EP2758477A1 - Verfahren zur oberflächenmodifizierung von titandioxidpigment - Google Patents

Verfahren zur oberflächenmodifizierung von titandioxidpigment

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EP2758477A1
EP2758477A1 EP12780410.2A EP12780410A EP2758477A1 EP 2758477 A1 EP2758477 A1 EP 2758477A1 EP 12780410 A EP12780410 A EP 12780410A EP 2758477 A1 EP2758477 A1 EP 2758477A1
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EP
European Patent Office
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pigment
titanium dioxide
particles
surface coating
weight
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12780410.2A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Uwe WILKENHÖNER
Jürgen Bender
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Kronos International Inc
Original Assignee
Kronos International Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kronos International Inc filed Critical Kronos International Inc
Publication of EP2758477A1 publication Critical patent/EP2758477A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09C—TREATMENT 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
    • C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
    • C09C1/36—Compounds of titanium
    • C09C1/3692—Combinations of treatments provided for in groups C09C1/3615 - C09C1/3684
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D7/00—Features of coating compositions, not provided for in group C09D5/00; Processes for incorporating ingredients in coating compositions
    • C09D7/40—Additives
    • C09D7/60—Additives non-macromolecular
    • C09D7/61—Additives non-macromolecular inorganic
    • C09D7/62—Additives non-macromolecular inorganic modified by treatment with other compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
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    • C01P2006/12—Surface area
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    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
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    • C01P2006/19—Oil-absorption capacity, e.g. DBP values
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    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/22—Rheological behaviour as dispersion, e.g. viscosity, sedimentation stability
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/60—Optical properties, e.g. expressed in CIELAB-values
    • C01P2006/62—L* (lightness axis)
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/60—Optical properties, e.g. expressed in CIELAB-values
    • C01P2006/64—Optical properties, e.g. expressed in CIELAB-values b* (yellow-blue axis)

Definitions

  • the invention relates to a process for the surface modification of titanium dioxide pigment and to the use of the titanium dioxide pigment in particular in paints for interior and exterior walls (emulsion paints) and in water-based paints.
  • Titanium dioxide is generally the most important white pigment in the application fields of paints and coatings, plastics, paper and fibers because of its high refractive index.
  • the optical properties e.g. Lightening power, hue or opacity Photostability
  • the titanium dioxide pigment particles therefore become
  • Paints for interior and exterior walls usually contain titanium dioxide pigment in addition to significant amounts of so-called
  • Extenders for example calcium carbonate, diatomaceous earth or barium sulfate.
  • the extenders have the task of keeping the pigment particles separated in color, so that as far as possible every single pigment particle can be optically active. In this way high values can be obtained for the total pigment (plus extender) volume concentration of 70% and more.
  • Titanium dioxide pigments for use in emulsion paints must on the one hand have high hiding power (opacity) and, on the other hand, good dispersibility. To achieve the high hiding power, they are usually provided with a voluminous, porous, loose coating of silicon and aluminum oxide.
  • the voluminous, loose structure of the surface coating acts as a spacer between the individual particles and leads via the dry-hiding effect to increased hiding power.
  • the porous surface coating of the pigment affects the
  • the invention is based on the object of specifying a method with which a
  • Titanium dioxide pigment can be prepared, which performs the tasks of a part of the additives in emulsion paints, in particular the optimization of theological behavior (e.g., viscosity) and open time of the paint.
  • theological behavior e.g., viscosity
  • the object is achieved by a method for surface modification of
  • the particles are first provided with an inorganic surface coating, which has a loose structure and
  • the particles are subsequently subjected to high shear and impact forces, so that the loose structure of the inorganic surface coating is at least partially compressed.
  • the loose structure of the surface coating is subsequently compacted by the action of mechanical energy.
  • the invention relates to a process for the surface modification of titanium dioxide pigment, whereby the open time and viscosity of the emulsion paint prepared therewith are influenced in parallel so that, for example, the open time of the ink remains constant
  • Viscosity is prolonged or the viscosity of the ink is increased while the open time remains the same.
  • the invention is based on a titanium dioxide pigment, which with silica and / or
  • Alumina was coated with a looser structure, hereinafter referred to as "starting pigment.”
  • starting pigment a looser structure
  • the total amount of the precipitated coating substances in the starting pigment is preferably at least 10% by weight calculated as the oxide and based on the total pigment.
  • the silicon oxide content is preferably 5 to 20 wt .-% and the alumina content is preferably from 0.5 to 8 wt .-% based on the total pigment.
  • the specific surface area (according to BET) of the starting pigment is preferably about 40 to 80 m 2 / g.
  • the oil number of the starting pigment (measured according to DIN EN ISO 787-5) is preferably about 20 to 80 g / 100g pigment.
  • the bulk density of the pigment is preferably about 0.4 to 0.7 g / cm 3 .
  • the starting pigment is surface-modified by being exposed in a suitable device to high shear and impact forces, preferably in a device of the stator / rotor type.
  • a suitable device to high shear and impact forces
  • a device of the stator / rotor type preferably a mixing container with
  • the mixing container may be e.g. a drum with rotating mixing tools or a rotating drum with fixed or rotating mixing tools act.
  • Rotational movement of the mixing container can be described by the dimensionless Froude number.
  • the dimensionless Froude number Fr P is defined as the ratio of centrifugal force FZ to gravitational force F, which act on the individual particle (P), ie
  • the Froude number correlates with the speed of the rotor.
  • the particle movement in the mixing container with the so-called Frough tool number Fr w can be described, ie
  • the tool Froudeiere Fr w is preferably at values of about> 10, in particular about> 30 and preferably about> 100.
  • the specific energy input (based on the pigment mass) in the surface modification of the starting pigment is between 1 and 10000 kJ / kg, in particular between 10 and 5000 kJ / kg and preferably between 100 and 2000 kJ / kg.
  • the apparatus used according to the invention for surface modification of the starting pigment is operated at a peripheral rotor speed of 0.1 to 100 m / s, preferably at a peripheral rotor speed of 5 to 50 m / s.
  • the process time for the surface modification of the starting pigment can vary over wide limits.
  • the process time varies in the range of 0.5 to 100 minutes, more preferably 1 to 30 minutes, and preferably 2 to 10 minutes.
  • the surface modification of the starting pigment according to the invention leads to a densification and / or to a substantial adhesion of the coating substances precipitated separately as flaky agglomerates to the surface of the pigment particles and furthermore to an at least partial densification of the surface of the pigment particles.
  • the surface-modified pigment according to the invention differs from that
  • the specific surface area (BET) of the starting pigment is reduced by up to about 30 to 40% with the aid of the process according to the invention.
  • the specific surface area (BET) of the starting pigment is reduced from greater than about 60 m 2 / g to less than about 40 m 2 / g.
  • the oil content (according to DIN EN ISO 787-5) of the starting pigment preferably changes from about 45 g of oil / 100 g of pigment to about 36 g of oil / 100 g of pigment.
  • a particular variant of the method described involves the use of organic substances with which the pigment can be coated during the treatment.
  • suitable organic additives By using suitable organic additives, the BET surface area and thus the oil number of the pigment treated with the described process can be further reduced.
  • the additives can be added in solid or in liquid form.
  • Particularly suitable here are hydrophobizing additives such as e.g. Waxes with or without further chemical functionalization, polyolefins or similar substances.
  • the (partial) hydrophobicity additionally causes the desired theological effects.
  • dispersing additives or other auxiliaries customary in coating technology can be used, for example, for rheology, defoaming, wetting, etc.
  • the amount of added organic additives is preferably 0.05 to 30 wt .-%, in particular 0.5 to 10 wt .-% based on the starting pigment.
  • the titanium dioxide pigment particles prepared according to the invention are particularly suitable for use in interior and exterior dispersion paints and in water-based paints
  • the starting pigment used was the pigment KRONOS 2044, a pigment aftertreated with a high amount of SiO 2 and Al 2 O 3 .
  • the starting pigment KRONOS 2044 has a loose surface coating of> 10% by weight of Si0 2 and> 3% by weight of Al 2 O 3 , the surface coating material being largely adjacent to the TiO 2 surface (FIG. 1, transmission electron micrograph).
  • the specific surface area (BET) of the KRONOS 2044 pigment is about 60 to 65 m 2 / g.
  • the oil count is about 45g / 100g pigment.
  • the pigment (about 300 g) was placed in the particle coater "Nobilta NOB-130" from Hosokawa Alpine and then subjected to a controlled shearing action.
  • the pigment was treated mechanically in the device.
  • Product temperature was limited to ⁇ 80 ° C by water cooling of the housing.
  • the process time was 3 to 5 minutes of intense shear. The in this process
  • Tool Froude numbers used were between 450 and 900.
  • the thus mechanically treated pigment had a BET specific surface area (BET) of 30 to 38 m 2 / g and an oil content of about 37 g / 100 g of pigment.
  • Picture 2 shows a
  • Acticid MBS Algicide / fungicide
  • Omyacarb 5-GU (filler) 15.50% by weight -%
  • Mowilith LDM 1871 (binder) 11.00% by weight
  • the test colors were each determined in terms of brightness L * (white), color cast b * (white),
  • the white internal emulsion paint (test color) prepared according to the recipe specification was applied to Morest cards by means of a film-drawing apparatus at a speed of 12.5 mm / s using a 300 ⁇ m doctor blade. The elevators were dried overnight at 23 ° C in the laboratory. The brightness L * (white) and the hue b * (white) of the white coating were measured with the spectrophotometer Color-view from Byk-Gardner.
  • the white internal dispersion paint (test color) prepared according to the formulation recipe was applied to Morest contrast maps at a rate of 12.5 mm / s using a 300 nm doctor blade by means of an automatic film applicator. Subsequently, the color values Y were against a black background (Y (SC hwarz)) and Y on a white background (Y (W hite)) were measured three times each with the spectrophotometer Color-view.
  • the contrast ratio was calculated according to the following formula:
  • a paint film of 300 .mu.m thickness was applied to a Morest badge by a step doctor and then determines the time in minutes to the drying of the paint film.
  • the paint film was considered “dried” as soon as it was tack-free and a fingerprint left no permanent mark.
  • the viscosity of the internal dispersion paint was measured using a Brookfield viscometer (model KU-2), indicated as Krebs Units (KU).
  • the specific surface area (BET) of the pigment was measured using a Tristar 3000 from the company.
  • the oil number of the pigment was determined in accordance with DIN EN ISO 787-5.
  • starting pigments (FIG. 1) and the starting pigment treated according to the invention (FIG. 2) clearly show that the loose coating of the particles by the mechanical treatment according to the invention to a great extent on the

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenmodifizierung von Titandioxidpigment und seine Verwendung insbesondere in Anstrichstoffen, für Innen- und Außenwände (Dispersionsfarben) und in wasserbasierten Lacksystemen. Mit dem erfindungsgemäßen Pigment kann das rheologische Verhalten und die Offenzeit der Farbe optimiert werden. Das Verfahren zur Oberflächenmodifizierung geht von einem Titandioxidpigment aus, das mit einer locker strukturierten Oberflächenbeschichtung versehen wurde und setzt die Pigmentpartikel anschließend hohen Scher- und Prallkräften aus, so dass die lockere Struktur der Oberflächenbeschichtung zumindest teilweise verdichtet wird. Die Pigmentpartikel sind vorzugsweise mit Siliciumoxid und/oder Aluminiumoxid beschichtet. Die spezifische Oberfläche (BET) wird durch das erfindungsgemäße Verfahren um etwa 30% verringert.

Description

Verfahren zur Oberflächenmodifizierung von Titandioxidpigment
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenmodifizierung von Titandioxidpigment sowie die Verwendung des Titandioxidpigments insbesondere in Anstrichstoffen für Innen- und Außenwände (Dispersionsfarben) und in wasserbasierten Lacken.
Technologischer Hintergrund der Erfindung Titandioxid ist wegen seines hohen Brechungsindex generell das wichtigste Weißpigment in den Anwendungsbereichen Farben und Lacke, Kunststoffe, Papier und Fasern. Für die Verwendung in den verschiedenen Bereichen sind neben den optischen Eigenschaften wie z.B. Aufhellvermögen, Farbton oder Deckvermögen die Photostabilität
(Witterungsbeständigkeit) des Pigments und weitere Oberflächeneigenschaften wie
Dispergierbarkeit entscheidend. Die Titandioxidpigmentpartikel werden deswegen
üblicherweise durch eine anorganische und/oder organische Oberflächenbeschichtung in ihren Eigenschaften auf die speziellen Anwendungsbereiche angepasst.
Anstrichstoffe für Innen- und Außenwände, im Folgenden als Dispersionsfarben bezeichnet, enthalten üblicherweise neben Titandioxidpigment erhebliche Mengen an sogenannten
Extendern, beispielsweise Calciumcarbonat, Diatomeenerde oder Bariumsulfat. Die Extender haben unter anderem die Aufgabe, die Pigmentteilchen in der Farbe voneinander getrennt zu halten, so dass möglichst jedes einzelne Pigmentteilchen optisch wirksam werden kann. Auf diese Weise können hohe Werte für die Gesamt-Pigment (plus Extender)-Volumen- Konzentration von 70% und mehr erhalten werden.
Titandioxidpigmente für den Einsatz in Dispersionsfarben müssen einerseits ein hohes Deckvermögen (Opazität) und andererseits eine gute Dispergierbarkeit aufweisen. Zur Erzielung des hohen Deckvermögens werden sie üblicherweise mit einer voluminösen, porösen, lockeren Beschichtung aus Silicium- und Aluminiumoxid versehen. Die voluminöse, lockere Struktur der Oberflächenbeschichtung wirkt als Abstandshalter zwischen den einzelnen Partikeln und führt über den Dry-hiding Effekt zu erhöhtem Deckvermögen. Darüber hinaus beeinflusst die poröse Oberflächenbeschichtung des Pigments das
Flüssigkeitsrückhaltevermögen und damit die Viskosität der Farbe.
Die US 3,410,708 und US 3,591 ,398 offenbaren Verfahren zur Herstellung von porösen Si02- bzw. AI203-Oberflächenbeschichtungen.
Für die Verarbeitung von Dispersionsfarben auf der Wand ist einerseits eine bestimmte Viskosität und ein gewisses thixotropes Verhalten der Farbe wichtig, so dass die Farbe auf der senkrechten Fläche direkt gut haftet, aber auch leicht verteilt werden kann. Andererseits ist eine lange Offenzeit der Farbe erwünscht, um ein leichtes Überstreichen von nassen Anstrichfilmen zu ermöglichen. Üblicherweise versucht man, diese gegenläufigen
Eigenschaften durch Verwendung verschiedener Additive wie Dispergiermittel und
Verdickungsmittel zu optimieren.
Es besteht ein Bedürfnis, die Rezepturformulierung der Farben zu vereinfachen und die Anzahl und/oder die Menge der erforderlichen Additive zu verringern.
Aufgabenstellung und Kurzbeschreibung der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem ein
Titandioxidpigment hergestellt werden kann, das Aufgaben eines Teils der Additive in Dispersionsfarben übernimmt, insbesondere die Optimierung von Theologischem Verhalten (z.B. Viskosität) und Offenzeit der Farbe.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Oberflächenmodifizierung von
Titandioxidpigmentpartikeln dadurch gekennzeichnet, dass
a) die Partikel zunächst mit einer anorganischen Oberflächenbeschichtung versehen werden, welche eine lockere Struktur aufweist und
b) nachfolgend die Partikel hohen Scher- und Prallkräften ausgesetzt werden, so dass die lockere Struktur der anorganischen Oberflächenbeschichtung zumindest teilweise verdichtet wird.
Die Aufgabe wird des Weiteren gelöst durch Titandioxidpigmentpartikel dadurch
gekennzeichnet, dass die Partikel in einem ersten Schritt mit einer anorganischen
Oberflächenbeschichtung mit lockerer Struktur versehen werden und dass
in einem zweiten Schritt die lockere Struktur der Oberflächenbeschichtung durch Einwirkung mechanischer Energie nachträglich verdichtet wird.
Weitere vorteilhafte Ausformungen der Erfindung sind in den Ansprüchen angegeben. Beschreibung der Erfindung Im Rahmen der Beschreibung der Oberflächenbeschichtung von Titandioxidpartikeln sind unter„Oxid" hier und im Folgenden auch die entsprechenden wasserhaltigen Oxide bzw. die entsprechenden Hydrate zu verstehen. Alle im Folgenden offenbarten Angaben bezüglich Konzentration in Gew.-% oder Vol.-% usw. sind so zu verstehen, dass alle Werte, die im Bereich der dem Fachmann bekannten jeweiligen Messgenauigkeit liegen, mit umfasst sind. Der Begriff„Roh-Titandioxidpigmentpartikel" richtet sich auf Titandioxidpigmentpartikel, die noch keiner Oberflächenbehandlung unterworfen wurden.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenmodifizierung von Titandioxidpigment, wodurch die Offenzeit und Viskosität der damit hergestellten Dispersionsfarbe parallel beeinflusst werden, so dass beispielsweise die Offenzeit der Farbe bei gleichbleibender
Viskosität verlängert bzw. die Viskosität der Farbe bei gleichbleibender Offenzeit erhöht wird.
Die Erfindung geht von einem Titandioxidpigment aus, das mit Siliciumoxid und/oder
Aluminiumoxid mit lockerer Struktur beschichtet wurde, im Folgenden als .Ausgangspigment" bezeichnet. Die entsprechenden Verfahren zur Herstellung von porösen
Oberflächenbeschichtungen sind bekannt und beispielweise in US 3,410,708 und
US 3,591 ,398 offenbart. Üblicherweise wird eine wässrige Suspension von Roh- Titandioxidpigmentpartikeln hergestellt und die Beschichtungssubstanzen in Form einer wässrigen Lösung entsprechender Salze zugegeben. Durch Einstellung eines geeigneten pH-Werts werden die Substanzen in lockerer Struktur gefällt. Üblicherweise fällt bei den bekannten Verfahren ein erheblicher Anteil der Beschichtungssubstanzen - etwa 20 bis 30 Gew.-% - nicht auf der Partikeloberfläche, sondern separat als flockige Aggregate aus. Die Aggregate können nicht von den Pigmentpartikeln abgetrennt werden und verbleiben im Ausgangspigment.
Die Gesamtenge der gefällten Beschichtungssubstanzen im Ausgangspigment liegt bevorzugt bei mindestens 10 Gew.-% gerechnet als Oxid und bezogen auf Gesamtpigment. Der Siliciumoxid-Gehalt liegt bevorzugt bei 5 bis 20 Gew.-% und der Aluminiumoxidgehalt liegt bevorzugt bei 0,5 bis 8 Gew.-% bezogen auf das Gesamtpigment. Die spezifische Oberfläche (nach BET) des Ausgangspigments liegt bevorzugt bei etwa 40 bis 80 m2/g. Die Ölzahl des Ausgangspigments (gemessen nach DIN EN ISO 787-5) beträgt bevorzugt etwa 20 bis 80 g/100g Pigment. Die Schüttdichte des Pigments liegt bevorzugt bei etwa 0,4 bis 0,7 g/cm3.
Im Rahmen der Erfindung wird das Ausgangspigment oberflächenmodifiziert, indem es in einer geeigneten Vorrichtung hohen Scher- und Prallkräften ausgesetzt wird, bevorzugt in einer Vorrichtung vom Typ Stator/Rotor. Bevorzugt wird ein Mischbehälter mit
Mischwerkzeugen, die gegeneinander bewegt, insbesondere rotiert werden und wobei hohe Schub- und Prallkräfte ausgeübt werden. Bei dem Mischbehälter kann es sich z.B. um eine Trommel mit rotierenden Mischwerkzeugen oder um eine rotierende Trommel mit feststehenden oder rotierenden Mischwerkzeugen handeln. Die Intensität der
Rotationsbewegung des Mischbehälters kann durch die dimensionslose Froudezahl beschrieben werden.
Die dimensionslose Froudezahl FrP ist definiert als das Verhältnis aus Zentrifugalkraft FZ zu Gravitationskraft F, die an den Einzelpartikel (P) angreifen, d.h.
FrP = FZ / F = (u)P 2 * Rp) / g,
wobei ωΡ die Kreisfrequenz, RP der Radius der Partikelflugbahnkurve und g die
Gravitationsbeschleunigung ist. Die Froudezahl korreliert damit mit der Drehzahl des Rotors. Vereinfachend kann die Partikelbewegung in dem Mischbehälter mit der sogenannten Werkzeug-Froudezahl Frw beschrieben werden, d.h.
Frw = (iow 2 * Rw) g,
wobei JW die Kreisfrequenz, Rw der Außenradius der Mischwerkzeuge und g die
Gravitationsbeschleunigung ist. Erfindungsgemäß liegt die Werkzeug-Froudezahl Frw bevorzugt bei Werten von etwa >10, insbesondere etwa >30 und bevorzugt etwa >100. In einer besonderen Ausführung beträgt der spezifische (auf die Pigmentmasse bezogene) Energieeintrag bei der Oberflächenmodifizierung des Ausgangspigments zwischen 1 und 10000 kJ/kg, insbesondere zwischen 10 und 5000 kJ/kg und bevorzugt zwischen 100 und 2000 kJ/kg. In einer besonderen Ausführung wird die erfindungsgemäß eingesetzte Vorrichtung zur Oberflächenmodifizierung des Ausgangspigments mit einer Rotorumfangsgeschwindigkeit von 0,1 bis 100 m/s vorzugsweise mit einer Rotorumfangsgeschwindigkeit von 5 bis 50 m/s betrieben. Die Verfahrensdauer für die Oberflächenmodifizierung des Ausgangspigments kann über weite Grenzen variieren. Im Allgemeinen variiert die Verfahrensdauer im Bereich von 0,5 bis 100 Minuten, insbesondere von 1 bis 30 Minuten und bevorzugt von 2 bis 10 Minuten. Die erfindungsgemäße Oberflächenmodifizierung des Ausgangspigments führt einerseits zu einer Verdichtung und/oder zu einer weitgehenden Anheftung der separat als flockige Agglomerate ausgefällten Beschichtungssubstanzen auf die Oberfläche der Pigmentpartikel und weiterhin zu einer zumindest teilweisen Verdichtung der Oberfläche der Pigmentpartikel. Das erfindungsgemäß oberflächenmodifizierte Pigment unterscheidet sich von dem
Ausgangspigment durch eine geringere spezifische Oberfläche (BET), geringere Ölzahl und eine höhere Schüttdichte.
Bevorzugt wird die spezifische Oberfläche (BET) des Ausgangspigments mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahren um bis zu etwa 30 bis 40% verringert. In einer besonderen Ausführung der Erfindung wird die spezifische Oberfläche (BET) des Ausgangspigments von größer etwa 60 m2/g auf kleiner etwa 40 m2/g verringert.
Parallel ändert sich die Ölzahl (nach DIN EN ISO 787-5) des Ausgangspigments bevorzugt von ca. 45 g Öl / 100 g Pigment auf ca. 36 g Öl / 100 g Pigment.
Eine besondere Variante des beschriebenen Verfahrens beinhaltet den Einsatz von organischen Substanzen, mit denen das Pigment während der Behandlung beschichtet werden kann. Durch Einsatz geeigneter organischer Additive kann die BET-Oberfläche und damit die Ölzahl des mit dem beschriebenen Verfahren behandelten Pigments weiter verringert werden. Die Additive können in fester oder in flüssiger Form zugegeben werden. Insbesondere geeignet sind hier hydrophobisierende Zusätze wie z.B. Wachse mit oder ohne weitere chemische Funktionalisierung, Polyolefine oder ähnliche Substanzen. Die (Teil)- Hydrophobie bewirkt zusätzlich die gewünschten Theologischen Effekte.
Weiterhin können bekannte Dispergieradditive oder andere in der Lacktechnologie übliche Hilfsstoffe beispielsweise für Rheologie, Entschäumung, Benetzung etc. eingesetzt werden. Die Menge der zugegebenen organischen Additive beträgt bevorzugt 0,05 bis 30 Gew.-% insbesondere 0,5 bis 10 Gew.-% bezogen auf Ausgangspigment.
Die erfindungsgemäß hergestellten Titandioxidpigmentpartikel sind insbesondere geeignet für den Einsatz in Innen- und Außendispersionsfarben und in wasserbasierten
Lacksystemen.
Beispiel Die Erfindung wird anhand des folgenden Beispiels genauer beschrieben, ohne dass dadurch der Umfang der Erfindung eingeschränkt werden soll. Als Ausgangspigment wurde der Pigmenttyp KRONOS 2044, ein mit einer hohen Menge Si02 und Al203 nachbehandeltes Pigment eingesetzt. Das Ausgangspigment KRONOS 2044 weist eine lockere Oberflächenbeschichtung von >10 Gew.-% Si02 und >3 Gew.-% Al203 auf, wobei das Oberflächenbeschichtungsmaterial zu großen Teilen neben der Ti02- Oberfläche vorliegt (Bild 1 , Transmissionselektronenmikroskopaufnahme).
Die spezifische Oberfläche (BET) des Pigments KRONOS 2044 beträgt etwa 60 bis 65 m2/g. Die Ölzahl beträgt etwa 45g/100g Pigment.
Das Pigment (ca. 300 g) wurde in den Partikelbeschichter„Nobilta NOB-130" der Firma Hosokawa Alpine gegeben und dann einer kontrollierten Schereinwirkung ausgesetzt.
Bei einer Drehzahl von ca. 2800 bis 3200 U/min und einem spezifischen Energieeintrag von etwa 3000 KJ/kg Ti02 wurde das Pigment in dem Gerät mechanisch behandelt. Die
Produkttemperatur wurde hierbei durch Wasserkühlung des Gehäuses auf < 80°C begrenzt. Die Prozesszeit betrug 3 bis 5 min intensiver Scherung. Die bei diesem Prozess
verwendeten Werkzeug-Froude-Zahlen lagen zwischen 450 und 900.
Das so mechanisch behandelte Pigment wies eine spezifische Oberfläche (BET) von 30 bis 38 m2/g und eine Ölzahl von etwa 37g/100g Pigment auf. Bild 2 zeigt eine
Transmissionselektronenmikroskopaufnahme des behandelten Pigments.
Mit dem mechanisch behandelten Ausgangspigment (Beispiel) sowie parallel mit dem unbehandelten Ausgangspigment (Vergleichsbeispiel) wurde jeweils eine
Innendispersionsfarbe mit der in Tabelle 1 angegebenen Rezeptur hergestellt.
Tabelle 1 :
Wasser 27,45 Gew. -%
Calgon N neu (Dispergiermittel) 0,05 Gew.- -%
Dispex N 40 (Dispergiermittel) 0,30 Gew.- -%
Agitan 315 (Entschäumer) 0,20 Gew.- -%
Acticid MBS (Algizid/Fungizid) 0,40 Gew.- ·%
Ti02-Pigment 22,00 Gew.- -%
Steamat (Füllstoff) 7,00 Gew.- -%
Socal P2 (Füllstoff) 2,00 Gew.- ■%
Omyacarb 2-GU (Füllstoff) 11 ,80 Gew.- -%
Omyacarb 5-GU (Füllstoff) 15,50 Gew.- -%
Celite 281 SS(Füllstoff) 2,00 Gew.- -%
Tylose MH 30000 YG8 (Zellulose) 0,30 Gew.- ■%
Mowilith LDM 1871 (Bindemittel) 11 ,00 Gew.- -% Die Testfarben wurden jeweils hinsichtlich Helligkeit L*(weiß), Farbstich b* (weiß),
Kontrastverhältnis KV, Offenzeit und Viskosität untersucht (Tabelle 2).
Testmethoden
Die nach Rezepturvorschrift hergestellte weiße Innendispersionsfarbe (Testfarbe) wurde mit einem 300 pm-Spaltrakel mittels Filmziehgerät bei einer Geschwindigkeit von 12,5 mm/s auf Morestkarten aufgezogen. Die Aufzüge wurden über Nacht bei 23°C im Labor getrocknet. Die Helligkeit L*(weiß) und der Farbton b*(weiß) der weißen Beschichtung wurden mit dem Spektralphotometer Color-view der Fa. Byk-Gardner gemessen.
Zur Bestimmung des Kontrastverhältnisses wurde die nach Rezepturvorschrift hergestellte weiße Innendispersionsfarbe (Testfarbe) mit einem 300pm-Spaltrakel mittels automatischem Filmaufziehgerät mit einer Geschwindigkeit von 12,5 mm/s auf Morest-Kontrastkarten aufgezogen. Anschließend wurden die Farbwerte Y über schwarzem Untergrund (Y(SChwarz)) und Y über weißem Untergrund (Y(Weiß)) je dreimal mit dem Spektralphotometer Color-view gemessen. Das Kontrastverhältnis wurde nach folgender Formel errechnet:
KV [%] = Y(Schwarz) / Y(weiß) X 100
Zur Bestimmung der Offenzeit der hergestellten Innendispersionsfarbe wurde ein Lackfilm von 300 pm Dicke durch ein Stufenrakel auf eine Morestkarte aufgezogen und anschließend die Zeit in Minuten bis zum Antrocknen des Lackfilmes bestimmt. Der Lackfilm galt als „angetrocknet", sobald er klebfrei war und ein Fingerabdruck keine permanente Markierung mehr hinterließ.
Die Messung der Viskosität der Innendispersionsfarbe erfolgte mit einem Viskosimeter der Firma Brookfield (Modell KU-2), angegeben als Krebs Units (KU).
Die spezifische Oberfläche (BET) des Pigments wurde mit einem Tristar 3000 der Fa.
Micromeritics nach dem statisch volumetrischen Prinzip gemessen.
Die Ölzahl des Pigments wurde gemäß DIN EN ISO 787-5 bestimmt.
Tabelle 2:
L* b* KV Offenzeit Viskosität BET Ölzahl (über weiß) [%] [min] [KU] [m2/g] [g/100g]
Beispiel 97,6 2,2 99,1 34 122 39 36,9 Vergleichsbeispiel 96,9 2,2 98,9 24 134 61 45,0 Es zeigt sich, dass die Farbe mit dem erfindungsgemäß behandelten Pigment eine verlängerte Offenzeit und eine geringere Viskosität aufweist gegenüber dem
Vergleichsbeispiel, während die optischen Eigenschaften (L*, b*, KV) unverändert bleiben. Aus den Transmissionselektronenmikroskopaufnahmen des unbehandelten
Ausgangspigments (Bild 1 ) und des erfindungsgemäß behandelten Ausgangspigments (Bild 2) geht darüber hinaus deutlich hervor, dass die lockere Umhüllung der Partikel durch die erfindungsgemäße mechanische Behandlung in einem großen Umfang auf der
Partikeloberfläche verdichtet wird. Parallel werden auch die abseits liegenden flockigen Aggregate des Beschichtungsmaterials in großem Umfang an die Partikeloberfläche angeheftet und verdichtet.
Fazit
Durch das erfindungsgemäße Oberflächenbehandlungsverfahren wird die
Oberflächenstruktur der Pigmente verdichtet und damit der Wasseranspruch reduziert (siehe BET, Ölzahl und Elektronenmikroskopaufnahmen Bilder 1 und 2). Auf diese Weise können die rheologischen Eigenschaften im Anwendersystem verbessert werden (Trockenzeit und Viskosität) bei gleichzeitiger Beibehaltung der optischen Eigenschaften (L*, b* und
Kontrastverhältnis KV).

Claims

PATENTANSPRÜCHE
Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Titandioxidpigmentpartikeln, dadurch gekennzeichnet, dass
a) die Partikel mit einer anorganischen Oberflächenbeschichtung versehen werden, welche eine lockere Struktur aufweist und
b) nachfolgend die Partikel hohen Scher- und Prallkräften ausgesetzt werden, so dass die lockere Struktur der anorganischen Oberflächenbeschichtung verdichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass
in Schritt b) eine Mischvorrichtung vom Typ Rotor/Stator verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass
die Mischvorrichtung mit einer Werkzeug-Froudezahl von >10, insbesondere
>30 und bevorzugt >100 betrieben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass sich die spezifische Oberfläche der Partikel (BET) durch die Beanspruchung mit Scher- und Prallkräften von größer etwa 60 m2/g auf kleiner etwa 40 m2/g verringert.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass
in Schritt a) Siliciumoxid und/oder Aluminiumoxid eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass
der Siliciumoxidgehalt der Oberflächenbeschichtung 5 bis 20 Gew.-% bezogen auf Gesamtpigment beträgt.
Verfahren nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass
der Aluminiumoxidgehalt der Oberflächenbeschichtung 0,5 bis 8 Gew.- bezogen auf Gesamtpigment beträgt.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass
zusätzlich organische Additive in fester oder flüssiger Form zugegeben werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass
die Menge der organischen Additive 0,05 bis 30 Gew.-% bevorzugt 0,5 bis 10 Gew.-% bezogen auf Ausgangspigment beträgt.
10. Oberflächenbehandelte Titandioxidpigmentpartikel dadurch gekennzeichnet, dass
die Partikel in einem ersten Schritt mit einer anorganischen
Oberflächenbeschichtung mit lockerer Struktur versehen wurden und dass in einem zweiten Schritt die lockere Struktur der Oberflächenbeschichtung durch Einwirkung mechanischer Energie nachträglich verdichtet wurde.
1 1. Verwendung der Titandioxidpigmentpartikel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10 in Innen- und Außendispersionsfarben sowie
wasserbasierten Lacksystemen.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016003526A1 (de) 2016-03-22 2017-09-28 Janet Arras Straßenfahrbahnmarkierung mit großer Performance und Verfahren zur Anwendung
DE102017006842A1 (de) 2017-07-19 2019-01-24 Janet Arras Ausstattungen zur Sicherheit im Straßenverkehr mit großer Performanz und Verfahren zur Anwendung
DE102017006843A1 (de) 2017-07-19 2019-01-24 Janet Arras Multifunktionale Straßenfahrbahnmarkierung mit großer Performanz und Verfahren zur Anwendung
WO2019016274A1 (de) 2017-07-19 2019-01-24 Arras Janet Oberflächen-funktionalisierter luminophor, zusammensetzung und gehärtete zusammensetzung umfassend dergleichen und verwendung dergleichen sowie verfahren zur herstellung eines lumineszenz-markierten artikels
EP4047060B1 (de) 2021-02-19 2024-02-14 Daw Se Wässriger beschichtungsstoff, beschichtung, erhalten aus dem beschichtungsstoff, und substrat enthaltend die beschichtung

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1022621A (en) * 1963-02-15 1966-03-16 British Titan Products Producing pigments
US3410708A (en) 1964-08-05 1968-11-12 Du Pont Porous silica coated titanium dioxide pigment
FR1537805A (fr) * 1966-07-15 1968-08-30 Du Pont Pigments de bioxyde de titane traités par la silice et l'oxyde de zinc pour stratifiés de papier
US3591398A (en) 1968-04-05 1971-07-06 Du Pont Process for producing titanium dioxide pigments
US3599398A (en) 1970-01-12 1971-08-17 Ovitron Corp Method and apparatus for separating foreign matter from gases
GB1336292A (en) * 1970-01-15 1973-11-07 Laporte Industries Ltd Treatment of oxide pigments
US5886069A (en) * 1995-11-13 1999-03-23 E. I. Du Pont De Nemours And Company Titanium dioxide particles having substantially discrete inorganic particles dispersed on their surfaces
US5650002A (en) * 1995-11-13 1997-07-22 E. I. Du Pont De Nemours And Company TiO2 light scattering efficiency when incorporated in coatings
US6036999A (en) * 1997-07-03 2000-03-14 Zhao; Qian Qiu Method of preparing grinding media consisting essentially of sintered TiO2 particles
GB9822527D0 (en) * 1998-10-15 1998-12-09 Courtaulds Coatings Holdings Powder coating compositions
AU2005257315A1 (en) * 2004-06-24 2006-01-05 Ishihara Sangyo Kaisha, Ltd Titanium dioxide pigments, process for the production thereof, and resin compositions containing the pigments
DE102008026300A1 (de) * 2008-06-02 2009-12-03 Kronos International, Inc. Verfahren zur Oberflächenbeschichtung von anorganischen Festkörperpartikeln, insbesondere Titandioxid-Pigmentpartikel

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
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