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PERFECTIONNEMENTS AUX'PIGMENTS DE BLEU D OUTREMER3 RESISTANTS AUX ACIDESO
La présente invention est relative à un nouveau pigment de bleu doutremer fortement résistant aux acides et à la préparation de ce pigment.
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Plus particulièrement.\) 1-'invention concerne un nouveau pigment de bleu d.9ou= tremer à surface modifiée, ainsi que des méthodes pour sa production., Plus particulièrement encore, l'invention est relative à un pigment de bleu d'outremer, dont les particules ont été mises en réaction avec une solution très diluée d'un acide fort, puis traitées avec une solution d'un silicate de métal alcalin et enfin calcinées, ainsi qu'au procédé mis en oeuvre à cette fin et décrit ci-dessous.
On sait depuis longtemps que la clarté et la brilliance du bleu d9outremer sont rapidement et sérieusement affectées par les acides faibles, même par les acides extrêmement faibles, qui sont normalemeht présents dans les atmosphères des centres industriels et des cités. Comme le bleu
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d9outremer est généralement appliqué dans le but d'obtenir une coloration permanente et non pas une coloration fugitive, on considère que l'altéra- tion qu'il subite lorsqu'il est exposé aux conditions atmosphériques pen- dant une courte durée, par exemple de six mois, est rapide.
Un autre in-
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convénient notable des pigments de bleu d.9outremer réside dans le fait que les pellicules de peinture soumises aux conditions atmosphériques ne pa- raissent pas bleues, mais présentent une teinte blanchâtre, qui réduit gran-
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dement 1?intensité de la coloration bleue de la pellicule sou.sacenteo Des essais ont été réalisés pour améliorer la résistance aux conditions atmosphériques et aux acides dilués du bleu d'out.emero Dans un de ces essais, on enveloppait les particules individuelles de bleu d9outremer dans un enrobage de silicate de sodium. Ceci s$effectuait en mettant le bleu d'outremer en pâte avec du silicate de sodium dilué, puis
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en séchant le produit.
Ce procédé d'enrobage n9a donné lieu qu.9à une lé-
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gère amélioration, étant donné que 1?enrobage de silicate sgest révélé per- méable aux acides et que la sensibilité du bleu d'outremer enrobé aux atta-
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ques par les acides nea pas été modifiée. Vautres essais en vue deamélio- rer la qualité de l'enrobage de silicate ont été effectués. Dans certains de ces essais, on appliquait des produits chimiques, qui servaient à durcir l'enrobage de silicate., tandis que, dans d'autres essais, on calcinait le bleu d'outremer enveloppé de silicate sur des granules de couverture.
Ces essais n'ont pas davantage donné satisfaction en ce sens qu'ils n'ont pas permis l'obtention de bleu d'outremer présentant une résistance satis- faisante aux conditions atmosphériqueso
Comme les essais en vue de produire des particules de bleu d'outremer revêtues d'un enrobage suffisamment durable nont pas donné les résultats voulus, on a tenté de modifier les caractéristiques de la struc-
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ture cristalline elle-même du bleu d-outremer.
On'a découvert alors, non sans surprise, que le bleu d'outremer possède certaines des propriétés d'une zéolite artificielle et que, lorsque le bleu d'outremer est mis en réaction avec une proportion prédéterminée d'une solution très diluée d9acide sulfurique., on obtient un pigment de bleu d'outremer qui n'a perdu que très peu de sa coloration et de sa brilliance originelles.
Cette dé- couverte était des plus surprenante, car on supposait qu'un tel traitement à 1?aide d'un acide provoquerait la même décoloration que celle notoire- ment engendrée par les acides dilués présents dans l'atmosphère des cités.
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On a9 en outre, constaté que cette réaction à 1-laide d-un acide éliminait le sodium du bleu d'outremer et formait une surface d'un caractère tota- lement différent en ce sens que le degré de cristallinité de la surface
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était réduit de manière très marquée, ainsi queon pouvait le constater par l'abilité de ladite surface à diffracter les faisceaux électroniques.
Ce bleu d9outremer traité à 19acide s5lest révélé chimiquement actif, en ce sens qu'il réagit facilement dans une solution aqueuse de silicate de sodium à température élevée, de manière à former un bleu d'outremer qui contient sensiblement la même proportion de sodium et un
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peu plus de silice que le bleu deoutremer originelo Par cette réaction de silicatation9 la résistance aux acides du bleu d-outremer est forte- ment amélioréeo
On a également découvert, de manière surprenante.
que la cal- cination du bleu d9outremer décrit ci-dessus, ayant subi un traitement à
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19acide et une silieatation, donne lieu, lorsque ladite calcination est exécutée dans des conditions contrôlées et dans une mesure contrôlée à la production d'un pigment d'un bleu d'outremer présentant une résis- tance extraordinaire aux acides. La même calcination exécutée sur un bleu
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d'outremer silicaté, mais n9ayant pas subi de traitement à l'acide, ne permet pas d'obtenir une telle résistance aux acides.
Ordinairement., la calcination du bleu d'outremer atténue quel-
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que peu sa bril1iance et altère sa teinte. On a découvert aussi, non sars surprise, que., lorsque le bleu d-outremer traité à l'acide, silicate et . calciné suivant la présente invention, est refroidi dans une atmosphère
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de vapeur d9eau9 le ternissement ou l'atténuation de brilliance qui s'est produit pendant la calcination est éliminé et que, dans certains cas, le produit résultant est même plus brilliant qu'il ne Pétait avant la cal- cination. Le procédé suivant la présente invention ne nécessite pas ab- solument le refroidissement dans une atmosphère de vapeur d'eau du bleu d'outremer calciné, mais ce refroidissement constitue une partie de la forme d'exécution préférée de la présente invention.
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Le nouveau bleu d9outremer traité à l'acides silicaté et cal- ciné suivant la présente invention peut être utilisé, comme pigment dans les principales applications où le bleu doutremer était employé dans le passée notamment pour le blanchiment de papier, le lessivage de tissus, la préparation de peintures et laques, la coloration de caoutchoucs natu- rels et synthétiques la pigmentation de matières plastiques synthétiques,
1-'impression de papiers à tapisser et la teinture de granules de couvertu-
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reo Ce nouveau bleu d'outremer est étonnamment plus résistant aux condi- tions atmosphériques et aux acides que n'importe lequel des pigments de bleu doutremer connus dans le passé et constitue le meilleur pigment connu pour Inapplication mentionnée en dernier lieu. De plus, ce pigment présen-
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te la propriété nouvelle d'apparaàtre sous forme d'un pigment bleu dans les pellicules de peinture soumises aux conditions atmosphériques. Tous les autres pigments de bleu d'outremer connus présentent une coloration blanchâtre sale dans les pellicules similaires.
Le produit de la présente invention sera décrit plus en détails, en référence aux dessins ci-annexés dans lesquels : la figure 1 montre un graphique du type de diffraction élec-
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tronique d'lan échantillon de bleu d'outremer ordinaire (Graphique 1-à), auquel est superposé un graphique, avec hachures, du type de diffraction électronique présenté par un échantillon de bleu d'outremer, qui a été traité à l'acide selon le procédé de la présente invention (Graphique 1-B);
- la figure 2 montre un graphique illustrant le type de dif-
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fraction électronique d'un échantillon de bleu d9outremer ordinaire (Gra- phique 2-à), auquel est superposé un graphique, avec hachures, du type de diffraction électronique présenté par un échantillon du même bleu d'outre-
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mer, qui a été traité à l'acide, silicate et calciné à 300'Og pendant 4 heures, conformément au procédé suivant la présente invention (Graphi-
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que 2 B ) et - la figure 3 montre un graphique du type de diffraction électronique d'1vxl échantillon de bleu d'outremer ordinaire (Graphique 3-A).\! auquel est superposé un graphique, avec hachures, du type de diffraction électronique d'un échantillon du même bleu d'outremer, qui a été traité
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à lacide,
silicate et calciné â 600 C pendant 1 heure, conformément au procédé suivant 1-'ïnvention (Graphique 3-B)
Le type de la diffraction électronique du bleu d'outremer ordinaire n'est pas matériellement modifiée lorsque le bleu d'outremer est seulement mis en pâte avec la même solution diluée de silicate de so- dium que celle employée selon la présente invention, et sécher ou lorsque le bleu d'outremer ainsi traité est calciné.
En d'autres mots, aucun de ces deux traitements, seuls ou en combinaison, ne provoque de diminution notable dans la cristallinité de surface totale des particules de bleu
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d 9 out erer Dans les dessins, les lignes des graphiques relatifs aux
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bleus d'outremer -traités (Graphiques 1-B, 2-B et 3-B) sont quelque peu plus larges que les lignes des graphiques relatifs au bleu d9out emèx ordinaire (Graphiques 1-A, 2-& et 3-&.)o Ces différences de largeurs ne sont utilisées que pour faciliter la comparaison visuelle des paires de graphiques et ne représentent pas les largeurs respectives des anneaux apparaissant sur les plaques photographiques.
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Les traitements à 1-aoide, les silicatations et les calcina- tions auxquels il est fait référence dans la description des dessins¯, ont tous été exécutés de manière uniforme et selon la forme d'exécution
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préférée de 1.9invention9 telle qu'elle est décrite dans la suite du présent méwoire, sauf en ce qui concerne le graphique z de la figure 29 où on a opéré à une température de calcination moindre.
Pour 19 établissement des photographies des types ou diagram- mes de diffraction électronique, employées pour la préparation des gra- phiques dont question ci-dessus, on a suivi un mode opératoire uniforme.
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Dans chaque cas, un potentiel électronique de 60 âo'o a été appliqué, le même instrument de diffraction électronique a été utilisée les échantil- Ions ont été montés de la même manière et les temps d'exposition ont été de deux secondes, de manière à obtenir les meilleures photographies dans les mêmes conditions.
Les photographies ont été obtenues par réflexion en
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paires sur des plaques de verre, le diagramme relatif au bleu d2outremer
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ordinaire étant produit sur une partie différente de la même plaque photo-
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graphique. Les plaques ont ensuite été développées et appréciées stricte- ment de la même manière.
Avec la méthode de diffraction par réflexion la profondeur de la pénétration verticale n9est que de 100 1, en sorte que les photographies résultantes ne font apparaître que 19'état de la surface des particules du pigment.
Les trois plaques obtenues présentaient 1?aspect général or- dinaire et laissaient apparaître des intervalles libres entre les anneaux de diffraction concentriques, les anneaux les plus noirs apparaissant sur les plaques étant ceux qualifiés, ci=après comme étant ceux présentant le plus d9intensitéo
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Lors de la détermination de 19intensité relative de chacun des anneaux apparaissant dans chaque paire de photographies, 19intensité de 1-'anneau le plus intense du diagramme du bleu d'outremer ordinaire., appa- raissant sur chaque plaque., a été prise comme standard de comparaison pour toute la plaque.
A cette lignes on a attribué la valeur arbitraire de 100 unités d'intensité (ordonnée) Aux anneaux restants de la plaque,on a assigné des valeurs numériques proportionnelles à leur intensité respec-
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tive par rapport à la valeur arbitraire. En d-9autres termes, un anneau présentant, par exemple., 30 unités d9intensité doit être considéré comme ayant une intensité égale à 30 % de celle de la ligne ou de 1-'anneau de référence.
Les intensités relatives mentionnées ci-dessus, ont été dé- terminées par des comparaisons visuelles. Dans le cas des anneaux les plus intenses, Inexactitude de ces comparaisons visuelles a été contrôlée
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par des lectures au sensitomètre. On a constaté que les valeurs données par les comparaisons visuelles correspondaient bien aux lectures au den-
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sitomètre.
Le densitomètre s9est, toutefois, révélé trop peu sensible pour la détermination des intensités relatives de la majorité des anneaux et des comparaisons visuelles ont nécessairement dû être employées dans ces caso
Sur les plaques photographiques, les anneaux correspondant à des intervalles de réseau ou de structure (abscisse) inférieure à 1,5 A nétaient pas nettement définis, mais étaient fortement élargis et brouil- lésa Ces anneaux étaient tellement peu distincts qu9ils paraissaient se trouver à la limite ou au voisinage de la limite de sensibilité de la pla- que photographique. Des anneaux aussi peu intenses et même des anneaux présentant une intensité d'environ 10 % ou même de 15 % de la ligne la
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plus brillante du bleu d9outremer ordinaire n'ont pas toujours pu être détectés.
L'erreur expérimentale combinée enregistrée parmi les divers observateurs variait de moins de 10 unités d'intensité dans le cas des
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anneaux les plus intenses à un maximum d 9 environ 15 unités d9intensité pour les lignes les plus pales, " présentant des intervalles de réseau infé- rieurs a 195 po Des exemples d 9 erreur expérimentale dans 1$élaborationc's graphiques des figures 1 â 3 peuvent être observés dabord en comparant le graphique 2U avec le graphique 340 Le même bleu d9outremer a été utilisé pour 1élaboration de ces deux graphiques et les mêmes photo- graphies de diagramme de diffraction électronique de cette matière ont étépréparées, ces photographies ayant, en outre, été appréciées de la même manière.
Quatre des lignes les plus faibles apparaissant sur la
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plaque photographique., à partir de laquelle le graphique 2=1 a été éla- bornée n-ont pas été détectées par la majorité des observateurs., qui eurent à examiner la plaque photographique dont le graphique 3-A fut
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dérivé Dans ce cas¯, 19erreur expérimentale était très probablement une erreur de faible importance et d-origine humaineo Dautres erreurs mineures peuvent également être provo- quées par des variations dans la qualité du bleu d9outreme o Le bleu d9ou
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tremer ordinaire du commerce constitue un produit bien standardisé, ce qui est surprenant si l'on considère les réactions complexes, à température élevée, qui sont nécessaires pour sa synthèse,
et le nombre de traitements subséquents, tels que broyage, classification et flottation., auxquels ce produit est soumis. La variation qui peut être prévue, du point de vue du degré apparent de cristallinité de surface de ces produits.!) est illustrée .
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par les graphiques 1-à et 2a Pour 1-'élaboration de ces graphiques, on a fait usage de deux bleus dJ1ou'tremer différents. Ces deux bleus d'outre- mer ont été préparés par le procédé ordinaire du commerce, mais ont été obtenus à partie de lots différents de production.
La même variation mi-
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neure q9ente les graphiques 2=A et 3-4 se retrouve entre les deux gra- phiques suivants qui ont été obtenus à partir du même bleu d90utremero LJ1efret des erreurs expérimentales a été réduit au minimum, tout d'abord en photographiant les diagrammes par paires et en faisant apprécier également ces diagrammes par paires, par le même groupe d'ob- servateurs, ce qui a permis la suppression de certaines de ses erreurs
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expérimentales. Le processus d9.atég ation décrit ci-dessous, a égale- ment réduit au minimum 19effet de 1?inaptitude ou de Inaptitude des ob- servateurs à discerner les lignes de plus faible intensité.
Les dessins montrent que la surface du bleu d'outremer com- mercial ordinaire, n'ayant pas subi aucun traitementest fortement cristalline. Dans chacun des graphiques, on peut voir plus de six an- neaux de diffraction, dont les intensités¯sont supérieuresà 10 % de
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19intensité de la ligne dominante à 3,70 ào La majorité des observa- teurs a également détecté un grand nombre d'anneaux additionnels, pré- sentant des intensités égales à 10 % au moins de 1-'intensité de la ligne dominante.
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h9eamoomparatz des graphiques 1-à et 1-B de la figure 1 montre que le traitement à l'acide donne lieu à la formation d'un dia- gramme de diffraction électronique révélateur d'une- diminution stupé- fiante de la cristallinité de surface apparente du bleu d'outremer, la
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nouvelle surface ne présentant que la moitié environ de la cristallini- té totale apparente de 19anoïenne surface. Seules trois des lignes les plus intenses du graphique 1-à persistent sous forme de lignes intenses dans le graphique 1-B.
Deux lignes d9intensité marginale ont été dis- cernées sur la plaque photographique, à partir de laquelle on a élaboré le graphique 1 a Quant aux lignes restantes du bleu d'outremer o1'di= , nairep on n'est pas parvenu à les détester.
Le graphique 2-B de la figure 2 montre le diagramme de dif- fraction électronique dJ1un bleu deoutremer suivant la présente inventions obtenu en calcinant à 3000 0 pendant 4 heures du bleu d outremer traité à 1?acide et silicate. Le degré de cristallinité de surface apparente to-
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tale apparaissant dans ces graphiques ne constitue qu9une fraction de celui apparaissant sur le graphique 1-B de la figure 1;
Le graphique 3-B de la figure 3 montre le diagramme de la
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diffraction électronique dgun bleu d)outremer typique; préparé selon le procédé préféré de mise en oeuvre de Pinventiono Ce bleu, d'outremer correspond exactement à celui utilisé pour 1?élaboration du graphique 2=B de la figure 2s si ce n?est que la calcination a été exécutée à 600 C pendant 1 heure.
Le graphique 3-B est sensiblement le même que le gra- Phique 2-B, le premier étant, toutefois.!) d'une intensité moindre que le dernier.
Pour obtenir les meilleurs résultats,le traitement à l'acide doit être exécuté, de façon à produire un bleu d'outremer possédant sensi=
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blement la sristallinité de surface apparente totale, indiquée par le graphique 1-B de la figure xi Il va de soi que des bleus d9ct eme pré- sentant des degrés plus élevés ou moins élevés de cristallinité de surfa- ce apparente peuvent aussi être préparés)) en faisant varier la proportion
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d'acideo
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En faisant usage directement des graphiques, on peut apprécier la réalisation de la diminution totale optima initiale et finale de la cris- tallinité de surface apparenteo Cette diminution peut être exprimée par intégration des diagrammes., de la manière expliquée ci-après.
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Si on considère d9abord la figure i9 l'intensité (longueur) de chacune des lignes du graphique 1-A est déterminée sur une échelle initiale
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et les valeurs ainsi obtenues sont additionnées pour déterminer l9intensim té totale du diagramme. Cette opération est désignée ci-après sous 19ap- pellation de "stade d9intégration". Le résultat se traduit, dans ce cas, par 29,5 unités dsintensité environ.
L'intégration des lignes du graphi- que 1-B sur la même échelle initiale donne une valeur d'environ 1238 uni- tés d'intensitéo L'intensité relative totale du diagramme de diffraction
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électronique de la matière traitée à l'aeide ests dès lors, dé 12,9 s 29 5 soit sensiblement 44 % de 1?intensité du diagramme de diffraction électronique du bleu d'outremer non traité ordinaire.
A la figure 2, 1-'intégration des lignes du graphique 2-A donne
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une valeur d'environ 39,6 unités d9întensitê. La valeur correspondante des lignes du graphique 2-B est d'environ 6,4; L'intensité relative to- tale du diagramme de diffraction électronique de la matière employée pour 19 élaboration du graphique 2-B, par rapport à 19 intensité du diagramme
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du bleu d9otremer ordinaire est, des lors, de 6, Q .96a soit environ 16 %. -
Une intégration similaire des données de la figure 3 démontre que, grâce à la température plus élevée de calcination, on obtient un
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bleu d-9outremer présentant un diagramme de diffraction électronique., dont l'intensité relative totale est de 3e3 g 31 79 soit environ 19 %.
Dans le graphique 3=B, la valeur de la ligne correspondant à 2955 est dou- teuse et si cette ligne est négligée la cristallinité apparente totale devient égale à 9 % environ.
Les intensités relatives totales de ces diagrammes constituent une mesure du degré relatif de la diffraction du faisceau électronique,\) les diagrammes les plus intenses indiquant un degré plus élevé de cristal- linité de surface totale. Lors de 1-'établissement des intensités relati- ves des diagrammes., seules les intensités des lignes discernables peuvent
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être prises en considération et 1?aspeet général de la plaque photogra- phique avec son fond est négligée Ainsi quI/il a été signalé, certains ob- servateurs sont plus aptes que les autres-à discerner un nombre plus ou moins grand des lignes les plus faibles.
Lorsque les comparaisons sont
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faites dans des conditions uniformes, par les mêmes groupes dsobservateurs, et quI/on fait la moyenne de ces comparaisons, on obtient des résultats remarquablement constants et 19effet de Inaptitude ou de 1?inaptitude des observateurs à détecter les lignes de plus faible intensité tend à dispa-
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ra!tre lorsque les données des graphiques sont intégrées et que le rap- port de ces données est calculée de la manière indiquée ci==dessus.
Les bleus d-loutremer traités à l9aoide silicates et caTinés9 dont les diagrammes de diffraction électronique comparatifs révèlent des intensités totales excédant 25 % environ de 1-'intensité du diagramme de
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diffraction électronique du bleu d?outremer ordinaires sont insuffisamment résistants aux acides pour pouvoir être employés de manière satisfaisan- te, dans les granules de couverture.
Les -bleui:. d-loutremer traités à 1-'a- aide, silicates et calcinés., qui donnent des diagrammes révélant des in- tensités relatives totales bien inférieures à Il % de 1?intensité totale
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du diagramme du bleu d-outremer ordinaire, peuvent être préparés et ré- vèlent ordinairement une résistance aux acides légèrement meilleure., mais sont plus faibles du point de vue tinctoriale en particulier dans le cas
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des bleus d90utremer dont les diagrammes donnent des intensités de 1?or- dre de 6 % de l'intensité relative totale.
Il a, en outre, été constaté que la partie centrale des par-
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ticules de bleu dpoutremer nest pas affectée par le traitement à 1?acide,
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pas plus d9ailleurs que par la silicatation ou la calcination pour autant qu'on ait pu en juger. Comme indiqué ci-dessus, les photographies des diagrammes de diffraction électronique ne font état que de la condition
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prévalant a la surface de la particule de bleu d'outremer jusqu à une pro- fondeur d 9 environ 100 A. Ces photographies ne donnent donc aucune infor- mation quant à la constitution de l'intérieur de la particule.
Pour ob- tenir des informations sur ce dernier point, on a préparé les diagrammes
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de diffraction aux rayons X du bleu d2outremer ordinaire et des divers bleus d'outremer utilisés pour la préparation des graphiques faisant l9ob- jet des dessins ci-annexée. Les diagrammes de diffraction aux rayons X ainsi obtenus étaient sensiblement identiques, en ce sens que tous révé- laient la caractéristique de diffraction régulière et intense du bleu
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d-'outremer ordinaire.
Les données indiquées si-dessus démontrent qu9une particule de pigment composite de bleu d'outremer selon la présente invention est con- stituée par une particule de bleu d'outremer possédant deux zones sensi- blement enveloppées dans un revêtement d9une composition amorphe, composée, de manière prédominante, de silicium et d'oxygène, comme produit de déshy- dratation des acides siliciques hydratés, ce revêtement étant sensible- ment exempt de métaux alcalins. Une desdites zones est une zone centrale de bleu d'outremer ordinaire, tandis que la seconde zone est une zone pé-
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riphérique d'un bleu d9oxtremea à cristallinité apparente faible.
La na- ture de la zone périphérique et la nature du revêtement ne sont pas con- nues de manière précise et la demanderesse ne souhaite, à ce propos, pas se limiter à une formule ou théorie particulière. Le procédé suivant la présente invention, pour la préparation du bleu d'outremer amélioré,
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au départ du bleu d9outremer du commerces, rayant subi aucune réaction, peut être exécuté comme suit, 10exemple donné ci-après étant uniquement illustratif d'une forme d'exécution commerciale de 1?invention et ne devant en aucune manière considéré comme limitant celle-ci.
EXEMPLE
40 libres anglaises de bleu d'outremer commercial non trai-
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té (base sèche) sont mises en pâte avec 67 livres d9eau. Dans un réci- pient séparé, 2 livres diacide sulfurique à 93% sont dissoutes dans 175 livres d'eauo La ptête de bleu d90utremer est ajoutée à la solution aci- de sans agitation., par un conduit e9étedaat sous la surface de la solu- tion acide., à une température de 200 Co Le mélange est alors agité len- tement. Une pâte sensiblement neutre ou légèrement acide d'un bleu d'ou- tramer hautement floeulé est obtenue en moins deune minute. Ceci consti- tue le traitement à l'acide spécifié ci-dessus.
Le mélange est ensuite agité et chauffé par injection de va-
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peur d'eau à 90 C, sensiblement Jusqu9à la fin de dégagement diacide sulfhydrique et jusqu9à ce que le pH de la solution devienne sensiblement neutreo à cette température et pendant 1 1/2 heure, on ajoute une solu- tion de 17 livres anglaises de silicate de sodium dans 33 livres anglai- ses d'eauo Le mélange est agité pendant use demi heure±) puis laissé au repos. La solution de- silicate de sodium utilisée a une densité de 42 Bé et un rapport du 1a0 au 81 2 de 1 g 3922" 'Elle contient sensiblement ?1 litre de NaO et 0 3 livre de Si 2 par livre de liquide et est de na- ture alcaline. La presque totalité de ce silicate de sodium est consol- mêeo Geoi constitue le stade de silieatation spécifié ci-dessus.
La liqueur surnageante est séparée et le précipité est remis en pâte avec de Peau.\) filtré et séehé a ?O=90@ 0. Lorsqu?on fait usage d9uri filtre-presses il est avantageux d9ajouter à la pâte, suffisamment de 5sulfate d9a1umirAlum [A12 (S04)3 18 112 pour neutraliser, au Jaune
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Brilliants l'alcalinité restante., Le bleu dgoutremer silicate ainsi prépa- ré présente une résistance aux acides et aux aluns considérablement supé- rieure à celle du bleu d'outremer originels à partir duquel il a été prépa- re.
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Le stade finals qui conduit à la production de bleus d-outre- mer, dont la résistance aux acides et aux aluns est la plus forte que l'on connaisse, consiste à calciner le bleu d'outremer traité à lacide et sili- catéo Commercialement,, ceci peut se faire dans un four de calcination d'argile chauffé indirectement et du type ordinaire à tambour rotatifcon-
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tenant des chicanes en spirale.
Grâce à la rotation du tambour et à 1-lac- tion des chicanes la charge progresse lentement vers 1-lavant, la vitesse de rotation du tambour et la température du four étant réglées de façon que
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le bleu d 9 outremer atteigne une température d'environ z 0, à 19extré- mité de déchargement du four, en un peu moins d-une demi heure, ce qui correspond à une vitesse de calcination suffisamment rapide pour empêcher une altération substantielle par oxydation de la brilliance du bleu d'ou-
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tramer Le bleu d'outremer est maintenu à cette température .squ9à fin de dégagement de vapeur d-eau, soit environ pendant 1 minute. La vapeur qui se dégage à mesure que la température du bleu d'outremer augmente s9échappe par les ouvertures terminales ménagées dans le four.
Laaccès d'air dans celui--ci est limité autant que possible.
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Le bleu d'outremer calciné est refroidi jusqueà 100-150 C environ dans une atmosphère de vapeur d'eau, ce qui donne lieu à l' ab- sorption d'une quantité d'eau sensiblement équivalente à celle qui a été chassée par la calcination et pro-doque, en outres une amélioration sen- sible de la coloration du pigment. Lorsque la température ambiante est atteinte, le bleu d'outremer esbtamisé à 99 % â travers un tamis à 325 mailles et est emballéo
Un avantage surprenant de la présente invention réside dans le fait que le tamisage susmentionné peut s'effectuer facilement et que la formation d'agrégats solides de "clinkers" ne se produit pas pendant la calcination.
Il va de soi que le mode opératoire décrit ci-dessus est sus- ceptible de variations.
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Dans le traitement à l'aaide décrit ci-dessuss on emploie 5 % d9acide sulfurique, sur la base du poids du bleu dooutremer. Cette propor- tion diacide élimine suffisamment de sodium du réseau cristallin et s'est révélées en maintes circonstances, apte à donner les meilleurs résultats.
Si on augmente la proportion diacide sulfurique au delà de 7 %, on con- state une dégradation notable du produite au point de vue de ses qualités tinctoriales. On peut employer moins de 5 % diacide.,, mais si la propor- tion diacide est inférieure à 3 ou 4 % environ, l'élimination du sodium
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du bleu d?outremer ne se fait pas dans la mesure souhaitable, pas plus que la réduction de la cristallinité de surface n'a lieu à un degré suffi- santo
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La concentration de l'acide dans la pâte initiale n9est pas critique et peut varier dans de larges limites. Il n'est pas particuliè- rement avantageux d'utiliser une quantité d'eau supérieure à 4 à 6 fois le poids du bleu d-outremer.
Lorsque la quantité totale d'eau est inférieure à 3 fois environ le poids du bleu d9o9xtrere il se produit des difficultés pour l9agitati.oxo L9acide sulfurique est 19aeide préféré. On peut toute- fois utiliser une proportion chimiquement équivalente d9?un autre acide minéral fort,, tel que l9acide chlorhydrique, mais ceci est moins avanta- geuxo
Le procédé décrit ci-dessus, pour combiner 1?acide avec le bleu d'outremers ne doit pas être suivi à la lettre., mais il est mis en oeuvre essentiellement pour amener tout le bleu d'outremer à réagir ra-
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pidement et uniformément avec tout l'acideo
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Au cours de 190pération de sillicatationg la solution de sili- cate de sodium est ajoutée,
lorsque le bleu d'outremer a été chauffé à une température excédant bien 50 C et de pr'éférence, égale va environ 900 Car Pendant que la température de la pâte s9élève jusqu'à la valeur désirée, le pigment réagit dans une faible mesure avec 19 eau encore légèrement acidu- lée, ce qui chasse du Soufre du réseau cristallin et provoque le dégagement
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hors de la solution-, d'une très petite quantité d2hydrogène sulfurée L'hy- drogène sulfuré possède la propriété indésirable d9a'ba3sser le pH du bain et comme la solution de silicate de sodium ne doit être présente que dans des conditions neutres ou alcalines,
l'admission de silicate de sodium
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doit être retardée- jLisqu9à ce qu'une quantité suffisante d'hydrogène sul- furé se soit dégagée et qu'une pâte sensiblement neutre soit obtenue.
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Le silicate de sodium est alcalin et peut, dès lors, être ajouté avec la boue lorsque eelle-oi est légèrement acide. Cependant, si le degré d9acidité de la pâte est relativement élevée il se produira une précipi- tation du silicate sous forme deun gel et une inhibition de la réaction désirée du silicate avec le bleu d-outremer.
La quantité de silicate de sodium ajoutée doit être suffisan- te pour satisfaire sensiblement la capacité d'absorption du bleu d90utre- mer en ions sodium. On préfère employer un léger excès de silicateo Dans l'exemple de mode opératoire décrit ci-dessuss on a fait usage dan léger excès de silicate de sodium.
Un excès plus important de silicate peut être employée mais la formation d'un revêtement de silicate de so- dium doit être évitée, parce quelle n'augmente pas la résistance aux
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acides du pigment et diminue la capacité tinctoriale de celuioio Il n9est pas nécessaire d'utiliser plus de silicate que la quantité néces- saire pour que le poids de SiO2 dans le revêtement amorphe du pigment fi- nal excède 10 à 13 % environ du poids du pigmenta selon les dimensions des particules de celui--ci. De bons pigments dont le revêtement con-
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tient moins de 8i02.9 peuvent être préparéso Le pourcentage de 3i02 peut même être de l'ordre de 69g po
La durée de la réaction de silîcatation est importante et celle-ci doit se prolonger jusqu'à ce que la capacité
d'absorption en so-
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dîum du bleu d 9 outremer ait sensiblement été atteinte. Ceci prend 'rare- ment moins d9uzre demi-lieiwe et de meilleurs résultats sont souvent ob- tenus, lorsque la réaction de silioatation se poursuit plus longtemps, à savoir pendant une période allant jusqu9à 2 heures environ.
L'absorp-
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tion des ions sodium dans les cristaux de bleu d90utlemer provoque la formation de composés de silicium et d90xygène du type de l'acide s11i= oique ou des composés siliceux hydratés, à la surface des cristaux de
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bleu d90utremero Les composés ainsi formés ont une brève existence et se décomposent à la surface des particules de bleu d9outremer, de maniè- re à former -un revêtement perméable amorphe constituée de manière pré-
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dominantes par du silicium et de 19oxygène. Il est très surprenant de constater que, lorsquon s'en tient aux proportions indiquées dans l'e- xemple donné ci-dessus., le revêtement en question est sensiblement exempt de sodium.
D'autres silicates de sodium de composition relative similaire
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z, celle dix silieàte indiqué dans 19 exemple ci-dessus et contenant un excé- dant substantiel de SiO2 peuvent être utilisés. Ces silicates peuvent être remplacés, en tout ou en parties par des solutions similaires de si-
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licate de potassiumo Le produit obtenu est similaire â celui obtenu ci- dessus
La température de la réaction de silicatation n'est pas cri-
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tique. Toutefois, des résultats considérablement meilleurs sont obtenus en opérant à 900 C pendant un temps plus co'W:"t.\} qu'en opérant à tempéra- ture ambiante.
A chaque température de calcination., le bleu d'outremer at-
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teint rapidement un état de stabilité, en sorte qu'un chauffage prolongé à la même température ne provoque pas de dégagement supplémentaire d'eau et ne donne lieu à aucune augmentation significative de sa résistance aux aci- des. Cette stabilité est atteinte à 3000 C ou 3500 0-en moins dune heure environ,\! tandis qu'à 8000 C la calcination ne doit durer que quelques se- condes.
Il n'est, dès lors, pas nécessaire d'employer le four décrit ci-dessus. On peut faire usage, pour ladite calcination du bleu d'outre- mers d'un four de type quelconque, à condition qu'il permette un chauffage uniformeconstant et rapide à 600 ou 8000 C, avec échappement de la va- peur d9eau dégagée Ainsi, un four du type à cylindre horizontal fixe, contenant une vis sans fin horizontale rotative tournant autour d'un arbre creux, a également été employé de manière satisfaisante. Lorsqu'il est fait usage d'un four de ce type,!) les gaz de chauffage sont admis dans l'ar- bre central de la vis sans fin et la charge est poussée en avant par la rotation de cette dernière.
Lorsqu?on emploie un four de calcination du
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type conventionnel opérant à C00 0s la calcination s9effectue en beau- coup moins de cinq minutes.
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Il est également possible daeffectuer la calcination en dis- continu et ceci constitue, en fait la méthode de laboratoire usuelle.
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Dans la calcination en discontinu., des creusets de bleu d J outremer sont introduits dans une cornue chauffée à 600 G, où ilsrestent pendant en- viron 1 heure. Il est avantageux d'entretenir une atmosphère sensible-
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ment inerte au-dessus du bleu d-outremer. Les creusets sont refroidis en atmosphère humide, comme décrit ci,-dessus.
Pendant la calcinationla présence d'air doit être évitée
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autant que faire se peut et il est préférable d J exclure totalement 1-'air.
Toutefois, la présence des quantités d'air, qui diffusent normalement dans le four aux ouvertures de chargement et de déchargement de celui-ci ne constitue pas un inconvénient sérieux. L'ampleur du dommage causé par Pair est d'autant plus importante que la température est plus élevée.
Dans la description suivante de 1-'effet de la température de calcination.!)
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on suppose q9o se trouve en présence d9une petite quantité d-'air., quilil est difficile d'exclure.
Pour obtenir de bons résultats, il suffit de calciner le bleu
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d'outremer en delà de 3500 c, jusqu9à ce que le revêtement de silice., qui agit comme membrane perméable continue soit déshydraté et converti
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en un revêtement sensiblement et généralement imperméable, c?est-à-dire jusqu.9à ce que cesse le dégagement d9eau du bleu dgoutremer traité ou jusqu-là ce qu9un chauffage supplémentaire n.9occasionne aueune améliora- tion substantielle de la résistance aux acides de ce dernier. Pendant la calcination,9des petites fissures peuvent se former dans le revête- ment, mais ceci n'est pas nuisible. La température de calcination la plus économique peut être déterminée en soumettant le pigment à 1?essai à 1-'acide décrit ci-dessous.
En pratiques 1?amélioration commence à être évidente, lors- que le bleu d'outremer traité à l'acide et silicate a été calciné à une
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température d9envîron 300 ou 3500 Co L9amêlioration dans la résistance aux aluns du bleu d.9outremer devient progressivement plus forte, à mesu- re que la température de calcination augmente. Vers 500 à 700 C et par- ticulièrement à 600 C, 19 amélioration parait atteindre- son maximum. La température la plus élevée à laquelle on a constaté qu'il était pratique
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de chauffer le pigment est de gaz 0. Toutefois Inapplication d-9une tem- pérature aussi élevée entraîne des désavantages.
Le bleu d'outremer si-
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licaté ne peut pas être chauffé au delà de z00 C pendant plus dgtdn mo- ment, sinon il perd sérieusement de sa solidité. S-'il est chauffé à 7000 C9 la durée maximum d?exposition peut être un -peu moins longue., mais ne doit pas dépasser fortement cinq minutes, sinon une perte simi- laire de solidité se manifeste. Si la température de 60010 C constitue
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la température la plus élevée à laquelle le bleu doutremer est soumis.\! il peut être maintenu à cette température pendant environ 1 heures -sans perte appréciable de solidité. La température peut être aisément réglée en fonction de la durée de la calcination, en observant 19 aspect du courant de bleu doutremer sortant du four.
Toute altération substantielle dans 1,'aspect du bleu d'outremer montre que la vitesse de rotation du tambour du four de calcination en continu doit être augmentée ou que la températu- re de ce dernier doit être modérée. Ces conditions doivent être contrô-
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lées peur permettre de compenser les- effets dus aux variabJ.es,9 telles que la teneur en eau de chaque lot, les dimensions particulières du pigment., la quantité de silicate employée et doivent être réglées de manière à pro-
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voquer le moins dainconvénientso Comme .gméi3atien de la résistance aux aluns provoquée par le chauffage du bleu d.9 outremer à 6000 0 est sensiblement la même que celle obtenue .osquon chauffe celui-ci à 700 ou 800 Ce mais que le dan- ger de détérioration du bleu d'outremer est beaucoup moindre.!)
on préfère considérer la température de 600 C OU,9 de préférence,, la zone s'étendant de 500 à 7000 C, comme la température de travail optimum.
Lorsque la calcination est exécutée dans une atmosphère complè- tement inerte, le dommage est très fortement réduit. Lorsqu on exclut
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complètement 1-'air., le bleu d.9outremer traité â 19aeide et silicate peut être maintenu à 600 C pendant plusieurs heures, sans subir de dommage.
Non seulement aucun dommage n'est subi par le produit, mais celui-ci est plus foncé, plus solide et plus résistant aux acides qu'un produit simi- laire obtenu en chauffant la même matière de départ pendant une heure à 6000 C, en présence d'une quantité limitée d'air.
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Il peut être remarqué que la silicatation du bleu d9o.ta.em traité à l'acide semble lui conférer une résistance aux températures éle-
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vées9 en présence de 1-'air, qax931 Saurait pas *?il n'y avait pas eu de silisatation. Le bleu d'outremer non silicaté ne peut pas être chauffée a Pair,\) jusqu'à 3 C9 et., en particulier, jusqu.9à 600 C, sans subir une perte sévère de qualité, vraisemblablement pour les raisons indiquées dans le brevet UoSoA. n 2ad,,1o951o Leamélioration causée par la silicata- tion parait due, en partie, au revêtement protecteur de silice, qui em- pêche l.9aocès nuisible de gaz ozydants, tels que l'air et les gaz de four.
Le procédé suivant 1?invention peut être appliqué avec suc- ces à n'importe lequel des pigments de bleu d'outremer commerciaux. La
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dimension des particules du bleu d?outremer choisi présente, toutefois, un certain intérêto Ainsi!) les bleus daoutremer composés en majeure partie de particules grossières (par exemple, de particules de plus de 2 a 3 uderons) permettent d.9obtenir un pigment qui possède le domainé dutilisation le plus vaste et révèle la résistance aux aluns la plus
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élevée.
Toutefois, les bleus d.9outremer±) dont les particules sont les plus grosses et qui sont communément obtenus par les méthodes commercia- les de classification, sont régulièrement les plus faibles du point de
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vue tinctoriale Mais, lorsque le traitement à 19acide est suivi d9.e silicatation et d'une calcination on a été étonné de constater qu'il n'est pas nécessaire de séparer les particules grossières et de les uti- liser séparément.
Le mélange de particules grossières et fines, obtenu par le broyage usuel en voie humide, peut être silicate et calciné et le produit obtenu possède sensiblement le même degré de résistance aux'aluns que les particules grossières seules traitées de la même manière. Comme les particules les plus fines sont les meilleures du point de vue tinc-
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torîal, ceci signifie que le processus de calcination permet 1'obtention d.9u'n bleu d.9outremer non seulement plus résistant aux aluns, mais égale- ment d'une coloration plus résistante.
Dans le présent mémoire, 1-'expression "résistance aux aluns!!
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est employée somme synonyme de 1-lexpression "résistance aux acides". tan-
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dis que 1?expression "résistance aux conditions atmosphériques" désigne la résistance du bleu d'outremer au blanchiment en présence d'une solution
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aqueuse bouillante de sulfate d'aluminium L A12(S04) 30lSH2 -1 également connu sous le nom d9 "alun de papetier" désigné dans le présent mémoire sous l'appellation "alun". Pour apprécier la valeur du bleu d'outremer traité à l'acide, silicate et calciné suivant la présente invention, il a évidemment été impossible de faire des essais réels de résistance aux con- ditions atmosphériques..
car de tels essais eussent demandé au moins plu- sieurs annéeso On sait depuis longtemps que les solutions d'alun sont particulièrement délétères pour le bleu d'outremer et quelles occasion- nent le même genre de détérioration que les'conditions atmosphériques elles- mêmes. Une solution d'alun est simplement un moyen convenable de préparer une solution tamponnée d'un pH donnée C'est la valeur de pH d'une solu- tion d'alun qui détermine Inactivité de son attaque.
De telles solutions sont depuis longtemps de pratique courante pour éprouver la résistance aux acides comparatives de différents bleus
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d90utremerj/ car elles constituent un moyen rapide, simple, susceptible d'être reproduit et très drastique pour reconnaître même les bleus d'ou- tremer qui résistent le plus fortement aux acides. En conséquence., on a
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fait usage de cet essai à 19alun. L?essai en question est exécuté comme suit
On prépare une solution en dissolvant 100 grammes de
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Ai (304) 30 l8 H20 dans de l'eau, jusqu'à un volume total de 1000 eco 100 ce de cette solution sont placés dans un tube à essaie dans lequel on in= troduit ensuite 1,0 gr du bleu d'outremer à essayer.
Le tube à essai est alors immergé pendant 30 minutes dans un bain-marie bouillant. Au
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bout de ces 30 minutes 12'ohantillon e est filtrée lavé jusqu-là fin d9aci= dité et séché. La perte de résistance est évaluée en déterminant la résistance de 1-l'échantillon non traité par comparaison visuelle avec une série de bleus d'outremer de résistance prédéterminée9 en déterminant de
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la même manière, la résistance de 1,9échantillon traité, et en calculant la résistance résiduelle en pourcentage de la résistance originelle du pigmento
Cinq essais ont été effectués pour illustrer la résistance
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aux aluns des bleus d'outremer obtenus ci-dessus.
Dans Pessai n 1, on a fait usage de bleu d9oxtremer ordinaire, commercial et non traité, qui correspond au bleu d'outremer ordinaire, employé pour le tracé des fi- gures 1, 2 et 3. Les quatre autres essais ont été effectués sur des pig- ments préparée, en soumettant des portions respectives de ce bleu d'outre- mer à un ou plusieurs des stades opératoires requis par le procédé suivant
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l'inventiono
En outre, deux essais ont été effectués sur des pigments, dont la préparation est décrite dans le brevet U.S.A. no 2029606830 Dans le premier de ces deux derniers essais, un échantillon du bleu d'outremer
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non traité de tressai nO 1 est mis en pâte d9abord avec de 1?acide sulfu- rique, puis avec du silicate de sodium, selon le mode opératoire de l'exemple 1 du brevet U.S.A.
nc 20260639 modifié par la remarque fi- gurant aux lignes 63 à 66 de la colonne 2, de la page 3 de ce dernier brevet.
Le second essai (essai no 7) est effectué sur la matière pré-
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parée pour 19essai no â9 qui a été chauffée à 300QC pendant 4 heures.
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<tb> Essai <SEP> no <SEP> Bleu <SEP> d'outremer <SEP> utilisé <SEP> Aspect <SEP> après <SEP> essai <SEP> colora=
<tb>
<tb> résistance <SEP> tiono
<tb> tinctoriale
<tb>
<tb> 1
<tb>
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a=ooooooeoooeooemeamomoeoo ooooooaomommomomomomoaom 1 bleu d9.t ere ordi- blanchi en 5 minutes naire non traité 2 2 ncl, traité à l acide2 blanchi en 5 Il 3 n19 silicate blanchi en 5 " 4 n1, traité à 19acide
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<tb> et <SEP> silicate <SEP> 2 <SEP> 12 <SEP> % <SEP> très <SEP> légèrement
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> gris <SEP> bleuâtre
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 5 <SEP> nol,
<SEP> traité <SEP> à <SEP> l'acide
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> silicate <SEP> et <SEP> calciné <SEP> 2 <SEP> 48 <SEP> % <SEP> bleu <SEP> foncé
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 6 <SEP> nol, <SEP> traité <SEP> selon <SEP> blanchi <SEP> en <SEP> 5 <SEP> minutes
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> l'exemple <SEP> 1 <SEP> du <SEP> brevet
<tb>
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ILS.A. n2o6063 mo-
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<tb> difié <SEP> par <SEP> lignes <SEP> 63-66
<tb> solo <SEP> 2, <SEP> page <SEP> 3
<tb>
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7 n6n calciné à 3000G blanchi en 5 minutes pondant 1 h\92 ------------------------------------------------------------------ 1 pourcentage de résistance du pigment avant l'essai 2 selon le procédé décrit dans l'exemple si-dessus.
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Parmi les échantillons essayés, ceux des essais n@ 1, 2e 3, 6 et 7 blanchissaient très rapidement dans la solution dalun chaude et au bout de 5 minutes ses échantillons étaient tous de couleur blanc sale, lorsque ces essais furent interrompus. Dans tressai no 4, au bout de 30 minutes, l'échantillon avait acquis une couleur légèrement gris=bleuâtre et ne possédait qu'un neuvième de la résistance tinctoriale qu'il présen-
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tait avant 19assai.
La matière ayant subi tressai nO 5 correspond au pro= duit ordinaire fabriqué à l'échelle commerciale par le procédé suivant
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19 invention Cet éehentillon, soumis au sterne essai drastique, perd environ la moitié de sa résistance et est, dès lors, quatre fois aussi solide que le produit de tressai n 4. Le produit de tressai n 5 est bleu foncé et
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ne possède pas 19aspect grisâtre de 19éGhantillon ayant subi tressai :0.0 4.
Au laboratoire, on a préparé par le procédé suivant l'invention,
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des bleus d?outremer, qui présentent une résistance aux acides considéra- blement meilleure que le pigment commercial utilisé dans tressai no 5 et possèdent des résistances résiduelles allant jusqu'à 60% environ.
Dans le cas où ils doivent être exposés aux conditions atmos-
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phériques9 les bleus d9outremer, qui possèdent une solidité tinctoriale d'environ 25 %, sont suffisamment résistants aux acides pour être applï- qués comme pigments de peinture et les pellicules de peinture restent bleues, même après avoir été soumises à de sévères conditions atmosphéri- queso Pour être employé sur des granules de couverture, le bleu d'outre-
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mer doit être plus résistant aux acides. Dans ce dernier cas, on fait, de préférence, usage de bleus d'outremer, dont la solidité tinctoriale est d'environ 40 %.
Les essais précités démontrent le degré étonnant de résistance aux aluns offert par le produit selon la présente invention. Ces essais démontrent, en outre., que l'amélioration apportée par la combinaison des stades opératoires suivant l'invention est supérieure à la somme des amé- liorations procurées par chacun desdits stades isolément.
REVENDICATIONS.
1. A titre de nouvelles compositions de matières., les particu- les de pigment de bleu d'outremer, enveloppées dans une composition inso- luble dans 1-'eau, sensiblement exempte de métaux alcalins et amorphe d'aci- des siliciques déshydratés, ces particules révélant, lorsqu'elles sont exposées à un faisceau de rayons X dans un appareil de diffraction de rayons X, le type de diffraction caractéristique du bleu d'outremer ordi- naire et révélant également, lorsqu'elles sont exposées à un faisceau d'électrons dans un appareil de diffraction électronique le résidu du type de diffraction présenté par ledit bleu d'outremer ordinaire dans les mêmes conditions, le pigment précité se caractérisant, en outre,
par le fait que lorsqu'une partie de ce pigment est chauffée dans 100 parties d'une solution aqueuse à 10 % de Al2(SO4)3.18 H2O à 100 C, pendant 30 minutes, la solidité tinctoriale résiduelle du bleu d'outremer ainsi traité est supérieure à 25 '% environ.
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ACIDESO-RESISTANT BLUE PIGMENTS3 IMPROVEMENTS
The present invention relates to a novel ultramarine blue pigment which is highly resistant to acids and to the preparation of this pigment.
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More particularly. \) 1-'invention relates to a new pigment of blue d.9ou = tremer with modified surface, as well as methods for its production., More particularly still, the invention relates to a pigment of ultramarine blue , the particles of which have been reacted with a very dilute solution of a strong acid, then treated with a solution of an alkali metal silicate and finally calcined, as well as to the process used for this purpose and described below below.
It has long been known that the clarity and brilliance of ultramarine blue are rapidly and seriously affected by weak acids, even extremely weak acids, which are normally present in the atmospheres of industrial centers and cities. Like blue
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ultramarine is generally applied with the aim of obtaining a permanent coloration and not a fleeting coloration, it is considered that the deterioration which it undergoes when exposed to atmospheric conditions for a short time, for example from six months, is fast.
Another in-
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The notable advantage of ultramarine blue pigments is that the paint films subjected to atmospheric conditions do not appear blue, but have a whitish tint, which greatly reduces
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The intensity of the blue coloration of the underlying film was reduced. Tests were carried out to improve the resistance to atmospheric conditions and to dilute acids of out.emero blue In one of these tests the individual particles were enveloped in blue ultramarine in a coating of sodium silicate. This was done by putting the ultramarine blue into a paste with dilute sodium silicate, then
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while drying the product.
This coating process only gave rise to a
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manages improvement, as the silicate coating is shown to be acid permeable and the sensitivity of the coated ultramarine blue to attack.
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that by acids was not modified. Further tests with a view to improving the quality of the silicate coating were carried out. In some of these tests chemicals were applied, which served to harden the silicate coating, while in other tests the ultramarine blue coated with silicate was calcined on cover granules.
These tests were not satisfactory either in the sense that they did not make it possible to obtain ultramarine blue having satisfactory resistance to atmospheric conditions.
Since attempts to produce ultramarine blue particles coated with a sufficiently durable coating have not given the desired results, attempts have been made to modify the characteristics of the structure.
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crystalline ture itself of ultramarine blue.
It was then discovered, not without surprise, that ultramarine blue has some of the properties of an artificial zeolite and that when ultramarine blue is reacted with a predetermined proportion of a very dilute solution of sulfuric acid. ., an ultramarine blue pigment is obtained which has lost very little of its original coloring and brilliance.
This finding was most surprising, since it was believed that such an acid treatment would cause the same discoloration as known to be caused by the dilute acids present in the atmospheres of the cities.
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It was further found that this 1-acid reaction removed sodium from ultramarine blue and formed a surface of a totally different character in that the degree of crystallinity of the surface
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was reduced very markedly, as could be seen by the ability of said surface to diffract electron beams.
This acid-treated ultramarine blue has been shown to be chemically active, in that it reacts easily in aqueous sodium silicate solution at elevated temperature to form an ultramarine blue which contains substantially the same proportion of sodium and
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little more silica than the original ultramarine blue By this silicatation reaction9 the acid resistance of ultramarine blue is greatly improvedo
We have also discovered, surprisingly.
that the calcination of ultramarine blue described above, having undergone a treatment with
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The acid and silieatation, when said calcination is carried out under controlled conditions and to a controlled extent, results in the production of an ultramarine blue pigment exhibiting extraordinary acid resistance. The same calcination performed on a blue
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ultramarine silicate, but not having undergone any treatment with acid, does not make it possible to obtain such resistance to acids.
Usually, the calcination of ultramarine blue attenuates some
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little its brilliance and alters its color. It was also discovered, not surprisingly, that., When acid-treated ultramarine blue, silicate and. calcined according to the present invention, is cooled in an atmosphere
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With water vapor, the tarnish or fading of gloss which has occurred during calcination is removed and in some cases the resulting product is even brighter than it was before calcination. The process according to the present invention does not necessarily require cooling in a steam atmosphere of the calcined ultramarine blue, but this cooling constitutes part of the preferred embodiment of the present invention.
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The new ultramarine blue treated with silicate and calcined acids according to the present invention can be used as a pigment in the main applications where ultramarine blue was used in the past, in particular for bleaching paper, leaching fabrics, laundering. preparation of paints and lacquers, coloring of natural and synthetic rubbers, pigmentation of synthetic plastics,
1-Printing of wallpaper and dyeing of cover granules
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reo This new ultramarine blue is surprisingly more resistant to atmospheric conditions and acids than any of the ultramarine blue pigments known in the past and is the best pigment known for the last mentioned application. In addition, this pigment presents
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You have the new property of appearing as a blue pigment in paint films subjected to atmospheric conditions. All other known ultramarine blue pigments show a dirty whitish coloration in similar films.
The product of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings in which: Figure 1 shows a graph of the type of electrical diffraction.
EMI3.2
tronique d'lan sample of ordinary ultramarine blue (Graph 1-to), superimposed on a graph, with hatching, of the type of electron diffraction presented by a sample of ultramarine blue, which has been treated with acid according to the method of the present invention (Graph 1-B);
- figure 2 shows a graph illustrating the type of dif-
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electron fraction of a sample of ordinary ultramarine blue (Graph 2-to), on which is superimposed a graph, with hatching, of the type of electron diffraction presented by a sample of the same ultramarine blue.
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mer, which has been treated with acid, silicate and calcined at 300'Og for 4 hours, according to the process according to the present invention (Graphi-
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as 2 B) and - Figure 3 shows a graph of the electron diffraction type of a 1xl sample of ordinary ultramarine blue (Graph 3-A). superimposed on a graph, with hatching, of the electron diffraction type of a sample of the same ultramarine blue, which has been processed
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with acid,
silicate and calcined at 600 C for 1 hour, according to the method according to 1-'invention (Graph 3-B)
The type of electron diffraction of ordinary ultramarine blue is not materially changed when ultramarine blue is only pulped with the same dilute solution of sodium silicate as employed in the present invention, and dried. or when the ultramarine blue thus treated is calcined.
In other words, neither of these two treatments, alone or in combination, causes a noticeable decrease in the total surface crystallinity of the blue particles.
EMI3.7
d 9 out erer In the drawings, the lines of the graphics relating to
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ultramarine blues -treated (Charts 1-B, 2-B and 3-B) are somewhat wider than the lines in the graphs relating to ordinary all-blue (Charts 1-A, 2- & and 3- &. ) o These differences in widths are used only to facilitate visual comparison of the pairs of graphics and do not represent the respective widths of the rings appearing on the photographic plates.
EMI3.9
The 1-aid treatments, silications and calcinations referred to in the description of the drawings, have all been carried out in a uniform manner and according to the embodiment.
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preferred of 1.9invention9 as described in the remainder of this Méwoire, except with regard to the graph z of FIG. 29 where the operation was carried out at a lower calcination temperature.
For the preparation of the photographs of the electron diffraction types or patterns employed for the preparation of the graphs referred to above, a uniform procedure was followed.
EMI3.11
In each case an electronic potential of 60âo'o was applied, the same electron diffraction instrument was used the samples were mounted in the same manner and the exposure times were two seconds, so to obtain the best photographs under the same conditions.
The photographs were obtained by reflection in
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pairs on glass plates, the diagram for ultramarine blue
<Desc / Clms Page number 4>
ordinary being produced on a different part of the same photo-
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graphic. The plates were then developed and rated in strictly the same way.
With the diffraction by reflection method the depth of the vertical penetration is only 100 l, so that the resulting photographs show only the surface condition of the pigment particles.
The three plates obtained presented the usual general appearance and allowed free intervals to appear between the concentric diffraction rings, the darkest rings appearing on the plates being those qualified, hereinafter as being those presenting the most intensity.
EMI4.2
When determining the relative intensity of each of the rings appearing in each pair of photographs, the intensity of the most intense 1-ring in the diagram of ordinary ultramarine blue, appearing on each plate, was taken as a standard. comparison for the whole plate.
To this lines we have assigned the arbitrary value of 100 intensity units (ordinate). To the remaining rings of the plate, we have assigned numerical values proportional to their respective intensity.
EMI4.3
tive with respect to the arbitrary value. In other words, a ring having, for example, 30 units of intensity should be considered to have an intensity equal to 30% of that of the reference line or 1-ring.
The relative intensities mentioned above were determined by visual comparisons. In the case of the most intense rings, these visual comparisons were checked for inaccuracy.
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by sensitometer readings. The values given by the visual comparisons were found to correspond well to the dental readings.
EMI4.5
sitometer.
The densitometer was, however, found to be too insensitive for the determination of the relative intensities of the majority of the rings and visual comparisons must necessarily have been employed in these cases.
On the photographic plates, the rings corresponding to lattice or structure intervals (abscissa) of less than 1.5 A were not clearly defined, but were greatly enlarged and blurred. These rings were so indistinct that they appeared to lie at the side. limit or in the vicinity of the limit of sensitivity of the photographic plate. Rings this low and even rings with an intensity of about 10% or even 15% of the line la
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brighter than ordinary ultramarine blue could not always be detected.
The combined experimental error recorded among the various observers varied by less than 10 units of intensity for the
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most intense rings at a maximum of about 15 units of intensity for the most pale lines, "exhibiting grating intervals less than 195 in. Examples of experimental error in the graphing of Figures 1 to 3 can be seen. first observed by comparing graph 2U with graph 340 The same ultramarine blue was used for the development of these two graphs and the same electron diffraction diagram photographs of this material were prepared, these photographs having, moreover, been appreciated. in the same way.
Four of the weakest lines appearing on the
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photographic plate., from which the graph 2 = 1 was drawn were not detected by the majority of observers., who had to examine the photographic plate whose graph 3-A was
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derivative In this case, the experimental error was most likely an error of small magnitude and of human origin o Other minor errors can also be caused by variations in the quality of the extreme blue o The blue of the or
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ordinary commercial tremer constitutes a well standardized product, which is surprising if one considers the complex reactions, at elevated temperature, which are necessary for its synthesis,
and the number of subsequent treatments, such as crushing, grading and flotation, to which this product is subjected. The variation which may be expected, from the standpoint of the apparent degree of surface crystallinity of these products.!) Is illustrated.
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by graphs 1-to and 2a For the elaboration of these graphs, two different dJ1 or tremer blues have been used. These two overseas blues were prepared by the ordinary process of commerce, but were obtained from different production batches.
The same variation mid-
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nore that the graphs 2 = A and 3-4 are found between the following two graphs which were obtained from the same d90utremero blue LJ1efret of the experimental errors was reduced to a minimum, first of all by photographing the diagrams in pairs and by having these diagrams also in pairs, by the same group of observers, which allowed the elimination of some of his errors.
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experimental. The categorization process, described below, also minimized the effect of the inability or inability of the observers to discern the weaker lines.
The drawings show that the surface of ordinary untreated commercial ultramarine blue is highly crystalline. In each of the graphs, more than six diffraction rings can be seen, the intensities of which ¯ are greater than 10% of
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Dominant Line Intensity at 3.70% The majority of observers also detected a large number of additional rings, exhibiting intensities equal to at least 10% of the dominant line intensity.
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h9eamoomparatz of graphs 1-to and 1-B of figure 1 shows that the acid treatment gives rise to the formation of an electron diffraction diagram revealing a stupefying decrease in surface crystallinity apparent ultramarine blue, the
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new surface having only about half of the total apparent crystallinity of the 19anoan surface. Only three of the more intense lines in Chart 1-to persist as strong lines in Chart 1-B.
Two lines of marginal intensity were discerned on the photographic plate, from which graph 1a was drawn. As for the remaining lines of ultramarine blue o1'di =, nairep we have not come to hate them.
Graph 2-B of FIG. 2 shows the electron differential diagram of ultramarine blue according to the present inventions obtained by calcining at 3000 0 for 4 hours acid-silicate treated ultramarine blue. The degree of apparent surface crystallinity to-
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The figure appearing in these graphs is only a fraction of that appearing in graph 1-B of Figure 1;
Graph 3-B of figure 3 shows the diagram of the
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blue gun electron diffraction d) typical ultramarine; prepared according to the preferred method of carrying out the invention. This ultramarine blue corresponds exactly to that used for the construction of graph 2 = B of FIG. 2s except that the calcination was carried out at 600 ° C. for 1 hour.
Graph 3-B is much the same as Graph 2-B, the former being, however!) Of less intensity than the latter.
For best results, acid treatment should be performed, so as to produce ultramarine blue with sensi =
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The total apparent surface crystallinity, indicated by graph 1-B in figure xi It goes without saying that d9ct eme blues with higher or lower degrees of apparent surface crystallinity can also be prepared) ) by varying the proportion
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acido
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By making direct use of the graphs, one can appreciate the achievement of the optimum initial and final total decrease in apparent surface crystallinity. This decrease can be expressed by integrating the diagrams, as explained below.
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If we first consider figure i9 the intensity (length) of each of the lines of graph 1-A is determined on an initial scale
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and the values thus obtained are added to determine the total current of the diagram. This operation is hereinafter referred to as the "integration stage". The result in this case is approximately 29.5 intensity units.
Integrating the lines of graph 1-B on the same initial scale gives a value of approximately 1238 intensity units o The total relative intensity of the diffraction pattern
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The electron of the treated material is therefore 12.9 seconds or substantially 44% of the intensity of the electron diffraction pattern of ordinary untreated ultramarine blue.
In figure 2, 1-integration of the lines of graph 2-A gives
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a value of about 39.6 units of intensity. The corresponding value of the lines in Chart 2-B is approximately 6.4; The total relative intensity of the electron diffraction diagram of the material used for the construction of graph 2-B, compared to the intensity of the diagram
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ordinary otremer blue is therefore 6, Q .96a, or about 16%. -
A similar integration of the data in Figure 3 demonstrates that, thanks to the higher calcination temperature, a
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ultramarine blue exhibiting an electron diffraction pattern, the total relative intensity of which is 3e3 g 31 79, ie approximately 19%.
In graph 3 = B, the value of the line corresponding to 2955 is doubtful and if this line is neglected the total apparent crystallinity becomes equal to approximately 9%.
The total relative intensities of these patterns are a measure of the relative degree of electron beam diffraction, with the stronger patterns indicating a higher degree of total surface crystallinity. When establishing the relative intensities of the diagrams, only the intensities of the discernible lines can
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be taken into consideration and the general appearance of the photographic plate with its background is neglected. As has been pointed out, some observers are better able than others to discern a greater or lesser number of the most prominent lines. weaker.
When the comparisons are
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made under uniform conditions, by the same groups of observers, and averaging these comparisons, remarkably consistent results are obtained and the effect of the inability or inability of observers to detect lines of weaker intensity tends to increase. disappear
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ra! be when the data from the graphs is integrated and the ratio of this data is calculated as indicated above.
Ultramarine blues treated with silicates and caTines9 whose comparative electron diffraction patterns reveal total intensities exceeding about 25% of the intensity of the pattern.
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Ordinary ultramarine electron diffraction patterns are insufficiently acid resistant to be used satisfactorily in cover granules.
The -bluei :. treated with 1-'a- aid, silicates and calcined., which give diagrams showing total relative intensities well below 11% of the total intensity
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of the diagram of ordinary ultramarine blue, can be prepared and usually show slightly better acid resistance., but are tinctorial weaker especially in the case
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ultramarine blues, the diagrams of which give intensities of the order of 6% of the total relative intensity.
It has, moreover, been observed that the central part of the par-
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ultramarine blue particles are not affected by acid treatment,
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no more than by silication or calcination as far as we can judge. As noted above, the photographs of the electron diffraction patterns only show the condition
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prevailing on the surface of the ultramarine blue particle to a depth of about 100 A. These photographs therefore give no information as to the constitution of the interior of the particle.
To obtain information on this last point, the diagrams have been prepared.
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diffraction analysis of ordinary ultramarine blue and the various ultramarine blues used for the preparation of the graphs shown in the accompanying drawings. The X-ray diffraction patterns thus obtained were substantially identical, in that all of them revealed the regular and intense diffraction characteristic of blue.
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ordinary ultramarine.
The data given above demonstrates that an ultramarine blue composite pigment particle according to the present invention is constituted by an ultramarine blue particle having two areas substantially enveloped in a coating of an amorphous composition, composed of: predominantly silicon and oxygen as the dehydration product of hydrated silicic acids, this coating being substantially free of alkali metals. One of said areas is a central area of ordinary ultramarine blue, while the second area is a peri-
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Ripheric oxtremea blue with low apparent crystallinity.
The nature of the peripheral zone and the nature of the coating are not precisely known and the Applicant does not wish, in this regard, to limit themselves to a particular formula or theory. The process according to the present invention, for the preparation of improved ultramarine blue,
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Starting from commercial ultramarine blue, scratching undergoes no reaction, can be carried out as follows, the example given hereinafter being only illustrative of one commercial embodiment of the invention and not in any way to be construed as limiting it. this.
EXAMPLE
40 free English commercial ultramarine blue
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tee (dry base) are pulped with 67 pounds of water. In a separate container, 2 pounds of 93% sulfuric acid is dissolved in 175 pounds of water. The pellet of ultramarine blue is added to the acid solution without stirring, through a sedated line below the surface of the solution. acid reaction, at a temperature of 200 Co. The mixture is then stirred slowly. A substantially neutral or slightly acidic paste of a highly fluffy rough blue is obtained in less than a minute. This is the acid treatment specified above.
The mixture is then stirred and heated by injection of va-
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fear of water at 90 C, appreciably Until the end of the evolution of hydrogen sulfide and until the pH of the solution becomes appreciably neutral at this temperature and during 1 1/2 hour, a solution of 17 English pounds of sodium silicate in 33 English pounds of water The mixture is stirred for half an hour ±) then left to stand. The sodium silicate solution used has a density of 42 Bé and a ratio of 1a0 to 81 2 of 1 g 3922 "'It contains approximately 1 liter of NaO and 0 3 pounds of Si 2 per pound of liquid and is Alkali in nature Almost all of this sodium silicate is consolidated when the silicate stage is specified above.
The supernatant liquor is separated and the precipitate is repulped with water. Filter and dry at 0 = 90 @ 0. When using filter presses it is advantageous to add to the pulp sufficient aluminum sulphate. [A12 (S04) 3 18 112 to neutralize, to Yellow
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Brilliant alkalinity remaining. The silicate seawater blue thus prepared exhibits considerably greater resistance to acids and alums than the original ultramarine blue from which it was prepared.
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The final stage which leads to the production of overseas blue, whose resistance to acids and alums is the strongest known, consists in calcining the ultramarine blue treated with acid and silica. ,, this can be done in an indirectly heated clay calcination furnace of the ordinary rotary drum type con-
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holding spiral baffles.
Thanks to the rotation of the drum and the 1-lac- tion of the baffles the load progresses slowly towards 1-forward, the speed of rotation of the drum and the temperature of the oven being regulated so that
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ultramarine blue reaches a temperature of about z 0, at the discharge end of the furnace, in a little less than half an hour, which corresponds to a calcination rate fast enough to prevent substantial deterioration by oxidation of the brilliance of the blue
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screen The ultramarine blue is maintained at this temperature .squ9à the end of the release of water vapor, that is to say approximately for 1 minute. The vapor which is given off as the temperature of the ultramarine blue increases escapes through the terminal openings in the oven.
Air access therein is limited as much as possible.
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The calcined ultramarine blue is cooled to about 100-150 C in an atmosphere of water vapor, which results in the absorption of a quantity of water appreciably equivalent to that which was expelled by the water. calcination and pro-doque, besides a noticeable improvement in the coloring of the pigment. When room temperature is reached, the ultramarine blue is 99% filtered through a 325 mesh sieve and is packaged.
A surprising advantage of the present invention lies in the fact that the aforementioned sieving can be carried out easily and that the formation of solid aggregates of "clinkers" does not occur during calcination.
It goes without saying that the procedure described above is subject to variations.
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In the aid treatment described above, 5% sulfuric acid is used, based on the weight of the ultramarine blue. This proportion of diacid removes sufficient sodium from the crystal lattice and has been shown under many circumstances to give the best results.
If the proportion of sulfuric acid is increased beyond 7%, a notable degradation of the product is observed from the point of view of its dyeing qualities. Less than 5% diacid can be used, but if the proportion of diacid is less than about 3 or 4%, the removal of sodium
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ultramarine blue does not occur to the extent desirable, nor does the reduction in surface crystallinity occur to a sufficient degree.
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The concentration of the acid in the initial paste is not critical and can vary within wide limits. It is not particularly advantageous to use an amount of water greater than 4 to 6 times the weight of ultramarine blue.
When the total amount of water is less than about 3 times the weight of the oxygenxtrere blue, difficulty arises in oxidation. Sulfuric acid is preferred. However, a chemically equivalent proportion of another strong mineral acid can be used, such as hydrochloric acid, but this is less advantageous.
The process described above for combining the acid with ultramarine blue need not be followed exactly, but it is carried out primarily to cause all ultramarine blue to react rapidly.
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quickly and evenly with all the acido
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During the sillicatationg operation, the sodium silicate solution is added,
when the ultramarine blue has been heated to a temperature well in excess of 50 ° C and preferably equal to about 900 because While the temperature of the paste rises to the desired value, the pigment reacts to a small extent with 19 water still slightly acidulated, which drives Sulfur out of the crystal lattice and causes the release
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out of solution, a very small amount of hydrogen sulfide Hydrogen sulfide has the undesirable property of lowering the pH of the bath and since sodium silicate solution should only be present under neutral or alkaline conditions ,
intake of sodium silicate
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should be delayed until a sufficient quantity of hydrogen sulphide has evolved and a substantially neutral paste is obtained.
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Sodium silicate is alkaline and can therefore be added with the slurry when it is slightly acidic. However, if the degree of acidity of the paste is relatively high there will be precipitation of the silicate as a gel and inhibition of the desired reaction of the silicate with ultramarine blue.
The amount of sodium silicate added should be sufficient to substantially satisfy the absorption capacity of the overseas blue for sodium ions. It is preferred to employ a slight excess of silicate. In the exemplary procedure described above, slight excess of sodium silicate was used.
A larger excess of silicate can be used but the formation of a coating of sodium silicate should be avoided, because it does not increase the resistance to water.
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pigment acidic and decreases the dyeing capacity of the pigment. It is not necessary to use more silicate than necessary for the weight of SiO2 in the amorphous coating of the final pigment to exceed about 10 to 13% of the weight of the pigment. pigmenta according to the particle size thereof. Good pigments whose coating con-
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holds less than 8i02.9 can be prepared o The percentage of 3i02 can even be in the order of 69g in
The duration of the silication reaction is important and it should be prolonged until the capacity
of so-
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dîum of ultramarine blue was noticeably reached. This seldom takes less half-uzre and often better results are obtained when the silioation reaction is continued for a longer period of time, ie for a period of up to about 2 hours.
Absorb-
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tion of sodium ions in the crystals of ultramarine blue causes the formation of silicon and oxygen compounds of the type of silicon acid or of hydrated siliceous compounds, on the surface of the crystals.
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ultramarine blue The compounds thus formed have a brief existence and decompose on the surface of the ultramarine blue particles, so as to form an amorphous permeable coating previously formed.
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dominant by silicon and oxygen. It is very surprising that when we stick to the proportions given in the example given above, the coating in question is substantially free of sodium.
Other sodium silicates of similar relative composition
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z, that ten silie shown in the above example and containing a substantial excess of SiO2 can be used. These silicates can be replaced, in whole or in part by similar solutions of si-
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potassium licate The product obtained is similar to that obtained above
The temperature of the silication reaction is not critical.
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tick. However, considerably better results are obtained by operating at 900 ° C. for a longer time than by operating at room temperature.
At each calcination temperature, the ultramarine blue at-
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rapidly dyes a state of stability, so that prolonged heating at the same temperature does not cause further evolution of water and does not give rise to any significant increase in its resistance to acids. This stability is reached at 3000 C or 3500 0-in less than an hour, \! while at 8000 C the calcination should last only a few seconds.
It is therefore not necessary to use the oven described above. For the said calcination of ultramarine, use may be made of any type of furnace, provided that it permits constant and rapid uniform heating to 600 or 8000 ° C., with the escape of the evolved water vapor. Also, a fixed horizontal cylinder type furnace containing a rotary horizontal worm rotating around a hollow shaft has been successfully employed. When a furnace of this type is used, the heating gases are admitted into the central shaft of the worm and the load is pushed forward by the rotation of the latter.
When using a calcining furnace
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conventional type operating at C00 0s the calcination takes place in much less than five minutes.
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It is also possible to perform the calcination continuously and this is, in fact, the usual laboratory method.
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In the batch calcination, crucibles of ultramarine blue are placed in a retort heated to 600 G, where they remain for about 1 hour. It is advantageous to maintain a sensitive atmosphere-
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ment inert above ultramarine blue. The crucibles are cooled in a humid atmosphere, as described above.
During calcination the presence of air must be avoided
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as much as possible and it is preferable to exclude the air completely.
However, the presence of the quantities of air which normally diffuse into the furnace at the loading and unloading openings thereof does not constitute a serious drawback. The extent of the damage caused by air is greater the higher the temperature.
In the following description of the effect of the calcination temperature.!)
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it is assumed that there is a small amount of air present, which is difficult to exclude.
To obtain good results, it is sufficient to calcine the blue
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ultramarine above 3500 c, until the silica coating, which acts as a continuous permeable membrane is dehydrated and converted
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to a substantially and generally impermeable coating, that is, until the release of water from the treated seawater blue ceases or until additional heating results in a substantial improvement in the acid resistance of the treated seawater. this last. During calcination, small cracks may form in the coating, but this is not harmful. The most economical calcination temperature can be determined by subjecting the pigment to the 1-acid test described below.
In practice the improvement begins to be evident, when the acid-treated silicate ultramarine blue has been calcined at a low temperature.
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temperature of about 300 or 3500 Co The improvement in alum resistance of ultramarine blue becomes progressively stronger as the calcination temperature increases. At around 500 to 700 C, and particularly at 600 C, the improvement appears to reach its maximum. The highest temperature found to be practical
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to heat the pigment is 0 gas. However, the application of such a high temperature leads to disadvantages.
Ultramarine blue si-
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licate cannot be heated above z00 C for longer than this, otherwise it seriously loses its strength. If heated to 7000 C9 the maximum exposure time may be a little less, but should not greatly exceed five minutes, otherwise a similar loss of strength will occur. If the temperature of 60 010 C constitutes
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the highest temperature to which ultramarine blue is subjected. \! it can be maintained at this temperature for about 1 hour without appreciable loss of strength. The temperature can be easily adjusted according to the duration of the calcination by observing the appearance of the stream of ultramarine blue coming out of the furnace.
Any substantial alteration in the appearance of the ultramarine blue indicates that the drum rotational speed of the continuous calcining furnace must be increased or the temperature thereof must be moderate. These conditions must be controlled
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These can compensate for the effects due to variabJ.es, 9 such as the water content of each batch, the particular dimensions of the pigment., the amount of silicate used and must be adjusted in such a way as to
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evoke the least drawbacks As .gméi3atien of the resistance to alums caused by heating the ultramarine blue d.9 to 6000 0 is substantially the same as that obtained. when one heats it to 700 or 800 Ce but the danger of deterioration of ultramarine blue is much less.!)
it is preferred to regard the temperature of 600 ° C. or, preferably, the area ranging from 500 to 7000 ° C., as the optimum working temperature.
When the calcination is carried out in a completely inert atmosphere, the damage is very greatly reduced. When we exclude
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Completely air-free, the silicate treated ultramarine blue can be kept at 600 ° C for several hours without damage.
Not only is the product not damaged, it is darker, stronger and more acid resistant than a similar product obtained by heating the same starting material for one hour at 6000 C, presence of a limited amount of air.
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It can be noticed that the silicatation of the acid-treated d9o.ta.em blue seems to give it resistance to high temperatures.
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vées9 in the presence of 1-'air, qax931 Would not know *? there had been no silisation. Non-silicate ultramarine blue cannot be heated up to 3 C9 and, in particular, up to 9 to 600 C, without suffering severe loss of quality, presumably for the reasons stated in the patent. UoSoA. n 2ad ,, 1o951o The enhancement caused by silication appears to be due, in part, to the protective coating of silica, which prevents harmful access to ozidizing gases, such as air and furnace gases.
The process according to the invention can be applied successfully to any of the commercial ultramarine blue pigments. The
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Particle size of the chosen ultramarine blue is, however, of some interest. Thus!) ultramarine blues composed mostly of coarse particles (for example, particles larger than 2 to 3 uderons) make it possible to obtain a pigment which has the widest range of use and shows the most resistance to alum
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high.
However, the ultramarine blues ±), whose particles are the largest and which are commonly obtained by commercial classification methods, are regularly the weakest in terms of
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Tinctorial view However, when the acid treatment is followed by silication and calcination it has been surprising to find that it is not necessary to separate the coarse particles and use them separately.
The mixture of coarse and fine particles, obtained by the usual wet grinding, can be silicate and calcined and the product obtained has substantially the same degree of resistance to alums as the coarse particles alone treated in the same manner. Since the finer particles are the best from a tinc-
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torial, this means that the calcination process results in ultramarine blue not only more resistant to alums, but also a more resistant coloring.
In the present specification, the expression "resistance to alums !!
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is used synonymously with 1-the expression "acid resistance". tan-
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say that the term "resistance to atmospheric conditions" means the resistance of ultramarine blue to bleaching in the presence of a solution
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boiling aqueous aluminum sulfate L A12 (SO4) 301SH2 -1 also known as "papermaker's alum" referred to herein as "alum". In order to assess the value of the acid-treated, silicate and calcined ultramarine blue according to the present invention, it has obviously been impossible to make real tests of resistance to atmospheric conditions.
for such tests would have taken at least several years. It has long been known that alum solutions are particularly deleterious to ultramarine blue and that they cause the same kind of deterioration as the atmospheric conditions themselves. An alum solution is simply a suitable means of preparing a buffered solution of a given pH. It is the pH value of an alum solution which determines the inactivity of its attack.
Such solutions have long been common practice for testing the comparative acid resistance of different blues.
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d90utremerj / because they constitute a rapid, simple, reproducible and very drastic means of recognizing even the ultramarine blues which are most resistant to acids. As a result, we have
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made use of this test at 19alun. The test in question is performed as follows
A solution is prepared by dissolving 100 grams of
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Ai (304) 30 l8 H20 in water, up to a total volume of 1000 eco 100 cc of this solution are placed in a test tube in which 1.0 gr of ultramarine blue is then introduced. To try.
The test tube is then immersed for 30 minutes in a boiling water bath. At
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after these 30 minutes, the sample is filtered, washed until the end of acidity and dried. The loss of resistance is evaluated by determining the resistance of the 1-untreated sample by visual comparison with a series of ultramarine blues of predetermined resistance9 by determining
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the same way, the resistance of 1,9 sample treated, and by calculating the residual resistance as a percentage of the original resistance of the pigmento
Five tests were performed to illustrate the resistance
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with ultramarine blue alums obtained above.
In Test 1, ordinary, commercial, untreated OXtremer blue was used, which corresponds to the ordinary ultramarine blue used for the plotting of Figures 1, 2 and 3. The other four tests were carried out on pigments prepared, by subjecting respective portions of this overseas blue to one or more of the operational steps required by the following process
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the invention
In addition, two tests were carried out on pigments, the preparation of which is described in U.S. Patent No. 2029606830 In the first of these last two tests, a sample of ultramarine blue
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untreated tressai No. 1 is pulped first with sulfuric acid and then with sodium silicate, according to the procedure of Example 1 of the U.S.A. patent.
nc 20260639 modified by the remark in lines 63 to 66 of column 2, page 3 of the latter patent.
The second test (test 7) is carried out on the material pre-
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ready for test no â9 which was heated at 300 ° C for 4 hours.
<Desc / Clms Page number 13>
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<tb> Test <SEP> no <SEP> Ultramarine blue <SEP> <SEP> used <SEP> Appearance <SEP> after <SEP> test <SEP> colora =
<tb>
<tb> resistance <SEP> tiono
<tb> tinctorial
<tb>
<tb> 1
<tb>
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a = ooooooeoooeooemeamomoeoo ooooooaomommomomomomoaom 1 blue d9.t ere ordi- bleached in 5 minutes nary untreated 2 2 ncl, acid treated2 bleached in 5 Il 3 n19 silicate bleached in 5 '' 4 n1, treated with 19acid
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<tb> and <SEP> silicate <SEP> 2 <SEP> 12 <SEP>% <SEP> very <SEP> slightly
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> bluish <SEP> gray
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 5 <SEP> nol,
<SEP> treated <SEP> to <SEP> acid
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> silicate <SEP> and <SEP> calcined <SEP> 2 <SEP> 48 <SEP>% <SEP> blue <SEP> dark
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 6 <SEP> nol, <SEP> treated <SEP> according to <SEP> cleared <SEP> in <SEP> 5 <SEP> minutes
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> the <SEP> 1 <SEP> example of the <SEP> patent
<tb>
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ILS.A. n2o6063 mo-
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<tb> defined <SEP> by <SEP> lines <SEP> 63-66
<tb> solo <SEP> 2, <SEP> page <SEP> 3
<tb>
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7 n6n calcined at 3000G bleached in 5 minutes laying 1 h \ 92 ------------------------------------ ------------------------------ 1 percentage resistance of the pigment before test 2 according to the process described in example if -above.
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Of the samples tested, those from runs # 1, 2e 3, 6 and 7 whitened very quickly in the hot alum solution and after 5 minutes his samples were all dirty white in color when these tests were stopped. In tressai no 4, after 30 minutes, the sample had acquired a slightly gray = bluish color and had only one ninth of the tinctorial resistance that it exhibits.
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was before 19assai.
The braided material No. 5 corresponds to the ordinary product manufactured on a commercial scale by the following process
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19 invention This sternum, subjected to the drastic tern test, loses about half of its strength and is therefore four times as strong as the tressai product # 4. The tressai product # 5 is dark blue and
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does not have 19greyish appearance of 19g sample having been braided: 0.0 4.
In the laboratory, was prepared by the method according to the invention,
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ultramarine blues, which exhibit considerably better acid resistance than the commercial pigment used in Tressai No. 5 and have residual strengths of up to about 60%.
In the event that they must be exposed to atmospheric conditions
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pherical9 ultramarine blues, which have a dye fastness of about 25%, are sufficiently resistant to acids to be applied as paint pigments and paint films remain blue even after being subjected to severe atmospheric conditions. To be used on roofing granules, the blue
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sea must be more resistant to acids. In the latter case, use is preferably made of ultramarine blues, the tinctorial strength of which is about 40%.
The aforementioned tests demonstrate the astonishing degree of resistance to alums offered by the product according to the present invention. These tests also demonstrate that the improvement brought about by the combination of the operating stages according to the invention is greater than the sum of the improvements provided by each of said stages in isolation.
CLAIMS.
1. As a novel composition of matter, the ultramarine blue pigment particles enveloped in a composition insoluble in water, substantially free of alkali metals and amorphous of dehydrated silicic acids. , these particles revealing, when exposed to an X-ray beam in an X-ray diffraction apparatus, the type of diffraction characteristic of ordinary ultramarine blue and also revealing, when exposed to a beam of electrons in an electronic diffraction apparatus the residue of the type of diffraction exhibited by said ordinary ultramarine blue under the same conditions, the aforementioned pigment being characterized, in addition,
by the fact that when part of this pigment is heated in 100 parts of a 10% aqueous solution of Al2 (SO4) 3.18 H2O at 100 C, for 30 minutes, the residual dye fastness of the ultramarine blue thus treated is greater than about 25%.