DE2305525C3

DE2305525C3 - Verfahren zur Gewinnung eines leicht dispergierbaren Russes hoher Dichte

Info

Publication number: DE2305525C3
Application number: DE19732305525
Authority: DE
Inventors: Alfred Dr. 5040 Bruehl Oelmann
Original assignee: Degussa GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1973-02-05
Filing date: 1973-02-05
Publication date: 1982-03-18
Also published as: DE2305525B2; FR2216331B1; IT1000676B; FR2216331A1; GB1435272A; NL178794B; BE810592A; NL178794C; DE2305525A1; NL7401559A

Description

Verfahren zur Gewinnung eines leicht dispergierbaren Rußes hoher Dichte.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung eines nichtstaubenden Rußes hoher Dichte, der sich leicht, z. B. in den bei der Lack- und Druckfarbenherstellung üblichen Bindemittelsystemen dispergieren laut.

Bekanntlich lassen sich Pulverruße schon mit einfachen Dispergiervorrichtungen. wie Dissolvern. Walzenstühlen, Rührwerkskugelmühlen und Sandmühlen mühelos in die flüssigen Bindemittelsysteme der Lack- und Farbenindustrie einarbeiten. Pulverruße haben jedoch den Nachteil, daß sie beim Anteigen mit dem Bindemittel stark stauben. Zudem sind Pulverruße nicht rieselfähig und können daher nicht über Dosierwaagen abgewogen werden. Sie eignen sich ferner nicht zur Lagerung in Bunkern, weil sie stark zu Brückenbildung in Behältern neigen. Ein weiterer Nachteil der Pulverruße besteht darin, daß sie ein großes Verpackungsvolumen beanspruchen.

Normaler Perlruß läßt sich dagegen wegen seiner guten Rieselfähigkeit ohne Schwierigkeiten über Dosierwaagen abfüllen, in Bunkern lagern und aus diesen abziehen. Seine Einarbeitung in Bindemittelsysteme erfordert jedoch beträchtlichen Aufwand an mechanischer Energie bzw. Einarbeitungszeit. So läßt sich normaler Perlruß praktisch nur mil Hilfe schwerer Dispersionskneter oder durch längeres Behandeln in Kugelmühlen in flüssigen Bindemitteln dispergieren. Auf Walzenstühlen läßt sich normaler Perlruß nichi dispergieren, da sich auf den Walzen schnell ein dicker, harter Belag aufbaut, der ein Abstellen des Walzenstuhles erzwingt. Mit Dispergiervorrichtungen. wie Zahnscheiben-Dissolvern. Rührwerkskugelmühlen und Sandmühlen gelingt eine Dispergierung nur mit hohem Zeit- und Energieaufwand.

Aus diesem Grunde wird in der Lack- und Druck farbenindustrie vorwiegend Pulverruß eingesetzt. Der Wunsch dieser Industrie geht jedoch dahin, von den; staubenden, schlecht dosierbaren PiilverruP niedriger Dichte iiuf nichlsiaubendc. rioselfähipc Rußsr.i Ich höhet Dichte überzuwechseln, weiche in sauberen, vollautomatischen Anlagen dosiert und weiterverarbeitet werden können und die Nachteile der bekannten Staubruße nicht aufweisen.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Abbau von Perlruß zu einem staubförmigen Ruß vorzunehmen, welcher gegenüber dem zur Herstellung des Perlrußes verwendeten Staubruß eine mehrfach höhere Dichte bei Erhaltung oder Verbesserung der Handhabungs- und Verarbeitungseigenschaften aufweist und welcher sich im Unterschied zum Perlruß ohne Zuhilfenahme aufwendiger Dispergierverfahren leicht in Bindemittelsysteme von Lacken und Farben einarbeiten läßt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man einen trocken- oder naßgeperlten Ruß unter weitgehender Ausschaltung von an Wandungen auftretenden pressenden Impulsen durch Einwirkung scherender Kräfte in Staubfon.i überführt, indem man den Perlruß unter Einwirkung von Zentrifugalkräften scharfkantige, in einem rotierenden Zylinder angeordnete Lochungen passieren läßt Entsprechende apparative Voraussetzungen dafür weisen die Sieb-, Reib- und Passiermaschinen EXPRESS der Firma Werner & Pfleiderer, Maschinenfabriken Stuttgart, auf.

Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, den Perlruß im Bereich der Rotationsachse des gelochten Zylinders einer solchen Sieb-, Reib- und Passiermaschine zuzuführen.

Zweckmäßigerweise unterstützt man Förderung und Austrag des Rußes durch eine zur Zentrifugalkraft gleichgerichtete, durch schaufeiförmige Ausbildung der Lochungen erzeugte Luftströmung.

Um den Einfluß pressender Kräfte weitestgehend auszuschalten wird bevorzugt, den gescherten Ruß in einen Raum großen Volumens austreten zu lassen.

Dem neuen Verfahren liegt also der Gedanke zugrunde, einen geperlten Ruß zu einem Staubruß unter vorherrschender Einwirkung scherender Kräfte aufzureiben. Überraschenderweise gelingt es mit den beschriebenen Maßnahmen, beispielsweise einen durch übliche NaBverperlung eines Staubrußes von 120 g Litergewicht erhaltenen Perlruß von 446 g Litergewicht •in einen leicht dispergierbaren, nichtstaubenden Pulverruß von 428 g Litergewicht überzuführen.

Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältliche, im folgenden als »Fluffyruß« bezeichnete Produkt liefert aufgrund seiner Eigenschaften große Vorteile im Hinblick auf Abfüllung, Verpackung, Transport und Weiterverarbeitung; insbesondere liegen die Transportkosten infolge des hohen Litergewichtes sehr niedrig.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nachfolgend zunächst anhand von physikalischen und lacktechnischen Vergleichsprüfungen zwischen den unverdichteten Staubrußtypen Printex, Farbruß S 170, Farbruß FW 1. Spezialschwarz 4 und Farbruß FW 2 (Hersteller DEGUSSA), den daraus hergestellten Perlrußen und den erfindungsgemäß aus diesen gewonnenen fluffisierten Rußen belegt. Bestimmt wurden jeweils Stampfdichte, Farbstärke, ölbedarf und Farbtiefe. Die π 'gewandten LiiHersuchungsmethoden werden im folgenden kurz beschrieben.

Bestimmung der Stampfdichte

Die .Stampfdichte ist der mit 100 000 (oder 10^) multiplizierte reziproke Wen des Stampfvolumens. Die An gäbe erfolgt in g/l. Das Stampfvolumen wird mn dem |t'[.-Staiupfvi-)lume!er bestimm!. Dip Durehfüh-

rung erfolgt nach DIN 53 194. Dazu werden 100 g Ruß in einen 250-ml-Meßzylinder gegeben, der Meßzylinder in das Siampfvolumeter eingesetzt und 2500mal gestampft. Anschließend wird das Rußvolumen abgelesen. Die Angabe des Stampfvolumens erfolgt in ml/100 g.

Bestimmung der Farbstärke

Die relative Farbstärke eines Rußes liefert einen Hinweis auf seine Ergiebigkeit. Ihre Bestimmung erfolgt nach DIN 53 204. Danach wird die Rußprobe mit einem Weißpigment (Rutil) unter genormten Bedingungen zu einer Paste gerieben. Ebenso wird mit einem geeignet gewählten Bezugsruß verfahren. Die beiden Pasten werden visuell geprüft, ob sie die gleiche Farbtiefe aufweisen. Ist dies nicht der Fall, wird so lange die Menge der Rußprobe in bezug auf das Weißpigment geändert, bis beide Pasten gleiche Farbtiefe aufweisen. Die relative Farbstärke ist dann das Verhältnis der Farbstärke der Rußprobe zur Farbstärke des ßazugsrußes, dessen Farbstärke gleich 1,00 gesetzt wird. Damit stehen die Farbstärken der beiden Ruße im umgekehrten Verhältnis zueinander wie die eingesetzten Gewichtsmengen der beiden Ruße.

Bestimmung des Ölbedarfs

Der Ölbedarf ist ein Anhaltswert für die zum Anteigen von Ruß benötigte Ölmenge. Zu seiner Bestimmung werden 0,5 g Ruß sorgfältig mit Leinölfirnis (RAL 848 B) mit einem elastischen Stahlspatel auf einer Glasplatte angerieben, bis sich eine homogene, »stehende« Paste gebildet hat. Labei wird das Öl langsam aus einer 2-ml-Bjrette zugegeben. Der Endpunkt der Ölzugabe wird daran i'kannt, daß beim Abheben des Spatels aus der Paste kegelförmige Spitzen gezogen werden können. Diese Spitzen fallen nicht sofort in sich zusammen, sondern erst durch eine Erschütterung. Daher rührt die Bezeichnung »stehende« Paste oder auch Fließpunkt. Der Ölbedarf wird nach Umrechnung der verbrauchten ml Leinöl in Gramm in Gewichtsprozenten, bezogen auf Ruß, angegeben.

Bestimmung der Farbtiefe

Die fluffisierten Rule lassen sich in die Praxis leicht mit Dispergiervorrichtungen, die üblicherweise zur Dispergierung von Pulverrußen verwendet werden (Dissolver, Walzenstuhl o.a.) in Bindemittelsysteme einarbeiten. Darin liegt ihr hauptsächlicher technischer Vorteil gegenüber den Perlrußen.

Die gegenüber Perlrußen überlegene Dispergierbarkeit der erfindungsgemäß erhältlichen Fluffyruße, z. B. in Offset- und Heat-set-Farbe geht aus folgenden Untersuchungen hervor, bei der wieder jeweils eine Rußtype in unverdichtetem, geperlten und erfindungsgemäß fluffisierten Zustand geprüft wurde.

A. Rezepturen

Buchdruckfirnis:

50,- Gew.-Tl.= 25% Triono! 3

(Lawter Chemicals)
145,-Gew.-Tl.= 72,5% Uroset

(Lawter Chemicals)
5,- Gew.-Tl.= 2,5% Co-linoleat (5%ig)

200,- Gew.-Tl. = 100%

Heat-set-Firnis:

120,- Gew.-Tl.= 70,6% Thermex A6E

(Lawter Chemicals)
50,- Gew\-Tl.= 29,4% PKWF 4/7

(Haltermann)

170.- Gew.-Tl. = 100%

Die Rezepturbestandteile wurden bei beiden Firnissen kalt zusammengerührt.

Buchdruckfarbe:

100,- Gew.-Tl.= 80% Buchdruckfirnis
25,- Gew.-Tl.= 20% Ruß

125, - Gew.-Tl = 100%

Heat-set-Farbe:

170,- Gew.-Tl.= 85% Heat-s^-Firnis
30,- Gew.-Tl.= 15% Ruß

200,- Gew.-Tl.= 100%

Eine Übersicht über die Rezepturen der einzelnen ge-4-, prüften Farben vermittelt anliegende Tabelle II.

Der Nigrometer-Werl ist ein Maß für die Farbtiefe eines Rußes. Zu seiner Bestimmung werden 0,1 g Ruß sorgfältig: mit Leinölfirnis (RAL 848 B) mit einem elastischen Stahlspatel auf einer Glasplatte angerieben, -„·. bis sich eine homogene »stehende« Paste gebildet hat. Dabei wird das Öl !angsam aus einer 2-ml-Bürettc zugegeben. Es wird derselbe Endpunkt wie bei der Bestimmung des ölbedarfs angestrebt.

Die Paste wird auf einen Objektträger dick -■, aufgertrichen und die Lichtremission der Paste mit einem Nigrometer durch das Glas hindurch gemessen. Die Angabe erfolgt als Nirgrometer-Index, wobei kleine Zahlen eine hohe und große Zahlen eine geringe Farbtiefe angeben. _h0

Die für jeden der in unverdichtetem. geperlten und erfindiingsgemäß fluffisierten Zustand untersuchten Ruße ermittelten Eigenschaften sind in der anliegenden Tabelle I aufgeführt. Daraus geht hervor, daß die Stampfdichte der fluffisierten Ruße gegenüber der „·, lenigender Perlrußc nicht wesentlich abfällt; auch t'arh stärke. Ölbedarf und l'arbtiefc der fluffisierten RuRe cntSDrechen in etw;\ den Werten der Perlrul.it.-.

B) Versuchsdurchführung
Benetzung und Dispergierung: 1.
Buchdruckfarbe:

a) Benetzung:

Die It. Rezeptur angegebene Rußmenge wird langsam bei Stufe 1 mit dem Pendraulikrührer (Dissolverscheibe 80/1,5) in das Bindemittel eingeführt. Die Zeit bis zur vollständigen Benetzung wird gestoppt.

b) Dispergierung:

Nach der Benetzung des Rußes wird weitere 20 Minuten bei Stufe 4 gerührt. Die Paste wird anschließend über eine ltterlein=Ein· walze abgerieben. Der sich hinter dem Barren ansammelnde Rückstand wird ausgewogen und prozentual zur Gesamtmenge bestimmt. Auf einer hydraulischen Bühler-Dreiwal/.e werden die Proben nacheinander bei steigen den Anpreßdrucken (10, 20 und 30 atu) dispergieri.

Heai-set-Farbe:

a) Benetzung:

Die Durchführung erfolgt analog den Buchdruckfarben.

b) Dispergierung:

Nach der Vordispergierung am Dissolver werden die Farben 15 Minuten in einem gekühlten Attritor weiterdispergiert; der Attritor wird mit 200 g Farbe und 1000 g Stahlki'geln von 3 mm Durchmesser gefüllt.

2. Grindometerwert:
Buchdruckfarbe:

Von den einzelnen Proben wurde die Körnigkeit nach DIN 53 203 in Mikron nach der Vordispergierung, nach der Rückstandsbestimmung an der Einwalze und nach jedem einzelnen Walzendurchgang an der Dreiwalze bestimmt.

Heat-set-Farbe:

Von den einzelnen Proben wurde die Körnigkeit rraeh D!N 53 203 in Mikron nach der Vordispergierung und nach 15 Minuten Attritor-Behandlung bestimmt.

3. Siebrückstand:

Der Siebrückstand wurde nur von den im Attritor dispergierten Heat-set-Farben (50 g Farbe, mit Toluol ausgewaschen) bestimmt; die Siebung erfolgt durch ein Sieb von 42 Mikron Maschenweite.

Die im Zusammenhang mit der Untersuchung "on Benetzung, Grindometerwert und Siebrückstand erTabelle 1

haltenen Ergebnisse finden sich in anliegender Tabelle III.

4. Viskosität, Fließgrenze:

τ Die Farben wurden nach 24 Stunden Lagerung

im Klimaraum mit dem Stabfallviskosimeter nach Laraignou (Metallstab) bei 25°C/50% rel. Luftfeuchte gemessen. Die Meßergebnisse finden sich in anliegender Tabelle IV.

'" 5. Visuelle Beurteilung:

Die auf einen Objektträger nebeneinander gesirichenen Farben wurden unter der Leitz-Lampe auf ihre Farbstärke beurteilt. Die an der Buch-,-druckfarbe und der Heat-set-Farbe erhaltenen Ergebnisse finden sich in der anliegenden Tabelle V.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß sich bei allen angewandten Prüfverfahren die erfindungsgemäß JH gewonnenen fluffisierten Ruße den Aüsgangsperlrußen als überlegen zeigten. Die bezüglich Benutzung und Disperfeierung erhaltenen Ergebnisse zeigen deutlich, daß die fluffisierten Ruße im -.-.esentlichen zwischen Pulver- und Perlrußen einzustufen sbd. Die erhaltenen 2ϊ Werte für den Rückstand auf der Einwalze, für den Siebrückstand und die Grindometerwerte geben die Tendenz in Richtung Pulverruß zu erkennen. Die Viskositäten der mit den fluffisierten Rußen hergestellten Farben liegen zwischen denen der Perlruße und jn denen der Pulverruße. Die Fließgrenzen lassen sich in dieses Schema nicht einordnen. Die Auswirkung auf die Farbtiefe hängt stark von der verwendeten Rußtype ab. Im wesentlichen ist aber auch kein gravierender Unterschied zwischen den mit Pulver- und !3 Perlruß erhaltenen Farbtiefen festzustellen.

Rußtyp	unverdichtet	Stampfdichte	Farbstärke	Ölbedarf	1454	1455 1456	1457	1458 1459	Farbtiefe
	geperlt	g/i		g/100	50	50 50	50	50 50
	fluffisiert	DIN-53 194	DIN-53 204		145	145 145	145	145 145
Printex	unverdichtet	135	0,95	423	5	5 5	j	5 5	143
	geperlt	433	0,95	315				143
	fluffisiert	350	0,95	315	142
S 170	unverdichtet	72	1,03	720	169
Farbruß	geperlt	350	1.00	560	156
	fluffisiert	354	0,99	520	157
FW 1	unverdichtet	74	0,91	963	185
Farbruß	geperlt	360	1,01	755	167
	fluffisiert	356	0.99	770	164
Spezialschwarz 4	unverdichtet	186	0,89	312	149
	geperlt	425	0,93	260	151
	fluffisiert	390	0,92	270	151
FW 2		150	0,83	724	185
Farbruß	und Numerierung	446	0,95	540	170
		428	0,93	560	172
Tabelle II
Zusammenstellung		der einzelnen Farben/Rezeptierung: — Buchdruck —
		G-Versuchs-Nr.
Firnis		1453	1400 1461
Trionol 3		50	50 50
Urnset		145	145 145
Colinoleat		5	5 5

RuOe:

Sp.schw 4 I¹S Sp.sctn«.. 4 geperlt Sp.schu 4 pul\er ( K 3 PS (K Ϊ geperlt PRINTF-X MO V pulv.

prinit-x ps PRINTLX geperlt PRINTCX V pulver

(r- W'fsiii (τ* Nr

50

I .indie Il (i nnsetzung)

/ >,iHimens!elhing und Numerierung der einzelnen Farben lUvepiierung: — Meat-set -·

! irnis

Γ berm ex AhF-". PKWF 4 7 f .ilinole.it

Ruße:

Sn.sehu. 4 PS Sp.schu 4 geperlt Sp.sch'*. 4 pulver CK 3 PS ( K 3 geperlt PRINThX 140 V pulv PRlNTFiX PS PRINTF.X geperit PRINTEX V pulver

K-Versuchs	-Nr.	340	341	342	343	344	345	346
338	339	120	120	120	120	120	120	120
120	120	50	50	50	50	50	50	50
50	50

30

Tubeile III

VersLchsergebnisse: Übersicht über Benetzung. Grindometerwerte. Siebrückstand — Buchdruck —

Ruß-7>pc	Benetzungs- 7eit	Körnigkeit DIN 53 203 (Mikron)	L nach Ein walze	nach Dreiwalze lOatü	20 atü	30 atü
	Min.	nach 20 Min Dissolver	>100	= 80	= 25	10
SD.schwarz <* PS	2	>100	>I00	>100	30-40	20
Sp-schwarz 4 geperit	1	>100	= 50	35-40	20	15
Sp.schwarz 4 pulver	5	>100	>100	50	20-25	5
CK 3 PS	272-3	>!00	>100	= 100	= 30	= 15
CK 3 geperlt	2	>100	= 60	35-40	20	10
PRINTEX 140 V pulver	ca. 5	>100	>100	60	20	= 10
PRINTEX PS	3	>100	>100	>100	= 60	20-25
PRINTEX geperlt	1	>!00	>100	60	30	10
PRINTEX V Dulver	4	>100

K)

Tabelle III (Korlsct/ung)

Versuchsergebnisse: Übersicht über Henet/ung. (irindomelerwertc. Sicbriickstand ■- lle;tt-set —

RuD-Tvpe	Rückstand	[K nct/unjis/Lit	Kornijikcit I)IN	")J20t (Mikron)	Su-bnii k
	[■.!nw.il/e				>i.irnl
	¹VfI	Mm	iiaih 20 Mm	!■■> Mm.
			Dissok er	Atlntor
Sp.sc hwarz <» PS	1.3		> 100	20-25	0.01 1
Sp.schwar/. 4 geperlt	4.25	'/.'	- 100	60	0.02h
Sp.schwar/ 4 pulver	Π.75	2	>IOO	20	0.00 3
CK 5 PS	4.5	2	> 100	M)	(».025
CK J geperlt	10,5		:· I 00	■80	0.25 i
PRINTfX 140 V pulver	0.9	ν,	■> 100	35	0,0(W
PRINTFX PS	3.0	2	> 100	40	0,024
PRINTF-X geperlt	6.5		> 100	90	0.2 37
IMMNTKX V pulver	0.5	2	..- 1 00	20	0.014

Tabelle IV

I Ibersicnt über Viskosität und Hießgren/e der Karben

Tabelle V

Heiirieilung der i'arben unter der l.eit/lampe

RnB-Typc	Viskosität	IHeIi	Ruß	[3iichdriickfarbe	Heat sei-Farhc
		gren/e
	(I¹OiSC)	(dyn'cni·')	Spezial	PS-Ruf· gering	PS-Ruß minimal
			schwarz 4	fügig heller als	heller als Pulver .
Spezialschvarz 4 PS	990	4100		Perl- und Pulver-	geringfügig heller
Spezialschwarz 4 geperlt	1330	2900		ruU	als Periruß
S ezialschwarz 4 pulver	810	1100	CK 3	PS-Ruß minimal	PS-Ruß deutlich
CK 3 PS	1040	2400		farbtiefer als	heller als Perl- und
CK 3 geperlt	1050	5600		Pulver- und Periruß	Pulverruß
PRINTEX 140 V pulver	660	4000	PRINTEX	PS-Ruß minimal	PS-Ruß minimal
PRINTEX PS	680	5000		f?.rbtiefer als	heller als Periruß.
PRINTEX geperlt	1350	4200		Pulver- und Perlruß	deutlich heller als
PRINTEX V pulver	740	3600			Pulverruß

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Gewinnung eines leicht dispergierbaren nichtstaubenden Rußes hoher Dichte, dadurch gekennzeichnet, daß man einen trocken- oder naßgeperlten Ruß unter weitgehender Ausschaltung von an Wandungen auftretenden pressenden Impulsen unter Einwirkung von Zentrifugalkräften, scharfkantige, in einem rotierenden Zylinder angeordnete Lochungen passieren läßt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Perlruß im Bereich der Rotationsachse des gelochten Zylinders zuführt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man Förderung und Austrag des Rußes durch eine zur Zentrifugalkraft gleichgerichtete, durch schaufeiförmige Ausbildung der Lochungen erzeugte Luftströmung unterstützt.

4. Verfahren nach der. Ansprüchen ! —3, dadurch gekennzeichnet, daß man den gescherten Ruß in einen Raum großen Volumens austreten läßt.