SEP> Rizinusöl
<tb> 865 <SEP> g <SEP> Dibutylphthalat.
<tb>
Beispiel 4 : Dispergierung von Hansagelb in den Tiefdruckfirnis mit Naturharzsäuren modifiziertes Phenolharz in Toluol.
Ein in wässeriger Phase gewonnenes Hansagelb wurde zu einem Filterkuchen abgepresst, getrocknet und mechanisch zerkleinert. 750 g des Mahlproduktes wurden mit 1000 ml Wasser zu einer homogenen Paste verknetet und daraufhin 600 g obgenannter Harzlösung zugegeben. Nach erfolgtem Wasseraustritt wurden nochmals 550 g dieser Harzlösung und 200 g Toluol zugesetzt. Es entstand eine Paste folgender Zusammensetzung :
EMI3.4
<tb>
<tb> 750 <SEP> g <SEP> Hansagelb <SEP>
<tb> 1150 <SEP> g <SEP> Harzlösung <SEP>
<tb> 200 <SEP> g <SEP> Toluol
<tb> 135 <SEP> g <SEP> Wasser.
<tb>
Beispiel 5 : Dispergierung von Litholrubin in mit Naturharzsäuren modifiziertem Phenolharz in Toluol.
Ähnlich wie in Beispiel 4 beschrieben, wurde auf nassem Wege gewonnenes Litholrubin nach Gewinnung des Presskuchens auf der Filterpresse, Trocknung und Zerkleinerung verarbeitet. 750 g Litholrubin wurden mit 750 ml Wasser verknetet. Der homogenen Paste wurden 1100 g obgenannter Harzlösung zugesetzt, worauf das Wasser nach kurzer weiterer Knetbehandlung austrat. Anschliessend wurden weitere 400 g dieser Harzlösung und 450 g Toluol zugefügt. In der entstandenen Paste war das Pigment vollständig und gleichmässig verteilt. Da die Paste als Tiefdruckfarbe verwendet werden sollte, erübrigte es sich, den Restwassergehalt zu entfernen.
Die verwendbare Paste war wie folgt zusammengesetzt :
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<tb>
<tb> 750 <SEP> g <SEP> Pigment
<tb> 1500 <SEP> g <SEP> Harzlösung <SEP>
<tb> 450 <SEP> g <SEP> Toluol
<tb> 205 <SEP> g <SEP> Wasser. <SEP>
<tb>
In ähnlicher Weise wurden auch die nachstehend angeführten Pigmente zu Dispersionen verarbeitet :
Benzidingelb
Permanentgelb
Helioechtgelb
Helioechtrot
Litholrottoner
Heliobordeaux
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Permanentrot
Russ PhthaIocyaninblau
In allen Fällen wurde eine einwandfreie Pigmentverteilung erhalten.