DE4345168A1 - Ruß-Granulate - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft aus pulverförmigen Rußen erhältliche
Rußgranulate.
In vielen Industriezweigen besteht das Problem,
pulverförmige Ruße zu lagern, zu transportieren und zu
verarbeiten. Die technische Handhabbarkeit der Ruße wird
verbessert, wenn sie in granulierter Form vorliegen. Hierzu
werden die Rußpulver gewöhnlich unter Zusatz von geeigneten
Bindemitteln mechanisch so weit verdichtet, daß Wechsel
wirkungskräfte zwischen den einzelnen Pulverpartikeln in
molekularen Bereichen an den Oberflächen wirksam werden. Es
bilden sich dabei Produkte mit neuen Eigenschaften.
Von besonderem Interesse sind kugelförmige Ruß-Granulate.
Sie weisen gegenüber pulverförmigen Rußen und zylinder
förmigen Ruß-Extrudaten oder Ruß-Tabletten verbesserte
Fließeigenschaften auf. Dadurch können sie kostengünstiger
dosiert, transportiert und gelagert werden. In vielen
Fällen müssen die granulierten Ruße bei der Anwendung
wieder dispergiert werden, so zum Beispiel bei Verwendung
von Ruß als struktureller Verstärker in Gummiartikeln
(Gummiruße) oder zur Einfärbung von Lacken und Kunststoffen
(Pigmentruße).
Die bei der Herstellung pulverförmig anfallenden Ruße
müssen daher in einem nachfolgenden Verfahrensschritt
granuliert werden. Hierbei ist neben einem geringen
Feinanteil und einer möglichst engen Korngrößenverteilung
auch eine einfache und vollständige Redispergierbarkeit
trotz möglichst hoher Festigkeit (Transportstabilität) der
Granalien erwünscht.
Die Redispergierbarkeit spielt beispielsweise bei
Anwendungen auf den Gebieten der Lackherstellung, Kabel
compounds und technischen Gummiartikeln eine entscheidende
Rolle, da selbst geringe Anteile nicht dispergierter Ruß-
Agglomerate zu gravierenden anwendungstechnischen Mängeln
des Endproduktes führen können.
Unter Ruß-Agglomeraten werden hier entsprechend den
Definitionen in der Norm DIN 53206 durch physikalische
Kohäsionskräfte (Van der Waals-Kräfte) gebundene
Agglomerate aus einer Vielzahl sogenannter Ruß-Aggregate
verstanden. Ruß-Aggregate entstehen durch feste Verwachsung
der Ruß-Primärteilchen noch während des Ruß-Bildungs
prozesses miteinander, aus denen sich durch spontane, oder
durch einen Granulationsvorgang geförderte, Zusammen
lagerung Ruß-Agglomerate bilden.
Bei Rußen mit hohem Hohlvolumenanteil der Aggregate spricht
man von "hoher Struktur", bei geringem Hohlvolumenanteil
von "niedriger Struktur". Als Maß für die Struktur eines
Rußes dient die Dibutylphthalat-Absorption nach DIN 53601
(DBP-Absorption).
Die Rußstruktur bestimmt maßgeblich die Produkteigen
schaften der damit eingefärbten bzw. verstärkten Lacke,
Kunststoffe oder Gummiartikel. Um die Produkteigenschaften
nicht zu beeinträchtigen, wird daher ein möglichst geringer
Abbau der Struktur durch den Granulationsvorgang gefordert.
Granulierte Ruße werden weiterhin als Träger für
Chemiekatalysatoren und als Adsorbentien eingesetzt. In
diesem Fall muß durch das Material selbst oder durch Zusatz
geeigneter Bindemittel gewährleistet sein, daß sich die
Granalien im Gebrauch nicht auflösen. Gute Fließ- und
Dosiereigenschaften sowie ein geringer Abrieb sind aber
auch hier gefragt.
Verschiedene Verfahren zur Granulation bzw. Agglomeration
pulverförmiger Feststoffe sind zum Beispiel aus Ullmann′s
Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. B2, (1988),
Seiten 7-15 bis 7-21 bekannt. Man unterscheidet
Sprühagglomeration bzw. Sprühtrocknung, Aufbauagglomeration
und Agglomeration durch mechanische Kompaktierung
(Preßagglomeration). Die hierbei entstehenden Agglomerate
mit Abmessungen im Bereich von einigen Zehntel Millimetern
bis zu einigen Millimetern werden für die Zwecke dieser
Patentanmeldung als Granulate bezeichnet, um eine deutliche
Unterscheidung zu den gemäß DIN 53206 definierten Ruß-
Agglomeraten zu schaffen, die durch die spontane
Zusammenlagerung von Rußaggregaten entstehen und
Abmessungen unterhalb von 100 µm haben.
Die Granulation pulverförmiger Feststoffe wird gewöhnlich
unter Zugabe eines geeigneten Bindemittels und eines
Befeuchtungsmittels, in der Regel Wasser, durchgeführt. Das
Befeuchtungsmittel muß nach der Granulation mit energie
aufwendigen Trocknungsverfahren bis auf eine gewisse Rest
feuchte entfernt werden. Je nach Einsatzgebiet schließt
sich noch eine Kalzination der Granulate bei erhöhten
Temperaturen an.
Typische Einsatzgebiete dieser Agglomerationsverfahren sind
die Sprühtrocknung von Waschmittelcompounds und Futter
mitteln und die Aufbauagglomeration von Ruß in Stachel
wellenmischern, Pflugschar- oder Gegenstrommischern. Die
damit erzeugten Agglomerate bzw. Granulate sind
ungleichmäßig verdichtet.
Durch die relativ breite Korngrößenverteilung werden die
Fließeigenschaften der Granulatschüttung beeinträchtigt.
Damit wird eine genaue Dosierung im Anwendungsfall
erschwert. Die Zugabe von Befeuchtungsmitteln und Binde
mitteln kann sich negativ auf die Redispergierbarkeit der
Granalien auswirken.
Bei Agglomerationsverfahren mit mechanischer Verdichtung
werden Walzenkompaktoren, Matrizenpressen und Extruder
eingesetzt. Die von diesen Maschinen erzeugten Granulate
bzw. Agglomerate haben Zylinderform und müssen zur Aus
bildung der Kugelform in Rundungsaggregaten gerundet
werden. Dabei zeigt sich, daß sehr unterschiedliche
Granulatqualitäten erhalten werden. Die Durchmesser
verteilung der Granulate weist im allgemeinen ein sehr
breites Spektrum auf und enthält neben den gewünschten
kugelförmigen Granalien feinteilige Bruchstücke, die in
einem weiteren Verfahrensschritt abgesiebt werden müssen,
um ein staubfreies Produkt zu erhalten. Die physikalischen
Eigenschaften dieser Granalien wie Homogenität, Bruch
festigkeit, Abrieb und Redispergierbarkeit weisen große
Schwankungen auf und können mit den bekannten Verfahren nur
unzureichend aufeinander abgestimmt werden.
Walzenkompaktoren und Ringmatrizenpressen zeichnen sich
gegenüber Extrudern durch wesentlich geringere
Investitionskosten aus.
Ringmatrizenpressen bestehen aus einer motorisch
angetriebenen zylindrischen Hohlwalze (Matrize) mit radial
angeordneten Preßkanälen. Auf der Innenfläche der Ring
matrize läuft eine Preßwalze (Koller) ab, deren äußerer
Durchmesser kleiner ist als der innere Durchmesser der
Ringmatrize.
Die Preßwalze ist exzentrisch zur Mittelachse der Ring
matrize angeordnet. Der Achsenabstand zwischen Preßwalze
und Ringmatrizenpresse kann zur Einstellung des Walzen
spaltes W zwischen Matrize und Preßwalze verändert werden.
Ringmatrize und Preßwalze drehen sich gleichsinnig und
ziehen dadurch das zugeführte Schüttgut in den Walzenspalt
ein, verdichten es und pressen es durch die radialen Preß
kanäle aus.
Die sich dabei ergebende Verdichtung wird von dem Druck
bestimmt, der notwendig ist, die einzelnen Agglomerat
stränge aus der Matrize auszuschieben. Dieser kann durch
die Geometrie der Preßkanäle, bei vorgegebenem Durchmesser
über die Länge, gesteuert werden.
Die Preßwalze kann separat angetrieben sein. Dadurch ist es
möglich, einen Schlupf S zwischen Matrize und Preßwalze
einzustellen. Der Schlupf S ist definiert durch die
positive Differenz der Umfanggeschwindigkeiten von Matrize
und Preßwalze geteilt durch die jeweils höhere Umfangs
geschwindigkeit
S = (V₁-V₂)/V₁ mit V₁ V₂.
Der so definierte Schlupf variiert zwischen Null und Eins.
Durch einen von Null verschiedenen Schlupf wird das in den
Walzenspalt eingezogene Material im Walzenspalt einem
höheren Preßdruck unterworfen und zusätzlich geschert.
Dadurch erhält man eine verbesserte Verdichtung und einen
homogeneren Aufbau der Agglomerate.
Mit jeder Umdrehung der Matrize werden scheibenförmige
Teilagglomerate in die Bohrungen der Matrize eingewalzt.
Diese verbinden sich zu einem endlosen Strang. Die
Festigkeit in der Nahtstelle zweier Teilagglomerate ist
geringer als im Inneren eines Teilagglomerates (siehe
Claas-Jürgen Klasen: "Die Agglomeration partikelförmiger
Feststoffe in Matrizenpressen"; Fortschritt-Berichte VDI,
Reihe 3: Verfahrenstechnik, Nr. 220; VDI-Verlag Düsseldorf
1990).
Durch geeignete Abstreifermesser können die aus der Matrize
austretenden Agglomeratstränge abgeschnitten werden. Die
geschnittenen oder ungeschnittenen zylinderförmigen
Agglomerate können anschließend in einem Rundungsaggregat
zu Granulaten gerundet werden. Ein Produktwechsel ist im
allgemeinen mit nur geringem Aufwand verbunden, da die
klare Trennung von Formgebung des Einsatzmaterials und
Antrieb der Ringmatrizenpresse eine schnelle und gründliche
Reinigung erlaubt.
Extruder erzeugen sehr homogene und hochverdichtete
Agglomeratstränge. Extruder erfordern aber eine sehr genaue
Einstellung der Feuchte und der Knetzeit des pulverförmigen
Feststoffes. Typisch sind zulässige Toleranzen für die
Feuchte des Einsatzmaterials von nur 1 bis 2%. Die
Investitionskosten für Extruder sind hoch.
Wie erwähnt, kommt es in vielen technischen Anwendungs
fällen darauf an, Granulate mit möglichst guter Bruch
festigkeit und geringem Abrieb bei gleichzeitig guter
Redispergierbarkeit zu erzeugen.
Diese Forderungen sind einander widersprechend und können
mit den bekannten Agglomerations- bzw. Granulations
verfahren nicht immer vollständig erfüllt werden.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
kugelförmige Ruß-Granulate mit einem sehr engen
Durchmesserspektrum zur Verfügung zu stellen, die bezüglich
Bruchfestigkeit, Abrieb und Redispergierbarkeit optimiert
sind.
Die erfindungsgemäßen Ruß-Granulate sind erhältlich durch
ein Verfahren zur Herstellung kugelförmiger Granulate aus
pulverförmigen Rußen, wobei die Ruße unter Zugabe eines
Befeuchtungsmittels, und gegebenenfalls eines Bindemittels
sowie weiterer Additive, in einem Mischer unter Vermischen
gleichmäßig durchfeuchtet und anschließend die durch
feuchtete Mischung mit einer Ringmatrizenpresse, die einen
einstellbaren Schlupf zwischen Ringmatrize und Preßwalze
aufweist, zu zylinderförmigen Strängen verpreßt, und danach
die Stränge in einem Rundungsaggregat mit Riffelscheibe zu
kugelförmigen Granulaten gerundet werden. Die eingesetzte
Ringmatrizenpresse weist Preßkanäle mit einem Längen- zu
Durchmesserverhältnis von 1 : 1 bis 10 : 1 und einen
Walzenspalt zwischen Ringmatrize und Preßwalze von 0,05 bis
2 mm auf.
Es wurde gefunden, daß bei geeigneter Aufbereitung der
pulverförmigen Ruße durch Anfeuchten und Mischen mit einem
Mischer sowie nachfolgendem Verpressen in einer geeignet
dimensionierten Ringmatrizenpresse und Verrunden mit einem
Rundungsaggregat mit Riffelscheibe kugelförmige Ruß-
Granulate erzeugt werden können, die eine sehr enge
Verteilungskurve der Korndurchmesser (Korngrößenverteilung)
aufweisen.
Der mittlere Korndurchmesser der Granalien wird wesentlich
durch den Durchmesser der Preßkanäle der Matrize festgelegt
und kann daher leicht durch Austausch der Matrize geändert
werden.
Die Korngrößenverteilung der fertigen Ruß-Granulate kann
mit Hilfe einer Siebanalyse ermittelt werden. Die Sieb
analyse liefert eine Summenverteilungskurve für die Korn
durchmesser, aus der der mittlere Korndurchmesser abgelesen
werden kann. Er ist definiert als derjenige
Durchmesserwert, bei dem die Summenverteilungskurve den
Wert 50% annimmt, d. h. 50 Gew.-% der Granalien weisen
einen Durchmesser auf, der kleiner als der mittlere Durch
messer ist.
Bei den erfindungsgemäßen Rußen liegen 80 Gew.-% der
Granalien in einem Durchmesserintervall, dessen Breite
weniger als 60% des mittleren Korndurchmessers beträgt.
Die Korngrößen-Verteilungskurven sind nicht
notwendigerweise symmetrisch zum mittleren Korndurchmesser,
sondern können mehr oder weniger große Asymmetrien
aufweisen.
Die aus der Ringmatrizenpresse austretenden Agglomerat
stränge brauchen nicht mit Hilfe eines Abstreifermessers
abgelängt werden. Vielmehr dienen die Nahtstellen zwischen
den Teilagglomeraten als Sollbruchstellen, die zu einem
Zerbrechen der Agglomeratstränge im Rundungsaggregat in
immer gleich große Teilagglomerate führen. Voraussetzung
dafür ist allerdings, daß der Feuchtegehalt des Einsatz
materials und die Dimensionierung der Ringmatrizenpresse
geeignet gewählt werden.
Unter dem Feuchtegehalt wird im Rahmen dieser Erfindung der
Gewichtsanteil des Befeuchtungsmittels, bezogen auf das
Gesamtgewicht des angefeuchteten Einsatzmaterials,
verstanden. Der optimale Feuchtegehalt für das beschriebene
Granulationsverfahren liegt um bis zu 20% unter dem
optimalen Feuchtegehalt von herkömmlichen Granulations
verfahren. Dies kann im Einzelfall erhebliche Energie
einsparungen beim Trocknen des Granulats mit sich bringen.
Der optimale Feuchtegehalt hängt vom Porenvolumen und der
Struktur des verwendeten Pulverrußes ab. Er kann mit
wenigen Vorversuchen ermittelt werden. Die hierfür
notwendigen Techniken sind dem Fachmann bekannt.
Neben den Befeuchtungs- und Bindemitteln können den pulver
förmigen Rußen vor dem Granulationsvorgang noch weitere
Additive bis zu einem Gewichtsanteil von etwa 20% am
Gesamtgewicht der Mischung zugefügt werden. Bei diesen
Additiven kann es sich zum Beispiel um Hydrophobierungs
mittel handeln.
Das beschriebene Verfahren läßt sich besonders vorteilhaft
für die Herstellung von kugelförmigen Ruß-Granulaten mit
Durchmessern von 0,5 bis 4 mm einsetzen.
Wegen der hohen Sphärizität weisen die erzeugten Ruß-
Granalien im allgemeinen ein gutes Fließverhalten auf. Da
eine Granalie jeweils nur aus einem Teilagglomerat gebildet
wird, sind die Granalien in sich homogen.
Überdies sind die Preßdrücke über die gesamte Walzenbreite
der Ringmatrizenpresse sehr gleichmäßig, was zu
entsprechend gleichmäßig verdichteten Agglomeratsträngen
führt. Dies hat eine konstante Dichte aller Ruß-Granalien
zur Folge. Ihre Redispergierbarkeit ist im allgemeinen sehr
gut.
Obwohl das Granulationsverfahren auf viele pulverförmige
Feststoffe anwendbar ist, liegt sein bevorzugtes Einsatz
gebiet auf dem Gebiet der Granulation von Rußen
verschiedener Qualitäten. Das Verfahren läßt sich gleicher
maßen gut für die Granulation von Gummirußen als auch von
Pigmentrußen anwenden. Gummiruße weisen im allgemeinen eine
DBP-Absorption zwischen 60 und 140 ml/100 g (Meßvorschrift
nach DIN 53601), eine Jodadsorption unter 150 mg/g (Meß
vorschrift nach DIN 53582) und eine Stampfdichte zwischen
400 und 550 g/l (Meßvorschrift nach DIN 787/11) auf,
während Pigmentruße durch eine DBP-Absorption zwischen 40
und 450 ml/100 g, eine Jodadsorption zwischen 30 und
1200 mg/g und eine Stampfdichte zwischen 150 und 500 g/l
charakterisiert sind.
Die Gruppe der Pigmentruße umfaßt auch die sogenannten
Leitfähigkeitsruße, die sich durch besonders hohe Struktur
und Oberfläche auszeichnen, was in den außergewöhnlich
hohen Werten für DBP-Absorption und Jodadsorption zum Aus
druck kommt.
So weist zum Beispiel der Spezialleitfähigkeitsruß Printex
XE2 (Markenname der Degussa) eine DBP-Absorption von
380 ml/100 g und eine Jodadsorption von 1075 ml/g auf.
Diese Leitfähigkeitsruße waren bisher einer Granulation nur
schwer zugänglich und kommen daher überwiegend in
Pulverform in den Handel. Es hat sich nun gezeigt, daß das
beschriebene Granulationsverfahren in der Lage ist, auch
diese Ruße zu granulieren.
Vorteilhaft gegenüber bekannten Naß-Granulationsverfahren
für Ruße ist die Tatsache, daß nur sehr wenig Bindemittel
den Rußen zugesetzt werden muß. Während konventionelle
Granulationsverfahren einen Bindemittelgehalt der fertigen
Granulate von 0,5 bis 3 Gew.-% erfordern, kommt das
beschriebene Verfahren mit Bindemittelgehalten unter 1,
bevorzugt unter 0,5 Gew.-% aus. Als Bindemittel kommen
beispielsweise Melasse oder Ligninsulfonat zum Einsatz, die
auch bei den konventionellen Granulationsverfahren
verwendet werden. Für Anwendungsfälle, in denen die Binde
mittel störend wirken, kann auch völlig bindemittelfrei
granuliert werden.
Die Einzelperlhärte der Ruß-Granalien nach DIN 53603 liegt
auch bei Abwesenheit von Bindemitteln im Bereich zwischen
10 und 50 cN und der nach DIN 53583 ermittelte Abrieb
beträgt weniger als 3 Gew.-%.
Bei Granulation von Gummirußen wie zum Beispiel N326, N539,
N550, N660 und N683 (Bezeichnungen nach ASTM) liegen die
erzielbaren Stampfdichten zwischen 400 und 550 g/l,
insbesondere zwischen 400 und 500 g/l. Die Dispergierhärte
dieser Ruße, bestimmt nach DIN 53775, Teil 7, beträgt
weniger als 5%. Die so granulierten Ruße lassen sich somit
hervorragend redispergieren.
Ein besonderer Vorteil des Granulationsverfahrens besteht
darin, daß der Granulationsvorgang äußerst schonend
abläuft. Struktur und spezifische Oberfläche der Pulver
ruße, gemessen durch ihre DBP-Absorption und Jodadsorption
werden durch die Granulation nur um höchstens 5% abgebaut.
Diese Eigenschaft ist besonders bei Rußen mit hoher
Struktur vorteilhaft.
In den folgenden Beispielen wurde für die erfindungsgemäßen
Ruß-Granulate eine Ringmatrizenpresse mit Preßkanaldurchmessern
von 1 mm und einem l/d Längen- zu Durchmesserverhältnis von 5
sowie einem Walzenspalt von 0,2 mm eingesetzt. Der Schlupf
war in allen Fällen gleich Null.
Fig. 1 zeigt die aus Siebanalysen gewonnenen Summen
verteilungskurven von drei Granulaten eines Gummirußes N550
(nach ASTM) sowie die Verteilungskurve eines granulierten
Leitfähigkeitsrußes (Printex XE2, Degussa). Kurve a ist die
Verteilungskurve eines gemäß der Erfindung gewonnenen
Granulats. Die Granulate zu den Verteilungskurven b und c
wurden durch konventionelle Aufbauagglomeration mit einem
Stachelwellenmischer (Kurve b) bzw. einem Pflugscharmischer
(Kurve c) hergestellt. Kurve d ist die Verteilungskurve für
den erfindungsgemäß granulierten Leitfähigkeitsruß.
Ruße werden in vielen technischen Gummiartikeln als
strukturelle Verstärker eingesetzt. Für eine leichte Hand
habbarkeit und Verarbeitbarkeit ist es einerseits
notwendig, die Ruße für den Transport und die Einarbeitung
zum Beispiel in Kautschuk zu möglichst abriebfesten und
harten Agglomeraten zu verformen, die sich jedoch
andererseits sehr leicht dispergieren lassen sollen. Die
die Verarbeitbarkeit der Ruße betreffenden Spezifikations
werte haben typischerweise folgende Werte:
Mittlerer Korndurchmesser: 0,5 bis 2 mm
Korngrößenverteilung: möglichst geringe Bandbreite
Dispergierhärte: < 10% (nach DIN 53775, Teil 7)
Abrieb: < 5% (nach DIN 53583).
Korngrößenverteilung: möglichst geringe Bandbreite
Dispergierhärte: < 10% (nach DIN 53775, Teil 7)
Abrieb: < 5% (nach DIN 53583).
Wie das folgende Beispiel zeigt, ist das beschriebene
Granulationsverfahren in hervorragender Weise geeignet,
Ruß-Granulate mit Eigenschaften herzustellen, die einen
optimalen Kompromiß zwischen den sich widersprechenden
Praxis-Anforderungen darstellen.
Zur Granulierung von Ruß N550 (nach ASTM) wurde er mit
Wasser auf einen Feuchtegehalt von 43% angefeuchtet
(entsprechend 754 g Wasser auf 1 kg Ruß) und in einem
Mischer gründlich vermischt. Die Zugabe von Wasser ist
notwendig, um einerseits die erforderlichen Preßkräfte zu
reduzieren und um andererseits die Haftkräfte zwischen den
Partikeln zu aktivieren.
Die erforderliche Mischzeit beträgt im Mittel ca. 4
Minuten. Aufgrund der schnellaufenden Mischwerkzeuge findet
eine intensive Mischung ohne Agglomeratbildung statt.
Der angefeuchtete Ruß wurde anschließend mit einer Ring
matrizenpresse bei einer Drehzahl der Ringmatrize von
630 min-1 und einem spezifischen Mengendurchsatz von
5,5 kg·s-1·m-2 (der spezifische Mengendurchsatz ist hier
gleich der Masse des verpreßten Pulvermaterials pro Kanal
fläche und Zeiteinheit) verpreßt. Die Agglomeratstränge von
etwa 1 bis 10 mm Länge wurden dann in einem Rundungs
aggregat mit Riffelscheibe bei einer Drehzahl von 900 min-1
für die Dauer von 10 Minuten verrundet.
Nach Trocknung der Ruß-Granulate bei 150 bis 250°C bis auf
eine Restfeuchte von weniger als 1% wurden sie anwendungs
technischen Prüfungen unterworfen. 93% der so erhaltenen
Granalien hatten einen Durchmesser zwischen 0,7 und 1,4 mm.
Die weiteren anwendungstechnischen Eigenschaften sind aus
Tabelle 1 zu entnehmen.
Zum Vergleich der erfindungsgemäßen Ruß-Granulate mit
bekannten Ruß-Granulaten wurde der Ruß N550 in Pulverform
mit zwei konventionellen Verfahren granuliert. Es handelte
sich dabei um die Granulation in einem Mischer mit Stachel
welle und in einem Pflugscharmischer. Die Ergebnisse dieser
Granulationsversuche sind in Tabelle 1 mit denen nach
Beispiel 1 verglichen.
Wie Tabelle 1 zeigt, weist das erfindungsgemäße Ruß-
Granulat Kugeln mit einer sehr engen Korngrößenverteilung
auf.
Der Abrieb liegt innerhalb der Spezifikation und wird nur
vom Vergleichsbeispiel 1a unterboten, bei dem der Ruß N550
mit 1% Ligninsulfonat als Bindemittel granuliert wurde.
Vergleichsbeispiel 1b ohne Bindemittel weist einen hohen
Abrieb auf. Die Dispergierhärte der erfindungsgemäßen
Rußkugeln ist aufgrund der engen Kornverteilung und
Homogenität sehr gering.
Bei den Vergleichsbeispielen mußte ein höherer Wassergehalt
eingesetzt werden, um zufriedenstellende Granulations
ergebnisse zu erhalten. Dies hat beim nachfolgenden
Trocknungsvorgang einen höheren Energieverbrauch zur Folge.
In einer zweiten Versuchsserie wurden die Ruße N550, N660
und ein Leitfähigkeitsruß (Printex XE2 von Degussa)
granuliert. Für diese Versuchsserie wurde eine Matrize mit
Preßkanaldurchmessern von 1,4 mm und Preßkanallängen von
3,6 mm gewählt. Der Walzenspalt betrug wie bei Beispiel 1
0,2 mm.
Die Ruße N550 und N660 wurden jeweils mit der Ringmatrizen
presse, mit einer Stachelwelle und mit einem Pflugschar
mischer granuliert und die damit erhaltenen Granulate
bezüglich Einzelperlhärte, Abrieb, Farbstärke und
Dispergierhärte miteinander verglichen.
Der Leitfähigkeitsruß konnte nur mit der Ringmatrizenpresse
granuliert werden. Granulierversuche mit Stachelwelle und
Pflugscharmischer lieferten keine brauchbaren Granulate.
Bei den konventionellen Granulationsverfahren mit Stachel
welle und Pflugscharmischer wurden jeweils 1 Gew.-% Lignin
sulfonat als Bindemittel zugegeben. Bei Verwendung der
Ringmatrizenpresse konnte ohne Bindemittelzusatz gearbeitet
werden. Die Ergebnisse dieser Messungen sind in Tabelle 2
aufgeführt.
Die Granulation mit Ringmatrizenpresse und nachgeschalteter
Verrundung mit einer Riffelscheibe liefert die erfindungs
gemäßen Ruße. Sie weisen wegen des fehlenden Bindemittels
eine geringere - jedoch immer noch ausreichende - Einzel
perlhärte als die konventionellen Ruß-Granulate auf, sind
aber bezüglich Abrieb und Dispergierhärte den
konventionellen Granulaten überlegen.
Die nach DIN 53775 bestimmte Farbstärke, (kalt) wurde bei
Walzentemperaturen von 750°C gemessen. Die in Tabelle 2
angegebenen Werte sind Relativwerte, bezogen auf die Farb
stärke, die mit dem mit der Stachelwelle granulierten
Granulat erhalten wurden, multipliziert mit 100. Im Falle
des Leitfähigkeitsrußes wurde als Bezugsgröße die Farb
stärke gewählt, die mit dem Leitfähigkeitsruß in Pulverform
erhalten wurde.
Es ist überraschend, daß die erfindungsgemäßen Ruße einen
geringeren Abrieb aufweisen als die konventionell
granulierten Ruße, obwohl auf die Zugabe eines Bindemittels
verzichtet wurde. Dieser Befund ist wahrscheinlich durch
die gute Kugelform und einheitliche Verdichtung dieser
Granulate zu erklären, die trotz geringerer Einzelperlhärte
zu einem geringeren Abrieb führt.
Das Granulat des Leitfähigkeitsrußes wurde auch bezüglich
seiner Korngrößenverteilung untersucht. Die entsprechende
Summenverteilungskurve ist in Fig. 1 dargestellt.
Aus den Kornverteilungskurven von Fig. 1 wurden für die
vier in den Beispielen 1 und 2 sowie in den Vergleichs
beispielen 1a und 1b hergestellten Granulate jeweils der
mittlere Korndurchmesser sowie das 80%-Durchmesser
intervall bestimmt, welches 80 Gew.-% der jeweiligen
Granalien umfaßt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3
aufgeführt. Das 80%-Intervall wurde aus den Durchmessern
der Verteilungskurven für die Summenwerte von 10 und 90%
ermittelt. Es ist in Tabelle 3 in Prozent des mittleren
Korndurchmessers angegeben. Man erkennt aus dieser Tabelle,
daß die erfindungsgemäßen Granulate eine deutlich engere
Korngrößenverteilung aufweisen als die Vergleichsgranulate.
Insbesondere besitzen die erfindungsgemäßen Granulate einen
wesentlich geringeren Feinanteil. Bei dem Granulat des
Leitfähigkeitsrußes nach Beispiel 2 ist der Einfluß des
größeren Preßkanal-Durchmessers auf den sich ergebenden
mittleren Korndurchmesser zu erkennen.
Claims (6)
1. Ruß-Granulat enthaltend Ruß, Bindemittel und
gegebenenfalls weitere Additive, welches folgende
physikalisch-chemischen Kenndaten aufweist:
- a) einen mittleren Durchmesser der Granalien zwischen 0,5 und 4 mm,
- b) ein Durchmesserintervall, welches 80 Gew.-% der Granalien umfaßt und dessen Breite weniger als 60% des mittleren Korndurchmessers beträgt,
- c) einen Gehalt an Bindemitteln von weniger als 1 Gew.-%, bevorzugt weniger als 0,5 Gew.-%,
- d) eine Einzelperlhärte der Granalien zwischen 10 und 50 cN und
- e) einen Abrieb von weniger als 3 Gew.-%, insbesondere weniger als 1 Gew.-%.
2. Ruß-Granulat nach Anspruch 1 aus Gummirußen, welche in
Pulverform folgende Eigenschaften aufweisen:
- a) eine DBP-Absorption zwischen 60 und 140 ml/100 g,
- b) eine Jodadsorption unter 150 mg/g und
- c) eine Stampfdichte zwischen 400 und 550 g/l,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Granulat eine Stampfdichte zwischen 400 und
550 g/l, insbesondere 400 und 500 g/l aufweist, eine
Dispergierhärte von weniger als 5% besitzt und daß
DBP-Zahl und Jodadsorption des Granulats höchstens 5%
gegenüber den Werten der Pulverform vermindert sind.
3. Ruß-Granulat nach Anspruch 1 aus Pigmentrußen, welche
in Pulverform folgende Eigenschaften aufweisen:
- a) eine DBP-Absorption zwischen 40 und 450 ml/100 g,
- b) eine Jodadsorption zwischen 30 und 1200 mg/g und
- c) eine Stampfdichte zwischen 150 und 500 g/l,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Granulat eine Stampfdichte zwischen 180 und
550 g/l aufweist und daß DBP-Zahl und Jodadsorption des
Granulats nur um höchstens 5% gegenüber den Werten der
Pulverform vermindert sind.
4. Ruß-Granulat nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß es kein Bindemittel enthält.
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