CH317907A

CH317907A - Verfahren zur Herstellung eines Titanoxydpigmentes

Info

Publication number: CH317907A
Authority: CH
Inventors: Norman Dempster Augustine
Original assignee: Titan Gmbh
Priority date: 1952-04-23
Filing date: 1953-04-23
Publication date: 1956-12-15

Description

Verfahren zur Herstellung eines Titanogydpigmentes Vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Pigments, das gegenüber der Einwirkung filmbildender Bindemittel besonders beständig ist, sieb nicht verfärbt und nicht abkreidet .

Man hat Titanoxydpigmente nach verschie denen Verfahren hergestellt, z. B. durch l:Iy- dro@yse von Titansulfatlösungen und an schliessende Calcinierung des Titanhydrats oder durch Dampfphasereaktionen, z. B. durch Reaktion von Titantetrachloriddampf mit Sauerstoff oder Sauerstoff enthaltenden Gasen.

Zum grössten Teil jedoch ergeben die nach .früheren Verfahren hergestellten Pig mente,. obschon sie hinsichtlich Färbevermö gen, Deckkraft und Korngrösse usw. gute Eigenschaften besitzen, keine vollständig be friedigenden Anstriche, weil sie gewöhnlich sehr reaktionsfähig sind. Der Ausdruck Re aktionsfähig bedeutet, dass solche Titan- diox3Tdpigmente dazu neigen, auf irgendeine Weise mit den Bestandteilen des Bindemittel films, in dem sie enthalten sind, zu reagieren.

Setzt man diese Titandioxydpigmente einem Bindemittel für Aussenanstriche zu, so weisen damit hergestellte Anstriche die als Abkrei- dung bekannte Erscheinung auf. Offenbar. wird durch die Einwirkung des Titandioxyd- pigments auf das Bindemittel ein Zerfall. des Farbfilms verursacht, durch welchen das Pig ment bald den Wettereinflüssen ausgesetzt und dann z.

B. durch die Wirkung des Re- gens teilweise weggespült wird. Obschon bei gewissen Anstrichmütteln ein leichtes Ab. kreiden erwünscht sein kann, ist es doch un umgänglich, dass man den Grad des Abkrei- @dens beherrscht, wodurch eine angemessene Lebensdauer des Anstriches ge@vährleistet ist.

Eine weitere Art der Reaktionsfähigkeit von Titandioxydpigmenten ist ihre Neigung zum Vergilben oder sich zu verfärben, falls be- stimmte Bindemittel auf Basis von Phenolharz anwesend sind, eine Erscheinung, welche ohne Zweifel irgendeiner Reaktion mit dem Binde mittel zugeschrieben werden muss.

Es ist deshalb ein Zweck der vorliegenden Erfindung, ein Titandioxydpigment herzustel len, welches besonders widerstandsfähig gegen Verfärbung und Abkreiden ist. Das Titau- dioxydpigment soll ferner eine geringe Reak tionsfähigkeit gegenüber filmbildenden Binde mitteln besitzen und wird nach einem einfach und wirtschaftlich anzuwendenden Dampf- pbaseverfahren hergestellt.

Vorliegende' Erfindung bezieht sieh auf ein Verfahren zur Herstellung eines Titan- dioxApigments mit geringer Reaktionsfähig- keit gegenüber filmbildenden Bindemitteln, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man Ti- tantetrachloriddampf,

eine kleine Menge einer Silicium und Halogen enthaltenden Verbin dung in Dampfform und freien Sauerstoff enthaltende Gase bei Temperaturen zwischen 900 bis 1050 C miteinander reagieren lässt- und anschliessend das Reaktionsprodukt bei einer Temperatur zwischen 1100 bis .1300 C ealciniert.

In der ersten Stufe des Verfahrens kann wan das Titantetrachlorid und die Silicium und Ilalogen enthaltende Verbindung vorge- miseht in Dampfform in den Real-tionsratmi einleiten oder jeden Bestandteil getrennt in Dampfform einführen.

Bei der Verwendung von kleinen Apparaten hat es sich als zweck mässig erwiesen, das Titantetrachlorid und die Siliciumhalogenverbindung vor der Ver dampfung zu mischen und dann erst die Mischung zu verdampfen. In .der praktischen Ausführung kann es zweckmässig sein, jeden Reaktionsteilnehmer getrennt als Dampfstrahl in den Reaktionsraum einzuführen.

Vorzugs weise sollte die Siliciumhalogenverbindung in Konzentrationen von etwa 0,5 bis 4% Si, be- rechnet auf Ti, anwesend sein.

Man kann auch etwas grössere Mengen .verwenden, im allgemeinen jedoch werden die Eigenschaften des Produktes, wie der Rutilgehalt und das Färbevermögen, durch Mengen mit über 10 0/0 Si nachteilig beeinflusst. Ferner ist es zweck mässig, Siliciumtetrachlorid zu verwenden, weil diese Verbindung bequem und ohne Schwierigkeiten gehandhabt werden kann. Si- liciumtetrachlorid ist mit.

Titantetrachlorid mischbar, und die beiden können, wie oben erwähnt, vor der Verdampfung miteinander gemischt werden. Als Silicium und Halogen enthaltende Verbindungen sind Silicium halogenide wie Siliciumbromid und, wie oben erwähnt,

Siliciumtetrachlorid und Siliciuin- oxyhalogende wie Siliciumoxychlorid und Si- liciumoxybromid.

Die bei der ersten Stufe der vorliegenden Erfindung, das heisst bei der Reaktion des Titantetrachlorids und der Silicium und Ha logen enthaltenden Verbindung mit dem Sauerstoff enthaltende Gas, angewandten Temperaturen liegen zwischen 900 und 1050 C; Temperaturen über 1050 C sind nicht zweckmässig, weil einige Eigenschaften des Pigments, wie z. B.

Farbe und Färbe vermögen, nachteilig beeinflusst werden. Über dies werden die Oxydprodukte bei der Reak- tionsstufe bei Temperaturen von 1100 C rin d höher so grobkörnig, dass sie für den Handel nicht mehr geeignet sind. Temperaturen unter ungefähr 900 C setzen den Wirkungs grad der Reaktion herab und können aucl: nachteilig auf solche Eigenschaften wie Deck kraft und Korngrösse wirken.

Die Teinpematur, bei welcher man in der zweiten Stufe des Verfahrens caleiniert,- liegt in der Praxis zwischen 1100 und 1300 C.

Die Dauer der Calcinierung variiert etwas und ist. hauptsächlich von den- angewandten Temperaturen abhängig. Caleiniert man bei höheren Temperaturen, das heisst um 1300 C herum, so ist die Zeit etwas kürzer als bei Verwendung von niedrigeren Temperaturen.

Die allgemeinen Zeiten, wie die in nachfol gender Tabelle für verschiedene Temperatu- ren angegeben sind, ergeben auf befriedigende Weise Oxydprodukte, welche ungefähr die gleiche geringe Reaktionsfähigkeit gegenüber dem filmbildenden Bindemittel besitzen.
EMI0002.0095

Calcinierungstemperatur <SEP> .Calcinierungsdauer
<tb> 1100 <SEP> C <SEP> etwa <SEP> 1-2 <SEP> Stunden
<tb> 1200 C <SEP> etwa.

<SEP> 1/.2-1 <SEP> Stunde
<tb> 1300 <SEP> C <SEP> etwa, <SEP> ?!1-1/2 <SEP> Stunde Bei der Ausführung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung kann man zur Her- stellung einer Ausgangslösung Titantetraehlo- rid und z.

B. Siliciumtetra.chlorid in geeigne- ter Menge, z. B. 1,5% Si berechnet. auf Ti, miteinander mischen. Iliexalif verdampft man die aus Titantetraehlorid und Siliciumtetra- chlorid bestehende Lösung und leitet die Dampfmischung in einen geheizten Reaktions raum ein.

(xleichzeitig leitet man Sauerstoff oder freien Sauerstoff enthaltende Oase in den bis auf 900 bis 1050 C erhitzten Reak tionsraum ein. Diese Temperaturen sind ge nügend hoch, um die Reaktion von Titan tetrachlorid und Siliciumtetrachlorid mit Sauerstoff, bei der sich Titandioxyd bildet., zu ermöglichen. Man kann durch Anwendung der bekannten Methoden, wie z.

B. Verwen- dung von Filterherzen oder Zyklonabschei- denn, das Material leicht von Chlor und etwaigen überschüssigen Reaktionsteilnehmern befreien. Anschliessend calciniert man bei Temperaturen, die zwischen 1100 und 1300 C liegen.

Die Ca:lcinierung bei derartig hohen Temperaturen hat zur Folge, dass das Produkt der vorliegenden Erfindung stabiler wird und eine geringere Neigung zur Abkreidung und zum Verfärben zeigt, als nach früheren Ver fahren erreicht werden konnte:

Um die Herstellung von Titandioxyd- pigmenten mit niedriger Reaktionsfähigkeit gegenüber filmbildenden Bindemit.telii nach vorliegender Erfindung zu erläutern, \werden nachfolgende Beispiele angeführt Beispiel <I>I</I> Man mischt 2,3 Teile Siliciumtetraeliiorid innig mit 190 Teilen reinem Titantetrachlo- rid. Die Lösung, welche, bezogen auf Ti., 0,

8 1/a Si enthält, verdampft inan und leitet, die entstandene Dampfmisehun@,, in einen auf 1000 C erhitzten Reaktionsraum ein. Cleieh- zeitig leitet man prö Volumteil Titantetra- elilorid-Siliciumtetraehlorid 2 Voluniteile freien Sauerstoff in den R.eaktionsralun ein.

Die Reaktion der Tetrachloriddämpfe mit dem Sauerstoff hat die Bildung eines O < < ; d- pulvers zur Folge. Man trennt das 0_tydpul- ver von den gasförmigen lteaktionsproduzlzte_ci und calciniert es während einer Stunde bei 7100 C.

Das Pigment enthält nach der Calei- nier@.ing 100 % Rutil und besitzt ein Färbe- vermögen nach Reynold von 1500. Es hat einen ausgezeichneten Farbton, besitzt einen weichen Griff und besteht ans gleichmässig, kleinen Körnern, welche einen Durchmesser von etwa 0,2 bis 0,4 Mikron haben.

Das Färbe vermögen nach Reynold bestimmt. man nach der in H. A. Gardner's Examination of Paint, Varnish und La:equer 1937 beschriebenen lle= thode. Das Pigment wurde mit einem typi schen Aussenanstrichbindemittel vermischt und untersucht auf seine Beständigkeit gegen das Abkreiden , indem man es den Wetter einflüssen aussetzt.

Das Pigment zeigte seine geringe Reaktionsfähigkeit gegenüber dem Bindemittel dadurch, dass es nach 17 Wochen keine sichtbaren Zeichen von Abkreiden aufwies.

Hierauf untersucht man das ealcinierte Pigment auf seine Widerstandsfähigkeit gegen die Verfärbung in Phenolharzhindemitteln. Man vermischt einen Teil des Pigments mit einem Phenolha.rzbindemittel zu einer Paste, streicht diese auf eine weisse Karte und bäckt das Ganze schliesslich zur Bildung einer dün nen Schicht während ungefähr 10 Minuten bei 150 C.

Man bestimmt den Unterschied in Reflexion zwischen der so hergestellten und einer auf die gleiche Weise hergestellten Schicht, welche ein normales Pigment enthält, mit dem Huntersehen Reflektonieter. Man, führt die Reflexionsergebnisse in eine geeig nete zahlenmässige Bewertung über. In diesem Versuch gibt man den Pigmenten, die narb den Reflexionsergebnissen die geringste Ver färbung zeigen, die willkürliche Zahl 1 und den Pigmenten, die im höchsten Grade ver färbt sind, die Zahl 10.

Das in diesem Bei spiel verwendete Pigment erhält die Zahl 2, was eine ausgezeichnete Widerstandsfähigkeit gegen Phenolverfärbung anzeigt.

<I>Beispiel</I> II Man leitet pro Minute 1 Teil Silicium tetrachlorid und ungefähr 22 Teile Titan tetrachlorid getrennt in Dampfform in einen auf 1050 C erhitzten Reaktionsraum ein. Diese Mengen enthalten, berechnet auf Ti, 411/o Si. Für jedes Volumen Tetrachlorid- dampfmisehung leitet. man gleichzeitig 5 Vo lumen Sauerstoff in den Reaktionsraiun ein: plan verfährt wie bei dem in Beispiel I be schriebenen Verfahren und calciniert das er- baltene Pigment während 30 Minuten bei 1200 C.

Das ealeinierte Produkt besitzt han delsübliche Pigmenteigenschaften wie Deck kraft, Farbton und Korngrösse. Untersuchung des Produktes auf Reaktionsfähigkeit wie im Beispiel I. Es ist, den Wettereinflüssen aus gesetzt, sehr widerstandsfähig gegen Abkrei- den (nach 15 Wochen keine bemerkbare Ver änderung) und auch sehr farbbse.tändig in Phenolharzbindemitteln. Das Produkt erhält, nach den vorherbesehriebenen Bestimmungs- methoden, die Verfärbungszahl 3.

Für Ver- gleicllszwecke wurde Beispiel I genau wieder holt mit der Ausnahme, dass das Produkt nicht ealeiniert wurde. Obschon das Pigment hinsichtlich Rutilgehalt, Farbton und Färbe vermögen gut ist, ist es sehr reaktionsfähig. Wenn man es z.

B. mit :dem gleichen Aussen- anstrichbindemittel vermischte, zeigte es, nach dem es 5 bis 8 Wochen den Wettereinflüssen ausgesetzt war, geringe Widerstandsfähigkeit gegen Abkreidung . Mit dem gleichen Phenolbindemittel aus Beispiel I vermischt, verfärbt es sich so stark, dass man dem Pig ment die Bewertung 9 geben mass.

Claims

PATENTANSPRUCH Verfahren zur Herstellung eines Titan dioxydpigments mit geringer Reaktionsfähig keit gegenüber filmbildenden Bindemitteln, dadurch gekennzeichnet, dass man Titantetra; chloriddampf,

eine kleine Menge einer Sili cium und Halogen enthaltenden Verbindung in Dampfform -Lind freien Sauerstoff enthal tende Gase bei Temperaturen zwischen 900 und 1050 C miteinander reagieren lässt und anschliessend das Reaktionsprodukt bei Tem peraturen zwischen 1100 und 1300 C calei- niert. UNTERANSPRÜCHE 1.

Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass man als Siliciiun und Halogen enthaltende Verbindung Sili- cüunchlorid verwendet. 2. Verfahren nach Patentansprach, da durch gekennzeichnet, dass man als Silicium und Halogen enthaltende Verbindung Sili- ciumoxychlorid verwendet. 3.

Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass man als Silicium und Halogen enthaltende Verbindung Sili- ciumbromid verwendet. 4. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, da.ss man als Silicium und Halogen enthaltende Verbindung Sili- ciumoxybromid verwendet. 5.

Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet., dass man die Silicium und Halogen enthaltende Verbindung in einer auf Ti berechneten Konzentration von 0,5 bis 4 % -Si verwendet.