DE551534C - Verfahren zur Darstellung von Russ - Google Patents

Verfahren zur Darstellung von Russ

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DE551534C
DE551534C DEI38827D DEI0038827D DE551534C DE 551534 C DE551534 C DE 551534C DE I38827 D DEI38827 D DE I38827D DE I0038827 D DEI0038827 D DE I0038827D DE 551534 C DE551534 C DE 551534C
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DE
Germany
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soot
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mixtures
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temperature
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Expired
Application number
DEI38827D
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English (en)
Inventor
Dr Otto Grosskinsky
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IG Farbenindustrie AG
Original Assignee
IG Farbenindustrie AG
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Publication date
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Publication of DE551534C publication Critical patent/DE551534C/de
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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09CTREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C1/00Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
    • C09C1/44Carbon
    • C09C1/48Carbon black
    • C09C1/54Acetylene black; thermal black ; Preparation thereof

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Description

  • Verfahren zur Darstellung von Ruß Es ist schon mehrfach versucht worden, Kohlenoxyd oder Kohlenwasserstoffe, insbesondere Olefine, durch katalytische Behandlung in für technische Zwecke brauchbaren Ruß überzuführen. Als Katalysatoren sind vor allem Eisen, daneben auch Nickel und Kobalt verwendet worden. Man hat zur Herstellung von Ruß auch schon gemischte Katalysatoren vorgeschlagen. Diese wurden durch Fällen der betreffenden Metallsalze mit Alkali hergestellt.
  • Es wurde nun gefunden, daß man die Herstellung von Ruß aus Kohlenoxyd oder Kohlenwasserstoffen mit Vorteil durchführen kann, wenn man zur Spannung solche Metalle oder Metalloxyde der Eisengruppe enthaltende Katalysatoren verwendet, die durch Zersetzung, z. B. durch Erhitzen, von nicht temperaturbeständigen Salzen oder anderen festen Verbindungen oder solche enthaltenden Gemischen erhalten worden sind. Man kann zersetzliche Salze oder andere Verbindungen der Metalle der Eisengruppe unmittelbar verwenden oder solche durch Umsetzung beliebiger Verbindungen dieser Metalle mit geeigneten anderen Salzen oder Verbindungen erzeugen. Man verwendet z. B. Nitrate, Nitrite, Chlorate, Perchlorate, Cyanide von Eisen, Nickel oder Kobalt, oder Verbindungen dieser Metalle im Gemisch mit Nitraten, Nitriten, Chloraten u. dgl. von Alkalien, Erdalkalien, Magnesium, Zink, Cadmium, Thorium, Zirkon, Chrom usw. Auch Cyanate, Percarbonate, Peroxyde, komplexe Cyanide u. dgl. kann man mit Vorteil verwenden. Metallcarbonyle sollen hier ausgenommen sein. Auch temperaturbeständige Salze, wie Silikate, Phosphate, Wolframate, Borate usw., können gleichzeitig neben den obengenannten, nicht temperaturbeständigen Salzen in den Katalysatoren zugegen sein. Anstatt nicht temperaturbeständige Salze zur Herstellung von Katalysatoren zu benutzen, kann man auch zu Metall- bzw. Metallhydroxydgemischen die den nicht temperaturbeständigen Salzen zugrunde liegenden freien Säuren zugeben und diese Gemische z. B. erhitzen. Die Mengen der nicht temperaturbeständigen Salze in den Gemischen brauchen meist nur klein zu sein, doch können auch größere Mengen der Nitrate, Nitrite usw. oder auch nur temperaturbeständige Salze oder Salzgemische zur Herstellung der Katalysatoren verwendet %verden.
  • Bei der Herstellung der Katalysatoren verfährt man etwa in der Weise, daß man z. B. ein Gemisch von Nickelhydroxyd und Zinkhydroxyd, welches mit Alkali aus einer Lösung der Salze der genannten Metalle, z. B. bei Zimmertemperatur, ausgefällt worden ist, auswäscht, in die Hydroxydpaste geringe Mengen Natriumnitrit, in Wasser gelöst, einrührt, dann die Masse formt, preßt und trocknet und nachdem Erhitzen an der Luft reduziert. Man erhält einen Katalysator, der schon bei Temperaturen erheblich unter 400° C in ausgezeichneter Ausbeute Ruß aus Äthylen liefert, während ein ohne Zusatz von Natriumnitrit in sonst gleicher Weise erhaltener Katalysator bei 400° C kaum anspricht. Auch Gemische von Nitraten mit Carbonaten oder von Nitraten mit komplexen Cyaniden usw. in beliebiger Kombination können zur Herstellung der Gemische, aus denen der Kataly sator hergestellt wird, dienen. Der Katalysator kann auch auf Trägern niedergeschlagen werden oder als Pulver ohne Formen und Pressen Verwendung finden. Die Reduktion des durch Erhitzen entstandenen Gemisches erfolgt am besten vor demEinleiten des zu zersetzenden kohlenstoffhaltigen Materials. Doch kann man die Spaltung auch mit dem nicht reduzierten Katalysator vornehmen, der dann erst während der Rußabscheidung reduziert wird.
  • Zur Spaltung kommen im allgemeinen Kohlenoxyd und Kohlenwasserstoffe oder solche enthaltende Gase in Frage, wie sie bei chemischen Prozessen anfallen oder auch in der Natur vorkommen. Die gesättigten Kohlenwasserstoffe, Methan, Äthan, Propan usw., Benzol und Homologe brauchen zur Spaltung meist höhere Temperaturen als die Olefine, Diolefine oder Acetylene, von denen ja z. T. bekannt ist, daß sie sich schon bei relativ niederen Temperaturen, wenn auch bisher in technisch ungenügender Weise, spalten lassen. Oft gelingt die Spaltung der in Frage stehenden Kohlenstoffverbindungen leichter in Gegenwart anderer Gase, wie Kohlensäure, Wasserdampf usw. Hierbei erfolgt die Rußabscheidung z. B. aus Methan und C02 nach der Gleichung
    CH, + C02 > 2 C + 2 H20.
    Aber nicht nur in diesem speziellen Fall ist der Zusatz von anderen Gasen bedeutungsvoll, sondern ganz allgemein ist es von Wichtigkeit, andere Gase dem zu zersetzenden Gas zuzusetzen. Als Zusatzgase sind Wasserdampf, Kohlensäure, Stickstoff, Wasserstoff, geringe Mengen Sauerstoff usw. brauchbar. Die zuzusetzenden anderen Gase können sowohl in molekularen als auch in beliebigen anderen Verhältnissen zugegen sein.
  • Man. kann auch unter Anwendung von Unterdruck oder erhöhtem Druck arbeiten. Die Anwendung von Drucken über einer Atmosphäre gestattet im allgemeinen, die Zeitraumausbeute bei dem Verfahren wesentlich zu erhöhen, wenngleich hierbei die Ableitung der Reaktionswärme, die bei der Spaltung ganz beträchtlich ist, besondere Aufmerksamkeit erfordert. Die Begrenzung der Drucke nach oben ist im wesentlichen davon abhängig, in welcher Weise die Reaktionswärme abgeführt wird.
  • Im allgemeinen werden die kohlenstoffhaltigen Gase bei Temperaturen von etwa Zoo bis 5oo° C zersetzt, doch erhält man unter Umständen auch bei Temperaturen darunter und darüber Ruß, der für besondere Zwecke brauchbar ist. Ausgezeichneten Ruß bei guter Zeitraumausbeute erhält man vor allen Dingen aus Olefinen, Diolefinen oder Acetylenen bei Temperaturen von etwa 3oo bis 4oo° C. Der Wasserstoff, der neben dem Ruß erhalten wird, ist meistens mit mehr oder minder großen Mengen Methan bzw. Äthan verunreinigt, welch letzteres um so leichter entsteht, je tiefer die Reaktionstemperatur ist.
  • Die Rußherstellung kann sowohl diskontinuierlich als auch in kontinuierlicher Arbeitsweise durchgeführt werden.
  • Der nach dem vorliegenden Verfahren hergestellte Ruß nimmt beim Einwalzen in Kautschuk einen so hohen Zerteilungsgrad an, daß die einzelnen Teilchen mikroskopisch nicht mehr auflösbar sind. Zufolge dieser Eigenschaft ist der Ruß als Füllstoff in der Kautschukindustrie ausgezeichnet geeignet. Derart wertvolle Ruße sind unter Anwendung der früher vorgeschlagenen, eingangs erwähnten Katalvsatoren nicht herstellbar.
  • Beispiel i Eine Lösung eines Gemisches der Nitrate von Kobalt, Zink und Barium im Verhältnis 5o Gewichtsteile Co : 5o Gewichtsteilen. Zn i Gewichtsteil Ba in Wasser wird mit einem Überschuß von Soda, Kaliumcarbonat oder Ammoncarbonat bei Zimmertemperatur versetzt, worauf der entstandene Niederschlag abfiltriert und gut ausgewaschen wird. Die Fällung kann auch durch überschüssiges freies Alkali bewirkt werden. Mit der erhaltenen Paste werden o,2 Teile (berechnet auf ioo Teile Trockengehalt der Paste) Kaliumnitrit, in Wasser gelöst, gut verrührt. Die Mischung wird nun geformt, gepreßt, getrocknet und in ein Rohr von etwa 3 cm lichter Weite eingefüllt. Man erhitzt im Luftstrom auf etwa 32o° C, verdrängt dann die Luft mit Stickstoff und reduziert bei 33o° C 24 Stunden lang mit Wasserstoff. Über den frisch reduzierten Katalysator leitet man bei 35o bis @oo° C Äthylen in der Weise, daß auf etwa io g Katalysator, enthaltend rund 5o % Co, in 3 Stunden etwa 75 1 Äthylen kommen. Man erhält Ruß in einer Ausbeute bis zu 85 °/o der Theorie und daneben Wasserstoff, dem noch kleine Mengen Methan beigemischt sind. Der Ruß lä.ßt sich gut zur Vulkanisation von Naturkautschuk oder von Polvmerisationsprodukten von Butadienkohlenwasserstoffen verwenden.
  • Mit demselben Katalysator erhält man auch aus Kohlenoxyd Ruß und Kohlensäure in theoretischer Ausbeute bei etwa 400° C unter Einhaltung etwa der gleichen Reaktionsbedingungen. Entsprechend verfährt man bei Verwendung anderer Kohlenwasser Stoffe oder Gasgemische.
  • Beispiele Eine Lösung eines Gemisches der Nitrate von Nickel, Kobalt, Zink im Verhältnis 5 Gewichtsteile Ni : 92 Gewichtsteilen Co : 3 Gewichtsteilen Zn in Wasser wird mit Ammoncarbonat versetzt. Es entsteht ein Niederschlag, der die entsprechenden Carbonate enthält. Man wäscht gut aus und rührt auf i00 Teile Trockengehalt der Paste o,5 Teile Kaliumkobaltcyanid ein. Die Mischung wird, wie im Beispiel i beschrieben, weiterbehandelt. Über den frisch reduzierten Katalysator leitet man ein Gemisch von i Volumenteil Allelen mit i Volumenteil Wasserdampf bei 350°'C und erhält unter ähnlichen Bedingungen wie in Beispiel i nach Entfernung der Metallteile aus dem Ruß und Windsichtung einen tiefschwarzen, aktiven Kohlenstoff, der sowohl in färberischer wie auch kautschuktechnischer Hinsicht den üblichen Anforderungen entspricht. Eine weitere Aktivierung des Rußes kann durch Einwirkung von Wasserdampf in Gegenwart geringer Mengen Luft oder Kohlendioxyd bei 60o° bis 70o° C erreicht werden.
  • Ebenso verfährt man bei der Spaltung von Propylen, Butylen, Butadien usw. Beispiel 3 Ein Gemisch der Nitrate von Kobalt, Zink und Barium im Verhältnis von 5o Teilen Kobalt : 5o Teilen Zink : i Teil Barium, wird in Wasser gelöst und bei Zimmertemperatur mit Ammoniumbicorbonat versetzt. Der erhaltene Niederschlag wird gewaschen, getrocknet und dann bei 325° bis 35o° C 24 Stunden mit Wasserstoff behandelt. Über 8 g der so reduzierten Kontaktmasse leitet man in einem Porzellanrohr bei 375° C 25 1 Äthylen pro Stunde. Nach 3 Stunden wird der Versuch unterbrochen und der im Rohr abgeschiedene Ruß mit verdünnter Salpetersäure behandelt, bis die im Ruß enthaltenen Teile der Kontaktmasse gelöst sind. Das Ruß wird dann gewaschen, getrocknet und der Windsichtung unterworfen. Man erhält so einen Ruß, der, mit einem Butadienpolymerisationsprodukt vulkanisiert, ein Vulkanisat mit einer maximalen Belastung von r23 kg/cm2 und einer maximalen Dehnung von 576 °1" ergibt.
  • Verfährt man in derselben Weise, nur mit dem Unterschied, daß bei der Herstellung der Kontaktmasse der mit Ammonbicarbonat erzeugte Niederschlag mit 1,5 Teilen Kaliumnitrat in wäßriger Lösung verrührt wird, so erhält man einen Ruß, der mit dem gleichen Butadienpolymerisationsprodukt unter den gleichen Bedingungen Vulkanisate mit einer maximalen Belastung von 2o6 kg/cm= und einer maximalen Dehnung von 780 °/" liefert.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Darstellung von Ruß durch Spaltung von Kohlenoxyd oder Kohlenwasserstoffen oder deren Gennischen in Gegenwart von Katalysatoren, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Spaltung solche Metalle oder Metalloxyde der Eisengruppe enthaltende Kataly satoren verwendet, die durch Zersetzung von nicht temperaturbeständigen festen Verbindungen oder solche enthaltenden Gemischen mit Ausnahme der Metallcarbonyle erhalten wurden.
DEI38827D 1929-07-28 1929-07-28 Verfahren zur Darstellung von Russ Expired DE551534C (de)

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DE (1) DE551534C (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1156193B (de) * 1956-12-31 1963-10-24 Hercules Powder Co Ltd Verfahren zum Spalten von mindestens teilweise ungesaettigten Kohlenwasserstoffoelen

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1156193B (de) * 1956-12-31 1963-10-24 Hercules Powder Co Ltd Verfahren zum Spalten von mindestens teilweise ungesaettigten Kohlenwasserstoffoelen

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