DE19511240A1

DE19511240A1 - Ruß

Info

Publication number: DE19511240A1
Application number: DE19511240A
Authority: DE
Inventors: Kohei Okuyama; Mitsuo Suzuki
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 1994-03-28
Filing date: 1995-03-27
Publication date: 1995-10-05
Anticipated expiration: 2015-03-28
Also published as: DE19511240B4

Description

Diese Erfindung betrifft einen Ruß, und insbesondere betrifft diese Erfindung einen Ruß, der eine deutlich verbesserte Schwärze aufweist. Ein solcher Ruß wird geeigneterweise in Form von Pigmenten in Farben, Tinten, Harzen, etc. verwendet.

Unter den kommerziell erzeugten Pigmenten hat Ruß die kleinste Teilchengröße. Da er eine hohe Deckfähigkeit und Abtönstärke hat, wird er als schwarzes Pigment in Farben, Tinten, Harzen, etc. verwendet. Die Schwärze ist hauptsächlich seiner Teilchengröße zuzuschreiben, und die Verbesserung der Schwärze wird erzielt durch Verminderung der Teilchengröße und Erhöhung der spezifischen Oberfläche. Jedoch verursacht die Verminderung der Teilchengröße das Problem der Verschlechterung des Dispersionsvermögens, und als ein Ergebnis wurde die Einstellung der Menge einer oberflächenflüchtigen Komponente (Oberflächensauerstoff-haltige, funktionelle Gruppe) vorgeschlagen.

Der Ruß wird entsprechend den Herstellungsverfahren hauptsächlich in Gasruß und Ofenruß unterteilt. Der Ofenruß ist üblicherweise unzureichend im Hinblick auf die Schwärze im Vergleich zu dem Gasruß. Für die Verwendung als ein Hochqualitätsruß für Farbe, der eine kleine Teilchengröße und eine hohe spezifische Oberfläche haben muß, ist es insbesondere erforderlich, für die Verbesserung des Dispersionsvermögens eine Nachbehandlung durchzuführen.

Der konventionelle Ruß mit verbesserter Schwärze, wie oben erwähnt, hat nicht immer ein gutes Dispersionsvermögen ergeben. Ein Ruß mit einer hohen Schwärze, der ein ausgezeichnetes Dispersionsvermögen zeigt und in einem großen Bereich von kommerziellen Anwendungen verwendbar ist, ist noch erwünscht.

Diese Erfinder haben festgestellt, daß dann, wenn ein Ruß mit spezifischen physikalischen Eigenschaften vorgesehen wird, dessen Schwärze beachtlich verbessert werden kann, ohne daß die Teilchengröße vermindert wird, nämlich ohne daß das Dispersionsvermögen verschlechtert wird. Diese Erfindung wurde auf der Grundlage dieser Feststellung vollendet.

Gemäß einem ersten Aspekt dieser Erfindung wird ein Ruß mit einem Verhältnis einer maximalen Absorption in einem Bereich von 1800 bis 1670 cm^-1 zu einer maximalen Absorption in einem Bereich von 1670 bis 1500 cm^-1 von nicht weniger als 0,65 bei der Bedingung, daß eine gerade Linie, die die Absorptionen bei 1805 cm^-1 und 900 cm^-1 verbindet, als eine Basislinie in einem Absorptionsdiagramm des Infrarot-Absorptionsspektrum genommen wird, zur Verfügung gestellt.

Gemäß einem zweiten Aspekt dieser Erfindung wird ein Ofenruß mit einem Verhältnis der optimalen Absorption in einem Bereich von 1800 bis 1670 cm^-1 zu der maximalen Absorption in einem Bereich von 1670 bis 1500 cm^-1 von nicht weniger als 0,5 bei der Bedingung zur Verfügung gestellt, daß eine gerade Linie, die die Absorptionen bei 1805 cm^-1 und 900 cm^-1 verbindet, als eine Basislinie in einem Absorptionsdiagramm des Infrarot- Absorptionsspektrums genommen wird.

Fig. 1 stellt ein Infrarot-Absorptionsspektrum dar, das gemäß Beispiel 1 erhalten ist.

Fig. 2 stellt ein Infrarot-Absorptionsspektrum dar, das gemäß Vergleichsbeispiel 1 erhalten ist.

Fig. 3 stellt ein Infrarot-Absorptionsspektrum dar, das gemäß Vergleichsbeispiel 2 erhalten ist.

Fig. 4 stellt ein Infrarot-Absorptionsspektrum dar, das gemäß Vergleichsbeispiel 3 erhalten ist.

Der erfindungsgemäße Ruß hat das Verhältnis der maximalen Absorption in dem Bereich von 1800 bis 1670 cm^-1 zu der maximalen Absorption in dem Bereich von 1670 bis 1500 cm^-1 von nicht weniger als 0,65, vorzugsweise von 0,65 bis 2,0 und mehr bevorzugt von 0,65 bis 1,5, wobei die gerade Linie, die die Absorptionen bei 1805 cm^-1 und 900 cm^-1 verbindet, als eine Basislinie in dem Absorptionsdiagramm des Infrarot- Absorptionsspektrums genommen wird. Das Absorptionsdiagramm ist als die Absorption bei regulären Intervallen gegenüber der Wellenzahl bei regulären Intervallen dargestellt.

Insbesondere wenn der Ruß Ofenruß ist, kann der Ofenruß, dessen Absorptionsverhältnis, das oben erwähnt ist, nicht weniger als 0,5 ist, eine beachtliche Verbesserung der Schwärze erzielen. Somit umfaßt diese Erfindung den Ofenruß, dessen Absorptionsverhältnis nicht weniger als 0,5 ist.

Das Infrarot-Absorptionsspektrum wird zum Beispiel durch das KBr-Tablettentransmissionsverfahren erhalten, wobei ein Fourier-Transformationsinfrarotspektrometer (FT-IR) verwendet wird. Aus dem erhaltenen Infrarotabsorptionsspektrum wird das Verhältnis der maximalen Absorption in dem Bereich von 1800 bis 1670 cm^-1 zu der maximalen Absorption in dem Bereich von 1670 bis 1500 cm^-1 unter der Bedingung bestimmt, daß die gerade Linie, die die Absorptionen bei 1805 cm^-1 und 900 cm^-1 verbindet, als eine Basislinie in dem Absorptionsdiagramm genommen wird.

Eine Absorption, die einer Carboxylgruppe (1720 cm^-1 zugeschrieben wird, existiert in dem Bereich von 1800 bis 1670 cm^-1 und Absorptionen, die einer C=O-Bindung (1650 bis 1630 cm^-1) und einer COO⁻-Gruppe (1590 bis 1560 cm^-1) zugeschrieben werden, existieren in dem Bereich von 1670 bis 1500 cm^-1. Die Form eines Spektrums einschließlich diesen Absorptionen gibt die Oberflächenbedingung des Rußes wieder und die Schwärze des Rußes kann durch Steuern des Verhältnisses der maximalen Absorption in dem Bereich von 1800 bis 1670 cm^-1 zu der maximalen Absorption in dem Bereich von 1670 bis 1500 cm^-1 auf nicht weniger als 0,65, vorzugsweise in dem Bereich von 0,65 bis 2,0 und mehr bevorzugt in dem Bereich von 0,65 bis 1,5 beachtlich erhöht werden, wenn die gerade Linie, die die Absorptionen bei 1805 cm^-1 und 900 cm^-1 in dem Absorptionsdiagramm des Infrarotabsorptionsspektrums verbindet, als eine Basislinie genommen wird.

Ein Typ des Rußes, der als Gasruß verkauft wird, ist teilweise oxidiert, aber er hat das Verhältnis der maximalen Absorption in dem Bereich von 1800 bis 1670 cm^-1 zu der maximalen Absorption in dem Bereich von 1670 bis 1500 cm^-1 von weniger als 0,65, wenn die gerade Linie, die die Absorptionen bei 1805 cm^-1 und 900 cm^-1 in dem Absorptionsdiagramm des Infrarotabsorptionsspektrums verbindet, als eine Basislinie genommen wird.

Einige Typen von Ruß, die als Ofenruß verkauft werden, sind leicht oxidiert, aber sie haben das Verhältnis der maximalen Absorption in dem Bereich von 1800 bis 1670 cm^-1 zu der maximalen Absorption in dem Bereich von 1670 bis 1500 cm^-1 von weniger als 0,5, wenn die gerade Linie, die die Absorptionen bei 1805 cm^-1 und 900 cm^-1 verbindet, als eine Basislinie in dem Absorptionsdiagramm des Infrarotabsorptionsspektrums genommen wird.

Der erfindungsgemäße Ruß kann erzeugt werden, indem mit einem solchen Ruß eine Oberflächenbehandlung durchgeführt wird, so daß das Absorptionsverhältnis von nicht weniger als 0,65 (nicht weniger als 0,5 bei Ofenruß) erhalten wird. Der erfindungsgemäße Ruß entfaltet eine beachtlich verbesserte Schwärze im Vergleich zu dem üblichen Ruß, der die gleiche Teilchengröße und die gleiche spezifische Oberfläche hat.

Als Ausgangsmaterial für die Herstellung des erfindungsgemäßen Rußes können irgendwelche der verschiedenen Ruße einschließlich dem Gasruß und dem Ofenruß, die oben erwähnt sind, verwendet werden. Der Ofenruß ist im Hinblick auf die Umgebung und die Herstellung bevorzugt.

Das Verfahren für die Oberflächenbehandlung des Ruß es hat keine besondere Beschränkung, solange der Ruß das Verhältnis der maximalen Absorption in dem Bereich von 1800 bis 1670 cm^-1 zu der maximalen Absorption in dem Bereich von 1670 bis 1500 cm^-1 nicht weniger als 0,65 wird, wenn die gerade Linie, die die Absorptionen bei 1805 cm^-1 und 900 cm^-1 in dem Absorptionsdiagramm des Infrarot-Absorptionsspektrums verbindet, als eine Basislinie genommen wird. Beispiele des Verfahrens für die Oberflächenbehandlung umfassen die Luftoxidation bei einer erhöhten Temperatur, die Oxidation mit Ozon, die Oxidation mit Salpetersäure, die katalytische Oxidation, die Plasma-Oxidation bei niedriger Temperatur und die Zugabe einer organischen Säure. Unter den oben angegebenen Verfahren ist unter Berücksichtigung des Oxidationsgrades, der Herstellungskosten und der Handhabungseigenschaft insgesamt die Oxidation mit Ozon bevorzugt.

Bei der Oxidation mit Ozon ist die Ozonkonzentration im allgemeinen von 0,01 bis 50 g/m³, die Behandlungsdauer liegt im allgemeinen von 10 s bis 200 h, und der Druck kann entweder erhöht oder vermindert sein, aber normaler Druck ist im Hinblick auf das ökonomische Verfahren und die Sicherheit bevorzugt. Der Reaktionskessel kann entweder ein Festbettreaktor oder ein Fließbettreaktor sein. Die Temperatur wird so gesteuert, daß die Möglichkeit der Staubexplosion ausgeschlossen wird.

Der erfindungsgemäße Ruß hat einen hohen Schwärzegrad im Vergleich zu dem üblichen Ruß, der den gleichen Teilchendurchmesser und die gleiche spezifische Oberfläche hat. Ebenfalls hat der erfindungsgemäße Ruß die gleiche Schwärze wie der übliche Ruß bei einem größeren Teilchendurchmesser und einer kleineren spezifischen Oberfläche.

Wenn der erfindungsgemäße Ruß in Farben, Tinten, Harzen, etc. eingefügt wird, verbessert der Ruß die Schwärze davon beachtlich. Somit ist der Ruß dieser Erfindung industriell wertvoll.

Beispiele

Diese Erfindung wird nachfolgend spezifischer unter Bezugnahme auf die Beispiele beschrieben. Es sollte jedoch verstanden werden, daß diese Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt ist.

Beispiel 1

In einem Drehofen aus Glas wurden 10 g Ofenruß mit einer Teilchengröße von 13 nm und einer spezifischen Oberfläche nach S BET von 360 m²/g ("2600" (Warenname), hergestellt von Mitsubishi Chemical Corp.) 100 h lang behandelt, indem ein ozonhaltiges Gas mit einer Flußrate von 0,6 l/min durchgeleitet wurde, so daß 0,2 g/h Ozon zugeführt wurden.

Der somit mit Ozon oxidierte Ruß wurde durch das Infrarotadsorptionsspektrum durch das KBr-Tablettentransmissionsverfahren unter Verwendung eines Fourier-Transforminfrarotspektrometers (FT-IR, "Nicolet Magna 550", hergestellt von Nicolet Instrument Corporation) analysiert. Ein Detektor, MCT, wurde mit einer Auflösung von 4 cm^-1 und mit einer Anzahl von Abtastungen von 256 betrieben. Die zu verwendende Anlage wurde zuvor sorgfältig getrocknet. Eine Tablette, die nur aus KBr bestand, wurde hergestellt. Die KBr-Tablette wurde durch Pulverisieren von KBr-Kristallen in einem Achatmörser hergestellt, wobei 0,1 g der pulverisierten Kristalle in eine Tablettierform mit einem Aushöhlungsdurchmesser von 10 mm (hergestellt von Nippon Bunko K.K.) angeordnet, 5 Minuten lang entlüftet und unter Vakuum bei einem Druck von 500 kg/cm² für eine Minute mit einer hydraulischen Presse kompressionsgeformt wurden. Die erzeugte Tablette wurde in eine Probenkammer des FT-IR gegeben, eine Stunde lang mit Stickstoffgas gereinigt und durch ein Spektrum analysiert, das als ein Hintergrund verwendet wurde. Dann wurde Ruß eine Stunde lang bei 115°C getrocknet. Der getrocknete Ruß und das KBr wurden bei einem Verhältnis von 1 : 7000 in einem Achatmörser vermischt, und 0,1 g der resultierenden Mischung wurde durch die gleiche Vorgehensweise, die oben beschrieben ist, tablettiert. Die erzeugte Tablette wurde in die Probenkammer des FT-IR angeordnet, 30 Minuten lang mit Stickstoffgas gereinigt und durch ein Spektrum analysiert. Bei dem erhaltenen Infrarot-Absorptionsspektrum in dem Diagramm der Absorption bei regulären Intervallen gegenüber der Wellenzahl bei regulären Intervallen wurde das Verhältnis der maximalen Absorption in dem Bereich von 1800 bis 1670 cm^-1 zu der maximalen Absorption in dem Bereich von 1670 bis 1500 cm^-1 bestimmt, wobei die gerade Linie, die die Absorptionen bei 1805 cm^-1 und 900 cm^-1 verbindet, als eine Basislinie genommen wurde, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Dieses Verhältnis war 0,78.

Eine Farbe wurde hergestellt, indem 2,12 g des Rußes, 14,88 g eines Lackes ("Acrose 6000" (Warenname), hergestellt von Dai- Nippon Toryo Co., Ltd.), 10 g eines Verdünners (Acrose 6000 Verdünner" (Warenname), hergestellt von Dai-Nippon Toryo Co., Ltd.) und 90 g Glaskugeln (2,5 bis 3,5 mm Durchmesser) in eine Glasampulle mit einem Volumen von 140 ml gegeben, diese Komponenten 90 Minuten lang mit einem Farbkonditionierer dispergiert, dann weiterhin 57,8 g des Lackes zu der resultierenden Dispersion gegeben und 30 Minuten lang mit dem Farbkonditionierer dispergiert wurden. Die Farbe wurde in eine Rundglaszelle gegeben, konnte sich darin absetzen und wurde im Hinblick auf den L-Wert (Helligkeit Hunter) mit einem spektrometrischen Kolorimeter (0° für die Bestrahlung, 45° für den Nachweis) ("SZ-Σ90" (Warenname), hergestellt von Nippon Denshoku K.K.) untersucht. Der L-Wert war 3,87.

Vergleichsbeispiel 1

Ein Ofenruß mit einer Teilchengröße von 13 nm und einer S BET- spezifischen Oberfläche von 360 m/g ("2650" (Warenname), hergestellt von Mitsubishi Chemical Corp.) wurde durch ein Infrarotabsorptionsspektrum (Fig. 2) durch die gleiche Vorgehensweise wie in Beispiel 1 analysiert. Eine Farbe wurde gleichermaßen hergestellt und im Hinblick auf den L-Wert untersucht. Das Absorptionsverhältnis war 0,25. Der L-Wert der Farbe war 5,19.

Vergleichsbeispiel 2

Ein kommerziell erhältlicher Gasruß mit einem Teilchendurchmesser von 11 nm und einer S BET spezifischen Oberfläche von 580 m²/g ("FW200" (Warenname), hergestellt von Degussa) wurde durch ein Infrarotabsorptionsspektrum (Fig. 3) durch die gleiche Vorgehensweise wie in Beispiel 1 analysiert. Eine Farbe wurde gleichermaßen hergestellt und im Hinblick auf den L-Wert getestet. Das Absorptionsverhältnis war 0,58. Der b-Wert der Farbe war 4,58.

Vergleichsbeispiel 3

Ein kommerziell erhältlicher Ofenruß mit einem Teilchendurchmesser von 11 nm und einer S BET spezifischen Oberfläche von 540 m²/g ("Monarch 1300" (Warenname), hergestellt von Cabot) wurde durch ein Infrarotabsorptionsspektrum (Fig. 4) durch die gleiche Vorgehensweise wie in Beispiel 1 analysiert. Eine Farbe wurde gleichermaßen hergestellt und im Hinblick auf den L-Wert getestet. Das Absorptionsverhältnis war 0,25. Der L-Wert der Farbe war 4,69.

Claims

1. Ruß mit einem Verhältnis einer maximalen Absorption in einem Bereich von 1800 bis 1670 cm^-1 zu einer maximalen Absorption in einem Bereich von 1670 bis 1500 cm^-1 von nicht weniger als 0,65, wenn eine gerade Linie, die Absorptionen bei 1805 cm^-1 und 900 cm^-1 in einem Absorptionsdiagramm des Infrarot-Absorptionsspektrums verbindet, als eine Basislinie genommen wird.

2. Ruß nach Anspruch 1, worin das Verhältnis von 0,65 bis 2,0 ist.

3. Ofenruß mit einem Verhältnis der maximalen Absorption in einem Bereich von 1800 bis 1670 cm^-1 zu der maximalen Absorption in einem Bereich von 1670 bis 1500 cm^-1 von nicht weniger als 0,5, wenn eine gerade Linie, die Absorptionen bei 1805 cm^-1 und 900 cm^-1 verbindet, in einem Absorptionsdiagramm des Infrarot-Absorptionsspektrums als eine Basislinie genommen wird.

4. Ruß nach Anspruch 3, worin das Verhältnis von 0,65 bis 2,0 ist.

5. Ruß nach Anspruch 1, erhältlich durch Oxidation eines Rußes mit Ozon.

6. Ofenruß nach Anspruch 3, erhältlich durch Oxidation eines Ofenrußes mit Ozon.

7. Verfahren zur Erzeugung des Rußes nach Anspruch 1, umfassend die Durchführung einer Oxidation eines Rußes mit Ozon.

8. Verfahren zur Erzeugung des Ofenrußes nach Anspruch 3, umfassend die Durchführung einer Oxidation des Ofenruß es mit Ozon.