DE2645812C2 - Ungebrannte Farbminen und Kreiden sowie Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ungebrannte Farbminen und Kreiden, bestehend aus Pigmenten; Kaolin, Talkum oder sonstigen silikatischen Füllstoffen; Bindemitteln sowie gegebenenfalls Gleitmitteln und/oder weiteren Zusätzen.

Ferner richtet sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung derartiger ungebrannter Minen und Kreiden.

Die zur Zeit bekannten bzw. gebraucht hen Farbminen, insbesondere für Buntstifte und Malkreiden bestehen hauptsächlich aus Füllstoffen wie Silikaten, Oxiden, Karbonaten, Sulfaten; aus Farbstoffen wie Pigmentfarben oder löslichen Farbstoffen; aus Gleitmitteln wie Metallseifcn oder Wachsen sowie aus Bindemitteln. Als Bindemittel werden hierbei insbesondere Tragant, Aligate, Gummiarabicum sowie Cellulosederivate verwendet.

So wird beispielsweise in US PS 2645 582 eine ungebrannte Mine beschrieben, die im wesentlichen Graphit,Talkum, Kulziumstcarat, Glyzerin und gegebenenfalls Benzylcellulose sowie Vinylacetat als Bin demittcl aufweist.

Die hiernach hergestellten Minen sind relativ teuer und verfugen nur über durchschnittliche Qualität und Huichfcstigkeit rudern sind sie nur im Rahmen eines aufwendigen, insbesondere zeitintensiven Fcrtigungs Verfahrens herstellbar.

Außerdem sind gebrannte Minen bekannt, die uii tcr anderem sulfoniertes Lignin enthalten.

Da auf Grund des erforderlichen Brennprozesses aber sämtliche Eigenschaften der Bestandteile voll· ständig geändert Werden, lassen sich die Endeigenschaften einer gebrannten Mine nicht mit denen einer ungebrannten Mine gleichsetzen, so daß insbesondere die Bruchfestigkeit und die Elastizität ebenso Wie die

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Gleitfähigkeit ungebrannter Minen ganz andere Werte aufweisen, wie bei gebrannten Minen.

Darüber hinaus erfordert auch hier der Herstellungsprozeß sehr aufwendige Produktionsanlagen und lange Fertigungszeiten, so daß auch die Minen relativ teuer sind.

InRömpp: Chemie-Lexikon 1966 Spalte 3690 bis 3694 wird aufgeführt, daß Lignin und Cellulose als eng verbundene Bestandteile in Holz enthalten sind. ' Dieser Hinweis einer Verknüpfung der beiden Teile kann aber keine Anregung dazu geben, bei ungebrannten Minen statt der bisher bekannten Cellulosederivate nunmehr hierfür Ligninderivate vorzusehen, da beide Stoffe völlig unterschiedliche chemische Eigenschaften und Verhaltensweisen besitzen.

Es ist ferner ganz allgemein bekannt, daß besonders das Bindemittel die maßgebliche Substanz bei ungebrannten Farbminen und Kreiden ist, die sfeitestgehend deren Haupteigenschaften, wie Schreibverhalten und Bruchfestigkeit, bestimmt.

Auf Grund dessen wurden und werden über den bereits dargelegten Stand der Technik hinau-> immer wieder Versuche unternommen, diese wesentlichen Eigenschaften durch Modifizierung des Bindemittels zu verbessern.

Nachdem darüber hinaus aber eine wirtschaftliche, d. h. rationelle, Produktionsmöglichkeit der Minen und Kreiden ohne Beeinträchtigung der äußeren Qualitätsmerkmale wie Oberflächengute (Oberflachenbeschaffenheit, konstante Durchmesserform), Stabilität (verzugfreie Minen) und Festigkeit (Spannungsfreiheit) gegeben sein muß, hat sich gezeigt, daß die bisher benutzten Bindemittel gerade hier erhebliche Nachteile aufweisen bzw. unzulänglich sind.

Diese bekannten Bindemittel können insbesondere auf Grund ihrer Wirkungsweise bzw. ihrer ungenügenden Abstimmung mit den übrigen Bestandteilen weder das Schreibverhalten noch die Bruchfestigkeit diese;· Minen und Kreiden wesentlich verbessern. Als weiterer Nachteil dieser üblichen Bindemittel ist deren erheblicher Materialkostcnanteil zu sehen. Nach dem Farbstoff sind diese Bindemittel die Substanz mit dem höchsten Kostenindex.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ungebrannte Farbminen und Kreiden aus Pigmenten. Kaolin, Talkum oder sonstigen silikatischen Füllstoffen: Bindemitteln sowie gegebenenfalls Gleitmitteln und/oder weiteren Zusätzen zu schaffen, die optimales Schreib verhalten bei gleichzeitig hoher Bruchfestigkeit iiif weisen und rationell hergestellt, insbesondere luch unter Verwendung automalisch arbeitender Trocken anlagen gefertigt werden können, ohne daß hierbei äußere Formveränderungcn, Verzug, Trockenspan nungen sowie Durchmesser und l.angcnkontraktio nen in nennenswertem, unvorhcrschbarem bzw. unbestimmbarem Umfang auftreten. Darüber hinaus soll eine Verbilligung der Minen und Kreiden erreicht werden.

Diese Aufgabe wird crfiM'lungsgemaß dadurch ge löst, daß die Minen bzw Kreiden als Bindemittel die Salze einer I.igninsulfon>.aure mit einem Zusatz eines Dispcrgierhilfsmittcls enthalten.

Als besonders vorteilhaft hai es sich dabei gezeigt, daß als Dispergierhilfsmittel das Natrium-, Lithium öder Ammöniurtisalz einer Polycarbon- oder Polyacrylsäure enthalten ist.

Die Herstellung der crfiiidiingsgemäß vorgeschlagenen Minen und Kreiden erfolgt Vorteilhaft derail,

daß zunächst in einem Kneter das Ligninderivat mit dem Dispergierhilfsmittel in Wasser gelost wird, daß in diese Lösung die übrigen Mischungsbestandteile eingeknetet und nach vollständiger Homogenisierung und Einstellung des für die Weiterverarbeitung günstigsten Wassergehaltes die Minen bzw. Kreiden in an sich bekannter Weise gepreßt, getrocknet und gegebenenfalls imprägniert werden.

Die auf Grund der erfindungsgemäßen Zusammensetzung und Herstellung erzielte Wirkung im Sinne der gestellten Aufgabe beruht auf folgenden Zusammenhängen:

Insbesondere durch das zusammen mit dem Ligninderivat verwendete Dispergierhilfsmittel, das gleichzeitig ein Verflüssigungsmittel darstellt, wird bei Verwendung der an sich bekannten silikatischen Füllstoffe, wie Kaolin, Talkum oder dergleichen und organischer bzw. anorganischer Pigmente sowie gegebenenfalls Gleitmitteln, eine Verringerung des Anmachwasserbedarfs dieser Stoffe erreicht, so daß sie trotz dieser Verringerung in eine leicht dispergierbare Form gebracht werden können.

Gleichzeitig verringert sich hierdurch der Bindemittelbedarf.

Zur Verdeutlichung dieser Zusammenhänge ist folgendes auszuführen:

Die Wirkung des Dispergierhilfrmittels bzw. des Verflüssigungsmittels auf die einzelnen Rezepturkomponenten ist sehr verschieden.

So erfolgt z. B. bei dem handelsüblichen Calciumkaolin, das i. d. R. prozentual den Hauptbestandteil der Minen- bzw. K^-eidenmasse darstellt, die Disper gierung bzw. Verflüssigung durch Kationenaustausch. Dabei werden die Calciumionen beispielsweise durch Natriumionen ersetzt, wobei die Calciumionen in schwerlösliche Verbindungen übergeführt werden.

Durch diesen Vorgang wird die Viskosität erniedrigt und das Kaolin zu einem Schlicker verflüssigt bzw. dispergiert.

Als Verflüssigungs- bzw. Dispergierhilfsmittel für Kaolin wirken alle Natrium-, Ammonium- und Lithiumsalze, deren Anionen schwerlösliche Verbindungen bilden bzw. alle Stoffe, welche mit Calcium eine Chelat- bzw. Komplexbildung eingehen.

Vorzugsweise werden Natrium-, Lithium- oder Ammoniumsalze organischer Polysäuren eingesetzt.

Es hat sich dabei gezeigt, daß neben dem Kationenaustausch auch ein elektrochemischer Vorgang ab läuft, der dem Kaolinschlicker bzw. der Kaolinsuspension Stabilität verleiht und zugleich günstig auf die übrigen Extender und/oder Pigmentteilchen wirkt, so daß die Wirkung nicht nur auf Calciumkaolin be schränkt bleibt.

Die Stabilität des Schlickers bzw. der Kaolinsus pension sowie die Verflüssigung bzw. Dispergierung der übrigen Pigment- und Extenderteilchen wird da durch erreicht, daß Polyanioncn an der Oberfläche der einzelnen Extender und Pigmcnttcilchen stark ad sorbicrt werden und vi der Oberfläche eine negative Ladung verleihen. Die Oberfläche wird dadurch ab geschirmt.il h .daß hei den Pigment und Extender teilchen jeder negativen Oberflächenladung ein positives Natrium- bzw.- Lithium- öder Ammoniurriion gegenübersteht, Durch die Abwesenheit freier negativer Potentiate werden die geladenen Teilchen abgestoßen. Durch den Zusatz von Ligninsulfonat, Welches als Bindemittel und Schutzkolloid fungiert, wird die Wirkung zusätzlich unterstützt.

Zur Herstellung von ungebrannten Farbminen und Kreiden im Sinne der Erfindung hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, daß das Ligninderivat und das Dispergierungs- bzw. Verflüssigungsmittel zu-"· nächst in einem Kneter in Wasser gelöst und vermischt werden. In diese Lösung werden die übrigen Komponenten wie Farbstoffe, Füllstoffe und gegebenenfalls Gleitmittel und eventuell sonstige Bestandteile eingeknetet und homogenisiert. Nach der Einstellung c^eser i" Masse auf den gewünschten Wassergehalt werden die Minen bzw. Kreiden in bekannter Weise gepreßt, getrocknet und anschließend gegebenenfalls z. B. mit Wachs imprägniert.

Insbesondere bei der Trocknung in automatischen i'· Anlagen, wobei die Minen bzw. Kreiden i. d. R. bereits auf Länge geschnitten vorliegen, werden durch die erfindungsgemäßen Vorschläge besonders günstige Ergebnisse erzielt.

Die Erfindung wird an Hand nachfolgender Bei- -'" spiele weiter verdeutlicht.

Die Angaben verstehen sich in Gewichtsteilen.

Beispiel 1

6,0 Teile Phthalocyanin
77,0 Teile Kaolin
8,0 Teile Aluminiumstearat
8,0 Teile Natriumligninsulfonat
1,0 Teile Natriumsalz einer Polycarbonsäure
20,0 Teile Wasser

«ι Die Herstellung der Minen bzw. Kreiden erfolgt gemäß Beispiel 8.

Beispiel 2

8,0 Teile Diarylidazopigment
η 65,0 Teile Talkum

8,0 Teile Aluminiumstearat
8,0 Teile Kohlenwasserstoffwachs
10,0 Teile Natriumligninsulfonat

1,0 Teile Natriumsalz einer Polycarbonsäure
in 25,0 Teile Wasser

Die Herstellung erfolgt gemäß Beispiel 8. Diese Minen sind jedoch bereits nach der Trocknung schreibfähig. Auf die Imprägnierung kann hier verzichtet werden

Beispiel 3

15,0 Teile Eisenoxidpigment
58,0 Teile Kaolin

8,0 Teile Zinkstcarat
vi 8,0 Teile Stearinsäure

10,0 Teile Ammoniumligninsulfonat

1,0 Teile Ammoniumsalz einer Polycarbonsäure 20 0 Teile Wasser

Die Herstellung erfolgt gemäß Beispiel 8. Die Mi-Vi nen sind ebenfalls bereits nach der Trocknung schreibfähig.

Beispiel 4

6.0 Teile Di aiylidazopigmeiit
hi> 80,0 Teile Kaolin

5,0 Teile Aluminiumstearat
8,0 Teile Natriumligninsulfonat
1,0 Teile Natriumsälz einer Polycarbonsäürc
20,0 Teile Wasser

bi Die Hefstellung erfolgt gemäß Beispiel 8. Zur Imprägnatioil wird dabei ein nicht ionogener Emulgator verwendet. Die Abstriche der dadurch erhaltenen Minen sind wasserlöslich. Das heißt, die Minen hz'v

Kreiden sind wasservermalbar und die Abstriche sind gegebenenfalls abwaschbar.

13 e i s ρ i e I 5

6,0 Teile Phthalocyanin grün 67,0 Teile Kaolin

8,0 Teile Aluminiumstearat

8,0 Teile Kohlenwasserstoffwachs 10,0 Teile Natriumligninsulfonat

1,0 Teile Natriumsalz einer Polyacrylsäure 20,0 Teile Wasser

Die Herstellung erfolgt gemäß Beispiel 8. Auch diese Minen sind bereits nach der Trocknung schreibfähig.

Beispiel 6

15,0 Teile Graphit

58,0 Teile Kaolin

8,0 Teile Zinkstearat

8,0 Teile Stearinsäure

ίΟ,Ο Teile Ammoniurnligninsulfonat

1,0 Teile Ammoniumsalz einer Po.ycarbonsäurc

20,0 Teile Wasser
Die Herstellung erfolgt gemäß Beispiel 8. Die Milien sind ubenfiills bereits nach der Trocknung schreibfähig.

B e i s ρ i e 1 7

■> 6,0 Teile Ruß

77,0 Teile Kaolin

8,0 Teile Aluminiumstearat

8,0 Teile Natriumligninsulfonat

1,0 Teile Natriumsalz einer Polycarbonsäure

κι 20,0 Teile Wasser

Die Herstellung erfolgt auch hier gemäß Beispiel 8.

Beispiel 8

ii In einen Kneter werden 20 Teile Wasser gegeben, hierin wird das Natriumligninsulfonat sowie das Natriumsalz einer Polycarbonsäute gelöst. In diese Lösung werden die übrigen Rohstoffe eingeknetet und nach der Homogenisierung sowie nach Einstellung des

.'ο Wassergehaltes auf 18 bis 20T in an sich bekannter Weise zu Minen bzw. Kreiden verpreßt. Die T rock nung erfolgt zwischen 80 und 150° Celsius. Die Minen bzw. Kreiden werden gegebenenfalls anschließend in Wachs oder Öl bei 90° imprägniert.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Ungebrannte Farbminen und Kreiden, bestehend aus Pigmenten; Kaolin, Talkum oder son · stigen silikatischen Füllstoffen; Bindemitteln sowie gegebenenfalls Gleitmitteln und/oder weiteren Zusätzen, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Bindemittel die Salze einer Ligninsulfonsäure mit einem Zusatz eines Dispergierhilfsmittels enthalten.

2. Ungebrannte Farbminen und Kreiden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dispergierhilfsmi'tel das Natrium-, Lithium- oder Ammoniumsalz einer Polycarbon- oder Polyacrylsäure ist.

3. Verfahren zur Herstellung ungebrannter Farbminen und Kreiden, gemäß der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Kneter zunächst das Salz einer Ligninsulfonsäure mit dem Dispergierhilfsmittel in Wasser gelöst wird und daß dann in diese Lösung die übrigen Mischungsbestandteile eingeknetet und nach vollständiger Homogenisierung und Einstellung des für die Weiterverarbeitung günstigsten Wassergehaltes die Minen bzw. Kreiden in an sich bekannter Weise gepreßt, getrocknet und gegebenenfalls imprägniert werden.