DE19638410A1

DE19638410A1 - Verfahren zur Herstellung einer wässrigen Titandioxid-Suspension

Info

Publication number: DE19638410A1
Application number: DE1996138410
Authority: DE
Inventors: Horst Egly; Thomas Dr Sauer
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1996-09-19
Filing date: 1996-09-19
Publication date: 1998-03-26
Also published as: WO1998012267A1; AU4775397A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung wäßriger Titandioxid-Suspensionen, die frei von Sekundäragglomeraten sind.

Wäßrige Titandioxid-Suspensionen werden beispielsweise zur Mat tierung von Polycaprolactam verwendet. Hierzu wird feinverteiltes Titandioxid bei der Herstellung von Polycaprolactam in die poly merisierende Schmelze eingebracht. Wie aus "Klare, synthetische Fasern aus Polyamiden", Akademieverlag Berlin, 1963, Seite 170, hervorgeht, treten hierbei jedoch erhebliche Schwierigkeiten durch Agglomeration des Titandioxids auf. Mit der Entwicklung der Schnellspinntechnologie werden in zunehmenden Maße höhere Ansprü che an die Verteilung des Titandioxids und dessen Feinkörnigkeit gestellt. Der Teilchendurchmesser der Titandioxidpigmente sollte < 1,2 µm sein, um beispielsweise Fadenbrüche beim Spinnen von Po lycaprolactamfäden zu vermeiden. Die Pigmentagglomerate haben je doch eine Größe < 1,2 µm.

Aus der DE-A-31 28 477 ist bekannt, wäßrige Suspensionen von feinteiligem Titandioxid unter Mitverwendung von Dispergiermit teln herzustellen, wobei man Titandioxidpulver mit Caprolactam trocken bei 15 bis 40°C verknetet, das so erhaltene Gemisch unter Zusatz von Wasser zu einer Paste verknetet, diese in Wasser sus pendiert, dann sedimentiert und die feinteiliges Titandioxid ent haltende Suspension abdekantiert. Die Teilchengröße der so er hältlichen Titandioxid-Suspension liegt unter 1 µm.

Das Verfahren ist jedoch mit dem Nachteil behaftet, daß alle mit Titandioxid in Berührung kommenden Kneterteile einem starken ab rasiven Verschleiß unterliegen, da im Trockenen gearbeitet wird. Außerdem geht ein Teil des eingesetzten Caprolactams bei der Se dimentation wieder verloren. Nachteilig ist ferner, daß die nach diesem Verfahren hergestellten wäßrigen Suspensionen nur 8 bis 12 Gew.-% Titandioxid enthalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verschleißarmes und kostengünstiges Verfahren zur Herstellung einer wäßrigen Suspen sion von desagglomeriertem, feinteiligem Titandioxid zur Verfü gung zu stellen. Außerdem sollen mit diesem Verfahren TiO₂-Suspen sionen mit höherem Feststoffgehalt als bisher üblich herstellbar sein.

Überraschenderweise wurde diese Aufgabe gelöst durch Bereitstel lung eines Verfahrens zur Herstellung einer desagglomerierten TiO₂-Suspension, wobei man in Wasser vordispergiertes Titandioxid mit einer Kolloidmühle behandelt.

Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung einer wäßrigen Suspension von feinteiligem Titandioxid, das da durch gekennzeichnet ist, daß man

a) Titandioxidpulver, vorzugsweise unter Verwendung eines Dis pergiermittels, in Wasser vordispergiert,
b) die Suspension durch eine Kolloidmühle leitet, um Titan dioxidagglomerate zu zerteilen, und gegebenenfalls
c) die Suspension sedimentieren läßt und den feinteiliges Ti tandioxid enthaltenden überstand abdekantiert.

Die aus Stufe b) oder c) erhaltene TiO₂-Suspension kann direkt zur Herstellung von mattierten Polycaprolactamfäden verwendet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt überraschenderweise die Herstellung von Suspensionen, die etwa 1 bis 70 Gew.-%, insbeson dere etwa 5 bis 60 Gew.-% Titandioxid enthalten. Aufgrund der größeren Variabilität der mit Hilfe des Verfahrens herstellbaren TiO₂-Gehalte können Dosierungsinenge und -geschwindigkeit vorteil hafterweise über einen größeren Bereich variiert werden.

Erfindungsgemäß geht man von Titandioxidpulver in Form von Rutil oder Anatas, vorzugsweise Anatas aus. Vorteilhaft hat das Titan dioxidpulver eine Einzelkorngröße < 5 µm, insbesondere 0,1 bis 2 µm.

Vorzugsweise setzt man in geeigneter Weise beschichtetes Titan dioxidpulver mit einer Einzelkorngröße von 0,3 bis 1,5 µm ein. Die Beschichtung inertisiert das Titandioxid, erhöht seine Lichtbe ständigkeit und glättet die Oberfläche der Partikel. Verschiedene Arten der Beschichtung von TiO₂-Partikeln sind z. B. in Ullmann′s Encyclopedia of Ind. Chem., 5. Aufl., A20, S. 282 beschrieben. Als bevorzugtes Coating werden Aluminium-, Silizium- und Mangan verbindungen eingesetzt.

In einem geeigneten Gefäß, beispielsweise in einem Rührbehälter, werden Wasser und Dispergiermittel vorgelegt und Titandioxidpul ver hinzugegeben. Der Anteil an Dispergiermittel beträgt bis zu 5 Gew.-%, insbesondere 0,1 bis 2 Gew.-%, bezogen auf das einge setzte TiO₂. Geeignete Dispergiermittel sind grundsätzlich Schutz kolloide und/oder Emulgatoren, wie sie beispielsweise in Houben- Weyl, Methoden der Organischen Chemie, Bd. XIV/1, Makromolekulare Stoffe, Georg-Thieme-Verlag, Stuttgart, 1961, S. 411-420 bzw. S. 192-208 beschrieben werden. Besonders bevorzugt sind Na₂HPO₄ sowie Na-Salze modifizierter Polyacrylsäuren mit einem durchschnittli chen MG von etwa 4000.

Das Suspendieren erfolgt in an sich bekannter Weise durch Rühren und/oder Umpumpen des Gemisches. Die Temperatur ist nicht kri tisch, vorteilhafterweise liegt sie im Bereich von 5 bis 70°C, insbesondere 15 bis 40°C. Vorzugsweise wird sie jedoch während des Verfahrens mittels einer Kühlvorrichtung konstant gehalten.

Die vordispergierte Suspension wird anschließend mehrmals, ins besondere 1 bis 20 mal, vorzugsweise 5 bis 10 mal über eine Kol loidmühle geleitet. Dies kann beispielsweise durch Pumpen im Kreis erfolgen. Geeignete Kolloidmühlen, wie beispielsweise Schlägerkolloidmühlen, Stein-Kolloidmühlen, Rotor- oder Scheiben kolloidmühlen und insbesondere Zahnkolloidmühlen sind u. a. in Ullmans Enzyklopädie der Technischen Chemie, 3. Aufl., 1951, Bd. 1, S. 637 ff beschrieben.

Die so erhaltene Suspension weist eine Teilchengröße von < 1,2 µm, vorzugsweise < 1,0 µm auf, und ist vollständig desagglomeriert. Gegebenenfalls kann noch ein Sedimentationsvorgang nachgeschaltet werden, wobei man die Suspension sedimentieren läßt und den feinteiliges Titandioxid enthaltenden Überstand abdekantiert. Die in diesem Überstand befindlichen Partikel weisen eine Teilchen größe von < 0,8 µm auf.

Die vorliegende Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die bei liegende Figur näher erläutert, ohne sie in irgendeiner Weise zu beschränken.

In einem Rührbehälter 1 werden 350 kg vollentsalztes Wasser und 5 kg Na₂HPO₄ als Dispergiermittel im Behälter 7 vorgelegt. Ein an den Rührbehälter angeschlossenes Pumpensystem 2 pumpt das Wasser mit hoher Strömungsgeschwindigkeit um, so daß über einen Saug stutzen 3600 kg Titandioxidpulver (Typ: Kronos 1074) innerhalb von 10 min in den Rührbehälter gesogen werden. Anschließend wird die Suspension achtmal durch eine Zahnkolloidmühle 4 im Kreis ge pumpt, während die Suspension mit Hilfe der Kühlvorrichtung 6 auf 25°C gekühlt wird.

Die so erhaltene Suspension weist eine Einzelkorngröße von < 1,2 µm auf und kann direkt zur Pigmentierung von Polycaprolactam schmelzen oder zur Herstellung von Titandioxidkonzentrationen in Polycaprolactam verwendet werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer wäßrigen Suspension von feinteiligem Titandioxid, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) Titandioxidpulver in Wasser vordispergiert und
b) die gebildete Suspension durch eine Kolloidmühle leitet, um das Titandioxid zu desagglomerieren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das desagglomerierte Titandioxid in der Suspension sedimen tieren läßt und den Überstand abdekantiert.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vordispergierte Suspension 1 bis 70 Gew.-%, insbesondere 5 bis 60 Gew.-% Titandioxid enthält.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das eingesetzte Titandioxidpulver eine Einzelkorngröße im Bereich von 0,3 bis 1,5 µm aufweist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man beschichtetes Titandioxidpulver ein setzt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man als Dispergiermittel Na₂HPO₄ oder eine modifizierte Polyacrylsäure mit einem durchschnittlichen Mo lekulargewicht von etwa 4000 einsetzt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die vordispergierte Suspension 1 bis 20 mal, inbesondere 5 bis 10 mal durch die Kolloidmühle lei tet.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Zahnkolloidmühle verwendet.

9. Verwendung einer nach einem Verfahren der Ansprüche 1 bis 7 hergestellten Titandioxid-Suspension zur Mattierung von Poly caprolactamschmelzen oder zur Herstellung von Titandioxidkon zentrationen im Polycaprolactam.

10. Verwendung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Titandioxid-Suspension einen Feststoffgehalt von etwa 1 bis 70 Gew.-%, vorzugsweise etwa 5 bis 60 Gew.-% aufweist.

11. Verwendung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die suspendierten TiO₂-Partikel eine Korngröße < 1,2 µm, vorzugsweise < 1,0 µm aufweisen.