DE1592855A1

DE1592855A1 - Verfahren zur Ozonisierung von Russ

Info

Publication number: DE1592855A1
Application number: DE19671592855
Authority: DE
Inventors: Erivan Hagopian
Original assignee: Cabot Corp
Current assignee: Cabot Corp
Priority date: 1966-10-26
Filing date: 1967-10-25
Publication date: 1972-10-26
Also published as: GB1168514A; NL6714515A; DE1592855B2; BE750248Q; US3495999A; DE1592855C3

Description

PATENTANWÄLTE DR.-ING. VON KREISLER DR.-ING. SCHONWALCB/e^

DR.-ING.'TH. MEYER DR. FUES ^^£^^'r^n

KÖLN 1, DEICHMANNHAUS '\53 28

Köln, den 21.10.1967 El/Ax

Cabot Corporation,

125 High Street, Boston. Massachusetts 02110 (ü.S.A.)

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Sachbehandlung Ton HuS zur Veränderung der Oberflächeneigenschaften des Rußes, speziell ein neues und äußerst wirksae.es Verfahren zur Oxydation der Bußoberfläche durch Ozonisierung und di· nach diesem neuen Verfahren hergestellten Buße«

Sie Ozonisierung τοη Bußen ist bekannt· Sie wird gewöhnlich vorgenommen, um gewisse Buße für die Zugabe zu Bindemitteln τοη Druckfarben, ε·Β· hochwertigen Flachdruckfarben, Buchdruckfarben, Kohlepapierfarben u.dgl., geeignet zu machen· Eine Haupteigenschaft des Bußes, die durch die Ozonisierung und andere oxydierende Behandlungen beeinflußt wird, ist die sog* fließeigenschaft. Biese Eigenschaft 1st ein empirisch bestimmtes Maß der Fließfähigkeit einer alt einem gegebenen Büß hergestellten Standard-Druckfarbe.

Bei der Herstellung τοη ozonbehandeltem Büß sind gewisse betriebliche Vereinfachungen und Erleichterungen erzielbar, die bei der Herstellung τοη anderen oxydierten Bußen nicht erreicht werden. Beispielsweise sind die Korrosions-

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Probleme bei einer Anlage zur Behandlung alt Ozon wesentlich geringer als bei Anlagen zur Säurebehandlung, ferner ist bei einem 7er fahr en, das Ozon verwendet, keine sehr genaue Regelung in Bezug auf Zeit und Temperatur notwendig, weil die Reaktion zwischen BuB und Ozon sehr schnell verlauft· Schließlich werden die Probleme in Verbindung mit der Emission von gasförmigen Oxyden in die Atmosphäre vollständig vermieden, wenn Ozon als Oxydationsmittel verwendet wird*

Ozon ist jedoch sehr teuer« verhältnismäßig instabil und nicht ganz ungefährlich in der Handhabung. Die BuB-hersteller haben daher gewisse Bedenken* die Ozonisierung als Oberflächenbehandlung anzuwenden· Ein weiterer Nachteil der Verwendung von Ozon ist die Notwendigkeit, den

BuB in der "flockigen" Form zu behandeln, um gleichmäßigen Kontakt und gleichmäßige Behandlung sicherzustellen· Flockiger BuB bringt bekanntlich Staubprobleme mit sich, die zusätzlich zu den Handhabungsschwi&rigkeiten Unannehmlichkeiten und Belästigungen des Personals bedeuten·

Gegenstand der Erfindung 1st ein Verfahren zur Ozonisierung von HuB, der sich zur Verarbeitung sowohl in verperlt er Form als auch in flockiger Form eignet» Mit diesem Verfahren werden sehr hohe Wirkungsgrade in der Ausnutzung des Ozons erreicht. Sie Erfindung betrifft ferner die nach diesem Verfahren erhaltenen Buße, die den damit hergestellten Druckfarben hervorragende Eigenschaften verleihen»

Beim Verfahren gemäß der Erfindung werden der BuB und ein ozonhaltiges Gas gleichzeitig in eine hochintensive Feinmahlvorrichtung des Typs eingeführt, der als "Strahlmühle¹* bekannt ist» in der ein gasförmiger Treibmittelstrom das liahlgut mit hoher Geschwindigkeit in einer geschlossenen Mahlkammer umschleudert, wobei die Feststoffe intensiv aufeinanderprallen und die Teilchen fein zerkleinert werden*

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In dieser Beschreibung und in den Ausführungsbeispielen sowie den Zeichnungen werden Ausiührunssformen der Erfindung beschrieben bzw* dargestellt· Die Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit den Abbildungen beschrieben·

Fig.1 zeigt teilweise im Schnitt eine Seitenansicht einer Vorrichtung» die zur Burchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung geeignet ist»

Fig.2 zeigt als Schnitt längs der Linie 2-2 von JIg.1 die Hauptteile der Vorrichtung.

Die dargestellte Strahlmühle 12 enthält eine Aufgabeleitung 14 für das Mahlgut, einen Hohlraum 16 als Mahlkammer und eine Austragleitung 13 tür das Produkt, die mit einem Produktabssheider 20 ν -uiden let. Die Aufgabeleitung 14 trägt das Mahlgut *.-* die Eintrittslei tun-j 22 für das Treibmittel aus* Die Leitung 22 1st alt einer Düse 23 vergehen» durch die sehr hohe Geschwindigkeiten der hihdurchgeleitste» Medien erzielt werden. Ein Hilf streibmittel wird durcii die Öffnung 28 eingeführt und strömt durch einen Biirrauo 29 und durch tangential ausgerichtete Busen 30 xd die Kammer 16. Das mit hoher Geschwindigkeit strömende Treibmittel trägt mit dazu bei» das feste Mahlgut in die Vorrichtung zu saugen und verleiht ihm die Geschwindigkeit» die zur Erzielung einer guten Mahlwirkung erforderlich ist·

Die beschriebene St*hlmühle 1st von dem Typ, der unter der Handelsbezeichnung "Micronizer" von der Firma Sturtevant Mill Co., Boston, Massachusetts, hergestellt wird und die Nenngrößenbezeichnung 4 Zoll hat. Ba der behandelte HuB in Form feiner Teilchen und in einem ziemlich stark verdünnten Gasstrom aus der Mühle abgezogen wird, ist es zweckmäßiger, den normalen Austritt zu einest üblichen Auffangsystem mit einer Platte 24 au verschließen und das Produkt im hoch liegenden ("overhead") ^em ?.Q aufzufangen.

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BAD ORIGINAL

Das in die Kammer 16 eingetragene Treibmittel kann aus beliebigen Gasen bestehen« die die erwünschte Tollendung der Reaktion zwischen dem Büß und Ozon nicht wesentlich et or on. luft, die unter einem Druck von etwa 7 kg/cm bis zu einigen Hundert psi und bei Temperaturen von . _v, Umgebungetemperatur bia zu mehreren hundert ⁰F zugeführt, ist als !Treibmittel durchaus geeignet und ideal vom Standpunkt der leichten Verfügbarkeit. Im Idealfall sollte das Treibmittel «in verhältnismäßig trockenes Gas sein· Die Reaktion mit dem Ozon findet jedoch so schnell statt und die Vermischung in der Strahl mühle ist so gut, dass sogar Wasserdampf als Treibmittel bei Temperaturen bis etwa 316⁰O verwendet werden kann. Bei solchen Temperaturen findet jedoch eine gewisse Zersetzung des Ozons statt, bevor es- mit dem Ruß reagieren kann, so daß Temperatur en unterhalb von 204-⁰C insbesondere bei Verwendung von Wasserdampf bevorzugt werden»

Eine genaue Regelung der zugeführten Mengen, des Rußes und des Ozons ist erwünscht und kann dazu dienen, den erreichten Ozonisierungsgrad einzustellen· Gewichtsver hältniese von Ozon zu Ruß zwischen etwa 0,005*1 und etwa 0»3t1, vorzugsweise zwischen etwa 0,015*1 und 0,1:1 erwiesen sich als wirksam für die Gewinnung von Rußen mit guten Färbeeigenschaften* Natürlich hängt der optimale Grad der Behandlung von dem jeweiligen kohlenstoffhaltigen Rohmaterial, das für die Ozonisierung gewählt wird, und von dem jeweiligen Verwendungszweck ab, tür den der behandelte Ruß vorgesehen 1st.

Ruße, die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt werden, werden zweckmäßig durch die Diphenylguanidinadsorption und den Gehalt an flüchtigen Bestandteilen hinsichtlich ihrer Oberfläche gekenreeichnet· Diese Teste zur Bestimmung dieser Parameter werden nachstehend kurz beschrieben!

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Die Oberfläche vird durch Sticlutof !adsorption nach der bekannten Brunauer-Emmett-Teller-Methode bestimmt*

Der Gehalt an flüchtigen Bestandteilen im Verhältnis zu der Bauerstoffmenge» die an einen BuS chemisch gebunden ist, wird bestimmt, indem der BuB auf 95O⁰G erhitzt und der Gewichtsverlust des Rußes ermittelt wird·

Die Diphenylguanidlnadsorption (JuPGt) ist ebenfalls ein Maß für den Grad der Nachbehandlung mit Ozon und erwies eich für gewisse Zwecke als das beste einzelne Haß der Oberflächenaktivität von Büß· Dieser Test wird wie folgt durchgeführt ι Eine Probe von Λ g Büß wird etwa 30 !Hauten in einer O,00in-Losung von Diphenylguanidin in Benzol geschüttelt. Nach dem Schütteln laß man den Büß absitzen. Die klare überstehende Losung wird dekantiert und mit einer O,002n-Lösung von Salzsäure in Methanol bis zum Farbumschlag von Bromphenolblau tlMert· Diese Titration bestimmt die in Aqt Benzollb'sung verbleibende Menge von Diphenylguanidin und durch Differenz die am Büß adsorbierte Diphenylguanidinmenge·

Beispiel 1

ELn HAP-Ruß (ältere Bezeichnung; neuere Bezeichnung gemäß dem ASTM-Kennzeichnungesystemτ Büß N33O), der die Handelsbezeichnung "Vulcan 3" (Hersteller Cabot Corporation) hat, wurde in verperlter Form in einer Menge von 1,54 kg/Std· in eine Strahlmühle eingeführt.

Xn die Düse 22 wurden bei einem Druck von 6,9 atü und 27⁰O pro iiinute 377 Hl Luft und 11,3 Hl eines Gases, das 1,47 Vol.-^ Ozon enthielt, eingeführt. In die öffnung 28 wurden pro Minute 736 Nl Luft zur Einblasung in die Kammer 26 durch die Treibmitteldüsen 30 eingeführt. Der Druck der in die Treibmitteldüsen eintretenden Luft betrug efcwa 5 atü, die Temperatur etwa 24⁰G*

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Nach 20 Minuten wurde die Mühle abgestellt· Der behandelte BuS «igte die folgenden Veränderungen der Eigenschaften*

Vorher Hachher

Gehalt an flüchtigen Bestandteilen,% 1,6 2,9

Oberfläche» a²/g 62 6J

DPG-Adsorption 4,2 26,4

P_H-Wert 8,5 4,2

Beispiel 2

Um die Eignung des Verfahrene gemäß der Erfindung für die Herstellung von ausgezeichneten Pigmenten für Druckfarben zu veranschaulichen, wurde ein Pigment nit mittleren Fließeigenschaften des Typs, der unter der Bezeichnung "Regal 400R" im Handel ist (Hersteller Cabot Corporation) (nachstehend ale RuB A bezeichnet), mit einem erfindungsgemäß hergestellten Ruß, nachstehend als Ruß B bezeichnet, hinsichtlich der für Druckfarben in Frage kommenden Eigenschaften verglichen*

Ein Furnace-Ruß mit folgenden Eigenschaften wurde für die Umwandlung in den Ruß B gewähltt

Gehalt an flüchtigen Bestandteilen 1,7 Gew.-%

Oberfläche 73 *²/g DPG-Adsorption 4%

Teilchengröße, au 23

Dieser Ruß wurde in die in Beispiel 1 beschriebene Strahlmühle eingeführt. Die zugeführte Menge betrug 1,5 kg Rußyßtd· Mit Sauerstoff angereicherte Luft von etwa 24°C wurde als Treibmittel verwendet. Die zugeführte Treibmittelmenge betrug 0,78 Ksr⁵/liin· Die Luft enthielt 52# Sauerstoff und 136 Teile Ozon pro Million« Der Rost bestand aus Stickstoff* Das Gewichtsverhältnis von Ozon zu Kohlenstoff betrug Ο,Ο14ι1·

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Die Analyse des ozonisierten Rußes ergab folgende Wertet Oberfläche 74 *²/g

flüchtige Beetandteile 2,4 G«w.~%

DPG-Adsorption 22%

Eine genaue Analyse des Abgases aus der Strahlmühle und die Erhebung des Gehaltes an flüchtigen Bestandteilen im Büß reigten, daß etwa 99% des Ozons sit dem Büß reagiert hatten»

Druckfarben* die mit Salpetersäure behandelten EußA und ozonbehandelten Ruß B enthielten« wurden hergestellt, indem ein Gemisch τοη 25 Gew*-% Büß und 75 Gew»-% eines Bindemittels auf Leinölbasis (im graphischen Gewerbe unter der Handelsbezeichnung "Liiho Nr·1" bekannt) auf einem Dreiwalzenmischer dispergiert. Die beiden Struckfarben wurden rerglichen«- Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle angegeben*

Kriterium Büß A Büß B

Dispersion	Gute Mahlung	Gleiche Qualität wie Büß A
P.C.-Feinheit
Absolut deckende Farbe, nass	gut	dunkler als A
durch Glas	gut	dunkler als A
durch Papier	gut	besser als A
Konsistenz der Druckfarbe	gut	etwas besser als A
Farbkraft

(auf Glanzpapier aufgestrichen)

Die Gegenüberstellung in Tabelle 1 zeigt deutlich, daß durch Anwendung der Erfindung nicht nur Yerfahrensmäßige Vorteile erzielbar sind, sondern daß den Produkten, die der Ozonisierung in einer Strahlmühle unterworfener den* auch überraschende Vorteile zuzuschreiben sind«

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BAD ORIGINAL

Das Ozon kann von beliebigen passenden Quellen erhalten werden· Es 1st jedoch am zweckmäßigsten, das Ozon mit •inen handelsüblichen Ozonerzeuger herzustellen· Wenn diesen Erzeugern Luft oder angereicherte Luft als Eineatzgaa zugeführt wird, bilden sie im allgemeinen ein Gas, das 1-2 Qew.^% Ozon enthält, während der Best des Eroduktstroms aus Sauerstoff und Stickstoff besteht.

Eine Festlegung auf eine !Theorie, die die Überraschenden Torteile erklärt, die durch das Verfahren gemäß der Erfindung erzielt werden, ist nicht beabsichtigt, jedoch wird angenommen, daß die Vorteile des Verfahrens mit der Innigen Vermischung des Ozons und des Rußes in der Strahlmühle und die Zerteilung einer wesentlichen Zahl von sekundären Agglomeraten in der Mühle, wodurch ein großer Teil der Sußoberfläche für die direkte Reaktion mit dem Ozon verfügbar wird, in Zusammenhang steht· Eine sehr schnelle Reaktion zwischen dem Büß und dem Ozon ermöglich wahrscheinlich die Vollendung der gewünschten [Reaktion, wenn sie gemäß der Erfindung durchgeführt wird, bevor eine konkurrierende, unerwünschte Reaktion, z.B. die katalytischo Zersetzung von Ozon zu Sauerstoff in Gegenwart von Kohlenstoff, stattfinden kann.

Das Verfahren gemäß der Erfindung läßt sich einfach und vorteilhaft für die Ozonisierung von beliebigen Rußen einschließlich der Furnace-, Channel- und Thermalrußa durchführen. Am aussichtsreichsten ist es jedoch für die Herstellung von Rußen, die eich für die Herstellung von Druckfarben usw. eignen· Für einen solchen Zweck sind Ruße, die anfänglich a) einen Gehalt an flüchtigen Bestandteilen zwischen etwa Λ% und 5%, b) eine Oberfläche zwischen etwa JO und 150 m²/g, c) Diphenylguanidin-Adsorptionen zwischen 1 und Λ$% und d) Teilchengrößen zwischen etwa 20 und 40 mu haben, äußerst vorteilhaft für die Ozonisierung gemäß der Erfindung·

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Claims

Patentansprüche

1) Yerfahren zur Ozonisierung von Ru3, dadurch gekennzeichnet, daS man einen mit hoher Geschwindigkeit und hoher Intensität wirbelnden Rußstrora unter der Einwirkung von unter Druck zutretenden Gas- oder Dampfstrahlen hoher Geschwindigkeit durch eine geschlossene Kahlkammer schickt und gleichzeitig in dem erhaltenen wirbelnden Strom von vorwärts getriebenem RuO Ozon einführt.

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Gase hoher Geschwindigkeit komprimierte Gase verwendet, die bei Verdichtung auf den notwendigen Grad bei Umgebungstemperaturen nicht kondensieren· ,

j5) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da· man als komprimiertes Gas lau?t verwendet, die bei einem Druck von wenigstens etwa 7 kg/cm² und einer Temperatur von unterhalb etwa }16°C zugeführt wird.

k) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß »an pelletisieren Furoace-RuB einsetzt·

5) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dal man Ozon In Mengen zwischen etwa 0,005 und 0,3, vorzugsweise 0,015 uad O₀I Gew*-Teilen Ozon pro Gew.-Teile But zuführt·

' 6) Verfahren zum Ozonisieren von Furnace-Ru· zur Verbesserung seiner Anwendung In Druckfarben, dadurch gekennzeichnet, dal man den BuO in Fora von Pellets kontinuierlich in einer Feinmahlvorrichtung vom Typ der hoohintensiven Strahlmühlen einführt und gleichzeitig Ozon in geeigneten Mengen in dl« Mahlkammer einführt zusammen mit einem ausreichenden Treibmittelstrom in Form von Gasstrahlen hoher Geschwindigkeit, der den RuA durch die Mahlkammer treibt bzw« schleudert und die Ruipelleta zu Flocken eahlt.

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