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Rußerzeugnis in Form von Kügelchen und Verfahren zu seiner Herstellung
Die Erfindung betrifft ein neues Rußerzeugnis in Form von Kügelchen, das ein wichtiges
Anwendungsfeld bei der Herstellung von Druckfarbe (Druckerschwärze) findet. Die
Rußkügelchen gemäß der Erfindung enthalten ein oberflächenaktives Mittel, das in
zweifacher Hinsicht wirksam ist, nämlich als Emulgiermittel und als Dispergiermittel
für Ruß. Der gemäß der Erfindung in die Form von Kügelchen gebrachte Ruß läßt sich
leicht in Druckerschwärze bzw. in Farbstoffträgern für Druckerschwärze dispergieren,
hat eine hohe Farbkraft und eine niedrige Siebtestzahl (s. unten).
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Seit vielen Jahren besteht ein Bedürfnis für einen nichtstaubenden
Ruß in Form von Kügelchen, der sich mit Hilfe einer üblichen Mahl- und Mischeinrichtung
leicht in handelsüblichen Trägern für Druckerschwärze dispergieren läßt. Mittels
trockener Verfahren in die Form von Kügelchen gebrachter Ruß läßt sich schlecht
in solchen Medien dispergieren. Auch mittels nasser Verfahren, mit oder ahne Anwendung
von Dispergiermitteln, in die Form von Kügelchen gebrachter Ruß befriedigt nicht
völlig hinsichtlich seiner Dispergierbarkeit. Es ist bereits versucht worden, Ruß
mit Hilfe von Öl oder einem Druckfarbenträger als Agglomeriermittel in die gewünschte
körnige Form zu bringen, jedoch ist dabei eine übermäßig hohe Ölkonzentration erforderlich,
um eine einigermaßen gute Dispergierbarkeit zu gewährleisten. Keiner der vorstehend
genannten früheren Versuche hat zu einem Erzeugnis mit einer zufriedenstellenden
Farbkraft geführt.
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Es wurde nun gefunden, daß, wenn Ruß mit Wasser, einem 01 und
einem gleichmäßig verteilten oberflächenaktiven Bestandteil, der eine mit einem
Amin verbundene ungesättigte Fettsäure enthält, in die Form von Kügelchen gebracht
wird, ein Erzeugnis erhalten wird, das sich in einer gewöhnlichen Farbreibmühle
ausgezeichnet dispergieren läßt und eine hohe Farbkraft besitzt.
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In der Druckfarbenindustrie wird die Dispergierbarkeit von Ruß in
Öl oder einem Träger für Druckerschwärze durch einen Siebtest gemessen, bei dem
eine 12,5 o/dige Dispersion von Ruß in einem Druckfarbenträger durch ein Sieb Nr.
E 120, nach DIN 1171 mit 1-1-100 M/cm= hindurchgetrieben und der Rückstand bestimmt
wird (Siebtestzahl), der höchstens 0,03°/o betragen soll. Das Rußerzeugnis gemäß
der Erfindung entspricht in allen Fällen diesem Standardwert.
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Druckerschwärze, die mit dem erfindungsgemäßen Rußerzeugnis bereitet
wird, zeigt eine ausgezeichnete Farbkraft und ist in allen Fällen hinsichtlich des
Fließvermögens, des Durchschlagens, der Viskosität und anderer Eigenschaften gleichwertig
der besten Sorte bisher bekannter Druckerschwärze.
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Das Rußerzeugnis gemäß der Erfindung wird dadurch hergestellt, daß
ein normaler Ruß, z. B. Kanalruß, mit einem Mineralöl oder irgendeinem der im Handel
befindlichen Trägeröle für Druckerschwärze, Wasser und einem besonderen oberflächenaktiven
Mittel der obengenannten Art in die Form von Kügelchen gebracht wird. Während der
Erzeugung der Kügelchen wird das oberflächenaktive Mittel mit dem Ruß innig vermengt
und in diesem völlig gleichmäßig verteilt; daraus ergibt sich ein besonders günstiges
Verhalten in dem fertigen Erzeugnis. Würden die gleichen Mittel einem Druckfarbenträger
und gewöhnlichem Ruß, der entweder flockig verwendet wird oder nach den eingangs
genannten Arbeitsweisen in die Form von Kügelchen gebracht ist, lediglich zugesetzt,
dann würden sie nur eine geringe oder keine nennenswerte Wirkung ausüben. Unter
solchen Umständen wäre die Dispergierbarkeit unzureichend, und die Farbkraft wäre
nur gering.
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Der Feuchtigkeitsgehalt spielt in der Zusammensetzung des Rußerzeugnisses
gemäß der Erfindung ebenfalls eine wichtige Rolle. Es erscheint nicht ratsam, unter
einen Feuchtigkeitsgehalt von 5 % zu gehen, weil, wenn die Kügelchen weniger als
diese Menge Feuchtigkeit enthalten, der Siebrückstand über den Grenzwert von 0,03
% steigen kann.
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In dem oberflächenaktiven Mittel maß eine ungesättigte Fettsäure vorhanden
sein, die mindestens
eine Doppelbindung enthält. Zu solchen Säuren
gehören z. B. Ölsäure mit einer, Linolsäure mit zwei und Eläostearinsäure mit drei
Doppelbindungen, Es gibt zwar noch andere zufriedenstellend wirkende und äquivalente
Fettsäuren dieser Art, jedoch erscheint es nicht erforderlich, weitere aufzuzählen.
Die hydrophoben Eigenschaften der organischen Säure müssen durch eine hydrophile
Gruppe ausgeglichen werden, die nicht nur als Emulgiermittel, sondern auch als Dispergiermittel
wirkt. Das Ammoniumradikal oder die substituierten Ammoniumradikale haben diese
Eigenschaft. Es wurde gefunden, daß bei Anwendung der obengenannten Säuren sämtliche
Aminester ungesättigter Fettsäuren völlig zufriedenstellend sind, einschließlich
Ammoniumoleat, Ammoniumlinoleat, Äthylendiaminlinoleat, Monoäthylaminoleat, Monoäthanolaminoleat,
Morpholineläostearat, Morpholinoleat, Piperidinoleat und Morpholin-Supradestillat
(ein Gemisch ungesättigter Fettsäuren).
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Der Ölbestandteil des in die Form von Kügelchen gebrachten Erzeugnisses
kann ein Mineralöl oder irgendeines der im Handel befindlichen Trägeröle für Druckerschwärze
sein. Die Kügelchen können durch Auftropfen oder Aufsprühen einer Emulsion des Öles
auf eine Masse von flockigem Ruß erzeugt werden, wobei der Ruß in einer üblichen
Vorrichtung in Bewegung gehalten wird. Kügelchen, die dadurch gebildet werden, daß
in den Ruß Öl eintropfen gelassen wird, das den oberflächenaktiven Bestandteil gemäß
der Erfindung nicht enthält, erfordern ein übermäßig hohes 0l-zu-Ruß-Verhältnis
und führen so zu einem Transportproblem, da die Versandkosten für das Erzeugnis
die Versandkosten für seine getrennten Bestandteile wesentlich übersteigen können.
Demgemäß besteht ein sehr wichtiger Vorteil der Verwendung eines oberflächenaktiven
Bestandteiles der hier angegebenen Art darin, daß er die Erzeugung von Kügelchen
mit einem vergleichsweise niedrigen Verhältnis von Öl zu Ruß gestattet. Es sei bemerkt,
daß dieser Vorteil zusätzlich zu der weiteren Aufgabe dieses Bestandteiles erhalten
wird, als Dispergier-oder Benetzungsmittel für die Kügelchen in dem Druckfarbenträger
zu wirken.
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Bei der Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung wird zunächst
eine Emulsion aus Wasser, Öl und oberflächenaktiven Bestandteilen bereitet. Durch
Verändern des Wassergehaltes der Emulsion ist es möglich, Kügelchen zu erzeugen,
die ein hohes oder niedriges Öl-zu-Ruß-Verhältnis besitzen und sich leicht in dem
Druckfarbenträger dispergieren lassen. Kügelchen, die mit einem Ölgehalt zwischen
15 und 60 % erzeugt sind, [haben zufriiedenstellende Dispergierbarkeit und eine
ausreichende mechanische Festigkeit, um ohne wesentliche Zerbröckelung oder Zerstörung
gehandhabt und versandt werden zu können.
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Die Überführung des Rußes in die Form von Kügelchen kann dadurch bewirkt
werden, daß die Emulsion aus einem über der Vorrichtung zum Inbewegunghalten des
Rußes angeordneten Behälter zugesetzt wird, wobei sie veranlaßt wird, mit einem
Druck von ungefähr 1,4 kg/cm2 durch eine etwa 3 mm starke Rohrleitung zu strömen,
die mit Löchern von etwa 1,6 mm Durchmesser versehen ist. Nach diesem Vorgang wird
der staubartige Ruß am Boden der t"orrichtung abgezogen und wieder in sie oben eingefiihrt,
und diese Maßnahme wird so oft wiederholt, bis der gesamte Ruß in im wesentlichen
runde, nichts:aub°nde Kügelchen umgewandelt worden ist. Das Verfahren sei nachstehend
an einigen Ausführungsformen näher erläutert:
| Beispiel A |
| 43 % Mineralöl, |
| 54 % Wasser, |
| 2 % Ölsäure, |
| 1% Triäthanolamin. |
| Beispiel B |
| 45,1% Mineralöl, |
| 52,7 % Wasser, |
| 1,4'% Ölsäure, |
| 0,8 % Triäthanolamin. |
Durch Zusetzen dieser Emulsionen zu einem normalen, flockigen Kanalruß wurden feuchte
Kügelchen erzeugt, die im wesentlichen folgende Zusammensetzung hatten:
| 40,0 % Ruß, |
| 27,8'°/o Öl und Dispergiermittel, |
| 32,2 % Wasser. |
Die erhaltenen feuchten Kügelchen wurden dann in einem rotierenden Trockner von
12,2 m Länge und 2,45 m Durchmesser unter den folgenden Bedingungen getrocknet:
| Zufuhrgeschwindigkeit .......... 27 Kügelchen |
| je Stunde |
| Drehzahl des Trockners ........ 3 U/min |
| Feuchtigkeitsgehalt der feuchten |
| Kügelchen ................... -32 Gewichts- |
| prozent |
| Eingeführte Luftmenge ......... 9 m3/min |
| Temperatur der Luft am Eingang 171° C |
| Temperatur der Luft am Ausgang 38° C |
| Temperatur des Behandlungsgutes |
| am Ausgang ................. 41° C |
| Endgültiger Feuchtigkeitsgehalt . 22"/o, |
Während vorstehend für das in dem Erzeugnis gemäß der Erfindung verwendete Ruß-Rohmaterial
Kanalruß genannt worden ist, sei doch bemerkt, daß auch andere Rußarten, z. B. Ofenruß,
in völlig zufriedenstellender Weise benutzt werden können. Für praktische Zwecke
kann der Feuchtigkeitsgehalt der getrockneten Kügelchen zwischen 5 und 35% schwanken.
Kügelchen, deren Feuchtigkeitsgehalt über dem letztgenannten Wert liegt, neigen
zum Feuchtwerden.
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Beispiele für das Endprodukt, das sich in zufriedenstellendem Zustand
für den endgültigen Gebrauch befindet, sind: Beispiel C
| 22,6 % Feuchtigkeit 40,9 % Öl und 59,1 % Ruß |
| öhne Feuchtigkeit; daraus Öl- |
| zu-Ruß-Verhältnis 0,7:1 |
| 31,6 % Öl Rückstand beim Siebtest |
| 45,8 % Ruß 0,004 0/0 |
| 100,0'% |
Beispiel D
| 9,6 "/o Feuchtigkeit 37,2 % Öl und 62,8 % Ruß |
| ohne Feuchtigkeit; daraus Öl- |
| zu-Ruß-Verhältnis 0,6:1 |
| 33,6 % Öl Rückstand beim Siebtest |
| 56,8 % Ruß 0,0080/0 |
| 100,00/0 |
In den vorstehenden Beispielen war das oberflächenaktive Mittel
der durch Reaktion von Ölsäure mit Triäthanolamin erhaltene Aminester. Diese Reagenzien
brauchen nicht getrennt in die die Kügelchen erzeugende Flüssigkeit eingebracht
zu werden, sondern sie können der Flüssigkeit gegebenenfalls auch in gebundener
Esterform zugesetzt werden. Es sei ferner bemerkt, daß die Beispiele nur zur Erläuterung
dienen und daß das aus der Ölsäure-Triäthanolamin-Reaktion erhaltene Produkt ganz
oder teilweise durch irgendein anderes Dispergiermitte.l ersetzt werden kann, das
aber auch aus dem Reaktionsprodukt einer ungesättigten Fettsäure mit einer Stickstoffbase
aus der Gruppe des Ammoniaks und der Amine, einschließlich insbesondere der oben
angeführten Aminester, besteht.