DE2415977A1

DE2415977A1 - Verfahren zum faerben von anorganischem material

Info

Publication number: DE2415977A1
Application number: DE2415977A
Authority: DE
Inventors: Shigeru Juzu; Hiroyuki Okazaki; Yasuyuki Suzuki
Original assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 1973-04-02
Filing date: 1974-04-02
Publication date: 1974-10-17
Also published as: FR2223200B1; GB1448055A; CH377075A4; CH584662B5; FR2223200A1; AU6733174A; JPS49125437A; CH570944A5; JPS5336493B2; IT1011204B; NL7404388A; CA1013505A

Description

SUMITOMO CHEMICAL COMPANY, LIMITED
Osaka, Japan

" Verfahren zum Färben von anorganischem Material " Priorität: 2. April 1973, Japan, Nr. 38 155/73

Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren zum Färben von anorganischem Material, wie anorganischen Kügelchen, z.B. Glasperlen, anorganische Fasern, wie Glasfasern, Steinwolle und Mineralwolle, Mineralfaserplatten und Textilgut aus diesen Fasern, Formkörper aus Beton, wie Betonziegel und Betonmasten für elektrische Leitungen, anorganische Pigmente, wie Titandioxid, Calciumcarbonat und Aluminiumoxid, sowie Metallpulver, wie Aluminiumpulver, mit Pigmenten oder Farbstoffen unter Verwendung wasserlöslicher kationischer Polymere.

Es sind verschiedene Verfahren zum Färben von anorganischem TIaterial, insbesondere Glasfasern bekannt. So werden nach dem in der GB-PS 1 035 778 beschriebenen Verfahren die Glasfasern mit !farbstoffen oder Pigmenten gefärbt, nachdem sie vorher mit SiIanen behandelt wurden. Gemäß der japanischen Patentveröffentlighting Nr. 49 471/72 werden die Glasfasern vorher mit einer _j

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Chromverbindung oder anderen Metallionen behandelt. Es ist ferner aus der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 23 684/72 bekannt, Glasfasergewebe mit pigmentierten Kunstharzen zu beschichten, hier ist ferner ein Transfer-Druckverfahren auf Glasfasertextilgut beschrieben. Schließlich ist in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 5387/61 ein Verfahren zur Herstellung von Hartplatten aus Steinwolle unter Verwendung eines farbgebende Verbindungen enthaltenden Bindemittels beschrieben.

Diese bekannten Verfahren sind unbefriedigend, da sie umständlich sind und es schwierig ist, brilliante Farbtöne zu erhalten. Das Färben von anorganischen Pigmenten und Aluminiumpulvern ist in der technischen und Patentliteratur nur in geringem Ausmaß beschrieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein neues Verfahren zum Färben von anorganischem Material zu schaffen, d.h. nicht nur anorganischen Fasern, Perlen, Textilgut auf Basis anorganischer Fasern und Mineralfaserplatten, sondern auch anorganische Pigmente, wie Titandioxid und Aluminiumoxid sowie Metallpulver, das die Nachteile der bekannten Verfahren nicht aufweist. Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zum Färben von anorganischem Material, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man das anorganische Material in beliebiger Reihenfolge mit (A) einer kationisehen Komponente aus

(a) einem wasserlöslichen kationischen Polymeren oder einer wäßrigen Lösung eines wasserlöslichen kationischen Po- _j

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lymeren,

(b) einer wäßrigen Lösung eines wasserlöslichen .kationischen Polymeren und eines wasserlöslichen kationischen Farbstoffs oder

(c) einer wäßrigen Dispersion eines wasserlöslichen kationischen Polymeren, eines kationischen Dispergiermittels und eines wasserunlöslichen Farbstoff oder Pigments und gegebenenfalls eines kationischen wasserlöslichen Farbstoffs und

(B) mit einer anionischen Komponente aus

(d) einer wäßrigen Lösung eines wasserlöslichen anionischen Farbstoffs,

(e) einem anionischen Dispergiermittel oder einer wäßrigen Lösung eines anionischen Dispergiermittels,

(f) einer wäßrigen Lösung eines anionischen Dispergiermittels und eines wasserlöslichen anionischen Farbstoffs oder

(g) einer wäßrigen Dispersion eines anionischen Dispergiermittels und eines wasserunlöslichen Farbstoffsoder Figments und gegebenenfalls eines anionischen wasserlöslichen Farbstoffs

behandelt, und wobei mindestens eine der kationischen Komponenten (A) oder der anionischen Komponenten (B) einen wasserlöslichen oder wasserunlöslichen Farbstoff oder ein Pigment als farbgebendes Mittel enthält.

Im erfindungsgemäßen Verfahren kann die kationische Komponente (A) und die anionische Komponente (B) in beliebiger Reihenfolge verwendet werden. Das Färben der anorganischen Materialien er-

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fordert im wesentlichen nur diese beiden Komponenten. Die kationische Komponente (A) besteht aus wasserlöslichen kationischen Polymeren, während die anionische Komponente (B) aus anionischen Farbstoffen oder anionischen Dispergiermitteln besteht. Die Farbkomponente besteht aus Pigmenten oder Farbstoffen. Solange das Färben der anorganischen Materialien nicht bewirkt wird, können die Pigmente oder Farbstoffe vorher entweder in der kationischen Komponente (A) oder der anionischen Komponente (B) oder sowohl in der kationischen Komponente (A) als auch in der anionischen Komponente (B) dispergiert werden. Ferner kann die kationische Komponente (A) und die anionische.Komponente (B) jeweils eine oder mehrere der Verbindungen enthalten, die hinsichtlich ihres Ionencharakters miteinander verträglich sind.

Im erfindungsgemäßen Verfahren wird zur Verbesserung der Beschichtung durch Pigmente und Farbstoffe, die beide nachstehend lediglich als farbgebende Mittel bezeichnet werden, wasserlösliche kationische Polymere vorzugsweise in Form einer wäßrigen Lösung einer Konzentration von etwa 0,1 bis 50, insbesondere etwa 1 bis 10 Gewichtsprozent verwendet. Zur Förderung des Beschichtens können die anionischen Dispergiermittel und anionischen Farbstoffe auch vorzugsweise in Form einer wäßrigen Lösung oder Dispersion in einer Konzentration von etwa 0,1 bis 50, vorzugsweise etwa 1 bis 10 Gewichtsprozent verwendet werden. Diese Konzentrationen entsprechen nicht den im Handel erhältlichen Konzentraten.

Im erfindungsgemäßen Verfahren beeinflußt ein Faktor erheblich das Beschichten mit den farbgebenden Mitteln, nämlich der Typ _j

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der wasserlöslichen kationischen Polymeren und die Kombination der kationischen Polymeren mit den anionischen Dispergiermitteln und/oder anionischen Farbstoffen. Die besonders wirksamen Kombinationen zum Färben sind:

' (A) eine Kombination aus einer wäßrigen Lösung mindestens eines wasserlöslichen kationischen Polymeren mit einer wäßrigen Lösung mindestens eines anionischen Farbstoffs,

(B) eine Kombination einer wäßrigen Lösung mindestens eines wasserlöslichen kationischen Polymeren mit einer wäßrigen Dispersion mindestens eines Pigments oder wasserunlöslichen Farbstoffs, die unter Verwendung mindestens eines anionischen Dispergiermittels dispergiert sind und

(C) eine Kombination einer wäßrigen Lösung mindestens eines wasserlöslichen kationischen Polymeren mit einem Gemisch aus einer wäßrigen Lösung mindestens eines anionischen Farbstoffs und einer wäßrigen Dispersion mindestens eines Pigments oder wasserunlöslichen Farbstoffs, die unter Verwendung mindestens eines anionischen Dispergiermittels dispergiert sind.

Die Reihenfolge der Zugabe der verwendeten Komponenten im erfindungsgemäßen Verfahren spielt keine besondere Rolle. Im allgemeinen kann eine beliebige Reihenfolge angewendet werden. Die Reihenfolge der Zugabe beeinflußt jedoch bisweilen etwas die. Farbstärke, was von der Art des anorganischen Materials abhängt. Wenn beispielsweise das erfindungsgemäße Verfahren zum Färben von anorganischen Fasern, wie Mineralwolle, Steinwolle, Glasfasern oder Glasperlen angewendet wird, besteht die günstigste Reihenfolge der Behandlung darin, zunächst die kationische Korn- j

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ponente auf die Oberfläche des anorganischen Materials aufzubringen.

Spezielle Beispiele für wasserlösliche kationische Polymere, die im erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden können, sind Polyamid-Polyamin-Epichlorhydrinharze, Polyamin-Epichlorhydrinharze, wie Sumirez Resin 680, Polyamid-Polyamin-Polyester-Polyäther-Epiqhlorhydrinharze, Polyvinylamin-Polyacrylamid-Epichlorhydrinharze, Polyäthylenimin-Polymere, deren Derivate, wie Tydex 12 und Epomine P-1000, Mannich-Reafctionsprodukte oder Hoffmann-Abbauprodukte von Polyacrylamid, wie Sumifloc FC 50, Polykondensate eines Polyamins mit Formaldehyd, Homopolymerisate von Dialkylaminoäthylmethacrylaten oder quartäre Verbindungen eines Copolymerisate, wie Styrol-Acrylamid-Copolymerisat, beispielsweise Lufax, Polykondensate aus Anilin und Formaldehyd, Polyvinylpyrrolidon und Polyvinylpyridin.

Die besonders bevorzugten Polymeren sind Polyamid-Polyamin-Epichlorhydrinharze, wie Sumirez Resin 650 und Kyraen 557, Polyäthylenimin-Polymere _t wie Epomine P-1000. Diese Polymeren sind in Wasser löslich und zeigen einen kationischen Charakter. Sie werden daher an der Oberfläche von anorganischen Substraten adsorbiert. Das wesentliche Merkmal der kationischen wasserlöslichen Polymeren ist darin zu erblicken, daß das Polymer wasserlöslich ist und kationischen Charakter aufweist. Das Polymer kann in jedem Mengenverhältnis in Wasser löslich sein, sofern es in Lösung einen kationischen Charakter aufweist. Ein geeigneter Polymerisationsgrad kann von etwa 10 bis. etwa 10 000 000, vorzugsweise 100 bis 100 000 betragen.

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Beispielsweise beträgt bei den Polyamid-Polyamin-Epichlorhydrinharzen der Polymerisationsgrad vorzugsweise etwa 500 bis 5000 und bei den Mannichverbindungen von Polyacrylamid etwa 10 000 bis 100 000.

Die anionischen Dispergiermittel, die im erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden können, sind im allgemeinen anionaktive Netzmittel, wie Salze von Fettsäuren, beispielsweise die Alkali-

etwa
und Ammoniumsalze von Fettsäuren mit'8 bis 20 Kohlenstoffatomen, wie Palmitinsäure, Behensäure, Stearinsäure und Ölsäure, Sulfate höherer Alkohole, wie die Alkali- und Ammoniumsalze der Sulfate höherer Alkohole mit etwa 8 bis 18 Kohlenstoffatomen, wie Laurylalkohol, Stearylalkohol und Oleylalkohol, Naphthalinsulfonat-Formaldehyd-Kondensate und Polyalkylenoxysulfate, wie die Alkalimetall- und Ammoniumsalze der Sulfate der Äthylenoxidaddukte, Propylenoxidaddukte oder der gemischten Äthylenoxid-Propylenoxidaddukte höherer Alkohole mit etwa 8 bis 18 Kohlenstoffatomen und etwa k bis 50 Äthylenoxideinheiten, etwa 4 bis 50 Propylenoxideinheiten oder etwa k bis 50 Einheiten aus den beiden Monomeren. Vorzugsv/eise werden Naphthalinsulfonat-Formaldehyd-Kondensate, wie Demol N und Tamol N verwendet.

Die vorgenannten anderen Verbindungen, die gegebenenfalls verwendet werden können, sind verschiedene nichtionische oder kationische Dispergiermittel zum Dispergieren der Pigmente oder Farbstoffe in Wasser oder den Polymeren.

Die nichtionischen Dispergiermittel sind im allgemeinen nichtionische Netzmittel, wie Polyoxyäthylenalkyläther der allgemci- J

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nen Formel

RO(CH₂CHpO)_nH, in der R einen aliphatischen Rest mit etwa 12 bis 18 Kohlenstoffatomen bedeutet und η eine ganze Zahl mit einem Wert von etwa 4 bis 20 ist, oder Polyoxyäthylenphenoläther der allgemeinen Formel R₁-C₆H₄-O-(CH₂CH₂O)_n H, in der R₁ einen aliphatischen Rest mit 8 oder 9 Kohlenstoffatomen und n₁ eine ganze Zahl mit einem Wert von etwa 8 bis 50 bedeutet, Sorbitanpartialfettsaureester, wie Sorbitanmonolaurat, Sorbitandistearat oder Sorbitantrioleat, Polyoxyäthylenacylester der allgemeinen Formel R₂CO₂(CH₂CH₂O)_n H, in der R₂ einen aliphatischen Rest mit etwa 12 bis 18 Kohlenstoffatomen bedeutet und n₂ eine ganze Zahl mit einem Wert von etwa 4 bis. 50 ist, Oxyäthylen-Oxypropylen-Blockpolymerisate mit einem Molekulargewicht von etwa 1000 bis 10 000, und Fettsäuremonoglyceride der allge-. meinen Formel R₃OCH₂-CH(OH)-CH₂OH, in der R₅ einen Acylrest mit etwa 8 bis 18 Kohlenstoffatomen bedeutet. Bevorzugte Beispiele sind Polyoxyäthylenalkyläther, wie Emuigen 404.

Die genannten kationischen Dispergiermittel sind im allgemeinen Netzmittel, wie die Alkylaminsalze, beispielsweise Laurylaminacetat, quartäre Ammoniumsalze, wie Lauryltrimethylammoniumchlorid oder Stearyltrimethylbenzylammoniumchlorid, und Polyoxyäthylenalkylamine der allgemeinen Formel H(OCH₂CH₂J_n N-R₄-N(CH₂CH₂O)_n H, in der R₄ eine Alkylengruppe mit etwa 8 bis 20 Kohlenstoffatomen und n* eine ganze Zahl mit einem Wert von etwa 3 bis 20 ist. Bevorzugte Beispiele für diese Netzmittel sind quartäre Ammoniumsalze, wie Quartamin.

Diese gegebenenfalls verwendeten Verbindungen können entweder in der anionischen oder kationischen Komponente vorliegen, sofern _j

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sie mit den wesentlichen Komponenten verträglich sind.

Als farbgebende Mittel werden anionische Farbstoffe, Pigmente und wasserunlösliche Farbstoffe bevorzugt. Es können jedoch auch kationische Farbstoffe verwendet werden, die jedoch gegenüber den anionischen Farbstoffen, den wasserunlöslichen Farbstoffen und den Pigmenten hinsichtlich der Farbstärke etwas unterlegen sind.

Zu den verwendbaren Pigmenten gehören sowohl organische als auch anorganische Pigmente, beispielsweise natürliche Farbstoff pigmente, wie Krapp-Pigment, Nitrosopigmente, wie .Naphtholgrün B, Nitropigmente, wie Naphtholgelb S, Azopigmente, wie Pigmentrot C, Phthalocyaninpigmente, wie Phthalöcyaninblau, basische Farbstoffpigmente, wie Rhodaminpigment, ' polycyclische Kondensationspigmente, wie Chinacridonrot, Lithopon, Titandioxid, Zinksulfid, Chromgelb, Ruß, rotes Eisenoxid und Bronzepulver.

Als Farbstoffe kommen Direktfarbstoffe, saure Farbstoffe, basische Farbstoffe, Reaktivfarbstoffe, kationische Farbstoffe, Küpenfarbstoffe, Dispersionsfarbstoffe und optische Aufheller in Frage. Beispiele für die wasserlöslichen Farbstoffe sind Direktfarbstoffe, saure Farbstoffe, basische Farbstoffe, kationische Farbstoffe, Reaktivfarbstoffe und optische Aufheller,. Beispiele für wasserunlösliche Farbstoffe sind Küpenfarbstoffe, Dispersionsfarbstoffe und gewisse optische Aufheller. Zu den wasserlöslichen Farbstoffen gehören diejenigen Farbstoffe, die anionischen Charakter in wäßrigen Lösungen zeigen, wie Direkt- _

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ίο ^Π

farbstoffe, Reaktivfarbstoffe, saure Farbstoffe und einige optische Aufheller. Nachstehend werden diese Farbstoffe kurz als anionische Farbstoffe bezeichnet. Andererseits gehören zu den wasserlöslichen Farbstoffen, die einen kationischen Charakter in wäßrigen Lösungen zeigen, basische Farbstoffe, kationische Farbstoffe und ebenfalls einige optische Aufheller. Nachstehend werden diese Farbstoffe kurz als kationische Farbstoffe bezeichnet.

Diese Farbstoffe sind im Color Index, 3. Auflage, veröffentlicht von der Society of Dyers and Cölourists fEngland) und der American Association of Textile Chemists and Colorists (U.S.A..) angeführt. ·

Als anorganisches Material bzw. Substrat, das im erfindungsgemäßen Verfahren gefärbt werden kann, kommen beispielsweise anorganische Perlen oder Kügelchen, wie Glasperlen, anorganische Fasern, wie Mineralwolle, Steinwolle und Glasfasern, Mineralfaserplatten und Textilgut aus den vorgenannten anorganische» Fasern, Formkörper aus Beton, wie Betonziegel und Betonmasten und Betonpfähle, anorganische Pigmente, wie Titandioxid, Aluminiumoxid, gefälltes Bariumsulfat und gefälltes Calciumcarbonat, sowie Metallpulver, wie Aluminiumpulver, in Frage,

Das Gewichtsverhältnis der kationischen Komponente zur anionischen Komponente, das im erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird, ist allgemein nicht einfach anzugeben, da das Gewichts verhältnis von der Art des Substrats, dem Ausmaß der Färbung und dem beabsichtigten Verwendungszweck der zu färben- _j

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den anorganischen Materialien abhängt. Das Gewichtsverhältnis beträgt jedoch im allgemeinen etwa 10 : 90 bis 90 :' 10, vorzugsweise 30 : 70 bis 70 : 30 der kationischen Komponente zur anionischen Komponente. Gewöhnlich beträgt die Menge der kationischen Komponente etwa 0,01 bis 10 Gewichtsprozent, vorzugsweise 0,1 bis 3 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des anorganischen Substrats, jedoch kann diese Menge von der gewünschten Farbstärke abhängen. Da die Fähigkeit des Netzmittels zur Dispersion von Pigmenten oder Farbstoffen in Wasser oder Kunstharzen begrenzt ist, können Pigmente oder Farbstoffe nicht über einen bestimmten Grenzwert einem Pigment- oder Farbstoff -anionisches Netzmittel-Wasser-System einverleibt werden. Die Netzmittel müssen in einer Menge von mindestens 20 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des Pigments oder wasserunlöslichen Farbstoffs, zugegeben werden. ·

Eine geeignete Behandlungszeit für die kationische Komponente kann etwa 1 Minute bis etwa 2 Stunden bei Temperaturen von etwa 10 bis etwa 100 C und für die anionische Komponente von etwa 1 Minute bis etwa 30 Minuten bei Temperaturen von etwa 10 bis etwa 100⁰C betragen. Bei Verwendung der kationischen Komponente wird die Behandlungszeit und die Temperatur von der Art des verwendeten anorganischen Substrats stark beeinflußt. Bei Verwendung eines anorganischen Substrats mit großer Oberfläche pro Gewichtseinheit, wie anorganischen Fasern, erfolgt die Adsorption des Polymers verhältnismäßig leicht*, so daß die Adsorption innerhalb etwa 1 bis 10 Minuten bei Temperaturen von 10 bis 30⁰C oder innerhalb 1 bis 5 Minuten bei Temperaturen von _L90 C erreicht 'wird. Wenn dagegen ein anorganisches Substrat J

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Γ '

mit kleiner Oberfläche pro Gewichtseinheit verwendet wird, wie Glasperlen, so erfolgt die Adsorption des Polymers schwieriger. Die Adsorption ist bei 10 bis 30⁰C innerhalb etwa 1 bis 2 Stunden vollständig abgelaufen. Selbst bei der beschriebenen größeren Schwierigkeit der Adsorption erfolgt mit zunehmender Temperatur eine leichtere Adsorption des Polymeren. Die Adsorption kann beispielsweise innerhalb etwa 5 bis 15 Minuten bei Temperaturen von etwa 90⁰G bewirkt werden.

Bei Verwendung der anionischen Komponente wird die Behandlüngszeit und die Temperatur nicht in diesem Ausmaß von der Art des anorganischen Substrats beeinflußt. Die Adsorption kann innerhalb etwa 10 bis 30 Minuten bei 10 bis 30°C oder innerhalb etwa 1 bis 10 Minuten bei 30 bis 100⁰C bewirkt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann folgendermaßen durchgeführt

werden:

1) Die anorganischen Substrate werden in einem wäßrigen Medium durch Verrühren gleichmäßig verteilt. Anschließend wird das vorgenannte kationische Polymere oder seine wäßrige Lösung oder die kationische Lösung oder Dispersion zugegeben. Hierauf wird nach und nach die anionische Lösung oder Dispersion zugesetzt. Die Zugabe sowohl der kationischen als auch der anionischen Komponente erfolgt bei Raumtemperatur, beispielsweise bei Temperaturen von etwa 10 bis 30⁰C, oder erhöhten Temperaturen, beispielsweise bei Temperaturen von etwa 30 bis 100⁰C. Dabei wird das Gemisch gerührt. Dieses Verfahren eignet sich zum Färben von anorganischen Fasern, sowie gepulverten und körnigen anorganischen Substraten. -I

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^Γ --3- "

2) Anorganische Substrate werden durch Spritz- und Tauchverfahren gefärbt, wie sie allgemein in der Technik zum Beschichten verwendet werden. Beispielsweise können die anorganischen Substrate mit den kationischen Komponenten, vorzugsweise einer 1 Ms lOgewichtsprozentigen wäßrigen Lösung gespritzt werden. Sodann werden sie etwa 30 Minuten bis 1 Stunde trocknen gelassen. Hierauf werden die anionischen Komponenten vorzugsweise in Form einer 1 bis lOgewichtsprozentigen wäßrigen Lösung aufgespritzt,und anschließend wird das Material etv/a 30 Minuten bis 6 Stunden auf Temperaturen von 100 bis 200⁰C erhitzt. Beim Tauchbeschichten kann das anorganische Substrat in die kationischen Komponenten, vorzugsweise einer 1 bis lOgewichtsprozentigöü wäßrigen Lösung, eingetaucht und sodann etwa 30 Minuten bis 1 Stunde trocknen gelassen werden. Hierauf wird das Substrat in die anionischen Komponenten, vorzugsweise eine 1 bis 10gewichtsprozentige wäßrige Lösung,getaucht und danach etwa 30 Minuten bis 6 Stunden auf Temperaturen von etwa 100 bis 20O⁰C erhitzt. Diese Verfahren eignen sich zum Färben von geformten anorganischen Substraten, wie Mineralfaserplatten und Textilgut.

Im erfindungsgemäßen Verfahren verläuft vermutlich die Färbung derart, daß zunächst die wasserlöslichen kationischen Polymeren an der Oberfläche des anorganischen Substrats adsorbiert und anschließend die Anionen der anionischen Dispergiermittel oder . die Anionen der anionischen Farbstoffe mit den am Substrat adsorbierten Kationen unter Bildung eines lonenpaares zusammenkommen. Dies führt zum Färben der anorganischen Substrate mit _

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- "π

den farbgebenden Mitteln. In diesem Fall kann das farbgebende Mittel in einer wäßrigen Lösung Entweder der anionischen Komponenten oder der kationischen Komponenten dispergiert sein.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich anorganische Substrate in Jedem Farbton und brillianten Farben färben. Ferner läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren auch zum Färben von Glaskügelchen und anorganischen Pigmenten anwenden, die im allgemeinen schwierig zu färben sind. Die gefärbten Produkte verlieren ihre Farbe nicht, selbst wenn sie gerieben oder in Wasser oder ein Lösungsmittelgemisch aus z.B. Wässer und einem Alkohol, Wasser und einem Keton oder in Lösungsmitteln, wie aromatischen Lösungsmitteln, beispielsweise Toluol oder Xylol, · oder Estern, wie Äthylacetat, getaucht werden. Die Untersuchung der anorganischen Substrate unter dem Mikroskop zeigt, daß das farbgebende Mittel gleichmäßig und vollständig die Oberfläche des Substrats bedeckt. Bei der Herstellung von Isolierplatten aus vorher eingefarbter Mineralwolle, wie dies in den Beispielen erläutert ist, haben die gefärbten Platten eine größere Härte als die ungefärbten Platten. Dies bedeutet, daß nach.dem erfindungsgemäßen Verfahren überraschenderweise auch ein Verstärkungseffekt neben dem Färben erreicht wird. Die Beispiele erläutern die Erfindung. Teile beziehen sich auf das Gewicht, so-. fern nichts anderes angegeben ist. .

Beispiel -1

Es werden wäßrige Lösungen und Dispersionen der nachstehend angegebenen Art hergestellt.

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(1) A) Herstellung wäßriger Pigmentdispersionen Paste Nr. 1

C.I. Pigment Grün 7 - 10 Teile

Demol N 5- Teile

Wasser " 85 Teile

Paste Nr. 2

Cl'. Pigment Gelt» 12 - 10 Teile

Demol N .5 Teile

Wasser 85 Teile

Paste Nr. 3

C.I. Pigment Rot 53 10 Teile

Demol N - 5 Teile

Wasser 85 Teile

Paste Nr. 4

CI. Pigment Blau 15 10 Teile

Emulgen 408 3 Teile

Sumirez Resin 650 4 Teile

(bezogen auf Peststoff)

Wasser 83 Teile

Paste Nr. 5

CI. Pigment Blau 15 10 Teile

Demol N 5 Teile

Emulgen 408 1 Teil

Wasser 84 Teile

L· J

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B) Herstellung anionischer wäßriger Dispergiermittellösungen

Paste Nr. 6

Demol N 10 Teile

Wasser . 90 Teile

C) Herstellung wäßriger Lösungen wasserlöslicher kationiseher Polymeren

Paste Nr. 7

Sumirez Resin 650 ' 2 Teile

(bezogen auf Feststoffe)

Wasser 98 Teile

Paste Nr. 8

Epomine P-1000 2 Teile

(bezogen auf Feststoffe)

Wasser 98 Teile

Paste Nr. 9

Mannich-Reaktionsprodukt eines Polyacrylamide (Mgw. etwa 500 000; 2 Teile
Mannich-Grad 80 %) (bezogen auf Feststoffe)

V/asser . 98 Teile

D) Herstellung wäßriger Farbstoffdispersionen Paste Nr. 10

CI. Küpenfarbstoff Gelb 10 10 Teile

Demol N 5 Teile

Wasser 85 Teile

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-'•7-

Paste Nr. 11

C.I. Acid Orange 67 5 Teile

Wasser 95 Teile

Paste Nr. 12

CI. Basic Yellow 11 5 Teile

Wasser 95 Teile

Die Pasten Nr. 1 bis 5 sind wäßrige Pigmentdispersionen, die Paste Nr. 6 ist eine wäßrige Lösung eines anionischen Dispergiermittels, die Pasten Nr. 7 bis 9 sind wäßrige Lösungen wasserlöslicher kationischer Polymere und die Pasten 10 bis wäßrige Farbstoffdispersionen.

Anmerkungen t

Demol N: = Naphthalinsulfonat-Formaldehyd-Kondensat^

Natriumsalz (anionaktives Netzmittel)

Emuigen 408: = Polyoxyäthylenoleyläther (HLB-Wert: 8,8);

nichtionisches Netzmittel

Sumirez Resin 650:= Polyamid-Polyamin-Epichlorhydrinharz,

20prozentige wäßrige Lösung; Viskosität bis 100 cps bei 25°C; Polymerisationsgrad etwa 1000 bis 2000. ·

Epomine P-1000; = Polyäthylenimin-Polymer, 30gewichtsprοζentige wäßrige Lösung; Viskosität etwa 400 bis 900 cps bei 25⁰C.

·· 4Q9842/1.0 46

^Γ . 16 - ~'

(2) Färben anorganischer Fasern

1) 200 Teile Steinwolle werden- in 9800 Teile Wasser gegeben. Das faserige Material wird mit einem Rührer etwa 5 Minuten dispergiert.

2) Die erhaltene Dispersion der Steinwolle wird mit den . in den nachstehenden Tabellen angegebenen Pasten in der angegebenen Reihenfolge und angegebenen Menge jeweils

5 Minuten nach Zugabe jeder Paste verrührt.

3) Die Steinwolle wird auf einem Sieb der lichten Maschenweite 0,29 mm abfiltriert und entweder 2 Tage bei Raumtemperatur (etwa 20 bis 30⁰C).oder 5 Stunden bei 100⁰C getrocknet. .

Die Farbstärke der Steinwolle und des Filtrats wird visuell bewertet.

A) Unterschiede in der Farbstärke aufgrund der Unterschiede zwischen Pigmenten und wasserunlöslichen Farbstoffen.

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Tabelle I

- 19 -

	Paste Nr., Menge Paste Nr., Menge	1	Probe Nr.	3	•	4	j	Gelb 10	N)
	Pigment (CI. Pigment Nr.) oder	j Nr. 7 40 Teile Nr.- 1 20 Teile	2	Ur. 7 40 Teile Nr. 3 20 Teile		Nr. 7 40 Teile Nr.10 20 Teile	fast farblos
	Farbstoff (CI. Küpe Nr.)	Grün 7	Nr. 7 40 Teile Nr. 2 20 Teile	Rot 53	gleich
Reihenfolge ! :der Zugabe \|	Farbstärke des Filtrats	-	Gelb 12	-	gleichmäßig gefärbt
Farbstärke der Steinwolle	fast farblos	-	fast farblos	gut
	Kontrolle	fast farblos	gleich
Bewertung	gleichmäßig gefärbt	gleich	gleichmäßig gefärbt
	gut	gleichmäßig gefärbt	gut
		gut

Aus Tabelle I ist ersichtlich, daß die Unterschiede zwischen den Pigmenten und wasserunlöslichen Farbstoffen die Farbstärke der Steinwolle nicht beeinträchtigten.

Eine mikroskopische Untersuchung der gefärbten Steinwolle ergab, daß die Steinwolle gleichmäßig mit den Pigmenten und wasserunlöslichen Farbstoffen bedeckt war. Die Steinwolle verlor ihre Farbe nicht, wenn sie 10 Minuten in Wasser .oder in ein wäßriges Acetonbad getaucht wurde.

B) Unterschiede in der Farbstärke aufgrund der wasserlöslichen kationischen Polymeren.

L _J

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Tabelle II

- 21 -

	Paste Nr., Menge Paste Nr., Menge ·	5	Probe Nr.	6	7
	kationisches wasserlös liches Polymer Farbstärke des Filtrats Farbstärke der Steinwolle	Nr. 7 40 Teile Nr. 1 20 Teile	Nr. 8 40 Teile Nr. 1 20 Teile	Nr. 9 40 Teile Nr. 1 20 Teile
Reihenfolge der Zugabe	Bewertung	Sumirez Resin 650 fast farblos Kontrolle gleichmäßig gefärbt	Epomine P-1000 fast farblos gleich gleichmäßig gefärbt	Mannich-Reaktions produkt von Poly acrylamid :. etwas gefärbt etwas geringer gleichmäßig gefärbt
		gut	gut	gut

Aus Tabelle II ist ersichtlich, daß die Art des wasserlöslichen kationischen Polymeren die Farbstärke der Steinwolle in gewissem Ausmaß beeinflußte. Besonders geeignete Polymere zum Färben sind Polyamid-Polyamin-Epichlorhydrinharze, Polyamin-Epichlorhydrinharze, Polyamid -Polyamin-Polyäther-Polyester-Epichlorhydrinharze, Polyvinylamin-Polyacrylamid-Epichlörhydrinliarze und Polyäthylenimin-Polymere.

Die mikroskopische Untersuchung der gefärbten Steinwolle zeigte» daß die Oberfläche der Fasern gleichmäßig mit den Pigmenten bedeckt war. Außerdem verlor die gefärbte Steinwolle ihre Farbe nicht, wenn sie 10 Minuten in Wasser oder in 50gewichtsprozenti-.ges wäßriges Acetonbad getaucht wurde.

C). Unterschiede in der Farbstärke in einem System, das ein nichtionisches Dispergiermittel enthält.

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Tabelle III

-το co

	Paste Nr., Menge Paste Nr., Menge	Probe Nr. '	8	9 I	10
•	Kombination j ■ Farbstärke des Filtrats . ' Farbstärke der Steinwolle	Nr. 7 40.Teile Nr. 1 20 Teile	Nr. 4 20 Teile Nr. 6 10 Teile	Nr. 7- 40 Teile Nr. 5 20 Teile
!Reihenfolge "^:der Zugabe	Bewertung	(wäßrige Lösung eines wasserlöslichen ka nonischen Polymeren) (wäßrige Dispersion von Pigment disper- giert mit einem an ionischen Dispergier mittel) fast farblos I Kontrolle gleichmäßig gefärbt,	(wäßrige Lösung eines wasserlöslichen ka tionischen Polymeren mit dispergiertem Pigment und nicht ionischen Dispergier mittel) (wäßrige Lösung eines anionischen Disper giermittels) schwach gefärbt etwas geringer gleichmäßig gefärbt	(wäßrige Lösung eines wasserlöslichen ka tionischen Polymeren) (wäßrige Dispersion " eines dispergierten Pigments mit einem an ionischen und nicht ionischen Dispergier mittel) schwach gefärbt . etwas geringer gleichmäßig, gefärbt
	I gut	gut	gut

*) In den Proben Nr. 8, 9 und 10 wurde die gleiche Menge an Pigment, bezogen auf die Steinwolle, verwendet.

Aus Tabelle III ist ersichtlich, daß die Farbstärke der Steinwolle bei Verwendung des Systems mit nichtj.onisehen Dispergiermitteln etwas geringer war als in dem System, daß keine nichtionischen Dispergiermittel enthält.

Eine mikroskopische Untersuchung der gefärbten Steinwolle zeigte, daß die Faseroberfläche gleichmäßig mit den Pigmenten bedeckt war. Außerdem verlor die gefärbte Steinwolle ihre Farbe nicht, wenn sie 10 Minuten in Yfesser oder in ein wäßriges Acetonbad getaucht wurde.

D) Unterschiede in der Farbstärke aufgrund unterschiedlicher Reihenfolge der Zugabe der Komponenten.

Tabelle IV

Probe Nr.

	Paste Nr., Menge Paste Nr., Menge	11	12
Reihen folge der Zu gabe ν	Reihenfolge der Zugabe: erst (a), dann (b) ι •Farbstärke des Filtrats Farbstärke., der Stein wolle	Nr. 7 40 Teile Nr. 1 2.0 Teile	Nr. 1 20 Teile Nr. 7 40 Teile
	Bewertung	(a) kationisches wasserlösliches Polymer (b) anionisches Dispergiermittel, (Pigmente enthal tend) fast farblos Kontrolle gleichmäßig gefärbt	(a) anionisches Dispergiermittel, (Pigmente enthal tend) (b) kationisches wasserlösliches Polymer schwach gefärbt etwas geringer • gleichmäßig gefärbt
	gut	gut

_J

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Aus Tabelle IV ist ersichtlich, daß bei Zugabe des wasserlöslichen kationischen Polymeren zur Steinwolle und darauffolgender Zugabe des anionischen Dispergiermittels etwas bessere Ergebnisse erhalten wurden.

Eine mikroskopische Untersuchung der gefärbten Steinwolle ergab, daß die Oberfläche der Pasern gleichmäßig mit Pigment bedeckt war. Außerdem verlor die gefärbte Steinwolle ihre Farbe nicht,' wenn sie 10 Minuten in Wasser oder ein wäßriges Acetonbad getaucht wurde.

E) Härte von Mineralfaserplatten

Tabelle V

	Paste Nr., Menge Paste Nr., Menge Stärke (Feststoffe)	Probe Nr.	13	14
Reihen folge der Zu gabe	Härte der Platten ***)	20 Teile	Nr. 7 40 Teile Nr. 1 20 Teile 20 Teile
	40	60

-χ-*) Herstellung der Mineralfaserpla/tten: Es wurden 1,5 cm dik-

vGewicht von,, * ke Platten mit einem spezifischen/0,27 g/crn auf einer Stand-

ard-Tappi-Maschine hergestellt und 45 bis 60 Minuten bei 17O⁰C getrocknet.

Die Härte wurde mit einem Spring-Typ Härteprüfgerät C nach der Prüfnorm JIS K6301 5.2 bestimmt.

_l

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" ^2b ~ 241597?

Aus Tabelle V ist ersichtlich, daß die Härte der Mineralfaserplatten bei Anwendung des erfindungsgemäßen Färbeverfahrens verbessert werden kann.

F) Unterschiede in der Farbstärke aufgrund der Unterschiede zwischen Farbstoffen und Pigmenten ·

409842/1045

Tabelle VI

- 27 -

15 Probe Nr.
16

Reihenfolge j der Zugabe j

Paste Nr., Menge

Paste Nr.,

Menge

Nr. 7 40 Teile

Nr. 1 20 Teile Nr. 7 40 Teile Nr. 7 40 Teile

ί Nr.12 30 Teile

Nr. 11 30 Teile ! Nr. 6 10 Teile

) Gemisch

farbgebende Mittel

Farbstärke des Filtrats

Pigment

fast farblos

,Farbstärke der Steinwolle! Kontrolle

I gleichmäßig gefärbt ' anionische
Farbstoffe

fast farblos

gleich

gleichmäßig
gefärbt

kationische Farbstoffe

etwas gefärbt

unterlegen gleichmäßig gefärbt

iBewertung

gut

" ^2Ö "* 2415S77

Aus Tabelle VI ist ersichtlich, daß in der Farbstärke der Steinwolle keine Unterschiede zwischen dem Pigment und dem anionischen Farbstoff festgestellt v/erden konnten. Die Farbstärke war jedoch mit dem kationischen Farbstoff niedriger als mit den beiden anderen farbgebenden Mitteln.

(3) Färben von Mineralfaserplatten Eine übliche Mineralfaserplatte (spezifisches Gewicht 0,27 g/cm , 1,5 mm dick) wird folgendermaßen gefärbt:

1) Die Platte wird 10 bis 20 Minuten in eine 5prozentige wäßrige Lösung (bezogen auf Polymerfeststoffe) von Sumirez Resin 650 getaucht;

2) Hierauf wird die Platte 10 bis 20 Minuten in die Paste Nr. 1 getaucht;

3) Die Platte wird entnommen, mit V/asser schwach abgewaschen und hierauf bei Raumtemperatur oder 5 Stunden bei 100⁰C getrocknet.

Es wurde eine in brillianten Farbtönen gefärbte Mineralfaserplatte erhalten, die ihre Farbe nicht verlor, v/enn sie an der Oberfläche gerieben oder in Wasser oder ein wäßriges Acetonbad getaucht wurde.

Beispiel 2

1) Herstellung einer wäßrigen Pigmentsuspension Paste Nr. 13

CI. Pigment Blau 15 20 Teile

Demol N 8 Teile

_L Wasser 72 Teile -J

409842/10 AS

Herstellung einer wäßrigen Lösung eines kationischen wasserlöslichen Polymers
Paste Nr. 14

Sumirez Resin 650 5 Teile (bezogen auf Fest

stoffe)

Wasser 95 Teile

2) Färben von Glasfasern .

100 Teile Glasfasern (Mikroglas ES-13) werden in 900 Teile Wasser gegeben und mit einem Rührer dispergiert. Sodann wird die Glasfasersuspension zunächst mit 20 Teilen der Paste Nr. 14 versetzt, 1 Stunde gerührt, hierauf mit 12 Teilen der Paste Nr. 13 versetzt und 5 bis 10 Minuten verrührt. Anschließend werden die Fasern auf einem Netz der lichten Maschenweite 0,29 mm abfiltriert und 5 Stunden bei 100⁰C getrocknet.

3) Bei der mikroskopischen Untersuchung der gefärbten Glasfasern zeigte sich, daß die Fasern gleichmäßig mit dem Pigment bedeckt, waren. Außerdem verloren die gefärbten Glasfasern ihre Farbe nicht, wenn sie 24 Stunden bei Raumtemperatur in Wasser oder ein 50 Gewichtsprozent Wasser enthaltendes Acetonbad getaucht wurden.

Beispiel 3

Nachstehend wird das Färben von Titandioxid des Rutiltyps erläutert. Es werden die gleichen Pasten verwendet wie in Bei-, spiel 2. ·

409842/ 1.0 4 5

r · ■ ~ι

1) 1OO Teile Titandioxid vom Rutiltyp und 20 Teile der Paste Nr. 14 werden in 500 Teile Wasser gegeben und 30 Minuten verrührt. Sodann werden 12,5 Teile der Paste Nr. 13 zugegeben, und das Gemisch, wird weitere 10 Minuten gerührt. Beim Stehen

_erhält setzt sich das gefärbte Produkt unmittelbar am Boden ab und man\- einen klaren, farblosen Überstand. Das Produkt wird abfiltriert, mit Wasser gewaschen und 5 Stunden bei 100- C getrocknet. Das getrocknete. Produkt wird in einem Mörser pulverisiert und durch ein Sieb der lichten Maschenweite.0,149 mm gesiebt.

2) Das gefärbte Produkt wird unter dem Mikroskop untersucht. Die Oberfläche, des Titandioxids ist gleichmäßig mit dem Pigment bedeckt. Das Produkt verliert seine Farbe nicht, wenn es in Lösungsmitteln, wie Toluol, Xylol, n-Butanol oder Äthylacetat behandelt wird. '

Beispiel4

In diesem Beispiel wird das Färben von Calciumcarbonat erläutert. Es werden die gleichen Pasten wie in Beispiel 1 verwendet.

200 Teile Calciumcarbonat NS-10Ö und 40 Teile der Paste Nr. 7 werden in 800 Teile Wasser eingetragen und 5 Minuten verrührt. . Sodann werden 30 Teile der Paste Nr. 11 eingerührt, und ans Gemisch wird, weitere 5 Minuten gerührt, sodann filtriert, mit Wasser gewaschen und getrocknet.

Der Farbstoff auf dem gefärbten Calciumcarbonat wird nicht abgelöst, wenn das Produkt in Lösungsmittel getaucht wird. Die _j

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~ ' " ■ . 241597?

mikroskopische Untersuchung ergibt, daß die Oberfläche des Calciumcarbonats gleichmäßig mit -dem Farbstoff bedeckt ist.

Beispiel 5 Gemäß Beispiel 3 werden Streckpigmente und Metallpulver, wie

1) Aluminiumoxid Ali-21,

2) gefälltes Bariumsulfat,

3) gefälltes Calciumcarbonat und

4) Aluminiumpulver gefärbt.

Man erhält gefärbte Produkte, an denen das farbgebende Mittel, fest haftet.

L · J

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Claims

Patentansprüche

dadurch gekennzeichnet, daß man das anorganische Material in beliebiger Reihenfolge mit

(a) einem wasserlöslichen kationischen Polymeren oder einer wäßrigen Lösung eines wasserlöslichen kationischen Polymeren,

(b) einer wäßrigen Lösung eines wasserlöslichen kationischen Polymeren und eines wasserlöslichen kationischen Farb-

. Stoffs oder ,

kationischen

(c) einer wäßrigen Dispersion eines wasserlöslichen'Polymeren, eines kationischen Dispergiermittels und eines wasserunlöslichen Farbstoffs oder Pigments und gegebenenfalls eines kationischen wasserlöslichen Farbstoffs und

(B) mit einer anionischen Komponente aus

(d) einer wäßrigen Lösung eines wasserlöslichen anionischen Farbstoffs,

(e) einem anionischen Dispergiermittel oder einer wäßrigen Lösung eines anionischen Dispergiermittels,

(f) einer wäßrigen Lösung eines anionischen Dispergiermittels und eines wasserlöslichen anionischen Farbstoffs oder

(g) einer wäßrigen Dispersion eines anionischen Dispergiermittels und eines wasserunlöslichen Farbstoffs oder Pigments und gegebenenfalls eines anionischen vasserlösliehen Farbstoffs behandelt, j

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und wobei mindestens eine der kationischen Komponenten (A) oder der anionischen Komponenten (B) einen wasserlöslichen oder wasserunlöslichen Farbstoff oder ein Pigment als farbgebendes Mittel enthält.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als kationische Komponente (A) eine wäßrige, etwa 0,1 bis 50gewichtsprozentige Lösung des kationischen Polymers verwendet.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als anionische Komponente (B) eine anionische Lösung oder Dispersion mit etwa 0,1 bis 50 Gewichtsprozent eines anionischen Farbstoffs verwendet.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man anorganisches Material in Form von Perlen, Fasern, Platten oder Textilgut, anorganischen Pigmenten oder Metallpulvern verwendet.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als wasserlösliches kationisches Polymer mindestens ein PoIyamid-Polyamin-Epichlorhydrinharz, ein Polyamin-Epichlorhydrin-

-Polyestern
harz, ein Polyamid-Polyamin-JPolyäther-Epichlorhydrinharz, ein Polyvinylamin-Polyacrylamid-Epichlorhydrinharz, ein Polyäthylenimin-Polymer, ein Mannich-Reaktionsprodukt von Polyacrylamid, ein KoffMann-Abbauprodukt von Polyacrylamid, ein Polykondensat eines Polyamine mit Formaldehyd, ein Polykondensat von Anilin mit Formaldehyd, ein Homopolymerisat eines Dialkylaminomethacrylats, ein Quaternisierungsprodukt eines Acrylamid-Copolymerisats, Polyvinylpyrrolidon oder PolyvinylpjTidin verwendet.* j

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6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als farbgebendes Mittel mindestens ein Pigment, einen Direktfarbstoff, einen sauren Farbstoff, einen basischen Farbstoff, einen Reaktivfarbstoff, einen kationischen Farbstoff, einen Küpenfarbstoff, einen Dispersionsfarbstoff oder einen optischen Aufheller verwendet.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als anionisches Dispergiermittel mindestens ein Salz einer Fettsäure, ein Sulfat eines höheren Alkohols, ein Naphthalinsulf onat-Formaldehyd-Kondensat oder ein Polyalkylenoxyalkoholsulfat verwendet.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das kationische Polymer in der kationischen Komponente (A) und den anionischen Farbstoff oder das anionische Dispergiermittel in der anionischen. Komponente (B) in einem Gewichtsverhältnis von etwa 10 : 90 bis 90 : 10 verwendet.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das kationische Polymer in einer Menge von etwa 0,01 bis 10 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des anorganischen Materials, verwendet.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den anionischen Farbstoff oder das farbgebende Mittel in der anionischen Komponente (B) in einer Menge von etwa 0,01 bis 10 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des anorganischen Materials, verwendet. _j

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-₃₃~
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das anorganische Material in ein wäßriges Medium taucht, die kationische Komponente (A) unter Rühren zugibt, anschließend die anionische Komponente (B) nach und nach unter Rühren zugibt und das gefärbte anorganische Material isoliert.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man die Behandlung bei Temperaturen von etwa 10 bis 100⁰C durchführt.

13· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das anorganische Material mit der kationischen Komponente (A) und der anionischen Komponente (B) besprüht oder in diese Komponenten taucht.

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