DE1285486B

DE1285486B - Process for the production of carbon black dispersions for printing inks and coating compounds

Info

Publication number: DE1285486B
Application number: DEG34155A
Authority: DE
Inventors: Trimble Stanley Claude; Hewitt Kenneth David
Original assignee: Continental Carbon Co
Current assignee: Continental Carbon Co
Priority date: 1963-12-13
Filing date: 1964-10-21
Publication date: 1968-12-19
Also published as: GB1047096A; NL6411995A; ES306010A1; DE1571883A1; SE326722B

Description

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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur schritt durch einen Extruder gedrückt. Als geeigneteThe invention relates to a method for stepping through an extruder. As suitable

Herstellung von Rußdispersionen für Druckfarben Extruder werden hierzu solche Typen herangezogen,Production of carbon black dispersions for printing inks Extruders are used for this purpose,

und für die Herstellung von Beschichtungsmassen für die allgemein zur Herstellung von Erzeugnissen ausand for the production of coating compounds for the general production of products from

Papier. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Kunststoffzusammensetzungen verwendet werden, die Herstellung von dispergierten Grundmischungen 5 Solche Extruder oder auch Schneckenpressen be-Paper. In particular, the invention relates to plastic compositions used the production of dispersed base mixes 5 Such extruders or screw presses are

auf der Basis von Ruß und Öl und/oder Wachs mit stehen allgemein aus einer mechanisch angetriebe-based on soot and oil and / or wax with generally consist of a mechanically driven

einem hohen Anteil gleichförmig dispergierter Ruß- nen Schnecke, die in einem feststehenden Zylindera high proportion of uniformly dispersed soot- screw, which is in a fixed cylinder

teilchen, die zu Zeitungsdruckfarben und Kohle- rotiert. Dabei können Extruder mit gleichförmigemparticle that rotates to newspaper inks and carbon. You can use extruders with uniform

papierbeschichtungen weiterverarbeitet werden sollen. oder auch mit variablem Kanal verwendet werden.paper coatings are to be further processed. or can also be used with a variable channel.

Ruß wird sehr weit verbreitet als Pigment bei io Beim Extrudieren der Masse kann im Bedarfsfall Druckfarben und in Kohlepapierbeschichtungen ver- gekühlt oder auch zusätzlich erwärmt werden. Im wendet. Es bestehen jedoch Schwierigkeiten, den Ruß allgemeinen wird die Selbsterwärmung der Masse in geeignet feindispergiertem Zustand in die ent- beim Extrudieren ausreichen, die schmelzbaren Ansprechenden Grundmischungen und Druckfarben teile der Masse zu verflüssigen und geeignete Vereinzuarbeiten, denn Ruß neigt außerordentlich stark 15 arbeitungsbedingungen zu schaffen. Als Extruderdazu, Agglomerate zu bilden. So enthält der nach ausgang wird zweckmäßig eine Scheibe mit vielen konventionellen pyrolytischen Verfahren hergestellte Öffnungen, etwa von je 3,1 bis 12,3 mm Durchmesser, Ruß einen hohen Anteil äußerst stabiler Agglomerate, verwendet. Nach Austritt aus dem Extruder oder der welche vor der Einarbeitung in eine Druckfarben- Schneckenpresse kühlt die Masse schnell ab und zusammensetzung oder eine Beschichtungsmasse in ao bildet zylindrische Stücke von etwa 12 bis 38 mm geeigneter Weise zerkleinert werden müssen. Dieses Länge, die gegebenenfalls noch weiter zerkleinert Problem hat sich besonders dort als sehr schwer- werden können.Carbon black is very widely used as a pigment at io. When extruding the mass, it can be used if necessary Printing inks and in carbon paper coatings can be cooled or additionally heated. in the turns. However, there are difficulties, the soot generally becomes self-heating of the mass in a suitably finely dispersed state in the de-extrusion sufficient, the fusible responsive Basic mixtures and printing inks to liquefy parts of the mass and to work together appropriately, because soot has an extremely strong tendency to create working conditions. As an extruder for To form agglomerates. So the exit will contain a disc with many openings produced by conventional pyrolytic processes, each approximately 3.1 to 12.3 mm in diameter, Carbon black contains a high proportion of extremely stable agglomerates. After exiting the extruder or the which before being incorporated into a printing ink screw press, the mass cools down quickly and composition or a coating mass in ao forms cylindrical pieces of about 12 to 38 mm must be comminuted in a suitable manner. This length, which may be further shredded The problem has turned out to be very difficult, especially there.

wiegend erwiesen, wo als Grundsubstanz oder Träger- Die erfindungsgemäße Maßnahme des Extrudie-mainly proven where as a basic substance or carrier- The measure according to the invention of the extrusion

masse der Zusammensetzung paraffinische Kohlen- rens ist überraschenderweise äußerst wirksam zurMass of the composition of paraffinic carbon is surprisingly extremely effective for

Wasserstoffe verwendet werden, wie bei Zeitungs- 25 Zerkleinerung der Rußagglomerate und bewirkt eineHydrogens are used, as in newspaper 25 comminution of the soot agglomerates and causes a

druckfarben oder Kohlepapierbeschichtungen. In hervorragend gleichförmige Verteilung der Ruß-printing inks or carbon paper coatings. In excellent uniform distribution of the soot

solchen Fällen werden aufwendige Vermähl- und partikeln in der Zusammensetzung. Sehr häufig ge-such cases are expensive marriage and particles in the composition. Very often

Zerkleinerungsverfahren erforderlich. nügt schon einmaliges Extrudieren der Masse, umComminution process required. A single extrusion of the mass is enough

Es wurde nun gefunden, daß geeignete Feindisper- genügende Feinheit der Masse zu erzielen. In anderen sionen von Ruß in Öl und/oder Wachs unter weit- 30 Fällen kann es erforderlich oder von Vorteil sein, gehendem Verzicht auf langwierige Vermähl- und das Extrudieren einmal oder öfter zu wiederholen. Zerkleinerungsoperationen hergestellt werden kön- Soll die Dispersion zur Herstellung von Druckfarben nen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur oder Kohlepapierbeschichtungen verwendet werden, Herstellung von Rußdispersionen, das dadurch ge- so kann in einfacher Weise festgestellt werden, ob kennzeichnet ist, daß 15 bis 85 Gewichtsteile pulv- 35 die Dispersion ausreichend fein ist, d. h., ob ausrigen oder körnigen Rußes mit entsprechend 85 bis reichend extrudiert wurde, in dem die maximale 15 Gewichtsteilen eines Trägers aus der Gruppe der Teilchengröße des Dispersoids empirisch bestimmt Druckfarbenöle oder Wachsschmelzen zu einer bei wird, beispielsweise durch Bestimmung des soge-Raumtemperatur spröden Masse gemischt werden, nannten Hegman-Wertes des Extrudats nach worauf diese Masse schmelzextrudiert wird bis zu 40 ASTM D-1210. Nach diesem Bestimmungsverfahren einer maximalen Teilchengröße des Dispersoids von wird z. B. der Feinheitsgrad der Dispersion eines weniger als 0,15 Mikron. beliebigen festen Materials in einer Flüssigkeit, etwa In den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren von Anstrichfarben, Druckfarben oder ähnlichen erhaltenen Rußdispersionen sind die Rußteilchen Zusammensetzungen, bestimmt. Einem Hegmanäußerst fein verteilt und gleichförmig in der Träger- 45 Wert von 1,0 entspricht dabei eine maximale Teilphase dispergiert. Das erfindungsgemäße Verfahren chengröße des Dispersoids von 0,1 Mikron und ist überraschend einfach und besteht aus zwei ge- einem Hegman-Wert von 10 eine solche von 1 Mitrennten Operationen: Zuerst wird der Ruß in Wachs krön. Zeigt das Extrudat einen Hegman-Wert von und/oder Öl als Trägermasse suspendiert. Es ent- weniger als 1,5, d. h. eine maximale Teilchengröße steht dabei eine nur mehr oder weniger gleichförmige 50 von weniger als 0,15 Mikron, so liegt ausreichende Dispersion des zum Teil körnigen oder pulvrigen Feinheit der Dispersion vor, und eine solche Grundagglomerierten Rußes in der Trägermasse. Bei dieser mischung kann ohne weitere und zusätzliche Verersten Operation wird der Ruß nur in geringem mahlung mit anderen geeigneten Flüssigkeiten verMaße fein verteilt. Diese Grobdispersion kann durch dünnt werden zu Zeitungsdruckfarben oder auch zur einfaches Mischen in einer beliebigen bekannten 55 Herstellung von Beschichtungen von Kohlepapier. Mischvorrichtung, z. B. in einem Ponymischer, Es ist an sich bekannt, Extrudierverfahren zum Pastenmischer, Drehkesselmischer, Bandmischer Mischen plastischer Zusammensetzungen oder ähnod. ä„ hergestellt werden. Diese Mischoperation licher Stoffe heranzuziehen. Es ist jedoch völlig überwird zweckmäßig bei erhöhter Temperatur, etwa im raschend, daß dieses Mischprinzip eine sonst nur Bereich von 60 bis 107° C, ausgeführt. Ist die 60 schwierig zu bewirkende Verkleinerung der Ruß-Trägermasse, etwa ein Petrolat, bei Raumtemperatur agglomerate in einem solchen Maße erzielt wird, fest, so ist vorzuziehen, die Mischung bei einer höhe- daß der Ruß dann ohne weitere Vermahlung direkt ren Temperatur zu beginnen und die Temperatur als Pigment Verwendung finden kann. Besonders während des Mischvorganges langsam absinken zu überraschend ist dabei auch noch, daß nur relativ lassen. 65 kurzzeitiges Extrudieren genügt, während bei kon-Dieses Produkt tritt aus dem Mischer allgemein ventioneller Verfahrensweise, z. B. Vermählen in in Form geringelter Späne oder Kugeln aus und wird einer Kugelmühle, zu gleichem Zweck ein Arbeitsdann in dem nachfolgenden zweiten Verfahrens- aufwand von vielen Stunden erforderlich ist.It has now been found that suitable fine dispersion can be achieved in the mass. In other sions of soot in oil and / or wax in far - 30 cases it may be necessary or advantageous going without tedious marriage and extruding to repeat once or more. Comminution operations can be produced- Should the dispersion be used for the production of printing inks NEN are used according to the inventive method for or carbon paper coatings, Production of carbon black dispersions, which can thus be determined in a simple manner whether indicates that 15 to 85 parts by weight of powder 35 the dispersion is sufficiently fine, i. h. whether external or granular carbon black with correspondingly 85 to reaching sufficient was extruded, in which the maximum 15 parts by weight of a carrier from the group of the particle size of the dispersoid determined empirically Printing ink oils or wax melts become one at, for example by determining the so-called room temperature brittle mass is named Hegman value of the extrudate after which this mass is melt extruded up to 40 ASTM D-1210. According to this determination procedure a maximum particle size of the dispersoid is z. B. the fineness of the dispersion of a less than 0.15 microns. any solid material in a liquid, for example in the paints, printing inks or the like according to the method according to the invention The carbon black dispersions obtained are determined by the compositions of the carbon black particles. A hegman extremely finely distributed and uniformly in the carrier value of 1.0 corresponds to a maximum partial phase dispersed. The inventive method has a particle size of 0.1 micron and dispersoid is surprisingly simple and consists of two runners with a Hegman value of 10 and one with 1 Operations: First, the soot is crowned in wax. Does the extrudate show a Hegman value of and / or suspended oil as a carrier. It is less than 1.5, i.e. H. a maximum particle size If there is only a more or less uniform 50 of less than 0.15 microns, then this is sufficient Dispersion of the partially granular or powdery fineness of the dispersion before, and such a basic agglomerated Soot in the carrier mass. With this mixture can be without further and additional decay During the operation, the soot is only slightly ground with other suitable liquids finely divided. This coarse dispersion can be thinned to newspaper printing inks or to simple blending in any known 55 manufacture of carbon paper coatings. Mixing device, e.g. B. in a ponymic, It is known per se, for extrusion processes Paste mixers, rotary kettle mixers, ribbon mixers, mixing plastic compositions or the like. ä “can be produced. To use this mixed operation of licher substances. However, it is completely overcome expedient at elevated temperature, for example surprisingly, that this mixing principle is otherwise only Range from 60 to 107 ° C. Is the 60 difficult to achieve reduction of the soot carrier mass, about a petrolatum, agglomerate at room temperature to such an extent is achieved solid, so it is preferable to mix the soot directly without further grinding ren temperature and the temperature can be used as a pigment. Particularly Slowly sink during the mixing process. It is also surprising that only relatively permit. 65 short-term extrusion is sufficient, while in the case of con This product comes out of the mixer generally conventional procedure, z. B. Weddings in in the form of curled chips or balls and is then used in a ball mill for the same purpose in the subsequent second procedural effort of many hours is required.

Zur Verwendung im Rahmen dieser Erfindung sind viele Rußsorten geeignet, etwa Ofenruß, thermischer Ruß usw. Besonders bevorzugt werden die für die Gummiverarbeitung bestimmten abriebfesten Ofenrußsorten. Dabei kann der Ruß in körnigem oder auch pulverförmigem Zustand verwendet werden.Many types of carbon black are suitable for use in this invention, such as furnace black, more thermal Carbon black, etc. Particularly preferred are the abrasion-resistant ones intended for rubber processing Oven soot types. The carbon black can be used in a granular or powdered state will.

Je nach Verwendungszweck kann der Träger der dispergierten Grundmischung ein öl und/oder Wachs sein. Für Kohlepapierbeschichtungen empfiehlt sich als Träger ein weiches Wachs, z. B. ein Erdwachs oder ein mikrokristallines Wachs, oder auch solche Wachse, die mit anderen Wachsen oder nichtwachsartigen Verbindungen modifiziert sind. Auch können bei der Herstellung von Grundmischungen für Zeitungsdruckfarben schon neben den üblichen Farbölen andere Zusätze mit einbezogen werden, wie andere Farbstoffe, Harze, Bindungssäuren usw.Depending on the intended use, the carrier of the dispersed base mixture can be an oil and / or wax be. A soft wax is recommended as a carrier for carbon paper coatings, e.g. B. an earth wax or a microcrystalline wax, or those waxes that are made with other waxes or non-waxy Connections are modified. Can also be used in the production of basic mixtures for newspaper printing inks In addition to the usual color oils, other additives are included, such as other dyes, resins, binding acids, etc.

Geeignete Zusammensetzungen für das erfindungsgemäße Verfahren bestehen aus 15 bis 85 Teilen ao Ruß und entsprechend 85 bis 15 Teilen Wachs und/ oder öl, während für den Endverbraucher bestimmte Zusammensetzungen, meistens vorzugsweise mit einem Gehalt von 40 bis 65 Teilen an öligem Träger, der überwiegend aus Erdwachs oder einem üblichen Druckfarbenöl besteht, hergestellt werden. Besonders bevorzugt ist eine Grundmischung, die zur Beschichtung von Kohlepapier Verwendung finden soll und aus etwa 50% Ruß, 40 bis 45% Petrolat und etwa 5 bis 10% rohem Schuppenwachs besteht. Paraffinwachs ist ebenfalls geeignet.Suitable compositions for the process according to the invention consist of 15 to 85 parts ao Soot and accordingly 85 to 15 parts wax and / or oil, while certain for the end user Compositions, mostly preferably containing from 40 to 65 parts of oily carrier, which consists predominantly of earth wax or a common printing ink oil. Particularly A basic mixture which is intended to be used for coating carbon paper and is preferred consists of about 50% carbon black, 40 to 45% petrolatum and about 5 to 10% raw flake wax. Paraffin wax is also suitable.

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example

(Herstellung einer dispergierten Grundmischung für die Kohlepapierbeschichtung)(Preparation of a dispersed base mixture for the carbon paper coating)

Es wurde ein normaler Hobart-Extruder vom Typ eines Fleischwolfs verwendet. Durch die Verwendung eines solchen einfachen Extruders wird deutlich, daß spezielle und komplizierte Extruder nicht wesentlich sind, um einen ausreichenden Dispersionsgrad zu erzielen. Mit einem so einfachen kleinen Extruder können allerdings nur begrenzte Mengen verarbeitet werden, und auch die Temperaturerhöhung durch Eigenerwärmung während der Verarbeitung ist nur mäßig. Um in etwa die Eigenerwärmung in größeren Extrudern industriellen Ausmaßes zu simulieren, wurde ein Ansatz mit einer vorerwärmten Ruß-Wachs-Mischung durchgeführt.A standard Hobart meat grinder type extruder was used. By using of such a simple extruder, it is clear that special and complicated extruders are not essential to achieve a sufficient degree of dispersion. With such a simple little extruder However, only limited quantities can be processed, and so does the temperature increase Self-heating during processing is only moderate. To roughly the self-heating in larger To simulate industrial-scale extruders, an approach with a preheated carbon black wax mixture was used carried out.

In einem Planeten-Mischwerk wurden 5,66 kg körniger Ruß, 4,75 kg Erdwachs und 9,06 kg rohes Schuppenwachs bei 94,7° C etwa 25 Minuten vermischt, dann auf Raumtemperatur abgekühlt und durch den Extruder gegeben. Ein Teil des Materials wurde auf 93° C erwärmt und nochmals durch den Extruder gegeben. Aus beiden Dispersionen wurde durch Verdünnung mit Druckfarbenöl und Paraffin eine Beschichtungsmasse für Kohlepapier hergestellt mit der Zusammensetzung 16,66% Ruß, 14% Erdwachs, 33,74% Farböl und 35,6% Paraffin. Die Hegman-Werte der Zusammensetzungen wurden bestimmt mit: In a planetary mixer, 5.66 kg of granular soot, 4.75 kg of earth wax and 9.06 kg of raw Flake wax mixed at 94.7 ° C for about 25 minutes, then cooled to room temperature and given through the extruder. Part of the material was heated to 93 ° C. and again through the Given extruder. Both dispersions were made by dilution with printing ink oil and paraffin a coating mass for carbon paper produced with the composition 16.66% carbon black, 14% earth wax, 33.74% color oil and 35.6% paraffin. the Hegman values of the compositions were determined to be:

Kalt durchgesetzte Probe 1 (entsprechend 0,1 μCold assayed sample 1 (corresponding to 0.1 μ

maximaler Größe)maximum size)

Kalt und erhitzt durchgesetzte Probe 0,5 bis 0,6 (entsprechendCold and heated sample 0.5 to 0.6 (corresponding to

0,05 bis 0,06 μ)0.05 to 0.06 μ)

Ein Teil der erhaltenen dispergierten Grundmischung wurde mit der gleichen Menge eines hellen Grundöles verdünnt und diese Mischung mit Kerosin auf geeignete Viskosität eingestellt. Es resultierte eine gut brauchbare Druckfarbe mit gut dispergiertem Rußpigment.A portion of the base dispersed mixture obtained was mixed with the same amount of a light Diluted the base oil and adjusted this mixture to a suitable viscosity with kerosene. It resulted a useful printing ink with well dispersed carbon black pigment.

Claims

Patent claims:

1. Process for the production of carbon black dispersions for printing inks and coating compounds, characterized in that 15 to 85 parts by weight of powdery or granular carbon black with correspondingly 85 to 15 parts by weight of a carrier from the group of printing ink oils or Wax melts are mixed to form a mass that is brittle at room temperature, whereupon this Mass is melt extruded down to a maximum particle size of the dispersoid of less than 0.15 microns.

2. The method according to claim 1, characterized in that 40 to 65 parts by weight of carbon black and accordingly, 60 to 35 parts by weight of the carrier are used.

3. The method according to claim 2, characterized in that a carrier is used which is a gelatinous wax with a minimum content of 75 percent by weight earth wax.

4. The method according to claim 2, characterized in that a carrier is used, which is a montan wax.

5. The method according to claim 2, characterized in that a carrier is used which is an ink oil.

6. The method according to claim 2, characterized in that the carrier earth wax and raw Scale wax and a composition of 50 parts by weight carbon black, 40 to 45 parts by weight Earth wax and 5 to 10 parts by weight of scale wax is used.

7. A method according to claim, characterized in that a carbon black is used, which is a wear-resistant furnace black for rubber production.