Procédé de fabrication du lithopone. L'invention a pour objet un procédé de fabrication du lithopone.
Le lithopone est un composé de sulfate de baryum et désulfure de zinc; il peut être obtenu en mélangeant une solution de sul fate de zinc et une solution de sulfure de baryum de manière à obtenir nu précipité, qui est ensuite lavé et séché, et qui est connu dans le commerce sous le nom de lithopone brut. Ce produit a peu d'éclat et une colo ration d'un blanc douteux. Il est dur et gru meleux et ne possède qu'une force d'adhé rence ou pouvoir couvrant insuffisants, ainsi qu'une très faible capacité d'absorption de l'huile.
Le lithopone brut est de ce fait tout à fait impropre à la peinture, mais quand il a été chauffé, par exemple au rouge sombre et brusquement refroidi dans l'eau froide, ses propriétés sont considérablement modifiées et il devient alors très propre à être utilisé en peinture.
Une bonne couleur doit posséder une grande force d'adhérence et une capacité d'absorption de l'huile suffisante. Le litho- en plus de ces qualités nécessaires, doit être brillant et résistant à la lumière. Or, tandis que le lithopone brut est émi nemment insensible à la lumière solaire, le lithopone cuit ou moufté est toujours dans une proportion plus ou moins grande sensible à la lumière et accuse un noircissement pro noncé quand il est exposé au soleil. Ce noir cissement est fâcheux pour l'emploi du li- thoporre à la peinture.
.Dans la fabrication ordinaire le lithopone est précipité en présence d'un électrolyte, généralement un chlorure soluble ajouté à la solution de sulfate de zinc à raison de 5 gr. de chlore par litre de cette solution à 20 Bé. Un des meilleurs d'entre les chlorures so lubles utilisés dans ce but comme électrolyte est le chlorure de sodium, tant à cause de son bon marché qu'à cause de sa forte ca pacité de dissociation en ions chlore et so dium, lorsqu'il est dissous dans l'eau, mais d'autres chlorures solubles peuvent également être employés.
Fréquemment l'une ou l'autre des deux solutions dont on veut précipiter le lithopone - désignées ci-après "solutions précipitantes l' -- contient déjà une certaine quantité de chlorure soluble. Ainsi, des tra ces de chlorures solubles peuvent être restées dans la solution de sulfate de zinc à la suite du traitement qu'elle a pu subir pour en éliminer le fer, le manganèse, etc. au moyen du chlorure de chaux ou du chlore sous toute autre forme. Lorsque la solution de sulfate de zinc est préparée avec des ma tières qui ont été préalablement grillées en présence du chlore, elle peut également con server certaines traces de chlorures solubles.
Il a été jusqu'ici reconnu dans l'industrie que le lithoporre précipité de solutions ne con tenant pas trace de chlore est très résistant à la lumière solaire. C'est un fait d'expé rience cependant que tous les lithopones, produits par les procédés connus, dans les quels le chlore est totalement absent des so lutions précipitantes, ne sont pas neutres vis à-vis de l'huile ou du vernis utilisé comme véhicule; c'est-à-dire que ces lithopones pos sèdent une grande capacité d'absorption de l'huile et marquent à la longue une tendance à se foncer et à s'épaissir par suite de l'ex cès d'huile ou de vernis absorbé.
On a es sayé aussi de rendre le lithopone tout à fait résistant à la lumière au moyen de certains additifs ajoutés soit au cours, soit en fin de fabrication de la couleur sèche. Les plus avantageux de ces additifs sont de nature basique et l'un d'eux, en particulier l'oxyde de magnésium, a été et est encore actuelle ment employé sur une très grande échelle à cet effet. L'usage de ces additifs présente, cependant, les mêmes inconvénients que les procédés dans lesquels les solutions préci- pitantes sont tout à fait exemptes de chlore, c'est-à-dire qu'il rend également le lithopone actif et sujet d'une manière croissante à se foncer et à s'épaissir sous l'action de la lu mière.
Par conséquent l'influence protectrice de ces additifs contre les effets de la lumière se perd souvent avec le temps et, pour cette raison, ils n'atteignent généralement pas leur but.
Les recherches de l'inventeur l'ont amené à constater que, dans la fabrication du li- thopone, pour obtenir une couleur ayant une grande fixité, c'est-à-dire résistant bien à l'ac tion de la lumière, et les autres qualités re quises, soit la fonce d'adhérence, la capacité d'absorption de l'huile, la couleur blanche, etc., la condition importante n'est pas comme on l'a cru jusqu'ici - l'absence to tale de chlore dans les solutions précipitan- tes,
mais bien le rapport existant entre la quantité de l'électrolyte présent dans ces so lutions pendant la précipitation du lithopone brut et la température à laquelle le lithopone est ensuite chauffé, considéré en égard à cha cune des qualités requises énumérées ci-des sus. Ainsi, ces recherches ont permis d'éta blir que la température de cuisson nécessaire pour donner au lithopone une force d'adhé rence suffisante doit être d'autant plus éle vée que la teneur en chlore des solutions précipitantes est plus faible. Par exemple, lorsque cette teneur en chlore est de 9 gr.
par litre de solution de sulfate de zinc à 20 Bé, le lithopone acquiert une force d'adhé rence suffisante déjà à une température d'en viron 600 C tandis qu'il n'acquiert cette même force d'adhérence qu'à une tempéra ture de 650 à 800 C quand cette teneur en chlore est inférieure à 1 gr. par litre de so lution de sulfate de zinc à 20 Bé. Entre ces deux limites la température de calcina tion nécessaire pour donner au lithopone la force d'adhérence désirée est d'autant plus haute que la teneur en chlore des solutions précipitantes est plus faible.
Indépendamment de cette température cri tique d'adhérence il existe également une température critique de fixité à la lumière, c'est-à-dire une température à laquelle le li- thopone peut être calciné sans perdre sa résistance à la lumière au-delà d'une certaine limite fixée. A la suite de ses recherches l'inventeur a constaté que cette température critique de fixité, comme la précédente, s'élève quand la teneur en chlore des solutions précipitantes est abaissée, mais d'une façon notablement plus rapide.
Ainsi la tempéra ture critique de fixité à la lumière d'un li- thopone précipité avec une teneur en chlore des solutions d'environ 9 gr. par litre de so- lution de sulfate de zinc à 20 Bé est d'en viron 500 C tandis que la température cri tique d'adhérence correspondante est d'envi ron 600 C pour le même lithopone. Par suite, lorsque un tel lithopone est calciné à sa température critique d'adhérence, il a une faible fixité à la lumière.
Par, contre ces deux températures criti ques sont ensemble d'environ 650 pour une teneur en chlore de 2 gr. environ par litre de solution de sulfate de zinc à 20 Bé et la température critique de fixité à la lumière est plus haute que celle d'adhérence pour des teneurs en chlore inférieures à cette dernière.
La coloration du lithopone sous sa forme commerciale est améliorée d'une façon très remarquable lorsqu'on effectue la calcination du lithopone brut à de hautes températures dans certaines conditions qui seront décrites ci-après.
La capacité d'absorption de l'huile d'un lithopone calciné à une température donnée dépend aussi de la teneur en chlore des so lutions précipitantes. Plus faible est cette teneur, plus grande est cette capacité d'absorp tion. Cette dernière augmente graduellement au fur et à mesure que diminue la teneur en chlore (le lithopone étant calciné à la température critique d'adhérence correspon dant à cette teneur en chlore) jusqu'à ce que celle-ci soit d'environ 1 gr. par litre de solution de sulfate de zinc à 20 Bé, puis augmente très brusquement à partir de ce moment lorsque cette teneur diminue au-des sous de cette limite de 1 gr. par litre.
Enfin, dernière constatation, par ses re cherches l'inventeur a pu établir qu'une ac tion oxydante, même très faible pendant l'opération de chauffage au moufle du litho- pone brut, entraîne la formation de notables quantités d'oxyde de zinc qui peuvent être aisément identifiées dans le produit calciné par l'épreuve à l'acide acétique, sous forme d'oxyde de zinc.
Suivant le procédé faisant l'objet de la présente invention, afin d'obtenir un litho- pone possédant toutes les qualités requises pour son emploi en peinture comme couleur, on effectue la précipitation en présence d'une quantité d'électrolyte telle qu'on puisse cal ciner le précipité, après lavage et séchage, en le chauffant dans un four à moufle à une température suffisante pour obtenir un pro duit ayant la force d'adhérence, la colora tion et la capacité d'absorption d'huile vou lues pour être utilisable comme couleur en peinture, tout en lui conservant sa fixité à la lumière, la calcination étant faite de ma nière que ce produit soit exempt de grumeaux et ait une teneur d'environ 0,5 % de zinc soluble dans l'acide acétique,
calculé comme oxyde de zinc.
Exemple On ajoute au mélange des solutions pré- cipitantes, une quantité de chlorure de so dium telle que la teneur en chlore du mé lange soit supérieure à 0,1 et inférieure à 2 gr. de chlore par litre de solution de sulfate de zinc @à 20 Bé employée.
Le précipité obtenu est ensuite lavé et séché de la manière usuelle pour obtenir le produit connu dans le commerce sous le nom de lithopone brut.
Ce lithopone brut est ensuite calciné en le chauffant au four à moufle à une tempé rature comprise entre 650 et 800 , puis est plongé dans l'eau froide de la manière usuelle. Le produit calciné et ainsi refroidi est alors moulu, pressé et désintégré suivant la prati que actuelle, et l'on obtient alors un litho- pone réunissant toutes les qualités requises pour en faire une bonne couleur, à savoir a) Une grande force d'adhérence, c'est-à- dire un grand pouvoir courant; b) une coloration blanche, légèrement bleuâtre, à éclats brillants et reflets satinés;
c) une capacité d'absorption de l'huile pas trop grande, par exemple voisine de celle de la céruse corrodée; d) une consistance homogène, complète ment exempte de grumeaux, c'est-à-dire d'agrégats de particules résistant à l'action défloculente de l'huile; e) une teneur d'environ 0,5 % de zinc soluble dans l'acide acétique et calculé comme oxyde de zinc; f) enfin une fixité à la lumière telle qu'il puisse résister relativement bien, même aux rayons ultraviolets.
On obtient ei particu lier un lithopone réunissant toutes ces qua lités ern ajoutant au mélange des solutions précipitantes une quantité de chlorure de so dium telle que la teneur eni chlore du mé lange soit de 1 gr. environ de chlore par li tre de solution de zinc. à 20 Bé.
Au sujet de la qualité de fixité à la lu rniére de ce lithopone le rendant apte à ré sister relativement bien aux rayons ultra violets, il est peut-être utile de faire remar quer ce qui suit, afin de mieux souligner l'importance de cette particularité : La plu part des couleurs réagissent plus ou moins activement lorsqu'elles sont exposées à l'ac tion des rayons ultraviolets, c'est-à-dire qu'elles transforment les rayons lumineux ultraviolets invisibles en rayons lumineux visibles.
Si l'on expose, côte à côte, par exemple des échantillons d'oxyde de zinc, de céruse cor rodée et de lithopone ordinaire, soit à l'état sec, soit à l'état de pâte formée avec l'eau, la glycérine ou l'huile, à la lumière ultra violette dans une enceinte dont sont exclus tous les rayons lumineux visibles, or cons tate que chacune de ces trois couleurs reste visible parce qu'une partie des rayons lumi neux ultraviolets sont convertis par elle eni rayons lumineux visible, donnant ià, l'oxyde de zinc une couleur jaunâtre, à la céruse corrodée une couleur grisâtre et au lithopone ordinaire une très brillante fluorescence jau nâtre.
Par contre un échantillon du nouveau lithopone, placé dans les mêmes conditions, restera absolument invisible, ce qui semble bien prouver qu'il re réagit pas sous l'action des rayons lumineux ultraviolets.
En pratique il est difficile de réaliser ces conditions d'expérimentation, parce que l'on ne peut pas obtenir aisément une source de rayons ultraviolets qui rie contiennent aucun rayon de lumière visible. Par contre, il est relativement facile, en se servant d'un verre ou de tout autre écran approprié, d'arrêter la plus grande partie des rayons lumineux visi- bles émanant d'une source donnée tout en laissant passer une grande quantité de rayons ultraviolets.
LTne substance qui rie réagit pas sous l'action des rayons ultraviolets, exposée dans les conditions indiquées, réfléchira les rayons lumineux visibles qui passent inchangés à travers l'écran, tandis qu'une substance qui réagit soirs cette action des rayons ultravio lets convertira en d'autres couleurs tarit de rayons ultraviolets que la petite quantité de lumière visible réfléchie sera complètement masquée par ces rayons convertis et que la substance aura une couleur totalement dif férente de celle des rayons lumineux visibles primitifs.
Pour effectuer en laboratoire ces essais de résistance du nouveau lithopone à l'action des rayons lumineux ultraviolets, les échan tillons de lithopone sont préparés à l'état de pâte à l'eau, étendus sur (me palette de por celaine et séchés. La source lumineuse em ployée est de préférence un arc au fer dont les rayons émis sont filtrés à travers un écran en verre spécial, qui rie laisse passer qu'une très petite quantité de rayons rouges et de rayons violets et urne plus forte pro portion de rayons ultraviolets.
Lorsque des échantillons de lithopone or dinaire sont exposés dans une chambre noire à cette lumière filtrée, ils montrent une re marquable fluorescence, comparable à celle du nitrate d'urane, du tungstate de chaux ou de la willémite, tandis que lorsque ce sont des échantillons du nouveau lithopone, qui sont exposés à cette lumière filtrée, seuls les rayons rouges et les rayons violets sont réfléchis, ce qui donne à ces échantillons une couleur pourpre analogue à celle réfléchie par la, palette de porcelaine sur laquelle ils sont séchés.
' La précipitation du lithopone peut être effectuée cri présence d'un autre électrolyte qu'un chlorure soluble. Par exemple, l'acide sulfurique peut, dans de certaines circons tances, être employé à cet effet. En fait, on a déjà proposé dans la pratique d'ajouter une certaine quantité d'acide sulfurique à la solution de sulfate de zinc, et constaté que cette quantité d'acide sulfurique ainsi ajoutée agit comme électrolyte dans la précipitation du lithopone, d'une manière à peu de chose près analogue à celle d'un chlorure soluble.
Dans ces procédés connus cette quantité est intermédiaire entre 0,3 à 0,5 % du mélange dos solutions précipitantes, l'acide sulfurique étant à 60 Bé, la solution de sulfate de zinc à 20 Bé et la solution de sulfure de baryum à 12 Bé. L'emploi de l'acide sulfu- riquc comme électrolyte pendant la précipi tation du lithopone, en aussi forte proportion produit les mêmes conséquences fâcheuses que l'emploi en grande quantité d'un chlo rure soluble.
Pour cette raison, si dans la mise eu #uvre du présent procédé on préfère, pour une raison quelconque, employer comme électrolyte l'acide sulfurique, il faudra, pour supprimer ces inconvénients, doser la teneur en acide sulfurique du mélange des solutions précipitantes de manière qu'elle soit inférieure à 0,1 % de l'ensemble du mélange, l'acide sulfurique étant à 60 Bé, la solution de sulfate de zinc à 20 Bé et la solution de sulfure de baryum à 12 Bé.