DE1054617B

DE1054617B - Process for compacting carbon black

Info

Publication number: DE1054617B
Application number: DEC12222A
Authority: DE
Inventors: Curt B Beck; Jarvis M Johnson; John Jones Seitz
Original assignee: Godfrey L Cabot Inc
Current assignee: Godfrey L Cabot Inc
Priority date: 1954-12-06
Filing date: 1955-12-05
Publication date: 1959-04-09
Also published as: GB796433A; FR1136660A

Description

Verfahren zum Verdichten von Farbruß Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überführen feinteiligen, als Farbpigment geeigneten Rußes in eine praktisch staubfreie Form, ohne seine Mischeigenschaften wesentlich zu beeinträchtigen. Zur Behandlung nach dem Verfahren gemäß der Erfindung eignen sich Rußarten, wie sie üblicherweise als Pigmente in Schutzanstrichen, namentlich in Emaillefarben, Lacken oder Firnissen, und in Druckerschwärze für lithographische Zwecke und gestrichene Papiere verwendet werden.Process for compacting carbon black The invention relates to a process for converting finely divided carbon black suitable as a color pigment into a practical dust-free form without significantly impairing its mixing properties. To the Treatment according to the method according to the invention is suitable for soot types such as them usually as pigments in protective coatings, namely in enamel paints, lacquers or varnishes, and in printing ink for lithographic purposes and coated Papers are used.

Die Einführung von Ruß in schwere, viskose Bindemittel, z. B. Leinölfirnis, Lacke, Harze u. dgl., erfordert intensives Rühren und Mahlen. Eine innige und gleichmäßige Verteilung des Rußes ist bei den erforderlichen hohen Rußgehalten wegen der besonderen Eigenschaften solcher Bindemittel aber auch dann nur schwer zu erreichen. Aus diesem Grund konnte bisher nur flockiger Ruß benutzt werden, da gekörnter Ruß, wie er gewöhnlich als Füllstoff für Kautschuk verwendet wird, zu viele gröbere Teilchen enthält, die sich einer Dispersion widersetzen. So können z. B. Kügelchen, die in trockenem Zustand in einer Drehtrommel oder in nassem Zustand in einem Mischer hergestellt wurden, selbst nach einem halben Dutzend oder mehr Durchgängen durch einen üblichen Dreiwalzenstuhl nicht einwandfrei in ein Bindemittel eingearbeitet werden. Trotz alledem ist verdichteter Ruß dem flockigen vorzuziehen, der stark staubt und selbst bei Beachtung umfangreicher Schutzmaßnahmen die Luft in den Herstellungsräumen anfüllt. Außerdem wird flockiger Ruß durch Bindemittel nur schwer benetzt, und seine Verschiffung und Lagerung wegen des niederen Schüttgewichtes ist teuer.The introduction of carbon black in heavy, viscous binders, e.g. B. boiled linseed oil, Paints, resins, and the like, require intensive stirring and grinding. An intimate and even one Distribution of the soot is at the required high soot contents because of the special However, properties of such binders are difficult to achieve even then. For this So far, only flaky carbon black could be used, as granulated carbon black, as usual Used as a filler for rubber, it contains too many coarser particles that resist dispersion. So z. B. Beads that are in the dry state were produced in a rotating drum or in a wet state in a mixer, even after half a dozen or more passes through a standard three-roll mill cannot be properly incorporated into a binder. Despite all this, it is more condensed Soot is preferable to flaky, which is very dusty and even more extensive, even if you pay attention to it Protective measures that fills the air in the production rooms. It also becomes flaky Soot is difficult to wet with binding agents, and because of its shipping and storage the low bulk weight is expensive.

Ziel der Erfindung ist es, als Farbpigment geeigneten Ruß so zu verdichten, daß er nicht mehr staubt und mit an sich bekannten Mitteln in schweren Bindemitteln völlig und gleichmäßig verteilt werden kann.The aim of the invention is to compress carbon black suitable as a color pigment in such a way that that he no longer dusts and with known agents in heavy binders can be distributed completely and evenly.

Beim Verfahren gemäß der Erfindung wird mit einem Rührer mechanisch bewegter Ruß mit etwa 1 bis 12 Gewichtsprozent Wasser so lange besprüht, bis die Dichte des Rußes einen Wert zwischen 0,176 und 0,24 g/cml erreicht hat. Dann wird der teilweise verdichtete Ruß in einer Drehtrommel umgewälzt, bis er die Form von Kügelchen angenommen hat. Nach einem bevorzugten, zusätzlichen Schritt werden die so geformten Kügelchen durch mechanische Bewegung wieder zertrümmert, während sie in einem Trägergas suspendiert sind. Durch die Behandlung gemäß der Erfindung wird die Anfangsrütteldichte von 0,048 bis 0,112 g/cm3 auf 0,256 bis 0,336 g/cm3 erhöht, und der erhaltene Ruß ist in Bindemitteln leicht dispergierbar, obwohl er in Form kleiner, praktisch staubfreier Aggregate vorliegt.In the method according to the invention, a stirrer is used mechanically Moving soot is sprayed with about 1 to 12 percent by weight of water until the The density of the soot has reached a value between 0.176 and 0.24 g / cml. Then it will be the partially compacted soot is circulated in a rotating drum until it has the shape of Has accepted globules. After a preferred, additional step, the so shaped beads are smashed again by mechanical movement while they are are suspended in a carrier gas. By the treatment according to the invention the initial vibration density increased from 0.048 to 0.112 g / cm3 to 0.256 to 0.336 g / cm3, and the obtained carbon black is easily dispersible in binders although it is in shape small, practically dust-free units.

Der bei seiner Herstellung flockig angefallene Ruß wird in einen großen Behälter erheblicher Kapazität gegeben, der beispielsweise 1,359 t Ruß aufnehmen kann. Der Behälter ist mit einer Rühreinrichtung versehen, z. B. einer drehbaren Achse, die mit ausreichend großen Schaufeln oder Stangen versehen ist, um die gesamte Rußmenge in Bewegung zu halten. Während der Bewegung wird Wasser in genügender Menge auf die Oberfläche der Rußmasse gesprüht, um alle Teilchen des Rußes zu befeuchten. Die benötigte Wassermenge hängt von der Oberflächenbeschaffenheit des Rußes ab und liegt gewöhnlich zwischen 1 und 12"/, des Rußgewichtes. Das Rühren wird fortgesetzt, bis das Wasser in der gesamten Rußmasse vollständig verteilt ist, was durch eine Erhöhung der Rütteldichte des Rußes auf etwa 0,176 bis 0,24 gicm3 erkenntlich ist.The soot that is flaky during its production is converted into a large one Containers of considerable capacity, for example, can hold 1.359 t of soot can. The container is provided with a stirring device, e.g. B. a rotatable Axle provided with sufficiently large blades or rods to move the whole To keep the amount of soot moving. During the movement there is enough water sprayed on the surface of the soot mass to wet all particles of the soot. The amount of water required depends on the surface properties of the soot and is usually between 1 and 12 "/, of the soot weight. Stirring is continued, until the water is completely distributed in the entire soot mass, which is achieved by a Increasing the vibration density of the soot to about 0.176 to 0.24 gicm3 can be seen.

Die durch die vorstehend beschriebene Bewegung erzielte Dichte ist kritisch. Liegt sie unter 0,176 g/cm3 oder über 0,24 g/cm3, so bilden sich beim anschließenden Granulieren nichtdispergierbare Rußaggregate. Es scheint, als ob die kritische Dichte nur mit einer Menge Befeuchtungswasser in den oben angegebenen Grenzen erreicht werden kann, ohne daß für diese Beobachtung eine Erklärung gegeben werden kann. Möglicherweise verdampft durch die während der Bewegung erzeugte Wärme gerade die angegebene Wassermenge, und der Wasserdampf schlägt sich dann gleichmäßig auf den Rußteilchen nieder. Danach läßt sich der feuchte Ruß ohne übermäßiges Verdichten granulieren.The density achieved by the agitation described above is critical. If it is below 0.176 g / cm3 or above 0.24 g / cm3, the subsequent granulation of non-dispersible carbon black aggregates. It seems as if the critical density only with an amount of dampening water in the above specified Limits can be reached without an explanation being given for this observation can be. May evaporate from the heat generated during movement just the specified amount of water, and the water vapor then beats evenly down on the soot particles. Thereafter, the moist soot can be released without excessive compaction granulate.

Der vorverdichtete Ruß wird in einer drehbaren Granuliertrommel üblicher Art umgewälzt. Die Trommel iat z. B. eine Länge von 3,6 bis 4,2 m und einen Durchnesser von 1,8 bis 3,6 m, ohne daß es auf diese Größen ankommt. In die Trommel wird so viel von dem vorerdichteten Ruß gegeben, daß die Tiefe der Bußschicht stwa halb so groß ist wie bei den gewöhnlichen Granuierverfahren, d. h. etwa 35,6 cm bei einer Trommellänge von 3,6 m und einem inneren Durchmesser von 1,8 m and einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 8 Umdr./11in. Die Schichttiefe ist nicht besonders kritisch, sie muß nur erheblich unter der liegen, die beim Granulieren von Ruß nach den bisher üblichen Verfahren angewendet wird, der als Füllstoff für Kautschuk verwendet werden >oll. Die Zufuhr des Rußes in und die Entnahme der Kügelchen aus der Trommel erfolgt beim Verfahren ,gemäß der Erfindung mit einer Geschwindigkeit, die mindestens viermal so groß ist wie die bei dem bisher üblichen Granulieren, d. h. die Verweilzeit des Rußes in der Trommel beträgt höchstens ein Viertel der bisher üblichen. Bei einer Trommel der vorstehend angegebenen Größe werden etwa 227 kg/Std. durchgesetzt, während bei dem bisher üblichen Perlen von Kautschukruß nur eine Menge von etwa 56 kg/Std. durchgesetzt wird. Bleibt der Ruß erheblich länger in der Trommel, so erhöht sich zwar seine Dichte nicht mehr erheblich, aber die Kügelchen werden härter und enthalten dann nichtdispergierbare Aggregate.The pre-compacted carbon black becomes more common in a rotatable granulating drum Kind of overturned. The drum iat z. B. a length of 3.6 to 4.2 m and a diameter of 1.8 to 3.6 m, without these sizes being important. So much of the pre-compacted soot is poured into the drum that the depth of the The fine layer is about half the size of the usual granulating process, i.e. H. about 35.6 cm with a drum length of 3.6 m and an inner diameter of 1.8 m at a speed of 8 rev / 11in. The layer depth is not particularly critical, it just has to be considerably lower than that obtained during granulation of carbon black is applied according to the previously customary process, which is used as a filler for Rubber should be used. The feeding of the soot into and the removal of the beads from the drum takes place in the method according to the invention at a speed which is at least four times the size of the granulation that has been customary up to now, d. H. the soot's residence time in the drum is a quarter of the maximum previously usual. For a drum of the size given above, about 227 kg / hour prevailed, while with the previously common pearls of rubber black only an amount of about 56 kg / hour. is enforced. If the soot stays much longer in the drum, its density no longer increases significantly, but the Beads become harder and then contain nondispersible aggregates.

Die üblichen Verfahren zum Granulieren von Kautschukruß sind bekannt, so daß sich eine nähere Beschreibung derselben erübrigt. Es genügt, darauf hinzuweisen, daß für jede Bußart ein bestimmtes Verhältnis zwischen Tiefe der Bußschicht, Bußdurchsatz, Trommelgröße und Umdrehungsgeschwindigkeit der Trommel besteht und daß die angestellten Vergleiche zwischen den Bedingungen der Bußverdichtung gemäß der Erfindung und denen des bisher üblichen Granulierens jedem Fachmann verständlich sind. Die aus der Trommel abgeführten Kügelchen haben eine Dichte zwischen 0,256 und 0,336 g/cm3. In dieser Form sind sie jedoch nicht immer bei den üblichen zwei oder drei Durchgängen durch den Dreiwalzenstuhl in zufriedenstellender Weise dispergierbar. Deshalb werden die Kügelchen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer gasförmigen Atmosphäre zerkleinert. Dazu werden die Kügelchen beispielsweise mit Luft oder einem anderen Gas durch ein Gebläse geleitet, das sich schnell genug dreht, um die Kügelchen gleichmäßig und weitgehend zu zertrümmern. Beispielsweise ist ein Gebläse mit einem Rotor von 51 cm Durchmesser, Zu- und Abfuhrstutzen von 23 cm Durchmesser und einer Umlaufgeschwindigkeit von 1400 bis 2000 Umdr./Min. durchaus geeignet.The usual methods for granulating rubber black are known, so that a more detailed description of them is superfluous. Suffice it to point out that for each type of bus there is a certain relationship between the depth of the bus layer, bus throughput, Drum size and speed of rotation of the drum and that the employed Comparisons between the conditions of penal compaction according to the invention and those of the previously customary granulation are understandable to any person skilled in the art. The ones from the drum discharged beads have a density between 0.256 and 0.336 g / cm3. In this However, they are not always in shape with the usual two or three passes the three-roll mill is satisfactorily dispersible. That's why the Beads according to a preferred embodiment of the method according to the invention crushed in a gaseous atmosphere. For this purpose, the beads are, for example with air or some other gas passed through a fan that moves fast enough rotates to shatter the beads evenly and to a large extent. For example is a blower with a rotor of 51 cm diameter, inlet and outlet nozzles from 23 cm diameter and a speed of 1400 to 2000 rev / min. absolutely suitable.

Die das Gebläse verlassenden, zerbrochenen Kügelchen werden in üblicher Weise, z. B. in Zyklonen oder Beutelabscheidern oder anderen Filtern, aufgefangen.The broken beads exiting the fan become more common Way, e.g. B. in cyclones or bag separators or other filters, collected.

Diese zerbrochenen Kügelchen stauben überraschenderweise nicht mehr und fliegen im Mischraum nur umher, wenn sie übermäßig bewegt werden.Surprisingly, these broken spheres no longer generate dust and only fly around in the mixing room if they are moved excessively.

Im nachstehenden Beispiel 1 wird ein Vergleich angestellt zwischen den Eigenschaften eines nach dem Verfahren der Erfindung verdichteten, als Farbpigment geeigneten Rußes und den Eigenschaften eines Rußes der gleichen Sorte, der nach dem bisher üblichen, sogenannten Trocken-Trommelverfahren gekörnt wurde. Die in üblicher Weise hergestellten Kügelchen enthalten alle durch Adsorption aus der Atmosphäre aufgenommene Feuchtigkeit, lassen sich aber, selbst nach Zerkleinern in einem mit besonders hoher Geschwindigkeit umlaufenden Gebläserotor, nicht in zufriedenstellender Weise in einer Leinölfirnis als Grundbestandteil enthaltenden Druckerschwärze, wie sie in den Beispielen benutzt wird, dispergieren. Beispiel 1 Bußart I I und Il I I II I Bußzustand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . bewegt flockig lauf übliche Art hergestellte auf übliche Art hergestellte Kügelchen, zerbrochen im Kügelchen, zerbrochen Gebläse bei 2250 Umdr./ I im Gebläse bei 3250 Um- Min. dr./Min. Feuchtigkeitsgehalt, °/o ... .... ... .... 2 bis 6 6 - Schüttgewicht, g/cm3 ................. 0,16 0,30 0,33 Ruß im Bindemittel, °/o .............. 20 25 20 Benetzungszeit im Bindemittel ........ 60 30 55 Zahl der Durchgänge durch den Drei- walzenstuhl zwecks Dispersion ...... 2 5 5 Bemerkungen ............... ... ...... Beträchtliches Haften an der Leichtes Haften an der ersten Walze; nicht völlig ersten Walze dispergiert; nach 24 Stun- den Stehen ausgeflockt I Bußart I II Bußzustand ...................................... nach Erfindung hergestellte nach Erfindung herge- Kügelchen, im Gebläse bei stellte Kügelchen, im 1800 Umdr./Min. zerkleinert Gebläse bei 2000 Um- dr./Min. zerkleinert Feuchtigkeitsgehalt, °% ............................ 7 4,5 Schüttgewicht, g/cm3 .............................. 0,3 0,31 Ruß im Bindemittel, °/o .......... ... . ... .... .. .. . . 25 20 Benetzungszeit im Bindemittel. . ... ... ... . ... ... .... 50 55 Zahl der Durchgänge durch den Dreiwalzenstuhl zwecks Dispersion ...................................... 3 3 Bemerkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . unbeträchtliches Anhaften an I unbeträchtliches Anhaften der ersten Walze ; an der ersten Walze Die in diesem Beispiel verwendeten I- und II-Ruße sind Channelruße mit einer Farbe von 78 bis 81 (Cabot Nigrometer Skale), einer durchschnittlichen Teilchengröße zwischen 17 und 25 mu., einer Oberfläche von 100 bis 200 m2/g und einer Ölabsorption von 70 bis 8501, Die in üblicher Weise gekörnten Bußproben haften in unerwünschter `''eise an der ersten Walze. Mit anderen Worten, beim ersten Durchgang der Schwärze durch die Walze bleiben Bußteilchen an der ersten Walze haften, die sich erst nach mindestens fünf Durchgängen des Gemisches durch den Walzenstuhl entfernen lassen. Selbst dann bleiben noch kleinste harte Bußkeime zurück, wodurch die Qualität der Schwärze beeinträchtigt wird, obwohl sie noch den Vorschriften entspricht.In Example 1 below, a comparison is made between the properties of a carbon black, suitable as a color pigment, compacted according to the method of the invention and the properties of a carbon black of the same type which has been granulated by the so-called dry drum method which has been customary up to now. The spheres produced in the usual way all contain moisture absorbed from the atmosphere by adsorption, but, even after comminution in a fan rotor rotating at particularly high speed, cannot be satisfactorily converted into a printing ink containing linseed oil varnish as a basic component, as used in the examples will disperse. example 1 Penalty II and II II II I. State of repentance. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . moves flaky running usual way made in the usual way Bead, broken in the bead, broken Fan at 2250 rpm / I in the fan at 3250 rpm Min. Dr./min. Moisture content, ° / o ... .... ... .... 2 to 6 6 - Bulk weight, g / cm3 ................. 0.16 0.30 0.33 Soot in the binder, ° / o .............. 20 25 20 Wetting time in the binder ........ 60 30 55 Number of passes through the three roller mill for the purpose of dispersion ...... 2 5 5 Remarks ............... ... ...... Considerable adherence to the Slight adherence to the first roller; not completely first roller dispersed; after 24 hours the standing flocculated I Penalty type I II State of penance ...................................... manufactured according to the invention manufactured according to the invention Globules, placed in the blower at globules, im 1800 rev / min. crushed blower at 2000 rpm dr./min. crushed Moisture content, °% ............................ 7 4.5 Bulk weight, g / cm3 .............................. 0.3 0.31 Soot in the binder, ° / o .......... .... ... .... .. ... . 25 20 Wetting time in the binder. . ... ... .... ... ... .... 50 55 Number of passes through the three-roller mill in order to Dispersion ...................................... 3 3 Remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . insignificant attachment to I. insignificant attachment the first roller; on the first roller The I and II carbon blacks used in this example are channel blacks with a color of 78 to 81 (Cabot nigrometer scale), an average particle size between 17 and 25 μm, a surface area of 100 to 200 m2 / g and an oil absorption of 70 to 8501, The usual grained penance samples adhere to the first roller in an undesirable `` '' way. In other words, when the blackness passes through the roller for the first time, fine particles adhere to the first roller and can only be removed after the mixture has passed through the roller frame for at least five times. Even then, the smallest, hard penance remains, which affects the quality of the blackness, even though it still complies with the regulations.

Nachstehendes Beispiel veranschaulicht die Wirkung einer Ruß-Vorverdichtung vor der Körnung, die für das Verhalten der Kügelchen in Schwärzemischungen kennzeichnend ist. Beispiel 2 Versuch A I Versuch B Bußart .............. II j II Dichte nach dem Rühren j vor dem Körnen ..... 0,19 ! 0,25 Feuchtigkeit im Produkt, °% ................ 1 1 Ruß im Bindemittel, °/0 20 20 Dreiwalzenstuhlversuche Benetzungszeit....... 55 Sekunden 25 Sekunden Haften an der Walze kein geringes Zahl der Durchgänge, um eine flockigem Ruß äquivalente Di- spersion zu erlangen 1 j 2 Nachfolgend wird das Verfahren gemäß der Erfindung erläutert.The following example illustrates the effect of pre-compaction of soot before graining, which is characteristic of the behavior of the spheres in black mixtures. Example 2 Try AI Try B Type of penalty .............. II j II Density after stirring j before graining ..... 0.19! 0.25 Moisture in the product, °% ................ 1 1 Soot in the binder, ° / 0 20 20 Three roll mill tests Wetting time ....... 55 seconds 25 seconds Adhere to the roller no little Number of passes, to a flaky one Soot equivalent di- to attain spersion 1 y 2 The method according to the invention is explained below.

Beispiel 3 Ein II-Ruß wird kontinuierlich einem großen Rührbehälter zugeführt, darin mit Wasser besprüht und mit einer solchen Geschwindigkeit entfernt, daß der Ruß 4,5"/, Wasser enthält und eine Dichte zwischen 0,176 und 0,24 g/cm3 aufweist. Die Kapazität des Behälters reicht aus, um 5436 kg Ruß in 24 Stunden, d. h. 226 kg/Std., vorzuverdichten. Diese Geschwindigkeit ist viermal so groß wie die gewöhnlich zur Herstellung von Kügelchen einer entsprechenden Enddichte nach den bisher üblichen Verfahren angewandte. Der so vorverdichtete Ruß wird dann direkt in das Zuführende einer leeren Trommel von 3,7 m Länge und 1,8 m innerem Durchmesser geleitet. Die Tiefe der Kügelchenschicht wird auf etwa 35,6 cm gehalten und die Trommel mit 8 Umdr./Min. gedreht. Die Kügelchen, die in der gleichen Menge abgeführt werden, in der der vorverdichtete Ruß zugeführt wird, d. h. mit 226 kg/Std., haben eine Dichte von 0,315 g/cm3. Danach werden die Kügelchen mit Luft durch ein Gebläse mit einem Rotor von 50,8 cm Durchmesser, der sich mit 2000 Umdr./Min. dreht, geleitet. Der Ansaug- und der Ablaßstutzen haben eine lichte Weite von je 23 cm. Die Eigenschaften dieses Produktes sind aus der letzten Spalte vom Beispiel 1 ersichtlich.Example 3 A II carbon black is continuously added to a large stirred tank fed, sprayed in it with water and removed at such a rate, that the carbon black contains 4.5 "/, water and a density between 0.176 and 0.24 g / cm3 having. The capacity of the container is sufficient to remove 5436 kg of soot in 24 hours, d. H. 226 kg / hour to be pre-compacted. This speed is four times as great as usually used to produce beads of an appropriate final density the usual procedures used up to now. The so pre-compressed soot then becomes direct into the feed end of an empty drum 3.7 m long and 1.8 m internal diameter directed. The depth of the bead layer is maintained at about 35.6 cm and the Drum with 8 rev./min. turned. The globules that dissipated in the same amount in which the pre-compressed soot is fed, d. H. at 226 kg / hour a density of 0.315 g / cm3. After that, the beads are blown with air with a rotor of 50.8 cm diameter, which rotates with 2000 rev / min. turns, directed. The intake and drainage ports have a clear width of 23 cm each. The properties of this product can be seen in the last column of Example 1.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Process for compacting carbon black, thereby characterized in that flake black is wetted with 1 to 12 percent by weight of water is moved until its bulk density reaches a value between 0.176 and 0.24 g / cm3 has, and the so pre-compressed soot in an empty rotating drum in a thin layer is circulated by about a quarter of the clear width of the rotary drum for as long as until it took the form of globules and its density was between 0.256 and has reached 0.336 g / cm3.

2. The method according to claim 1, characterized in that that by a rotary drum of 3.6 to 4.2 m length and 1.8 to 3.6 m inside diameter and 8 rev / lvlin. every hour about 227 kg of pre-compressed soot are sent.

3. Method according to Claim 1 or 2, characterized in that the in the rotary drum recovered penitentiary pellets suspended in a gaseous atmosphere and shocked to be smashed.