DE2005584A1 - Gefärbte Aktivkohle - Google Patents

Description

Gefärbte Aktivkohle

Aktivkohle eignet sich als Adsorber für viele unerwünschten Geruchsstoffe, Verunreinigungen und dergleichen wie auch zum Adsorbieren und Pesthalten oder Sammeln erwünschter Komponenten von Flüssigkeiten und Gasen. Sie unterliegt jedoch durch ihr Aussehen bei gewissen Anwendungszwecken Begrenzungen, da sie stets die gleiche Färbung, nämlich schwarz, aufweist und daher zu der subjektiven Neigung Anlass gibt, bei ihrer Betrachtung anzunehmen, dass sie Staub, "Schmutzstoffe oder Feinstoffe enthalten könnte.

Bine Färbung von Aktivkohle hat bisher ausserordentliche Schwierigkeiten bereitet. Die meisten gebräuchlichen Pigmente, Farben und Farbstoffe werden auf die Oberflächen und in die Poren des Kohlenstoffs adsorbiert, woraus sich eine Tendenz zur Abaättigung der Adsorptionskapazität der Kohle bzw. drastischen Verminderung ihrer Adsorptionsgeschwindigkeit im Rahmen jeglicher vielleicht noch verbleibenden Kapazität ergibt.

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Eine bequeme Methode zur Pigmentierung nur der Auesenflachen, dagegen Bewahrung einer praxisgerechten Adβorptionsgeschwindigkeit und 'kapazität* ist bisher nicht gefunden worden.

Es hat sich nunmehr gezeigt, dass sich auf Aktivkohle durch Verwendung einer kleinen Menge Thermoplastharz als Überzugsgrundlage ein gut aussehender, gefärbter überzug aufbringen lässt.

Das Thermoplastharz hat vorzugsweise eine durchschnittliche Teilchengröße von 15 bis 20 Mikron, aber man kann auch mit derart geringen durchschnittlichen Teilchengrössen wie 5 und hohen durchschnittlichen Teilchengrössen wie 100 Mikron arbeiten. Allgemein gesehen sind zum überziehen granulierter Aktivkohle verhältnlsmässig feine Thermoplastharz-Teilchen erwünscht. Das bevorzugte Thermoplastharz bildet das Polyäthylen; so ist mit Erfolg ein Polyäthylen mit einer durchschnittlichen Teil~ chengröase von unter 20 Mikron (unter der Warenbezeichnung "Microthene PN 500" im Handel) verwendet worden.

Man kann auch mit anderen Thermoplastharzen als Polyäthylen arbeiten, solange nicht ihr Schmelzpunkt über einem arbeitsbequeraen Wert, das heisst etwa 200° C, liegt. So ist Polyvinylchlorid, das einen Schmelzpunkt in der Gegend von 175° C hat, geeignet, wobei aber diese Temperatur wesentlich über derjenigen des Polyäthylens liegt.

In diesem Zusammenhang sei hier erwähnt, dass sich Polyäthylen als ausgezeichnetes Bindemittel für körnigen bzw. granulären Kohlenstoff erwiesen hat und dass man, wenn gebundene Formlinge herzustellen sind, das Pigment oder den Farbstoff der

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der Ausaenfläche dee gebundenen Formlinge nach dessen Bildung oder dem Harz selbst vor der Bildung des Formlinge zuführen kann.

Die vorliegende Erfindung ist auf gepulverte Aktivkohle wie auch auf körnige Aktivkohle anwendbar, wobei jedoch die Anwendung auf die letztere besonders bequem ist. Unter körnig oder granular ist hiar eine Korngrösse von etwa 1/4 bis 5 mm (entsprechend etwa TJS-Sieben 4 bis 60) zu verstehen. Aktivkohle hat im allgemeinen eine Oberfläche von 300 bis 1500 m /g.

Nach einer bevorzugten Arbeitsweise der Erfindung mischt man Farbpigment und Harateilchen, worauf diese Mischung zu der körnigen Aktivkohle hinzugefügt wird. Die Stoffe werden dann umgewälzt oder auf andere Weise so in Kontakt gebracht, dass die Kohlenstoffteilchen mit den Teilchen des ungeschmolzenen Harzes und des Pigmentes überzogen werden. Kan lässt die überzogenen Teilchen darm frei eine Wärmezons genügender Länge und Temperatur durchfallen, v,m das Harz- und Pignent an das Aktivkohlekorn anzuschmelzen. !Die Körner durchfallen frei weiter eine Kühlzone, damit sie bei ihrer Sammlung am Ende ihres Weges nicht aneinanderhaften. Hach einer Abänderung dieser Arbeitsweise sprüht man das Pigment in die Wärmeζonekammer so ein, öass es mit den harzübersogenen Körnern zusammenkommt, während das Harz klebrig ist, so dass das Pigment an der Harzoberfläche haftet. Die Wärmezone kann mit einer Flamme erzeugt werden. Man kann aber allgemein mit jeder Methode arbeiten, welche eine Haftung des färbenden Materials an dem Harz und dea Harzes an dem Kohlenstoff ergibt.

Die Harzmenge für ein ungebundenes Produkt kann im Bereich von 1 bis 15 # vom Gewicht dos Kohlenstoffe liegen, wenngleich man

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auch Mengen am oberen Ende dieses Bereiches nur wählen sollte, wenn eine kleine Einbuase an Adsorptionskapazität toleriert werden kann. Vorzugsweise beträgt die Harzmenge etwa 2 bis 5 i> vom Gewicht des Kohlenstoffs.

Wenn niehtgebundenes Pigment nur schwer manipulierbar ist. soll das Pigment in Mengen von nicht über etwa 80 $> vom Harzgewicht eingesetzt werden. Die Befähigung das Harzes zur Pigmentfesthaltung ist auf über 60 # zu veranschlagen. Verschiedene Pigmente, notorisch Titandioxid, sind jedoch recht dicht, und bei solchen Pigmenten können auch etwas über 60 # vom Gewicht des Harzes liegende Mengen toleriert werden. Die zur wirkungsvol len Färbung dea harzüberzogenen Kohlenstoffs eingesetzte Pigmenttnenge ändert sich mit dem Pigment und dler gewünschten Färb dichte. Wenn gewünscht, können auch uehr kleine Pigmentmengen, die nnr geringgradige Färbungen ergeben, im Rahmen der Erfin dung Anwendung finden. Für die meinten praktischen Zwecke beträgt die Pigmentmindestmenge etwa 1 <fo vom Gericht des Kohlenstoffs oder 25 % vom Gewicht des Hfirzes, wobei das Minimum von döT3 niedrigeren dieser beiden Werte gebildet wird. Unter Pigment sind in dem hier gebrauchten Sinne auch wasserunlösliche Farbstoffe zu verstehen.

Der in den folgenden Beispielen verwendete Kohlenstoff ^MBPL Carbon" ist eine Aktivkohle mit einer Gesagtoberfläche von 1050 bis 1150 m^/g, die von der Pittsburgh Activated Carbon Company, Division of Calgon Corporation, Pittsburgh, Pennsyl vsnia, U.S.A. in den Handel gebracht wird. Korngrosse in Beispiel 1 entsprechend 18 χ 20 Mischen der US Siebr'eihe (1,00 bsw. 0,84 mm); U χ 40 Maachen (1,41 bzw, 0,42 mti) in Beispiel 2 bis H 5; 12 x 30 Maachen (1,68 bzw. 0,59 mm) in Beispiel 6.

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Bag in den Beispielen verwendete Harz iat ein gepulvertes Polyäthylenharz ("Microthene PN 500") mit einem Schmelzindex von 22, einer Dichte von 0,915 und einer durchschnittlichen Teilchengröase von unter 20 Mikron, ein Handeleprodukt der U. S. I. Chemicals Division of National Distillers and Chemical Corporation. Als Pigmente sind solche der Ferro Corporation, Color Division, Cleveland, Ohio, U.S.A. in Form von Goldpigment (wie F-6012, F--6102), Bronzepigment (F-6011) und Aluminiumpigment (V- 2022) und solche der Harahaw Chemical Company, Division of Kewanee Oil Company, Cleveland, Ohio in Form von Grünpigment ("Zulu Green", Nr. 3820) und Blaupigment ("Zulu Blue, Peacock", Nr. 4860) verwendet worden.

B e I₁ 3 jp J ₁₁₁C₁₁₁₁I _m 1

5 g Harz wurden mit 1 g Goldpigment gemischt. Diese Mischung wurde mit 100 g Kohlenstoff vermengt, das erhaltene Gemenge 30 Minuten in einen Ofen von 150° C eingegeben und darauf die Mischung im heissen Zustand gerührt. Der GoldplgmentUberzug lag als gleichmUssiger Auftrag vor; die Teilchen hatten eine deutliche Goldfärbung.

Ein mit gemäss Beispiel 1 gefärbtem Kohlenstoff hergestelltes Zigarettenfil-ter ergab eine Adsorption des HCN im Zigarettenrauch von 60 % im Vergleich mit einem normalerweise für ungefärbten Kohlenstoff zu erwartenden Wert von 76 #.

B e i s ρ IeI 2

Ea wurden 50 g Kohlenstoff abgewogen und in einem Ofen auf 150° C erhitzt. Ferner wurden die folgenden Mengen an Pigmenten und Harz bereitgestellt und zu Bindemittelmiscbungen A, B und C vermengt:

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Mischung A: 2,5 g Hare

0,5 g Bronze-Pigment

Mischung B: 2,5 g Hare

0,5 g Aluminium-Pigment

Mischung C: 2,5 g Harz

1,0 g Gold-Pigment

Biese Pigment-Bindemittel-Mlschungen wurden auf einem Schwing-P mischer 3 Minuten durchmischt.

Der Kohlenstoff wurde aus dem Ofen entnommen und belss unter R hren mit der Bindemittel- Pigment-Mischung bestreut und hierauf der Überzogene Kohlenstoff in 1~1~Becbergläser übergeführt und zur weiteren Erhitzung von 30 Minuten Dauer wieder in den Ofen gegeben, worauf der Kohlenstoff wiederum 5 Minuten gerihrt wurde. Die Färbungen der Fertigkohlenstoffe entsprachen den jeweiligen Pigmenten.

Beispiel 3

Mit 50 g Kohlenstoff wurden vor dem Erhitzen 2 1/2 g Polyäthylen vermischt und darauf auf zwei Anteile dee helssen, barziberzogenen Kohlenstoffs von je 25 g die nachfolgenden Pigmente unter Rühren aufgestreut. Die Mischung wurde nun wieder 30 Minuten in den Ofen eingegeben, dann entnommen und 5 Minuten gerührt .

Mischung A: 1,0 g Aluminium· Pigment Mischung B: 1,0 g Gold Pigment

Diese Methode lieferte die beste Farbdichte und die geringste Pigmentabsonderung.

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B e i s

Die Beatandteile der folgenden Mischungen wurden kalt gemischt, dann 30 Minuten bei 150° C erhitzt und heiss 5 Minuten gerührt:

Mischung As 1,0 g Gold-Pigment

2,5 g Harz 50. g Kohlenstoff

Mischung B: 1,0 g Aluminium-Pigment Λ

2,5 g Harz 50 g Kohlenstoff

Die Mischung 4< B erwies sich als gut gefärbt, zeigte jedoch eine gewisse Pigmentabsondenarag.

Bach der Arbeitsweise von Beispiel 3 mirclsm aus aen folgenden Mischungen blau- bzw. grüngefärbte Kohlenstoffe hergestellt:

Mischung A: 50 g Kohlenstoff

1,5 S Harz

,0,5 g TiO₂ (Fisher AE, wasserfrei) 1,0g Grün-Pi_tpient

Kischung B: 50 g Kohlenstoff

1,5g Harz 1,0 g Grün-Pigment

Die Mischung A erwies sich als hellgrüner,aber beide Mischungen lieferten gleichmässig gefärbten Kohlenstoff.

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Mischung C: 50 g Kohlenstoff

1,5 g Harz

0,5 g TiO₂ (wie bei A) 1,0 g Blau-Pigment

Die Mischung G lieferte einen tiefviolett gefärbten Kohlenstoff,

Wie diese Beispiele zeigen, ist der Einsatz zweier färbender Stoffe, insbesondere eines Grund oder Weiss-pigmentes, wie Titandioxid, zusammen mit einem organischen Farbstoff praktikabel. Das Weisspiginent kann naturgemäss auch allein Verwendung finden.

Kohlenstoffe der in den vorstehenden Beispielen erhaltenen Art sind auf ihre Aösorptionskapazität untersucht worden, wobei sich Beeinträchtigungen von nicht über etwa 15 und gewöhnlich nur etwa θ # ergaben. Wichtiger noch zeigte sich in einer Prüfung dieser gefärbten Kohlenstoffe auf Adsorptionsgeschwindigkeit, dass diese um nicht über 25 und gewöhnlich nur etwa 10 i> vermindert wurde. Bas folgende Beispiel 6 erläutert die relativ geringfügige Verminderung der Adaorptionsgeechwindig* keit.

Bei s__p i e 1 6

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Kohlenstoff wurde mit Polyäthylen übersogen, dann ein Pigment hinzugegeben und gemischt, bis der Kohlenstoff mit Harz und Pigment überzogen war.

Der überzogene Kohlenstoff wurde dann in einen kleinen Schwingzuführer (Scheinbare Dichte Apparatur) eingegeben, nach unten zur Erteilung einer Richtung durch einen Trichter und zur Wärme·

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behandlung durch eine ausgebreitete Flamme geführt und in eine flache Porzellansehale fallen gelassen» die so geneigt war» dass die Kohlenstoffteilchen rollen konnten und nicht agglomerierten, Der gefärbte Kohlenstoff wurde hierauf auf eine Korngrösae von 1,68/0,59 mm klassiert und gründlich entstaubt.

Hierbei wurden die folgenden Kohlenstoff« rialmengen eingesetzt:

Mischung A (Goldfärbung):

und sonstigen Mate«

Mischung B (Weissfärbung):

Mischung C (Blaufärbung):

95 g Kohlenstoff 6 g Polyäthylen

4 g Gold-Pigment

91 g Kohlenstoff

5 g Polyäthylen

4 g Titanoxid

91 g Kohlenstoff

5 g Polyäthylen 2 g Titanoxid 2 g Blau-Pigment

91 g Kohlenstoff· 5 g Polyäthylen 2 g Titanoxid

2 g Cadmium-Lithopaner-Gold" Pigment

An beispielhaften Proben der gefärbten Kohlenstoffe wurden nach Einwirkung von Tetrachlorkohlenstoff-Dampf an Luft die folgen·* den Analysen gewonnen (die Kapazität von nichtüberzogenem Konlena Uff für Tetrachlorkohlenstoff beträgt 63 Gew.#):

Mischung D (Gelbfärbung):

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C-863 Λ

Probe Tetrachlorkohlenstoff« gew.^

A 58,3

B 58,1

C 58,5

D 58,0

Hierauf wurden die Adsorptionsgeschwindigkeiten der Proben in einem Standardversuch geprüft, bei dem durch eine Kohlenstoffschicht von 10 cm Tiefe eine Mischung von 260 mg Chlorpikrin/l * Luft mit einer Geschwindigkeit von 9,8 m/Min, hindurchgeleitet und darauf die PS-Zeit (Zeit vor dem Durchbrechen) aufgezeichnet wurde. (Vergleichswert für nichtüberzogenen Kohlenstoff: 58 Minuten):

Probe PS-Zeit, Min.

A 42

B 48

C 48

B 53

In weiteren Versuchen wurden gebundene Kohlenstoff-Formlinge auf ihren Oberflächen nach den folgenden Arbeitsweisen färb« " überzogen.

Beispiel 7

Aktivkohle wurde mit 15 Gew.# Polyäthylen versetzt, gründlich gemischt und in eine 5»1 x 7,6 cm Form eingegeben. Auf die Poly· äthylen-Kohlenstoff-Miachung wurde sehr sacht Goldpigment in einer Menge von ungefähr 1/2 Gew.^ aufgebracht und die Form

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0-863 Ji .

30 Minuten bei .150° € in den- Ofen gegeben. Hierbei fiel ein -gebundener Kohlenstoff-!formling mit goldfarbig, glänzender Oberfläche an., - - ■ ■ . . .

Bei s pi e I 8

"1-5.-." Gew.. # Polyäthylen und Kohlenstoff wurden in eine Form eingegeben und wärmebehä'ndelt, worauf der gebundene. Kohlenstoff«

Auf .die-Oberfläche wurde, dann Goldpigment (ungefähr 1/4 aufgepinselt, lurch Überführen einer"Bumsenbrenner~Flamme über das-Pigment wurde die Oberfläche wiedererhitzt und das Pigment in den Kohlenstoff gebunden.

B 4* 1 s ν i el 9 ' · ■ ^: . .

Bei dem gleicshen Formling wie oben wurde erst das Pigment und dann über das Pigment Polyäthylen aufgepinselt rad mit -einer Flamme wie oben erhitzt, wobei das Pigment in die Oberfläche eingebunden wurde ü'nd'wiederum eine erwünschte· Oberfläehe anfiel. ... ..·.,.-

B β- 1 & ^ IeI - - 10- ■'. " : - .

ISi.-l dem gleichen Kohlenstoff -Formling wie oben wurde eine Mischung von 0,4 g Polyäthylen mit O₉I g Goldpigment aufgepinselt und dann wie oben wärmebehandelt. Dies© Arbeitsweise, die ebenfalls eine--.erwünschte Oberfläche-lieferte, war als die beste-Methode su.bezeichnen. - ' -

^1-1 '"* 00 9 836/187 5

BAD ORIGINAL

Claims (15)

C-863 Λ 6. Februar I970 Patentansprüche

1. PÜr Adsorptionszwecke geeignete Stoffzusammensetzung mit einem Gehalt an Aktivkohle, die einen ein färbendes Mittel bindenden Thermoplastharzüberzug aufweist.

2. StoffZusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, *l dass das Harz Polyäthylen ist.

3. Stoffzusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das färbende Mittel Pigment ist.

4. Stoffzusammensetzung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das färbende Mittel in das Harz eingebettet ist.

5. StoffZusammensetzung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das färbende Mittel in das Harz nur an dessen Oberfläche eingebettet ist.

6. StoffZusammensetzung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivkohle Kornform, insbesondere mit einer Teilchengrösse von etwa 1/4 bis 5 mn, hat.

7. Stoffzusammensetzung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlekörner mit dem Harz aneinander gebunden sind.

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C-863 Λ

8* Verfahren zum Färben teilchenförmigen Aktivkohle». dadurch . gekennzeichnet, dass man an der Aktivkohle mittels eines Therraoplastharzüberzuges ein färbendes Mittel bindet«

9* Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass man auf den Kohleteilchen den Harzüberzug bildet, an den im klebrigen Zustand befindlichen Überzug das färbende Mittel bindet und den Überzug durch Abkühlen zur vollständigen Erstarrung bringt.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass man ■ die Kohleteilchen mit einer in klebrigen Zustand versetzten Mischung des färbenden Mittels und des Harzes überzieht.

11. Verfahren nach Anspruch S₉ dadurch gekennzeichnet) dass man eine Mischung der Kohleteilchen, des Harzes und des färben« den Mittels bildet und durch Erhitzen der Mischung unter Bewegung das Harz in einen klebrigen Zustand Überführt.

12. Verfahren nach, einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass man Harz und färbendes Mittel im Gewichtsverhältnis von 15M bis 3s2 einsetzt.

• .-.-.■■■ i 13· Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass man als Harz Polyäthylen« insbesondere mit einer Teilehengrösse von 8 bis 100 Mikron, einsetzt.

14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass man Aktivkohl© in Eornform einsetzt.

-13.,-

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Mt

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Mischung der Aktivkohle, des teilchenförmigen Harzes in einer etwa 1 bis 15 £ vom Kohlenstoffgewicht betragenden Menge und von Pigment in einer etwa 80 # vom Harzgewicht nicht überschreitenden Menge bildet und durch Erhitzen der Mischung unter Bewegung das Harz in einen klebrigen Zustand überführt.

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