DE19549544B4

DE19549544B4 - Ofenruß und Verfahren zur Erzeugung

Info

Publication number: DE19549544B4
Application number: DE19549544A
Authority: DE
Inventors: Kohei Yokohama Okuyama; Mitsuo Yokohama Suzuki
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 1994-03-28
Filing date: 1995-03-27
Publication date: 2005-07-21
Anticipated expiration: 2015-03-28

Abstract

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 bis weniger als 0,65, 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, wobei der Ofenruß erhältlich ist durch Durchführung einer Oxidation mit 1,4 bis 1,7 g Ozon pro g Ofenruß.

Description

Diese Erfindung betrifft einen Ofenruß und insbesondere einen Ofenruß, der eine deutlich verbesserte Schwärze aufweist. Ein solcher Ofenruß 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 oder Harzen verwendet. Die Schwärze ist hauptsächlich seiner Teilchengröße zuzuschreiben, und die Verbesserung der Schwarze wird durch Verminderung der Teilchengröße und Erhöhung der spezifischen Oberfläche erzielt. Jedoch verursacht die Verminderung der Teilchengröße eine Verschlechterung des Dispersionsvermögens. Folglich wurde die Einstellung der Menge einer oberflächenflüchtigen Komponente (Oberflächensauerstoff-haltige, funktionelle Gruppe) vorgeschlagen.

Aus DE-P 3742 ist ein Verfahren zur Behandlung von Ofenruß bekannt, bei dem der einen pH-Wert von mehr als 7 aufweisende Ruß innig mit einem Strom eines sauerstoffhaltigen Gases bei einer Temperatur von weniger als 650°C in Berührung gebracht wird, bis der pH-Wert auf 7 bis 2,9 gesunken ist. Dieses Verfahren kann bei Ofenruß angewandt werden.

DE-A-15 92 855 beschreibt ein Verfahren zur Nachbehandlung von Ruß unter Einwirkung von Ozon, wobei Ruß in einer Gas- oder Dampfstrahlmühle gemahlen wird, wobei Ozon in die Mühle eingeführt wird. Als Ruß wird bevorzugt pelletisierter Ofenruß eingesetzt.

Der konventionelle Ruß mit verbesserter Schwärze hat nicht immer ein gutes Dispersionsvermögen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Ofenruß mit hoher Schwärze und einem ausgezeichnenten Dispersionsvermögen anzugeben, der für viele kommerzielle Anwendungen verwendet werden kann.

Diese Erfinder haben festgestellt, daß ein Ofenruß mit spezifischen physikalischen Eigenschaften eine deutlich bessere Schwärze aufweist, ohne daß die Teilchengröße vermindert wird, nämlich ohne daß das Dispersionsvermögen verschlechtert wird.

Diese Erfindung gibt daher einen Ofenruß mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 an.

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

2 stellt ein Infrarot-Absorptionsspektrum dar, das gemäß Beispiel 2 erhalten ist.

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

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

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

Der Ofenruß, dessen Absorptionverhältnis, nicht weniger als 0,5 bis weniger als 0,65 ist, kann eine beachtliche Verbesserung der Schwärze erzielen.

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 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. 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 0,5 bis weniger als 0,65 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 Basislinie genommen wird.

Der Ofenruß kann erzeugt werden, indem mit diesem Ofenruß eine Oberflächenbehandlung durchgeführt wird, so daß das Absorptionverhältnis von nicht weniger als 0,5 erhalten wird. Der Ofenruß 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 Ofenruß verwendet werden.

Das Verfahren für die Oberflächenbehandlung des Ofenrußes hat keine besondere Beschränkung, solange der Ofenruß das Verhältnis der maximalen Absorption in dem Bereich von 1800 bis 1670 cm^-1 zu der maximalen Absorption in dem Breich von 1670 bis 1500 cm^-1 nicht weniger als 0,5 bis weniger als 0,65 wird, wenn die gerade Linie, die die Absorptionen bei 1805 cm^-1 und 900 cm^-1 in dem Absorptiondiagramm des Infrarot-Absorptionsspektrums verbindet, als 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 1,4 g bis 1,7 g Ozon pro g Ofenruß, 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 Ofenruß hat einen hohen Schwärzegrad im Vergleich zu dem üblichen Ruß, der den gleichen Teilchendurchmesser und die gleiche spezifische Oberfläche hat. Ebenfalls hat der Ofenruß die gleiche Schwärze wie der übliche Ruß bei einem größeren Wenn der erfindungsgemäße Ruß in Farben, Tinten, Harze, etc. eingefügt wird, verbessert der Ruß die Schwärze davon beachtlich. Somit ist der Ruß dieser Erfindung industriell wertvoll.

Diese Erfindung wird nachfolgend spezifischer unter Bezugnahme auf die Beispiele beschrieben.
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.) 85 h lang behandelt, indem ein ozonhaltiges Gas mit einer Fließrate 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 Infrarotabsorptionsspektrum 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 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 der 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 1 gezeigt ist. Dieses Verhältnis war 0,645.
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 4,12.
Beispiel 2
Die gleiche Vorgehensweise wie bei Beispiel 1 wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß die Ozonbehandlung 70 h und nicht 85 h lang durchgeführt 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 wurde auf gleiche Weise wie bei Beispiel 1 durchgeführt, wie in 2 ersichtlich ist. Dieses Verhältnis war 0,52. Der L-Wert war 4,35.
Vergleichsbeispiel 1
Ein Ofenruß mit einer Teilchengröße von 13 nm und einer S BET-spezifischen Oberfläche von 360 m²/g ("#2650" (Warenname), hergestellt von Mitsubishi Chemical Corp.) wurde durch ein Infrarotabsorptionsspektrum (3) 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 Teilchendruchmesser von 11 nm und einer S BET spezifischen Oberfläche von 580 m²/g ("FW200" (Warenname), hergestellt von Degussa) wurde durch ein Infrarotabsorptionsspektrum (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 0,58. Der L-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 (5) durch die gleiche Vorgehensweise wie in Beispiel 1 analysiert. Eine Farbe wurde gleichermaßen hergestellt und im Hinblick auf den L-Wert getestet. Das Absorptionverhältnis war 0,25. Der L-Wert der Farbe war 4,69.

Claims

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 bis weniger als 0,65, 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, wobei der Ofenruß erhältlich ist durch Durchführung einer Oxidation mit 1,4 bis 1,7 g Ozon pro g Ofenruß.
Verfahren zur Erzeugung des Rußes wie in Anspruch 1 definiert, umfassend die Durchführung einer Oxidation eines Ofenrußes mit Ozon in einer Menge von 1,4 bis 1,7 g Ozon pro g Ofenruß.