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Verfahren zur Behandlung von metallischen Pigmentpasten Diese Erfindung
bezieht sich im allgemeinen auf Verbesserungen in der Herstellung und Fabrikation
von metallischen Pigmenten in Pastenform, die geeignete Eigenschaften für die Verwendung
bei der Herstellung von metallischen Farben, Tinten und Anstrichen aufweisen. Die
Erfindung bezieht sich im speziellen auf die Herstellung von Aluminiumpigmentpasten,
die verbesserte Konsistenz und erhöhte Feinheit hinsichtlich der Teilchengröße der
Metallflocken zeigen, ohne die Deckfläche von ihnen zu vergrößern. Mit metallischen
Pigmenten sind Pigmente gemeint, die metallische Flocken oder Teilchen enthalten.
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Der allgemeine Gegenstand der Erfindung besteht darin, Methoden zur
Verbesserung von Aluminiumpigmentpasten im Vergleich zu den Eigenschaften und Merkmalen
gegenwärtig bekannter und eingeführter, metallischer Pigmentprodukte zu schaffen.
Weitere Gegenstände und Vorzüge der Erfindung werden bei Beachtung der folgenden
Beschreibung und der beigefügten Ansprüche den Fachleuten offenbar werden. Die Erfindung
wird in ihrer Anwendung auf die Fabrikation von Aluminiumpigmentpasten, wie sie
durch Zerpulvern von metallischem Aluminium in Flockenform durch einen feuchten,
trocknen und/odet kombinierten feuchten und trocknen Zerkleinerungsprozeß hergestellt
werden, beschrieben. Es gibt zahlreiche Verfahren im Handel, um metallische Pigmente
der gewünschten Feinheit, die annehmbare Farbprodukte liefern, herzustellen. Das
in der amerikanischen Patentschrift 2 002 891 von Everett J. Hall beschriebene Verfahren
ist ein solches, das im Handel weitverbreitete Anwendung gefunden hat und als feuchtes
Kugelmühlenverfahren bezeichnet wird, bei dem eine Zerpulverung von metallischem
Farbkörper unter dem Einfluß von herabstürzenden Kugeln in einer Kugelmühle bei
Gegenwart einer Lösung von filmbildenden Stoffen, wie Stearin- und Palmitinsäure,
und -einem flüchtigen Kohlenwasserstoff, wie Leichtbenzin, ausgeführt wird, um metallische
Pigmente in Form einer schlammartigen Masse herzustellen.
Bei der
üblichen technischen Durchführung wird der Schlamm aus der Kugelmühle herausgebracht
und filtriert, um einen Teil der flüssigen Phase zu entfernen und damit einen Aluminiumpigmentkuchen
zu erhalten, der einen ungefähren Gehalt von 8o Gewichtsprozent Metallflocken und
als Rest Leichtbenzin und etwas gelöste Stearinsäure besitzt. Der Kuchen wird danach
normalerweise durch Zufügen einer Lösung von reinem Leichtbenzin und filmbildendem
Stoff auf eine ungefähre Zusammensetzung von 6o bis 65 Gewichtsprozent nicht flüchtigem
Bestandteil, der aus Aluminiumflocken und einer kleinen Menge von filmbildendem
Stoff besteht, gebracht. Diese Einstellung wird üblicherweise in einem Handelsmischer
durchgeführt, der aus einem stationären Zylindermantel, in dem ein einzelner, rotierbarer
Flügel angebracht ist, besteht. Die Mischoperation wird normalerweise auf einen
Zeitraum von 2 bis 2o Minuten beschränkt, bei einer Flügelgeschwindigkeit von 5o
Umdr./Min. und einem ungefähren Innendurchmesser des Mischraums von 107 cm, damit
zerstörende Temperaturverhältnisse in bezug auf die filmbildenden Eigenschaften
der Pigmentpaste ebenso wie Feuersgefahr vermieden werden. Die sich aus dieser Behandlung
ergebende Pigmentpaste stellt eine anerkannte Handelspigmentpaste von brauchbarer
Konsistenz dar und eignet sich zur Vermischung mit passenden Farbträgern, wie Lack,
für die Fabrikation von Aluminiumfarben. Diese handelsübliche Pigmentpaste wird
gewöhnlich in diesem eingestellten Zustand in verschlossenen Behältern für die Verteilung
im Handel verpackt.
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Wo ein Pigment in trockner Form erforderlich ist, wird die flüssige
Phase weggedampft oder abgetrieben und das trockne Pulver, wenn gewünscht, in einem
Bürstenpolierer poliert.
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Metallische Pigmente in Pastenform können auch mit Hilfe eines trocknen
Verfahrens wirtschaftlich hergestellt werden, in dem das Metall unter der Wirkung
von zerstoßenden Werkzeugen in einem trocknen Stampfwerk oder Kugelmühle bei Gegenwart
einer kleinen Menge eines Schmiermittels, das normalerweise ein filmbildender Stoff
ist, zerkleinert wird. Zerkleinertes Schuppenpigment wird in dieser trocknen Form
danach mit Leichtbenzin in geeignetem Verhältnis gemischt und, falls erforderlich,
im Gehalt an filmbildendem Stoff eingestellt, um eine herkömmliche Pastenzusammensetzung,
ähnlich der bei dem Einstellungsverfahren hergestellten, wie sie in Verbindung mit
dem feuchten Kugelmühlenverfahren beschrieben wurde, zu erzeugen, wobei eine Pigmentpaste
mit 6o bis 65°/a nicht flüssigen Stoffen entsteht.
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Metallische Pigmente, die entweder durch ein feuchtes, trocknes oder
kombiniertes feuchtes und trocknes Verfahren hergestellt sind, haben sich im Handel
als Pigmentgrundstoff bei der Fabrikation von Aluminium- und anderen metallischen
Farben bewährt. Die vorliegende Erfindung verleiht jedoch als neue Eigenschaft erhöhte
Feinheit der Teilchengröße, ohne die Deckfläche der entstandenen Pigmente zu vergrößern.
Mit Deckfläche ist die Deckfähigkeit oder das Deckgebiet eines Pigmentes auf Wasser
gemeint, wie es durch die technische Ausführung auf Seite 18 der Schrift :Aluminium
Paint and Powden" veröffentlicht von Reinhold, Publishing Company, Copyright 1936,
beschrieben ist.
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Es wurde gefunden, daß Aluminiumpigmentpasten von Filterkuchenkonsistenz
und einer Gewichtszusammensetzung von 7o bis 85°/o Metallflocken, mindestens etwa
o,5°/, Schmiermittel und etwa i5,o bis 29,5°/o Leichtbenzin, entweder durch das
feuchte Kugelmühlenverfahren oder synthetisch aus trocknem Pulver hergestellt, zu
der brauchbaren Konsistena einer herkömmlichen Aluminiumpigmentpaste mit 6o bis
65 Gewichtsprozent Aluminiumflocken, mindestens o,5°/, Schmiermittel und als Rest
Leichtbenzin, aber ohne Ausgleich im Gehalt an festen Stoffen, durch einen zusätzlichen,
vorher noch nicht ausgeübten Arbeitsgang umgewandelt werden können, der als neue
Eigenschaft erhöhte Feinheit der Teilchengröße verleiht, ohne daß irgendeine merkbare
oder entdeckbare Vergrößerung der Deckfläche der metallischen Teilchen eintritt.
Der Arbeitsgang schließt eine Schaufelbewegung der Pigmentpaste von der oben angegebenen
Zusammensetzung des Filterkuchens ein.
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Die schaufelnde Bewegung bildet die Grundlage der Eifindung und läßt
sich als eine Arbeitsstufe bezeichnen, die die Metallteilchen oder Flocken der Pigmentpaste
gründlich vermischt und ein Höchstmaß von Bewegung zwischen den Flocken erzeugt,
wobei die vorhandenen neuen und unbehandelten Oberflächen der Flocken einer kräftigen
reibenden und scherenden Bewegung auf und über sich ohne zerstörende, örtliche Überhitzung
der Pigmentpaste ausgesetzt werden. Zeit und Temperatur sind wichtige Merkmale dieser
Arbeitsstufe oder schaufelnden Bewegung, um die verbesserte Eigenschaft erhöhter
Feinheit der Teilchengröße und Verbesserung der Pastenkonsistenz zu gewährleisten.
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Ein spezielles Beispiel einer Apparaturausführung, die im Handel mit
Erfolg verwendet wurde und für die Durchführung dieser Arbeitsstufe der Erfindung
befriedigte, besteht aus einem horizontalen, stationären, wassergekühlten Zylinderdoppelmantel
von annähernd 1,20 m Durchmesser und 1,50 m Länge (Innendimension), in welchem zwei
$-förmige, rotierbare Schaufeln angebracht sind, die sich nach innen drehen oder
auch nach auswärts von der Mittellängsachse des Mantels weg. Die Schaufeln stehen
miteinander in Verbindung, wie z. B. durch geeignete Getriebe, um ein Übergreifen
ihrer Drehbewegung vorzusehen, und jede Schaufel besitzt einen maximalen Drehungsbereich
von annähernd 30 cm Radius.
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In der vorgeschlagenen Ausführung der Erfindung, wie sie bei der Fabrikation
von Aluminiumpigmentpasten stattfindet, wurden Aluminiumpasten mit der ungefähren
Gewichtszusammensetzung von 7o bis 85°/o Aluminiumflocken, mindestens o,5°/, filmbildenden
oder nichtfilmbildenden, fettigen Stoffen und etwa 15,o bis 29,5°/o Leichtbenzin
in die oben beschriebene Apparatur mit zwei $-förmigen Flügelschaufeln eingebracht
und der Mechanismus i bis 12 Stunden bei einer Rührgeschwindigkeit von 5o Umdr./Min.
in Gang gebracht, um j ede Charge durchzuschaufeln. Die Durchschnittscharge betrug
9o81
Pastenmischung und zu keiner Zeit durfte die Temperatur der
Paste 43° C während der Rühroperation übersteigen; Wasserkühlung der Apparatur wurde,
wenn erforderlich, durchgeführt, um diese äußerste Temperaturgrenze zu regulieren
und einzuhalten. Die Arbeitsweise der Einrichtung war derart, daß die Flockenteilchen
einer reibenden und scherenden Bewegung untereinander, ebenso wie zwischen den Flügelschaufeln
und dem umgebenden -Mantel ausgesetzt waren, zusammen mit gründlichem Vermischen
und einer Bewegung der Teilchen, so daß neue und unbehandelte Oberflächen auftraten
und eine einheitliche Temperatur der Charge aufrechterhalten wurde. Die Bewegung
der beiden S-förmigen Flügelschaufeln in bezug auf den umgebenden zylindrischen
Mantel, ebenso wie die rotierende Bewegung der beiden Flügelschaufeln in Beziehung
zueinander ergaben eine wirksame Schaufelbewegung. Zusätzlich können Schmiermittel
oder filmbildende Stoffe in Lösung mit Leichtbenzin während der Schaufelbewegung
zugefügt werden, um den filmbildenden oder nichtfilmbildenden .Schmiermittelgehalt,
falls gewünscht, zu erhöhen.
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Das durch die Schaufelbewegung entstandene Produkt hatte im wesentlichen
die gleiche Konsistenz wie der herkömmlich eingestellte Filterkuchen mit dem niedrigeren
Gehalt an nicht flüchtigen Stoffen von 6o bis 650/0. Zusätzlich zeigte das Produkt
einen höheren Feinheitsgrad der Teilchengröße ohne Vergrößerung der Deckfläche.
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Eine handelsübliche Aluminiumpigmentpaste mit einem Gehalt von 650/0
Metallflocken, Stearinsäure in Mengen von mindestens o,50/0 und als Rest Leichtb2nzin,
wurde durch die übliche Einstellungsweise aus Filterkuchen mit 79°/o nicht flüchtigen
Bestandteilen hergestellt. Die so hergestellte Pigmentpaste wurde mit gleichen Teilen
Farblack und Lackverdünnern in dem Verhältnis von 40 mg Pigmentpaste auf So ccm
Farblack und -verdünner gemischt. Die Mischung wurde auf Glas gestrichen und getrocknet.
Eine typische Fläche des trocknen Films wurde ausgesucht und eine mikroskopische
Bestimmung der verschiedenen Teilchengrößen auf dieser Fläche vorgenommen. Unter
Zugrundelegung der Größen von 700o Teilchen wurde ausgerechnet, daß 66 50o Teilchen
die Fläche von einem Quadratmillimeter einnehmen würden, wobei lediglich eine Oberfläche
gezählt wurde. Die Deckfläche auf Wasser betrug 14 40o qcm pro Gramm dieses Pigmentes.
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Eine Aluminiumpigmentpaste, die aus einem gleichen Filterkuchen mit
79°/o nicht flüchtigen Stoffen hergestellt war und zumindest 0,5% Stearinsäure und
als Rest Leichtbenzin besaß, wurde in Übereinstimmung mit dem Verfahren der Erfindung
8 Stunden mit den Flügelschaufeln durchgearbeitet. Das so hergestellte Pigment wurde
mit dem gleichen Lack und Verdünner im Verhältnis von 33 mg Pigmentpaste auf So
ccm Lack und Verdünner in gleichen Mengen vermischt. Die Mischung wurde auf Glas
gestrichen und in gleicher Weise wie bei obiger Prüfung eine mikroskopische Bestimmung
vorgenommen. Unter Zugrundelegung der Größen von 70o Teilchen dieser Pigmentpaste
wurde berechnet, daß 102 Zoo Teilchen eine Fläche von einem Quadratmillimeter einnehmen
würden, wobei eine Oberfläche nur einmal gezählt wurde. Die Deckfläche auf Wasserbetrug
1317oqcm/g dieser Paste. Die beiden wie oben beschrieben geprüften Pigmentpasten
besaßen der Hauptsache nach die gleiche Konsistenz, wie in bezug auf ihre .Plastizität,
Einheitlichkeit und Fähigkeit, sich mit einem Träger zwecks Bildung einer Aluminiumfarbe
zu mischen, gemessen wurde.
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Die erhöhte Feinheit der Pulver und Pasten, die auf Grund der Behandlung
durch die Schaufelbewegung nach der Erfindung hergestellt waren, ohne daß dadurch
eine entsprechende Vergrößerung der Deckfläche bei den Produkten auftrat, ist vom
Standpunkt der späteren Verwendung bei der Fabrikation von Farben und ähnlichen
Anstrichstoffen äußerst wichtig. Farben aus diesen Pigmenten von feinerer Teilchengröße
fließen leichter, zeigen einen höheren Grad an Glätte und erzeugen ebenere und glänzendere
Farbfilme, als es vorher mit gröberen Aluminiumpasten und -pulvern möglich war.
Diese verbesserten Merkmale erhalten die hieraus hergestellten Pasten und Pulver,
die in Anwesenheit eines filmbildenden oder nichtfilmbildenden Stoffes oder Schmiermittels
hergestellt sind. Die Produkte besitzen auf Grund der erhöhten Feinhit den weiteren
Vorzug, daß sie sich besser zum Durchseihen und Filtrieren eignen; jede von ihnen
kann bei der Fabrikation von buntfarbigen und anderen Arten fertig gemischter Farben
verwendet werden.
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Der höhere Gehalt der Pigmentpaste an nicht flüchtigen Stoffen, die
nach dem Verfahren der Erfindung . hergestellt ist, ist weiterhin vorteilhaft, da
er erlaubt, größere Gewichte :an Pigment wirtschaftlich in Behältern zu verpacken,
deren Aufnahmevermögen auf Pigmentpasten mit niedrigerem Gehalt an nicht flüchtigen
Stoffen basiert.
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Filmbildende Stoffe, wie Stearinsäure, Palmitinsäure und Mischungen
von ihnen, und nichtfilmbildende Stoffe, wie Ölsäure, Ricinolsäure und Mischungen
von ihnen, sind Beispiele von Schmiermitteln, wie sie sich bei der Ausführung der
Erfindung bewährt haben. Gleichwertige flüchtige Kohlenwasserstoffe können ebenfalls
anstatt des Leichtbenzins genommen werden.