DE102022126961A1

DE102022126961A1 - Füllstoff, dessen Herstellung und Verwendung

Info

Publication number: DE102022126961A1
Application number: DE102022126961.2A
Authority: DE
Inventors: auf Antrag nicht genannt. Erfinder
Original assignee: Bene_fit Systems & Co KG GmbH
Current assignee: Bene_fit Systems & Co KG GmbH
Priority date: 2022-10-14
Filing date: 2022-10-14
Publication date: 2024-04-25

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Füllstoff für eine Zusammensetzung, wobei der Füllstoff eine oder mehrere Komponenten umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten jeweils als partikuläre Feststoffe vorliegen, welche jeweils eine Partikelgröße (Sedigraph) d90≤ 63 µm aufweisen, und der Füllstoff einen Anteil an kalzinierten Kaolinen von < 70 Gew.-% aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Füllstoff für eine Zusammensetzung sowie eine einen solchen Füllstoff enthaltende Zusammensetzung. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Füllstoffs und eine Verwendung eines solchen Füllstoffs.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass für die Herstellung von Zusammensetzungen, insbesondere von Farbzusammensetzungen, weiße Pigmente, z.B. TiO₂ (Anatas oder Rutil), ZnO, BaSO₄ oder Lithopone, und daneben auch färbende Pigmente auf Basis organischer oder anorganischer Verbindungen verwendet werden.
Ferner kommen in Zusammensetzungen auch verschiedene Füllstoffe wie z.B. CaCO₃ (Ground Calcium Carbonat (GCC) oder Precipitated Calcium Carbonat (PCC)), (gemahlenes) Talkum, BaSO₄ (natürlich oder synthetisch), natürlicher Kaolin, Feldspat (z.B. Nephelinsyenit), Cristobalit, Diatomit (natürlich oder fluxkalziniert), Quarzmehl, Wollastonit, Kieselerde (natürlich oder kalziniert), Leichtfüllstoffe (organisch oder anorganisch), Glimmer, Faserstoffe (organisch oder anorganisch), SiO₂ (amorph, gefällt oder pyrogen), Dolomit und auch kalzinierter Kaolin zum Einsatz.
So ist beispielsweise aus EP 2 744 863 A2 ein Füllstoff für Farbzusammensetzungen bekannt, welcher kalzinierten Kaolin umfasst.
Die kalzinierten Kaoline liefern insbesondere vorteilhafte Eigenschaften in Farbzusammensetzungen und werden daher in sehr großen Mengen eingesetzt, v.a. in Innen- und Außendispersionsfarben. Von besonderer Bedeutung ist der hohe Weißgrad von > 88 %, die mattierende Wirkung, die guten rheologischen Eigenschaften, die gute Scheuerbeständigkeit, die gute Deckkraft und die sehr gute Verträglichkeit mit den anderen Bestandteilen der Farbzusammensetzung.
Der Nachteil der kalzinierten Kaoline ist, dass diese bei der Herstellung einen vergleichsweise hohen Energiebedarf haben und demzufolge auch CO₂ freisetzen.
Es besteht daher die Notwendigkeit Alternativen für kalziniertes Kaolin bereitzustellen. Als Alternativen kommen grundsätzlich die oben genannten Füllstoffe in Betracht. Jedoch ergeben sich aus den alternativen Mineralien zum Teil einige Nachteile, sodass diese nur eingeschränkte relevante Vorteile ausbilden. So ergeben sich unter anderem nur ein mittlerer Weißgrad, eine eingeschränkte Deckkraft, eine mittlere Mattierung oder eine mittlere Scheuerbeständigkeit. Einige der bisher als Additiv eingesetzten Materialien können nur eine der vorgenannten Eigenschaft verbessern, wohingegen sie einen negativen oder bestenfalls keinen Einfluss auf andere der vorgenannten Eigenschaften aufweisen. Bislang ist kein Additiv bekannt, welches in der Summe der Eigenschaften als Alternative für kalziniertes Kaolin geeignet sein könnte.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher einen Füllstoff bereitzustellen, welcher die eingangs genannten Nachteile überwindet. Des Weiteren ist es die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Füllstoffs bereitzustellen, welches die eingangs genannten Nachteile überwindet. Ferner ist es die Aufgabe der Erfindung eine Zusammensetzung mit dem Füllstoff und eine Verwendung des Füllstoffs bereitzustellen, welche die eingangs genannten Nachteile überwinden.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind im Folgenden als solche beschrieben und/oder Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Kerngedanke der Erfindung ist ein Füllstoff für eine Zusammensetzung, wobei der Füllstoff eine oder mehrere Komponenten umfasst, wobei die Komponenten jeweils als partikuläre Feststoffe vorliegen, welche jeweils eine Partikelgröße (Sedigraph) d₉₀ ≤ 63 µm aufweisen, und der Füllstoff einen Anteil an kalzinierten Kaolinen von < 70 Gew.-% aufweist.
Im Folgenden wird der Ausdruck „im Wesentlichen frei von kalzinierten Kaolinen“ so verstanden, dass kalziniertes Kaolin nicht bewusst als eigene Komponente zugesetzt ist bzw. wird und kalzinierte Kaoline höchstens als Verunreinigungen in Komponenten unterhalb der Nachweisgrenze vorkommen können.
Die Erfindung betrifft somit einen Füllstoff für eine Zusammensetzung, bevorzugt eine Farb-, eine Keramik-, eine Papier-, eine Kleber- oder eine Kunststoffzusammensetzung, der eine oder mehrere Komponenten umfasst. Bevorzugt liegen mehrere Komponenten als homogene Mischung im fertigen Füllstoff vor. Die Komponenten liegen jeweils als partikuläre Feststoffe vor, welche jeweils eine Partikelgröße (Sedigraph) d₉₀ ≤ 63 µm aufweisen. Der Füllstoff weist einen Anteil an kalzinierten Kaolinen von < 70 Gew.-% auf. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass die Komponenten im Füllstoff erst bei höherer Feinheit, ab einer Partikelgröße (Sedigraph) d₉₀ ≤ 63 µm, verbesserte Eigenschaften aufweisen und dadurch auch einen größeren Nutzen in Zusammensetzungen haben, sodass auf kalzinierte Kaoline im Wesentlichen verzichtet bzw. ein deutlich verringerter Gehalt verwendet werden kann. Dazu zählen z.B. Quarzsand, natürlicher Kaolin, Kalifeldspat, Natronfeldspat, Calciumfeldspat, Dolomit, Zirkonoxid, Talkum, Glimmer, (Recycling-)Keramik oder (Recycling-)Porzellan. So ergeben sich beispielsweise durch die geringe Partikelgröße besonders vorteilhafte Eigenschaften für Farbzusammensetzungen.
Bevorzugt wird die Partikelgröße durch Mahlung und gegebenenfalls nachfolgender Siebung und/oder Sichtung eingestellt. Bei der Mahlung kann bevorzugt Trockenmahlung oder Nassmahlung eingesetzt werden. Weiter bevorzugt sind mehrere Komponenten einzeln mahlbar und dann zum Füllstoff mischbar oder als Mischung unter Erhalt des Füllstoffs mahlbar oder als Teilmischung mahlbar und dann zum Füllstoff mischbar.
Bevorzugt umfasst der Füllstoff mindestens zwei, bevorzugt mindestens drei und insbesondere bevorzugt mindestens vier Komponenten. Durch die Verwendung mehrerer Komponenten lassen sich die Eigenschaften des Füllstoffs entsprechend einstellen und es kann auf die momentan vorhandenen Substanzen bzw. Substanzgemische zurückgegriffen werden, ohne auf eine große Menge an bestimmten Komponenten angewiesen zu sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Komponenten jeweils ausgewählt aus einer Gruppe, die natürlichen Kaolin, Quarz, Kalifeldspat, Natronfeldspat, Calciumfeldspat, Glimmer, Dolomit, Zirkonoxid, BaSO₄, CaCO₃, Talkum, Cristobalit, Diatomit, Wollastonit, Kieselerde, Leichtfüllstoffe, Faserstoffe, (Recycling-)Keramik, (Recycling-)Porzellan und Recycling-Materialien auf Si-, Al-, Carbonat-, Sulfat-, Oxid- oder Phosphat-Basis und/oder Kombinationen dieser Substanzen umfasst. Bevorzugt unterscheiden sich die Komponenten substanzbezogen jeweils voneinander, d.h. jede Komponente des Füllstoffs ist eine andere bzw. besteht aus einer anderen der aufgelisteten Substanzen. Bevorzugt handelt es sich bei CaCO₃ um sog. „Ground Calcium Carbonate (GCC)“ oder „Precipitated Calcium Carbonate (PCC)“. Bevorzugt handelt es sich bei BaSO₄, Diatomit und Kieselerde um die natürliche oder synthetische Variante. Bevorzugt wird Quarz als Quarzsand oder Quarzmehl eingesetzt. Weiter bevorzugt handelt es sich um amorphes, gefälltes oder pyrogenes SiO₂. Bei der Recycling-Keramik und dem Recycling-Porzellan handelt es sich bevorzugt um Ausschuss nach dem Herstellungsprozess oder beschädigte Produkte, die nicht mehr verwendbar sind und auf diese Weise noch einer Anwendung zugeführt werden können. Weiter bevorzugt sind die Keramik und das Porzellan sortenrein. Durch die genannten Substanzen kann kalzinierter Kaolin als Füllstoff oder als Komponente des Füllstoffs vermieden werden und so der hohe CO₂-Ausstoß und die hohen Kosten bei der Herstellung vermieden werden. So zeigen die genannten Substanzen bzw. Materialien bei der geringen Partikelgröße ≤ 63 µm besonders vorteilhafte Eigenschaften, wodurch sie sich besonders als Alternative für kalziniertes Kaolin eignen. Um die Kosten für die Komponenten gering zu halten, hat sich insbesondere die Verwendung von Reststoffen aus anderen Verfahren als vorteilhaft erwiesen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Füllstoff einen Anteil an kalzinierten Kaolinen von < 60 Gew.-%, bevorzugt < 50 Gew.-%, weiter bevorzugt < 40 Gew.-%, besonders bevorzugt < 30 Gew.-%, insbesondere bevorzugt < 20 Gew.-%, speziell bevorzugt < 10 Gew.-% auf. Bevorzugt ist der Füllstoff im Wesentlichen frei von kalzinierten Kaolinen. Die genannten Anteile für kalzinierte Kaoline können sich auch auf die jeweiligen Komponenten des Füllstoffs beziehen. Bevorzugt ist keine der Komponenten ein kalziniertes Kaolin bzw. kalziniertes Kaolin ist nicht der Hauptbestandteil oder die Komponenten sind im Wesentlichen frei von kalziniertem Kaolin. Auf diese Weise kann der Anteil an kalzinierten Kaolinen erheblich reduziert oder auch vollständig auf kalzinierte Kaoline verzichtet werden, was zu einem deutlich verringerten Kostenaufwand und mehr Nachhaltigkeit führt.
Ist eine der im Füllstoff enthaltenen Komponenten Kaolin, wird bevorzugt grober (natürlicher) Kaolin mit einer Partikelgröße (Sedigraph) d₅₀ > 1 µm verwendet. Dieser kann beispielsweise durch Mahlung in seiner Partikelgröße verändert werden. Vorzugsweise liegt jedoch auch im Füllstoff Kaolin mit einer Partikelgröße (Sedigraph) d₅₀ > 1 µm vor. Oberhalb der genannten Partikelgröße lässt sich Kaolin besonders gut handhaben und zeigt lediglich geringe Neigung zur Staubbildung.
Bevorzugt werden Quarz, Kalifeldspat, Dolomit, Glimmer, Zirkonoxid und BaSO₄ mit einem geringen Anteil an färbenden Oxiden im Kristallgitter eingesetzt. Dies hat sich als vorteilhaft für die Möglichkeiten zur Farbgestaltung des Füllstoffs und von diesen Füllstoff enthaltenden (Farb-) Zusammensetzungen gezeigt.
Glimmer wird bevorzugt mit einer Partikelgröße (Sedigraph) d₅₀ > 1 µm und einer Partikelgröße (Laserbeugung) d₅₀ > 3 µm verwendet und liegt auch in dem Füllstoff mit einer Partikelgröße oberhalb der oben genannten Grenzwerte vor. Es hat sich gezeigt, dass Glimmerpartikel einer Größe unterhalb der oben genannten Grenze verstärkt zur Staubbildung neigen und insbesondere den mechanischen Belastungen bei der Homogenisierung des Füllstoffs nicht standhalten.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Füllstoff eine Partikelgröße (Sedigraph) d₉₀ ≤ 50 µm, bevorzugt ≤ 40 µm, weiter bevorzugt ≤ 30 µm, besonders bevorzugt ≤ 20 µm, insbesondere bevorzugt ≤ 15 µm auf. Ergänzend weist der Füllstoff eine Partikelgröße (Sedigraph) d₉₀ ≤ 10 µm, bevorzugt ≤ 5 µm auf. Die genannten Partikelgrößen können bevorzugt auch auf die jeweiligen Komponenten des Füllstoffs bezogen sein. Durch diese Maximalgrößen kann die Handhabbarkeit verbessert werden. Durch die hier genannten Partikelgrößen sind die Eigenschaften des Füllstoffs bevorzugt einstellbar. Außerdem kann er über sein gesamtes Volumen sehr homogene Eigenschaften aufweisen.
Bevorzugt weist der Füllstoff eine Partikelgröße (Sedigraph) d₅₀ ≤ 20 µm, bevorzugt ≤ 15 µm, weiter bevorzugt ≤ 10 µm, besonders bevorzugt ≤ 7 µm, insbesondere bevorzugt ≤ 5 µm auf. Die genannten Partikelgrößen können bevorzugt auch auf die jeweiligen Komponenten des Füllstoffs bezogen sein. Durch diese Mindestgrößen kann die Handhabbarkeit verbessert werden. Durch die hier genannten Partikelgrößen sind die Eigenschaften des Füllstoffs bevorzugt einstellbar.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Füllstoff einen Weißgrad bestimmt nach R 457 von > 70 %, bevorzugt > 75 %, weiter bevorzugt> 80 %, besonders bevorzugt > 85 %, insbesondere bevorzugt > 90 % auf. Durch den hohen Weißgrad des Füllstoffs ist dieser besonders vorteilhaft für Zusammensetzungen geeignet, die hohe optische Ansprüche stellen, wie z.B. Farbzusammensetzungen. Bevorzugt weist der Füllstoff einen Weißgrad von > 60 % auf. Die genannten Weißgrade können bevorzugt auch auf die jeweiligen Komponenten des Füllstoffs bezogen sein.
Bevorzugt weist der Füllstoff einen Gelbwert von < 15 %, bevorzugt < 12 %, weiter bevorzugt < 10 %, besonders bevorzugt < 8 % auf. Durch diesen niedrigen Gelbwert eignet sich der Füllstoff besonders für die Verwendung in Zusammensetzungen mit hohen optischen Ansprüchen.
Bevorzugt weist der Füllstoff eine Ölzahl von < 100 g/100 g , bevorzugt < 90 g/100 g , weiter bevorzugt < 85 g/100 g , besonders bevorzugt < 80 g/100 g auf. Die Ölzahl ist in g/100g angegeben, d.h. wieviel g Öl nötig ist um 100 g des entsprechenden Füllstoffs zu binden. Durch die Ölzahl < 80 g/100 g lässt sich der Füllstoff besonders vorteilhaft in Zusammensetzungen dispergieren wobei gleichzeitig und vorteilhaft aber noch ausreichend Porenvolumen verbleibt.
Bevorzugt kann ein Verhältnis der Komponenten des Füllstoffs, falls dieser mehrere Komponenten umfasst, in einem vergleichsweise breiten Rahmen variieren und somit an die vorgesehene Zusammensetzung oder die vorliegenden Komponentensubstanzen angepasst werden. So kann beispielsweise bei einem bevorzugten Füllstoff, der zwei, eine erste und eine zweite, Komponenten umfasst, ein Verhältnis der ersten Komponente zu der zweiten Komponente im Bereich von 1:99 - 99:1 vorliegen. Als bevorzugt hat sich ein Verhältnis der ersten zu der zweiten Komponente im Bereich von 50:50 - 98:2, weiter bevorzugt 60:40 - 95:5 und insbesondere bevorzugt 75:25 - 90:10 erwiesen. Bevorzugt kann bei einem Füllstoff, der drei, eine erste, eine zweite und eine dritte Komponente umfasst, ein Verhältnis der ersten Komponente zu der zweiten Komponente zu der dritten Komponente im Bereich von 1:1:98 bis 1:98:1 bis 98:1:1 vorliegen, wobei ausdrücklich darauf hingewiesen wird, dass die Mengenanteile der drei Komponenten unabhängig voneinander in dem oben genannten Verhältnis variiert werden können und es dabei nicht zwingend erforderlich ist, dass zwei Komponenten im Verhältnis 1:1 vorliegen. Bevorzugt ist jedoch ein Verhältnis von im Wesentlichen 1:1:1.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegt der Anteil der Komponenten bezogen auf den Füllstoff jeweils im Bereich von 0,01 - 99,99 Gew.-%, bevorzugt 0,01 - 90 Gew.-%, bevorzugt 0,01 - 80 Gew.-%, weiter bevorzugt 0,01 - 70 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,01 - 60 Gew.-%, insbesondere bevorzugt 0,01 - 50 Gew.-% und speziell bevorzugt 0,01 - 40 Gew.-%. Durch die Zugabe einer Komponente mit einem jeweiligen Gewichtsprozent bzw. Massenanteil bezogen auf das Gewicht bzw. die Masse des Füllstoffs sind die Eigenschaften des resultierenden Füllstoffs vorteilhaft einstellbar.

Bevorzugt weisen die bevorzugten Komponentensubstanzen jeweils folgende bevorzugte Anteile an dem Füllstoff, wie in Tabelle 1 gezeigt, auf. Tabelle 1

Substanz	Anteil Gew.-%	Bevorzugt Gew.-%	weiter bevorzugt Gew.-%
Kaolin	0,01-99,99	0,01-90 %	0,01-80 %
Quarz	0,01-99,99	0,01-90 %	0,01-80 %
Kalifeldspat	0,01-99,99	0,01-90 %	0,01-80 %
Natronfeldspat	0,01-99,99	0,01-90 %	0,01-80 %
Calciumfeldspat	0,01-99,99	0,01-90 %	0,01-80 %
Glimmer	0,01-99,99	0,01-90 %	0,01-80 %
Dolomit	0,01-99,99	0,01-80 %	0,01-70 %
Zirkonoxid	0,01-99,99	0,01-70 %	0,01-60 %
BaSO4 nat.	0,01-99,99	0,01-70 %	0,01-60 %
(Recycling-)Keramik	0,01-99,99	0,01-90 %	0,01-80 %
(Recycling-)Porzellan	0,01-99,99	0,01-90 %	0,01-80 %

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Komponenten jeweils eine Reinheit bezogen auf den Hauptbestandteil von > 30 Gew.-%, bevorzugt > 40 Gew.-%, weiter bevorzugt > 50 Gew.-% auf. Unter der Reinheit wird verstanden, dass die jeweilige Komponente mindestens zu den angebenden Anteilen aus der angegebenen Substanz bestehen. Bevorzugt weisen die Komponenten jeweils einen Schwermetallanteil von < 1 Gew.-%, bevorzugt < 0,5 Gew.-%, besonders bevorzugt < 0,3 Gew.-% bezogen auf das Gewicht der jeweiligen Komponente auf. Die angegebenen Schwermetallanteile beziehen sich jeweils auf ein Schwermetall, wobei mehrere enthalten sein können. Unter einem Schwermetall werden z.B. Pb, As, Sb, Cr, Ni, Cr, Cd, Cu, Hg, Zn, Co verstanden. Weiter bevorzugt weisen die Komponenten jeweils einen Anteil an färbenden Elementoxiden von < 1 Gew.-%, bevorzugt < 0,5 Gew.-%, besonders bevorzugt < 0,3 Gew.-% bezogen auf das Gewicht der jeweiligen Komponente auf. Unter einem färbenden Elementoxid werden Oxide von z.B. Fe, Cr, Co, Ni, V, Ti, Cu verstanden. Durch die angegebenen Massenanteile wird gewährleistet, dass die Komponenten zumindest zu einem großen Anteil aus der entsprechenden Substanz bestehen und damit auch die entsprechenden Eigenschaften aufweisen. Ein geringer Schwermetallanteil ist für bestimmte Zusammensetzungen sehr wichtig, da gesetzliche Vorgaben existieren, die eingehalten werden müssen. Durch den geringen Anteil an färbenden Elementoxiden wird sichergestellt, dass der hohe Weißgrad des Füllstoffs realisierbar ist.

Bevorzugt weisen die bevorzugten Komponentensubstanzen folgende in Tabelle 2 gezeigten Anteile auf. Tabelle 2

	Anteil Fe ₂ O ₃, Gew.-%	Anteil TiO ₂, Gew.-%	Anteil (jeweils) Na, K, Ca, Mg, S, gerechnet als Oxide, Gew.-%
Kaolin	< 1,0	< 1,0	< 5
Quarz	< 0,5	< 0,5	< 5
Kalifeldspat	< 1,0	< 0,1	< 5 (außer K₂O)
Natronfeldspat	< 1,0	< 0,1	< 5 (außer Na₂O)
Calciumfeldspat	< 1,0	< 0,1	< 5 (außer CaO)
Glimmer	< 1,0	< 1,0	< 5 (außer K₂O)
Dolomit	< 0,1	< 0,1	< 5 (außer CaO und MgO)
Zirkonoxid	< 0,1	< 0,1	< 5
BaSO₄ nat.	< 0,1	< 0,1	< 5 (außer SO₃)
Recycling-Keramik	< 1	< 1	-
Recycling-Porzellan	< 1	< 1	-

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Komponenten jeweils einzeln oder gemischt mindestens einem, bevorzugt mindestens zwei, weiter bevorzugt mindestens drei, insbesondere bevorzugt mindestens vier, der Aufbereitungsschritte unterzogen, welche ausgewählt sind aus einer Gruppe, die Mischen, Trocknen, Nassmahlen, Trockenmahlen, Flotation, Trockenmagnetscheiden, Nassmagnetscheiden, elektrostatische Reinigung, eisenarmes Vorbrechen, optische Trennung, Dichtetrennung, chemische Bleiche, Sichtung, Schutzsiebung und/oder Kombinationen davon umfasst. Durch die Aufbereitungsschritte, denen die Komponenten des Füllstoffs unterzogen sind, lassen sich die Eigenschaften der Komponenten und damit des Füllstoffs einstellen. Beispielsweise ist so insbesondere die Partikelgröße der Komponenten und der Weißgrad des Füllstoffs einstellbar. Vorteilhaft sind die Komponenten einzeln oder bereits als Mischung den Aufbereitungsschritten unterziehbar, bevor sie zum fertigen Füllstoff mischbar sind. Bevorzugt sind mehrere Komponenten als Mischung den Aufbereitungsschritten unterziehbar und die Mischung mit einer einzelnen auch aufbereiteten Komponente oder einer weiteren aufbereiteten Mischung an Komponenten mischbar.
Bevorzugt ist das Trockenmahlen mittels einer Kugelmühle oder einer Strahlmühle durchführbar. Das Nassmahlen ist bevorzugt mittels einer Kugelmühle, einer Perlmühle oder einer Vibrationsmühle durchführbar. Bevorzugt kann eine durch Nassmahlung erhaltene Suspension mit der oder den Komponenten getrocknet, z.B. mittels Sprühtrocknung oder Mahltrocknung, werden, um so einen partikulären Füllstoff zu erhalten. Bevorzugt kann auch aus trockengemahlenen Komponenten durch Zugabe einer Flüssigkeit ein Füllstoff als Suspension erhalten werden. Eine Dichtetrennung wird bevorzugt mittels eines Wendelscheiders oder eines Setzkastens durchgeführt.
Bevorzugt beziehen sich die angegebenen Partikelgrößen des Füllstoffs bzw. der Komponenten auf den Füllstoff bzw. die Komponenten nach der Mahlung oder vor der Mahlung, bevorzugt nach der Mahlung, um so die Partikelgröße einstellen zu können.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegt der Füllstoff als Pulver bzw. partikulärer Feststoff oder als Suspension vor. Bevorzugt weist die Suspension einen Feststoffgehalt > 30 Gew.-%, bevorzugt > 40 Gew.-%, besonders bevorzugt > 50 Gew.-% auf. Bevorzugt umfasst der Füllstoff als Suspension einen Stabilisator. Falls der Füllstoff als Suspension vorliegt, umfasst er neben den Komponenten auch eine Flüssigkeit, wobei es sich bei der Flüssigkeit um eine hydrophile oder hydrophobe Flüssigkeit handelt. Bevorzugt dient der Stabilisator in der Suspension dazu, die Feststoff-Komponenten gegen ein Absetzen zu stabilisieren. Der Stabilisator ist dabei bevorzugt ein anorganischer Stabilisator, wie z.B. Bentonit, oder ein organischer Stabilisator. Weiter bevorzugt umfasst eine Suspension neben dem Füllstoff weiterhin z.B. ein Bindemittel oder eine Mischung von Bindemitteln, Wasser, etc.
Ein weiterer wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Füllstoffes mit einem oder mehreren Komponenten, wobei eine oder mehrere Komponenten bereitgestellt und gemahlen werden, wobei die Komponenten jeweils als partikuläre Feststoffe vorliegen, welche jeweils eine Partikelgröße (Sedigraph) d₉₀ ≤ 63 µm aufweisen, und der erhaltene Füllstoff einen Anteil an kalzinierten Kaolinen von < 70 Gew.-% aufweist.
Bevorzugt wird die Komponente oder werden die Komponenten nassgemahlen oder trockengemahlen. Bevorzugt wird das Trockenmahlen mittels einer Kugelmühle oder einer Strahlmühle durchgeführt. Das Nassmahlen wird bevorzugt mittels einer Kugelmühle, einer Perlmühle oder einer Vibrationsmühle durchgeführt.
Bevorzugt bezieht sich die angegebene Partikelgröße für den Füllstoff bzw. die Komponenten auf die Partikelgröße des Füllstoffs bzw. der Komponenten vor dem Schritt der Mahlung oder nach dem Schritt der Mahlung. Weiter bevorzugt bezieht sich die angegebene Partikelgröße für den Füllstoff bzw. die Komponenten auf die Partikelgröße des Füllstoffs bzw. der Komponenten nach dem Schritt der Mahlung, da durch das Mahlen die Partikelgröße entsprechend eingestellt wird.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird ein Füllstoff hergestellt, der Komponenten umfasst, die bei einer Partikelgröße (Sedigraph) d₉₀ ≤ 63 µm überraschend verbesserte Eigenschaften aufweisen und dadurch einzeln oder als Mischung von mehreren Komponenten vorteilhaft in einem Füllstoff einsetzbar sind. Durch das Mahlen lässt sich die erfindungsgemäß vorteilhafte Partikelgröße einstellen. Der resultierende Füllstoff wiederrum zeigt sich als besonders geeignet zum Einsatz in verschiedenen Zusammensetzungen, insbesondere einer Farb-, einer Keramik-, einer Papier-, einer Kleber- oder einer Kunststoffzusammensetzung, um so die erwarteten Eigenschaften zu erhalten und als kostengünstige und nachhaltige Alternative zu kalziniertem Kaolin verwendbar zu sein.
Gemäß einer bevorzugten Variante des Verfahrens werden mehrere Komponenten vor und/oder nach dem Mahlen gemischt. Folglich werden, falls der Füllstoff mehrere, bevorzugt mindestens zwei, weiter bevorzugt mindestens drei, besonders bevorzugt mindestens vier, Komponenten umfasst, diese Komponenten vor und/oder nach dem Mahlen gemischt.
Gemäß einer bevorzugten Variante des Verfahrens werden die Komponenten vor und/oder nach dem Mahlen einzeln oder gemischt mindestens einem, bevorzugt mindestens zwei, weiter bevorzugt mindestens drei, insbesondere bevorzugt mindestens vier, der Aufbereitungsschritte unterzogen, welche ausgewählt sind aus einer Gruppe, die Mischen, Trocknen, Flotation, Trockenmagnetscheiden, Nassmagnetscheiden, elektrostatische Reinigung, eisenarmes Vorbrechen, optische Trennung, Dichtetrennung, chemische Bleiche, Sichtung, Schutzsiebung und/oder Kombinationen davon umfasst. Durch die genannten Aufbereitungsschritte können die Eigenschaften der Komponenten bzw. des Füllstoffs entsprechend vorteilhaft eingestellt werden. Bevorzugt erfolgen die Aufbereitungsschritte zeitlich und/oder räumlich getrennt zum Mahlen. Durch diese Ausführungsform ergibt sich eine größere Flexibilität bei der Herstellung.
Gemäß einer bevorzugten Variante des Verfahrens wird ein Füllstoff hergestellt, wie dieser oben produktseitig beschrieben wurde.

Bevorzugte Komponentensubstanzen und entsprechende bevorzugte Aufbereitungsschritte sind in der folgenden Tabelle 3 beispielhaft dargestellt. Tabelle 3

	Materialauswahl	Aufbereitung 1	Aufbereitung 2	Aufbereitung 3	Aufbereitung 4
Kaolin	Für die Mahlung bevorzugt grober Kaolin mit einem d₅₀ (Sedigraph) >1 µm	Flotationsverfahren	Nassmagnetscheidung	Chemische Bleiche, oxidierend und / oder reduzierend	Sichtung, Schutzsiebung
Quarz	Bevorzugt Quarz mit einem geringen Anteil färbender Oxide im Kristallgitter	Eisenarmes Vorbrechen, Trockenmagnetscheidung und / oder elektrostatische Reinigungsverfahren	Optische Trennverfahren, Dichtetrennverfahren (Wendelscheider, Setzkasten)	Flotationsverfahren, Nassmagnetscheidung	Sichtung, Schutzsiebung
Kalifeldspat (KFS)	Für die Mahlung bevorzugt KFS aus einem Verwitterungsprozess mit einem geringen Anteil färbender Oxide im Kristallgitter	Trockenmagnetscheidung und / oder elektrostatische Reinigungsverfahren	Optische Trennverfahren, Dichtetrennverfahren (Wendelscheider, Setzkasten)	Flotationsverfahren, Nassmagnetscheidung	Sichtung, Schutzsiebung
Natronfeldspat (NaFS)	Bevorzugt NaFS mit einem geringen Anteil färbender Oxide im Kristallgitter	Eisenarmes Vorbrechen, Trockenmagnetscheidung und / oder elektrostatische Reinigungsverfahren	Optische Trennverfahren, Dichtetrennverfahren (Wendelscheider, Setzkasten)	Flotationsverfahren, Nassmagnetscheidung	Sichtung, Schutzsiebung
Calciumfeldspat (CaFS)	Bevorzugt CaFS mit einem geringen Anteil färbender Oxide im Kristallgitter	Eisenarmes Vorbrechen, Trockenmagnetscheidung und / oder elektrostatische Reinigungsverfahren	Optische Trennverfahren, Dichtetrennverfahren (Wendelscheider, Setzkasten)	Flotationsverfahren, Nassmagnetscheidung	Sichtung, Schutzsiebung
Glimmer	Bevorzugt Glimmer mit einem d₅₀ (Sedigraph) >1 µm und einem d₅₀ Laserbeugung > 3 µm und einem geringen Anteil färbender Oxide im Kristallgitter	Trockenmagnetscheidung und / oder elektrostatische Reinigungsverfahren	Flotationsverfahren	Nassmagnetscheidung	Sichtung, Schutzsiebung
Dolomit	Bevorzugt Dolomit mit einem geringen Anteil färbender Oxide im Kristallgitter	Eisenarmes Vorbrechen	Trockenmagnetscheidung und / oder elektrostatische Reinigungsverfahren	Nassmagnetscheidung	Sichtung, Schutzsiebung
Zirkonoxid	Bevorzugt ZrO2 mit einem geringen Anteil färbender Oxide im Kristallgitter	Trockenmagnetscheidung und / oder elektrostatische Reinigungsverfahren	Trockenmagnetscheidung und / oder elektrostatische Reinigungsverfahren	Nassmagnetscheidung	Sichtung, Schutzsiebung
BaSO4 nat.	Bevorzugt BaSO4 mit einem geringen Anteil färbender Oxide im Kristallgitter	Trockenmagnetscheidung und / oder elektrostatische Reinigungsverfahren	Flotationsverfahren	Nassmagnetscheidung	Sichtung, Schutzsiebung
(Recycling-)Keramik	Bevorzugt nach dem Herstellprozess eine sortenreine Keramik ohne sekundäre Verunreinigungen	Eisenarmes Vorbrechen, Trockenmagnetscheidung und / oder elektrostatische Reinigungsverfahren	Optisches Trennverfahren, Dichtetrennverfahren (Wendelscheider, Setzkasten)	Nassmagnetscheidung, Flotationsverfahren	Sichtung, Schutzsiebung
(Recycling-)Porzellan	Bevorzugt nach dem Herstellprozess eine sortenreine Keramik ohne sekundäre Verunreinigungen	Eisenarmes Vorbrechen, Trockenmagnetscheidung und / oder elektrostatische Reinigungsverfahren	Optische Trennverfahren, Dichtetrennverfahren (Wendelscheider, Setzkasten)	Nassmagnetscheidung, Flotationsverfahren	Sichtung, Schutzsiebung

Die in Tabelle 3 gezeigten bevorzugten Aufbereitungsschritte 1-4 sind als bevorzugte Varianten anzusehen und sollen nicht als Beschränkung für die Aufbereitung bestimmter Komponentensubstanzen angesehen werden. Durch die gezeigten Aufbereitungsschritte können die Eigenschaften vorteilhaft an die benötigten Vorgaben angepasst werden.
Vorzugsweise kann durch einen wie oben beschriebenen Füllstoff und/oder das oben beschriebene Verfahren eine Kostenersparnis erreicht werden, da auf einen Einsatz von kalzinierten Kaolinen oder dessen Herstellung verzichtet werden kann. Auf diese Weise wird auch der CO₂-Ausstoß, der insbesondere bei der Herstellung von kalziniertem Kaolin entsteht, vermindert und somit nachhaltiger agiert.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Zusammensetzung, wobei die Zusammensetzung einen Füllstoff, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 9, umfasst, welcher eine oder mehrere Komponenten umfasst, wobei die Komponenten jeweils als partikuläre Feststoffe vorliegen, welche jeweils eine Partikelgröße (Sedigraph) d₉₀ ≤ 63 µm aufweisen, und der Füllstoff einen Anteil an kalzinierten Kaolinen von < 70 Gew.-% aufweist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Zusammensetzung eine Farb-, eine Keramik-, eine Papier-, eine Kleber- oder eine Kunststoffzusammensetzung.
Bevorzugt umfasst die Zusammensetzung weitere Inhaltsstoffe, neben dem Füllstoff, z.B. Wasser, Bindemittel, Pigmente, usw., wobei die einzelnen weiteren Inhaltsstoffe von der jeweiligen Zusammensetzung abhängig sind.
Bevorzugt weist die Zusammensetzung einen Gelbwert von < 15 %, bevorzugt < 12 %, weiter bevorzugt < 10 %, besonders bevorzugt < 8 % auf.
Bevorzugt weist die Zusammensetzung eine Ölzahl von < 100 g/100 g , bevorzugt < 90 g/100 g , weiter bevorzugt < 85 g/100 g , besonders bevorzugt < 80 g/100 g auf.
Bevorzugt weist die Zusammensetzung einen durchschnittlichen Nassabrieb bei 200 Hüben von < 25 µm, bevorzugt <20 µm, weiter bevorzugt < 16 µm, besonders bevorzugt < 13 µm und insbesondere bevorzugt < 11 µm auf.
Bevorzugt weist die Zusammensetzung einen Weißgrad bestimmt nach R 457 von > 70 %, bevorzugt > 75 %, weiter bevorzugt > 80 %, besonders bevorzugt > 85 %, insbesondere bevorzugt > 90 % auf. Durch den hohen Weißgrad der Zusammensetzung ist diese besonders vorteilhaft für Anwendungen geeignet, die optischen Ansprüchen genügen muss. Bevorzugt weist die Zusammensetzung einen Weißgrad von > 60 % auf.
Ferner betrifft die Erfindung eine Verwendung des erfindungsgemäßen Füllstoffs in einer Farb-, einer Keramik-, einer Papier-, einer Kleber- oder einer Kunststoffzusammensetzung.
Bei der Verwendung in einer Farbzusammensetzung führt der erfindungsgemäße Füllstoff beispielsweise zu einem durchschnittlichen Nassabrieb bei 200 Hüben von < 25 µm, bevorzugt <20 µm, weiter bevorzugt < 16 µm, besonders bevorzugt < 13 µm und insbesondere bevorzugt < 11 µm.
Die Merkmale und Ausführungen bezüglich des Füllstoffs sollen ebenfalls mutatis mutandis für das Verfahren, die Zusammensetzung und die Verwendung offenbart sein und jeweils umgekehrt.
Im Folgenden sind mehrere Versuchsbeispiele mit beispielhaften Füllstoffen und Zusammensetzungen dargestellt, sowie Messergebnisse daran durchgeführter Untersuchungen. Die Füllstoffe und Zusammensetzungen sollen nicht auf die unten verwendeten Materialien begrenzt sein, da diese lediglich die vorteilhaften Eigenschaften der erfindungsgemäßen Füllstoffe und Zusammensetzungen wiedergeben.
Versuchsbeispiel 0:

Ausgangsmaterial für das Versuchsbeispiel 0 ist Füllstoff F1: Mischung aus Kaolin, Kalifeldspat, Quarz, jeweils 33 Gew.-%. Dieser Füllstoffe wurde mehrmals mittels Nassmahlung (Kugelmühle) gemahlen und die Änderungen der Materialeigenschaften gemessen. Dabei sind die Messwerte in der untenstehenden Tabelle 4 angegeben, wobei die unterschiedlichen Mahlgrade von grober nach feiner als F1-1 (entspricht Füllstoff F1; siehe auch Versuchsbeispiel 1 unten), F1-2, F1-3, F1-4 und F1-5 (entspricht Füllstoff F2; siehe Versuchsbeispiel 1 unten) benannt sind. Die Messwerte der erfindungsgemäßen Füllstoffe F nach einer Ausführungsform sind in Tabelle 4 im Vergleich zu den Referenzen R1 (Kalziniertes Kaolin, mittelgrob; siehe auch Versuchsbeispiel 1 unten) und R2 (Kalziniertes Kaolin, fein; siehe auch Versuchsbeispiel 1 unten) aufgeführt. Tabelle 4

	R1	R2	F1-1	F1-2	F1-3	F1-4	F1-5
Sedigraph [µm]	Gew.-%	Gew.-%	Gew.-%	Gew.-%	Gew.-%	Gew.-%	Gew.-%
> 45		0,0	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0
30 - 45	0,6	0,0	0,3	0,0	0,0	0,0	0,1
20 - 30	2,4	1,2	1,8	0,0	0,3	0,0	0,5
10-20	12,2	4,1	14,0	3,7	1,3	0,3	0,2
6-10	21,5	6,5	18,0	9,7	4,3	2,8	1,2
4-6	26,4	8,4	17,6	14,6	9,0	6,2	5,1
2-4	30,0	19,8	25,4	32,6	30,1	27,9	23,4
0-2	6,9	60,0	22,9	39,4	55,0	62,8	69,5
d90 [µm]	15,2	5,3	12,44	6,78	4,84	3,89	3,42
d50 [µm]	5,0	1,2	4,16	2,52	1,79	1,53	1,29
Weißgrad [%]	90,50	91,60	81,54	82,75	84,10	84,38	84,97
Gelbwert [%]	4,71	3,5	6,73	6,45	5,67	5,99	5,68
L	97,6	98,57	94,23	94,68	95,07	95,28	95,45
a	-0,2	-0,15	0,07	0,11	0,01	0,01	0,01
b	2,61	1,95	3,49	3,34	2,97	3,16	2,99
Normfarbwert Y			85,80	86,86	87,77	88,28	88,68
Dichte Füllstoff [g/cm³]	2,45	2,73	2,6	2,6	2,6	2,6	2,6
Ölzahl [g/100g]	55	67	52	nn	nn	nn	68

Aus den Messwerten der Tabelle 4 geht hervor, dass durch die Nassmahlung vorteilhafte Materialeigenschaften erzeugt werden, z.B. Zunahme im Weißgrad oder Abnahme im Gelbwert.
Versuchsbeispiel 0.1:
In einem Optimierungsversuch zu den Materialien F1-1 (entspricht Füllstoff F1) und F1-5 (entspricht Füllstoff F2) aus dem Versuchsbeispiel 0 konnte der Weißgrad und der Gelbwert mittels chemischer Bleiche bei F1-1 von 81,54 % auf 82,76 % (Weißgrad) und 6,73 % auf 5,67 % (Gelbwert) und bei F1-5 von 84,97 % auf 86,03 % (Weißgrad) und 5,68 % auf 4,07 % (Gelbwert) vorteilhaft verändert werden.
Die in den Versuchsbeispielen 0 und 0.1 genannten Materialien F1-1 und F1-5 wurden jeweils vor und nach einer chemischen Bleiche in dem unten folgenden Versuchsbeispiel 1 mit den Bezeichnungen F1 bis F4 weiterverwendet (Hinweis: etwaige geringfügig Abweichungen bei den Zahlenwerten sind mehreren Chargen bei der Aufbereitung geschuldet).
Versuchsbeispiel 1:
Für das Versuchsbeispiel 1 wurden im ersten Schritt mehrere Materialien zusammengestellt bzw. mit einer Auswahl der oben genannten Verfahren aufbereitet, wie folgt:

Füllstoffe:
- - Referenz 1 (R1): Kalzinierter Kaolin, mittelgrob;
- - Referenz 2 (R2): kalzinierter Kaolin, fein;
- - Referenz 3 (R3): natürlicher Kaolin, eher grob, Referenzbestandteil grob für F1 und F3;
- - Referenz 4 (R4): natürlicher Kaolin, eher mittelfein; Referenzbestandteil mittelfein für F2 und F4;
- - Referenz 5 (R5): Quarzsand trocken mittels Kugelmühle zu Quarzmehl gemahlen und gesichtet, Feinheit 16.900, Referenzbestandteil grob für F1 und F3;
- - Referenz 6 (R6): Kalifeldspat trocken mittels Kugelmühle zu KFS-Mehl gemahlen und gesichtet, Feinheit 16.900, Referenzbestandteil grob für F1 und F3;
- - Füllstoff 1 (F1; F1-1 vor chemischer Bleiche): Mischung aus Kaolin, Kalifeldspat, Quarz, jeweils 33 Gew.-%, nass gemahlen (Suspensionsmahlung), eher grob;
- - Füllstoff 2 (F2; F1-5 vor chemischer Bleiche): Mischung aus Kaolin, Kalifeldspat, Quarz, jeweils 33 Gew.-%, nass gemahlen (Suspensionsmahlung), eher fein;
- - Füllstoff 3 (F3; F1-1 nach chemischer Bleiche): Mischung aus Kaolin, Kalifeldspat, Quarz, jeweils 33 Gew.-%, nass gemahlen (Suspensionsmahlung), eher grob, chemisch reduzierend gebleicht;
- - Füllstoff 4 (F4; F1-5 nach chemischer Bleiche): Mischung aus Kaolin, Kalifeldspat, Quarz, jeweils 33 Gew.-%, nass gemahlen (Suspensionsmahlung), eher fein, chemisch reduzierend gebleicht.

Bei den Referenzen R1 und R2 handelt es sich um Füllstoffe aus kalziniertem Kaolin mit unterschiedlichen Partikelgrößen, deren Werte sozusagen erreicht werden sollen. Bei den Referenzen R3-R6 handelt es sich um Füllstoffe einzelner Komponentensubstanzen, die aufgrund ihrer natürlichen Eigenschaften (z.B. Feinheit) ausgewählt wurden oder die mittels der oben genannten Verfahren auf die Zieleigenschaften gebracht werden sollten. Die Referenzen R3-R6 sollen zeigen, dass eine Aufbereitung, die nicht erfindungsgemäß nach einer Ausführungsform ist, auch nicht die gewünschten Material- und Anwendungseigenschaften hervorbringt. Die Füllstoffe F1-F4 sind erfindungsgemäße Füllstoffe nach einer Ausführungsform, die sich in der Partikelgröße und/oder der durchgeführten Aufbereitungsschritte unterscheiden. Die Materialeigenschaften sind in Form verschiedener Messwerte in der Tabelle 5 zusammengestellt. Tabelle 5

	R1	R2	F1	F2	R3	R4	F3	F4	R5	R6

Sedigraph	Gew.-%	Gew.-%	Gew.-%	Gew.-%	Gew.-%	Gew.-%	Gew.-%	Gew.-%	Gew.-%	Gew.-%
> 45 µm									4,0	5,1
30-45 µm	0,6	0	0,3	0,1	0	0	0,3	0,1	8,7	9,1
20-30 µm	2,4	1,2	1,8	0,5	1,7	1	1,8	0,5	19,7	20,1
10-20 µm	12,2	4,1	14	0,2	4,7	1,2	14	0,2	28,5	27,1
6-10 µm	21,5	6,5	18	1,2	8,2	4,8	18	1,2	14,3	16,2
4-6 µm	26,4	8,4	17,6	5,1	10,5	9,7	17,6	5,1	8,4	9,3
2-4 µm	30,0	19,8	25,4	23,4	22,2	23,3	25,4	23,4	8,9	7,5
0-2 µm	6,9	60,0	22,9	69,5	52,7	60,0	22,9	69,5	7,4	5,6
d₉₀ [µm]	15,2	5,3	12,4	3,42	10	10	12,4	3,42	41,5	42,1
d₅₀ [µm]	5	1,2	4,16	1,29	1,9	1,2	4,16	1,29	14,23	14,4
L	97,6	98,57	94,23	95,29	93,64	94,98	94,47	95,46	93,54	95,21
a	-0,2	-0,15	0,07	0,01	0,35	0,1	-0,01	-0,09	0,50	0,06
b	-2,61	1,95	3,49	3,22	6,15	4,29	2,97	2,17	2,13	3,25
Gelbwert [%]	4,71	3,5	6,73	6,1	11,92	8,15	4,53	5,97	4,53	6,55
Dichte [g/cm³]	2,45	2,73	2,6	2,6	2,6	2,6	2,6	2,6	2,6	2,6
Weißgrad [%]	88,5	91,6	81,54	84,32	77,1	82	82,76	86,03	81,52	81,0
Ölzahl [q/100g]	55	67	52	68	53	56	52	68	26	35

Die L, a und B Werte beziehen sich auf den LAB-Farbraum. Die Ölzahl ist in g/100g angegeben, d.h. wieviel g Öl nötig ist um 100 g des entsprechenden Füllstoffs zu binden.
Aus den obigen Messwerten der Tabelle 5 ergibt sich, dass die erfindungsgemäßen Füllstoffe F1-F4 nach einer Ausführungsform eine Partikelgröße d₅₀ vergleichbar mit den Referenzen R1-R6 aufweisen. Ebenfalls sind die Ölzahlen nahezu gleich (Ausnahme R5 und R6). Durch die Nassmahlung wurde bei den Füllstoffen F1 und F2 bereits eine Verbesserung bezüglich des Weißgrads zu natürlichem Kaolin oder Quarzmehl erreicht. Durch die chemische Bleiche konnte der Weißgrad der Füllstoffe F3 und F4 nochmals gesteigert werden, wobei ein Weißgrad erreicht wird, welcher nahe an den Weißgrad kalzinierter Kaoline herankommt. Zudem konnte der Gelbwert bei den erfindungsgemäßen Füllstoffen F1 und F2 reduziert werden, wobei die chemische Bleiche bei den Füllstoffen F3 und F4 den Gelbwert zusätzlich verbessert hat.
Aus den Messwerten der Tabelle 5 geht hervor, dass die erfindungsgemäßen Füllstoffe F1-F4 sehr vorteilhafte Eigenschaften aufweisen, wobei hier insbesondere auf die vorteilhafte Kombination dieser vorteilhaften Eigenschaften hingewiesen werden soll. Die Referenzen R3-R6 erreichen diese relevanten Eigenschaften zumindest teilweise nicht. Insbesondere die Eigenschaften der Füllstoffe F3 und F4 reichen an die Eigenschaften von kalzinierten Kaolinen heran und stellen somit eine echte Alternative für Füllstoffe aus kalzinierten Kaolinen dar.
Versuchsbeispiel 2:

Für das Versuchsbeispiel 2 wurden die gleichen Füllstoffe R1-R6 und F1-F4 verwendet wie in Versuchsbeispiel 1. Zu Testzwecken wurden die Füllstoffe in einer Basis-Farbrezeptur eingearbeitet. Diese besteht aus Grundkomponenten einer Farbe und dem alleinigen Füllstoff. Die Basis-Farbrezepturen sind in der Tabelle 6 (zur Übersichtlichkeit aufgeteilt in Tabellen 6.1 und 6.2) dargestellt. Tabelle 6.1

PVK 50	R1	R2	F1	F2
Wasser	52,60	52,60	52,60	52,60
Lopon 800	0,50	0,50	0,50	0,50
Tylose MH 6000 YG8	1,00	1,00	1,00	1,00
Agitan 381	0,50	0,50	0,50	0,50
R1	33,76
R2		37,34
F1			35,83
F2				35,83
Mowilith LDM 1871 C	31,20	31,20	31,20	31,20

Tabelle 6.2

PVK 50	R3	R4	R5	R6	F3	F4
Wasser	52,60	52,60	52,60	52,60	52,60	52,60
Lopon 800	0,50	0,50	0,50	0,50	0,50	0,50
Tylose MH 6000 YG8	1,00	1,00	1,00	1,00	1,00	1,00
Agitan 381	0,50	0,50	0,50	0,50	0,50	0,50
R3	35,83
R4		35,83
R5			35,83
R6				35,83
F3					35,83
F4						35,83
Mowilith LDM 1871 C	31,20	31,20	31,20	31,20	31,20	31,20

Die Mischungen wurden danach jeweils auf eine Farbkarte aufgezogen und nach dem Trocknen verschiedene Messungen durchgeführt. Die Rezepturen wurden dabei so erstellt, dass eine Pigment-Volumen-Konzentration (PVK) von 50 erhalten wurde Die entsprechenden Messwerte sind in Tabelle 7 und 8 gezeigt.

	R1	R2	F1	F2	R3	R4	F3	F4	R5	R6

Viskosität bei 6,2s^-1 P/P	1336	1532	1878	1948	1875	1960	943	1669	274	285
Schubspannung	366	430	358	357	250	355	269	372	119	125
Gelbwert [%]	4,84	4,09	16,9	19,17	39,27	28,77	14,13	12,35	12,11	10,1
Glanz 60°	2,8	2,6	2,4	2,3	3,2	3,6	2,3	2,7	0,9	0,9
Glanz 85°	1,5	3,8	1,3	10	4,4	8,6	1,5	10	0,6	0,6
Ø Nassabrieb [µm], 200 Hübe	14,6	11,0	10,6	15,3	18,7	17,4	10,6	15,3	3,2	10,1
Nassabriebsklasse	2	2	2	2	2	2	2	2	1	2

Tabelle 8

PVK 50 Deckvermögen	150µm	250µm	350µm
R1	77,98	85,64	91,46
R2	87,04	94,23	96,72
F1	39,02	49,48	60,57
F2	46,5	59,32	69,79
R3	22,17	30,02	39,4
R4	23,25	34,44	42,18
F3	45,37	58,99	68,66
F4	60,25	73,43	80,86
R5	6,87	8,13	10,36
R6	12,2	16,8	19,7

Die Messwerte der Tabelle 7 zeigen, dass die erfindungsgemäßen Füllstoffe F1-F4 in Farbzusammensetzungen ähnliche Mattierungen (Glanz 85°) und Nassabriebswerte aufweisen wie die Referenzfüllstoffe R1 und R2. Somit stellen die erfindungsgemäßen Füllstoffe eine kostengünstige und nachhaltige Alternative zu bereits bekannten Füllstoffen und insbesondere kalzinierten Kaolinen dar. Die Referenzen R3 bis R6 zeigen diese Summe an positiven Eigenschaften nicht.
Die Messwerte aus Tabelle 8 zeigen, dass die erfindungsgemäßen Füllstoffe F1-F4 deutlich näher an die Deckkraftwerte der kalzinierten Kaoline R1 und R2 heranreichen als die anderen Füllstoffe R3-R6. Dies trifft vor allem auf die chemisch gebleichten erfindungsgemäßen Füllstoffe F3 und F4 zu. Hieraus ergibt sich ebenfalls, dass die erfindungsgemäßen Füllstoffe F1-F4 als kostengünstige und nachhaltige Alternative zu kalziniertem Kaolin in Zusammensetzungen einsetzbar sind und vergleichbare Eigenschaften liefern.
Versuchsbeispiel 3:

Für das Versuchsbeispiel 3 wurden die gleichen Füllstoffe R1-R6 und F1-F4 verwendet wie in Versuchsbeispiel 1. Zu Testzwecken wurden die Füllstoffe in einer Basis-Farbrezeptur eingearbeitet. Diese besteht aus Grundkomponenten einer Farbe und dem alleinigen Füllstoff. Die Basis-Farbrezepturen sind in der Tabelle 9 (zur Übersichtlichkeit aufgeteilt in Tabellen 9.1 und 9.2) dargestellt. Tabelle 9.1

PVK 80	R1	R2	F1	F2
Wasser	52,60	52,60	52,60	52,60
Lopon 800	0,50	0,50	0,50	0,50
Tylose MH 6000 YG8	1,00	1,00	1,00	1,00
Agitan 381	0,50	0,50	0,50	0,50
R1	33,76
R2		37,21
F1			35,83
F2				35,83
Mowilith LDM 1871 C	7,80	7,80	7,80	7,80

Tabelle 9.2

PVK 80	R3	R4	R5	R6	F3	F4
Wasser	52,60	52,60	52,60	52,60	52,60	52,60
Lopon 800	0,50	0,50	0,50	0,50	0,50	0,50
Tylose MH 6000 YG8	1,00	1,00	1,00	1,00	1,00	1,00
Agitan 381	0,50	0,50	0,50	0,50	0,50	0,50
R3	35,83
R4		35,83
R5			35,83
R6				35,83
F3					35,83
F4						35,83
Mowilith LDM 1871 C	7,80	7,80	7,80	7,80	7,80	7,80

Die Mischungen sind danach jeweils auf eine Farbkarte aufgezogen und nach dem Trocknen gemessen worden. Die Rezepturen wurden dabei so erstellt, dass eine Pigment-Volumen-Konzentration (PVK) von 80 erhalten wurde Die Messwerte sind in Tabelle 10 und 11 gezeigt. Tabelle 10

	R1	R2	F1	F2	R3	R4	F3	F4	R5	R6
Viskosität bei 6,2s^-1 P/P	2537	2271	3188	2954	2175	2215	1288	2691	210	232
Schubspannung	576	592	530	497	402	390	355	495	125	152
Gelbwert [%]	3,79	2,87	8,74	6,82	17,94	11,57	6,76	5,24	9,37	9,01
Glanz 60°	3,2	2,8	3,1	2,5	3,9	4,5	3	3,1	1,9	5,1
Glanz 85°	3,6	11,4	1,7	11,6	3,9	6,9	2,1	10,9	0,7	4,0

Tabelle 11

PVK 80 Deckvermögen	150µm	250µm	350µm
R1	90,58	95,69	96,88
R2	97,14	98,74	99,43
F1	88,8	94,84	97,66
F2	95,42	98,43	99,47
R3	88,83	96,16	98,4
R4	92,92	97,5	98,63
F3	87,47	94,64	97,3
F4	96,08	98,66	99,39
R5	53,83	64,49	73,22
R6	90,58	95,69	96,88

Die Messwerte der Tabelle 10 zeigen, dass die erfindungsgemäßen Füllstoffe F1-F4 in Farbzusammensetzungen ähnliche Mattierungen (Glanz 85°) und Nassabriebswerte aufweisen wie die Referenzfüllstoffe R1 und R2. Somit stellen die erfindungsgemäßen Füllstoffe eine kostengünstige und nachhaltige Alternative zu bereits bekannten Füllstoffen und insbesondere kalzinierten Kaolinen dar. Die Referenzen R3 bis R6 zeigen eine solche Summe positiver Eigenschaften jeweils nicht.
Die Messwerte aus Tabelle 11 zeigen, dass die erfindungsgemäßen Füllstoffe F1-F4 deutlich näher an die Deckkraftwerte der kalzinierten Kaoline R1 und R2 heranreichen als die anderen Füllstoffe R3-R6. Dies trifft vor allem auf die chemisch gebleichten erfindungsgemäßen Füllstoffe F3 und F4 zu. Hieraus ergibt sich ebenfalls, dass die erfindungsgemäßen Füllstoffe F1-F4 als kostengünstige und nachhaltige Alternative zu kalziniertem Kaolin in Zusammensetzungen einsetzbar sind und vergleichbare Eigenschaften liefern.

In der untenstehenden Tabelle 12 sind die zu bestimmenden Parameter, die gemessenen Einheiten und die jeweils dazugehörigen Messmethoden dargestellt. Tabelle 12

Parameter	Einheit	Methode
Korngröße Sedigraph	µm	V27 3 90, Zellcheming Merkblatt
Korngröße Laserbeugung	µm	ISPO 13320
Weißgrad R 457 abs.	%	DIN53145 T1/ V25 2 90, Zellcheming Merkblatt
Gelbwert	%	DIN53145 T1/ V25 2 90, Zellcheming Merkblatt
CIE L* (D65)		DIN EN ISO 11664-4
CIE a* (D65)		DIN EN ISO 11664-4
CIE b* (D65)		DIN EN ISO 11664-4
Nasssiebrückstand >45 µm	Gew.-%	ISO 3310 und DIN 52098 06
Schwermetalle*	mg/kg	DIN EN 13656 HF/H2SO4
Pb	mg/kg	DIN EN 13656
Ba	mg/kg	DIN EN 13656
As	mg/kg	DIN EN 13656
Cr	mg/kg	DIN EN 13656
Ni	mg/kg	DIN EN 13656
Feuchtigkeit 105°C	Gew.-%	DIN EN ISO 787 T2
Andere
Anteil < 2 µm	Gew.-%	V27 3 90, Zellcheming Merkblatt
Fe₂O₃	Gew.-%	DIN 51001
TiO₂	Gew.-%	DIN 51001
PbO	Gew.-%	DIN 51001
BaO	Gew.-%	DIN 51001
Cristallin Silica	Gew.-%	DIN EN 481
pH-Value		DIN EN ISO 787-9
Wasserlösliche Substanzen	Gew.-%	DIN EN ISO 787-3
Dichte	g/cm3
Ölzahl	ml/100g	DIN EN ISO 787, T5


AWT-Prüfung, Eigenschaften
Burnish Resistance of Latex Paints		ASTM D6736-08
Deckvermögen/ Kontrastverhältnis		DIN EN ISO 6504-3
Dichte		EN ISO 2811-3
Glanz		DIN ISO 2813
Mahlfeinheit		EN ISO 1524
Nassabriebbeständigkeit		DIN EN ISO 11998
Reinigungsfähigkeit		Angelehnt an ASTM D4828-94 und EN ISO 11998
Rheologie- Fließkurven		DIN EN ISO 3219-2 Platte/Platte
*) Cd, Pb, Cr, Cr VI, Hg, As, Ba, Se, Sb, Co, Zn, Cu, Ni

Die Anmelderin behält sich vor, sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale als erfindungswesentlich zu beanspruchen, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 2744863 A2 [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN53145 [0072]
DIN EN ISO 11664-4 [0072]
DIN 52098 06 [0072]
DIN EN 13656 [0072]
DIN EN ISO 787 T2 [0072]
DIN 51001 [0072]
DIN EN 481 [0072]
DIN EN ISO 787-9 [0072]
DIN EN ISO 787-3 [0072]
DIN EN ISO 787 [0072]
DIN EN ISO 6504-3 [0072]
DIN ISO 2813 [0072]
DIN EN ISO 11998 [0072]
DIN EN ISO 3219-2 [0072]

Claims

Füllstoff für eine Zusammensetzung, wobei der Füllstoff eine oder mehrere Komponenten umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten jeweils als partikuläre Feststoffe vorliegen, welche jeweils eine Partikelgröße (Sedigraph) d₉₀ ≤ 63 µm aufweisen, und der Füllstoff einen Anteil an kalzinierten Kaolinen von < 70 Gew.-% aufweist.
Füllstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten jeweils ausgewählt sind aus einer Gruppe, die natürlichen Kaolin, Quarz, Kalifeldspat, Natronfeldspat, Calciumfeldspat, Glimmer, Dolomit, Zirkonoxid, BaSO₄, CaCO₃, Talkum, Cristobalit, Diatomit, Wollastonit, Kieselerde, Leichtfüllstoffe, Faserstoffe, (Recycling-)Keramik, (Recycling-)Porzellan und Recycling-Materialien auf Si-, Al-, Carbonat-, Sulfat-, Oxid- oder Phosphat-Basis und/oder Kombinationen dieser Substanzen umfasst, wobei sich die Komponenten substanzbezogen jeweils unterscheiden, wobei der Füllstoff mindestens zwei, bevorzugt mindestens drei und insbesondere bevorzugt mindestens vier Komponenten umfasst.
Füllstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff einen Anteil an kalzinierten Kaolinen von < 60 Gew.-%, bevorzugt < 50 Gew.-%, weiter bevorzugt < 40 Gew.-%, besonders bevorzugt < 30 Gew.-%, insbesondere bevorzugt < 20 Gew.-% aufweist oder im Wesentlichen frei von kalzinierten Kaolinen ist.
Füllstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff eine Partikelgröße (Sedigraph) d₉₀ ≤ 50 µm und besonders bevorzugt ≤ 40 µm aufweist.
Füllstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff einen Weißgrad bestimmt nach R 457 von > 70 %, bevorzugt > 75 %, weiter bevorzugt> 80 %, besonders bevorzugt > 85 %, insbesondere bevorzugt > 90 % aufweist.
Füllstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der Komponenten bezogen auf den Füllstoff jeweils im Bereich von 0,01 - 99,99 Gew.-%, bevorzugt 0,01 - 90 Gew.-%, weiter bevorzugt 0,01 - 80 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,01 - 70 Gew.-%, insbesondere bevorzugt 0,01 - 60 Gew.-% liegt.
Füllstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten jeweils eine Reinheit bezogen auf den Hauptbestandteil von > 30 Gew.-%, bevorzugt > 40 Gew.-%, weiter bevorzugt > 50 Gew.-% aufweisen, wobei die Komponenten jeweils einen Schwermetallanteil von < 1 Gew.-%, bevorzugt < 0,5 Gew.-%, besonders bevorzugt < 0,3 Gew.-% bezogen auf das Gewicht der jeweiligen Komponente aufweisen, wobei die Komponenten jeweils einen Anteil an färbenden Elementoxiden von < 1 Gew.-%, bevorzugt < 0,5 Gew.-%, besonders bevorzugt < 0,3 Gew.-% bezogen auf das Gewicht der jeweiligen Komponente aufweisen.
Füllstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten jeweils einzeln oder gemischt mindestens einem, bevorzugt mindestens zwei, weiter bevorzugt mindestens drei, insbesondere bevorzugt mindestens vier, der Aufbereitungsschritte unterzogen sind, welche ausgewählt sind aus einer Gruppe, die Mischen, Trocknen, Nassmahlen, Trockenmahlen, Flotation, Trockenmagnetscheiden, Nassmagnetscheiden, elektrostatische Reinigung, eisenarmes Vorbrechen, optische Trennung, Dichtetrennung, chemische Bleiche, Sichtung, Schutzsiebung und/oder Kombinationen davon umfasst.
Füllstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff als Pulver oder als Suspension vorliegt, wobei die Suspension einen Feststoffgehalt > 30 Gew.-%, bevorzugt > 40 Gew.-%, besonders bevorzugt > 50 Gew.-% aufweist, wobei der Füllstoff als Suspension bevorzugt einen Stabilisator umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines Füllstoffes, bevorzugt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem oder mehreren Komponenten, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Komponenten bereitgestellt und gemahlen werden, wobei die Komponenten jeweils als partikuläre Feststoffe vorliegen, welche jeweils eine Partikelgröße (Sedigraph) d₉₀ ≤ 63 µm aufweisen, und der erhaltene Füllstoff einen Anteil an kalzinierten Kaolinen von < 70 Gew.-% aufweist.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Komponenten vor und/oder nach dem Mahlen gemischt werden.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten vor und/oder nach dem Mahlen einzeln oder gemischt mindestens einem, bevorzugt mindestens zwei, weiter bevorzugt mindestens drei, insbesondre bevorzugt mindestens vier, der Aufbereitungsschritte unterzogen werden, welche ausgewählt sind aus einer Gruppe, die Mischen, Trocknen, Flotation, Trockenmagnetscheiden, Nassmagnetscheiden, elektrostatische Reinigung, eisenarmes Vorbrechen, optische Trennung, Dichtetrennung, chemische Bleiche, Sichtung, Schutzsiebung und/oder Kombinationen davon umfasst, wobei die Aufbereitungsschritte zeitlich und/oder räumlich getrennt zum Mahlen erfolgen.
Zusammensetzung, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung einen Füllstoff, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 9, umfasst, welcher eine oder mehrere Komponenten umfasst, wobei die Komponenten jeweils als partikuläre Feststoffe vorliegen, welche jeweils eine Partikelgröße (Sedigraph) d₉₀ ≤ 63 µm aufweisen, und der Füllstoff einen Anteil an kalzinierten Kaolinen von < 70 Gew.-% aufweist.
Zusammensetzung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung eine Farb-, eine Keramik-, eine Papier-, eine Kleber- oder eine Kunststoffzusammensetzung ist.
Verwendung eines Füllstoffs nach einem der Ansprüche 1-9 in einer Farb-, einer Keramik-, einer Papier-, einer Kleber- oder einer Kunststoffzusammensetzung.