JP2019512590A - 水性調製物における赤色酸化鉄顔料の使用 - Google Patents

水性調製物における赤色酸化鉄顔料の使用 Download PDF

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Abstract

本発明は、水性で、二酸化チタン含有調製物を製造するための、ヘマタイト顔料の使用に関し、その表面コーティング試験における純色および淡色化のa*値を合計したものが、58.0〜61.0CIELAB単位、好ましくは58.0〜60.0CIELAB単位、より好ましくは58.5〜61.0CIELAB単位、より好ましくは58.5〜60.0CIELAB単位、特に好ましくは59.0〜61.0CIELAB単位、より特に好ましくは59.0〜60.0である。

Description

本発明は、水性二酸化チタン含有調製物を製造(着色)するための特定の酸化鉄赤色顔料の使用、それに相当する調製物、およびそれを製造するためのプロセスに関する。
酸化鉄は多くの産業分野で採用されている。したがって、それらはたとえば、セラミックス、建築材料、プラスチック、ペイント、表面コーティング、および紙における着色顔料として使用され、各種の触媒または担体物質のベースとして役だち、そして汚染物質を吸着または吸収することにも使用できる。磁性酸化鉄は、磁性記録媒体、トナー、磁性流体に採用されたり、あるいは、医療分野においては、たとえば磁気共鳴断層撮影法のための造影剤に採用されたりしている。
酸化鉄は、鉄塩の沈降法、加水分解法、および分解反応法によって得ることができる。Lauxプロセス、Copperasプロセス、沈降プロセス、焼成プロセス、およびPenniman・レッドプロセスが、工業的には群を抜いて最大の重要性を有している。
しかしながら、微粉状のヘマタイト(これは、変態形のα−Feに相当する)を水系で製造するのは、かなり複雑である。核として、微粉状の酸化鉄である、マグヘマイト変態形のγ−Fe、またはレピドクロサイト、γ−FeOOHを添加することを使用した、熟成工程を使用することによって、直接水性沈殿法でヘマタイトを製造することが可能となる[(特許文献1);(特許文献2);(特許文献3)]。
酸化鉄赤色顔料を製造するためのさらなる方法が、Penniman・レッドプロセスであり、これは硝酸塩プロセスまたは直接レッドプロセスとも呼ばれている((特許文献4);(特許文献5);(特許文献6);(特許文献7):(特許文献8))。この場合、酸化鉄顔料は、金属の鉄を溶解させ、鉄塩および核としての酸化鉄を添加して酸化させることによって製造される。したがって、(非特許文献1),(非特許文献2)には、高温で鉄に希硝酸を作用させるプロセスが開示されている。これによって、ヘマタイト核懸濁液が生成する。自体公知の方法で、これを析出させると、赤色顔料懸濁液が得られ、所望するならば、慣用される方法を用いてこの懸濁液から顔料を単離させる。しかしながら、このプロセスで製造された赤色顔料は、市販されている130標準の彩度と同程度の、比較的低い彩度しか有さず、そのため、主として建築材料産業で使用されている。130標準は、参照標準のBayferrox(登録商標)130(LANXESS Deutschland GmbH(Germany)製)に相当し、酸化鉄顔料の測色において慣用されている。
(特許文献7)には、Penniman・レッドプロセスの変法が開示されており、それには、高温で希硝酸を鉄に作用させて、核、すなわち100nm以下の粒径を有する微粉状の酸化鉄を作成させることが含まれている。鉄と硝酸との反応は、複雑な反応であって、その実験条件に依存して、鉄を不動態化させることにより反応を停止させるか、または鉄を溶解させて、溶解された硝酸鉄を形成させるかの、いずれかの反応を起こさせることができる。それらのいずれの反応経路も望ましいものではなく、限られた実験条件下でのみでしか、微粉状のヘマタイトの製造が成功しない。(特許文献7)には、微粉状のヘマタイトを製造するためのそのような条件が記載されている。その場合、90〜99℃の範囲の温度で鉄を希硝酸と反応させている。
(特許文献9)には、酸化鉄赤色顔料を製造するためのプロセスが記載されているが、そこでは、核、すなわち100nm以下の粒径を有する微粉状のヘマタイトを製造するための反応工程が改良されていた。
従来技術による硝酸塩プロセスにおいては、通常、鉄または鉄の混合物と水とを最初に仕込む。次いで、通常、少なくとも鉄に対して、ヘマタイト核懸濁液を添加し、その後で、その混合物に硝酸鉄(II)溶液を添加する。通常、その反応混合物の温度が典型的には70〜99℃にまで上がった後、そして酸素含有ガスの導入が開始された後に、その反応が開始される。
表面コーティング、エマルションペイント、コーティング、プラスチック、建築材料、紙、食料品において、および医薬産業の製品における着色のための用途すべてにおいて、その赤色成分a(白色顔料との混合物として測定、淡色化とも呼ばれる、CIELABに準拠)が特に顕著な酸化鉄赤色顔料が求められている。着色で求めた赤色成分aが高いほど、その着色された媒体(たとえば表面コーティング、プラスチック、コーティング、建築材料、紙)の赤の色合いが、より純粋に映る。
したがって、エマルションペイント業界においては、エマルションペイント系の中へ酸化鉄赤色顔料を組み入れたときに、その組み入れの時間とはほとんど無関係に、常に同じ色合いが得られるようになることが要求されている。エマルションペイント系の中への酸化鉄赤色顔料の組み入れは、工業プラントにおいて、たとえば、ビーズミルの中で実施されるが、その場合、顔料に対して機械的な力が加えられ、ミリングには数時間かかる可能性がある。その酸化鉄赤色顔料によって付与される色が、組み入れ時間が変動した場合でも、極めてほんのわずかしか変化しなければ、色すなわち品質の高度な不変性が保証される。組み入れ時間が長くなってもその色合いの変化が少ないほど、その酸化鉄赤色顔料のミリング安定性が高いということができる。色の不変性の一つの尺度が、全色差のΔEabであるが、これは、同一のエマルションペイントおよび顔料原料物質から、同一の工業プラントの中で、組み入れ時間を変化させて得られた、2種のエマルションペイント摩砕物の色合いを比較して求められる。この場合、求められた全色差ΔEabが、可能な限り低いことが要求される。
全色差ΔEabは、DIN EN ISO 11664−4:2011−07およびDIN EN ISO 787−25:2007に従った方法を使用し、CIELABに準拠して、明度Lおよび赤色値、および黄色値bから、次式に従って求められる:
ΔEab=[(ΔL+(Δa+(Δb1/2
米国特許第5,421,878号明細書 欧州特許出願公開第0645437A号明細書 国際公開第2009/100767A号パンフレット 米国特許第1,327,061号明細書 米国特許第1,368,748号明細書 米国特許第2,937,927号明細書 欧州特許出願公開第1106577A号明細書 米国特許第6,503,315号明細書 国際公開第2013/045608号パンフレット
SHEN,Qing;SUN,Fengzhi;Wujiyan Gongye,1997,(6),5〜6(CH) Wujiyan Gongye Bianjib(CA 128:218378n)
したがって、本発明の目的は、媒体たとえば、コンクリート、プラスチック、ペイント、およびワニスの着色において、同一の赤の色合いを得るためには、従来技術による顔料で必要とされるよりも少ない量でよいか、あるいは、その手段によって、着色プロセスにおいて、従来技術による顔料と同じ量で使用したときに、より強い色合いが得られ、この性質が、媒体を強く着色する場合と、より軽質の顔料たとえば白色顔料を用いて希釈することによる、より弱い着色の場合との両方において存在し、そしてそれらの顔料がさらに、高いミリング安定性を有しているような、酸化鉄赤色顔料を提供することであった
酸化鉄赤色顔料の色強度の測定については、長年使用されてきた試験方法が存在し、それでは、酸化鉄赤色顔料を用いて着色された媒体たとえば、コンクリート試験片や表面コーティング系の色が測定される。表面コーティング系における酸化鉄赤色顔料の色の測定には、CIELAB色空間のパラメーターが標準パラメーターとして確立されている。それらの原則が、標準のDIN EN ISO 11664−4「Colorimetry−Part4:CIE 1976 L colour space」(Beuth−Verlag,2011−07 edition)に記載されている。この三次元色空間の中における知覚可能なすべての色が、L(明度)、a(赤−緑値)、およびb(黄−青値)の座標を有する色の位置で規定される。対比色(countercolour)理論を適用すると、この場合、緑と赤がa軸上にあり、黄−青の色が、b軸の相互に逆の側にある。a値のプラス値が大きいほど、赤色がより強く表出されている。その一方で、a値がマイナス値であるほど、緑色がより強く表出される。軸と直交する位置にあるb軸の上では、対比色の黄−青に対しても同様のことがあてはまる。b値のプラス値が大きいほど、黄色がより強く表出されている。その一方で、青色がより強く表出されていれば、b値のマイナス値が大きい。L軸は、座標aおよびbで形成される面に垂直であり、明度を表している。L軸は、無彩灰色軸とも呼ばれている。それには、黒色(L=0)および白色(L=100)の端点が含まれている。これらのパラメーターとは別に、彩度のC(クロマ、色度または色みとも呼ばれる)もまた、示される。この値は、aおよびbの値から直接導かれ、aおよびbの二乗和の平方根である。a、b、L、およびCは無次元値である。しかしながら、この文脈においては通常、次元値のCIELAB単位が使用されている。
酸化鉄赤色顔料の測色においては、チキソトロピックとした長鎖オイルアルキド樹脂の中での試験で測定するのが特に有益である(DIN EN ISO 11664−4:2011−07およびDIN EN ISO 787−25:2007をベースとした方法を、その変法で、オイル含量が63重量%ではなく64重量%とし、別のチキソトロピ−性の長鎖オイルアルキド樹脂を使用。詳細は、実施例および方法のセクションに記載)。この試験は、本発明においては、「表面コーティング試験」と呼ぶ。アルキド樹脂は、それが乾燥しないという利点を有している。その結果として、ペーストでは測定の前にまず乾燥させなければならないという場合に比べて、より迅速に測定を実施することができる。この試験方法のさらに詳細なことは、実施例および方法のセクションに記載されている。この試験は、工業的に製造された赤色顔料、たとえばLANXESS Deutschland GmbH製のものの特性分析のためにも使用される。この場合、顔料産業では恒例となっているように、a、bおよびLの絶対値だけではなく、それらの差の値のΔa、ΔbおよびΔLも報告される。これらの差の値は、測定対象のサンプルの値を参照標準と比較して求め、値(サンプル)から値(参照)を引き算した差として表す。その参照標準そのものも、それら相互の間で比較されて、疑いの余地のないバッチナンバーを付けられているので、たとえ、オリジナルな参照サンプルがもはや利用できなくなっても、絶対値のa、bおよびLの比較に加えて、サンプルと、各種の世代の参照標準との間の比較をすることが常に可能である。比較測定のためのさらなるパラメーターが、色差のΔEである。これは、Δa、Δb、およびΔLの差の値から直接求められ、Δa、Δb、およびΔLの二乗和の平方根である。
表面コーティング試験を実施する際には、2種の変法、すなわち純色および淡色化における測定がある。純色の測定においては、顔料を、標準で決められたようにして、標準条件下でクリアなペーストの中に分散させる。次いで、その顔料処理された着色ペーストの色値を測定する。淡色化の測定においては、ルチル変態の二酸化チタンをペーストに添加して、1:5の顔料対二酸化チタンの比率が得られるようにする。淡色化の結果として、色を淡色化させる白色顔料の存在下での顔料の色強度と色純度を評価することが可能となる。
表面コーティング産業のための、29〜30.5CIELAB単位の純色におけるa値を有する、特に色純度の高い酸化鉄赤色顔料は、Copperasプロセス、沈降プロセス、およびPenniman・レッドプロセスで製造することができる。これらは、表面コーティング試験における純色においては、赤味および黄味の点で特に際立っており、その彩度Cは、最大で40.0CIELAB単位になる。しかしながら、淡色化、すなわち、上述の二酸化チタンとの混合物においては、それらは、赤味の顕著な低下、すなわち、a値の低下を示す。しかしながら、純色と、二酸化チタンとの混合物としての淡色化との両方において、極めて高い赤味を有する酸化鉄赤色顔料が入手可能となって使用できるという観点からは、それは極めて有利となるであろう。純色と淡色化とからのa値を合計したものは、純色および淡色化における赤味の挙動を記述するための特に好適なパラメーターとして定義される。市場で入手可能な各種の製品をこのパラメーターの面で比較すると、a(純色)とa(淡色化)との合計値が、58.0CIELAB単位よりも顕著に低いということが見出された。
市場で入手可能な各種の顔料の、表面コーティング試験における、純色および淡色化での色値を、次の表1に示す。
本発明は、水性、二酸化チタン含有調製物を製造するための、その表面コーティング試験における純色および淡色化のa値を合計したものが、58.0〜61.0CIELAB単位、好ましくは58.0〜60.0CIELAB単位、より好ましくは58.5〜61.0CIELAB単位、より好ましくは58.5〜60.0CIELAB単位、特に好ましくは59.0〜61.0CIELAB単位、より特に好ましくは59.0〜60.0である、ヘマタイト顔料の使用を提供する。
A)ヘマタイト顔料
好ましい実施態様においては、その二酸化チタン含有調製物には、表面コーティング試験における純色および淡色化でのa値の合計が、58.0〜61.0CIELAB単位、好ましくは58.0〜60.0CIELAB単位、より好ましくは58.5〜61.0CIELAB単位、より好ましくは58.5〜60.0CIELAB単位、特に好ましくは59.0〜61.0CIELAB単位、より特に好ましくは59.0〜60.0CIELAB単位である本発明による顔料、ならびにさらには、好ましくはオイル、ワックス、脂肪酸もしくは脂肪酸の塩との有機コーティング、および/または、好ましくはたとえば、アルカリ金属およびアルカリ土類金属、またはMg、Zn、Al、La、Y、Zr、Sn、および/またはCaの炭酸塩、酸化物、または水酸化物のような無機塩との無機コーティング(または、いずれの場合でも、それらを含まないもの)、が含まれる。
好ましいヘマタイト顔料には、変態形のα−Feが含まれる。さらに好ましい実施態様においては、それらが0.1〜0.3μmの粒径を有している。その好ましいヘマタイト顔料の少なくとも80重量%が、0.1〜0.3μmの粒径を有していれば、特に好ましい。
そのヘマタイト顔料がさらに、DIN EN ISO 787 5:1995に従って測定して、15〜26、好ましくは15〜24のオイルナンバーを有しているのが好ましい。
そのヘマタイト顔料が、1.0重量%以上、好ましくは1.0〜5.0重量%の水分含量を有していれば、同様に好ましい。その水が、結晶水として存在しているのが特に好ましい。
そのヘマタイト顔料が、0.001〜0.1重量%の塩化物の塩化物含量を有していれば、さらに好ましい。本発明の目的のためには、その塩化物含量が、ヘマタイト顔料中の塩化物の全含量である。
特に好ましいのは、変態形のα−Feを含み、0.1〜0.3μmの粒径を有するヘマタイト顔料であり、極めて特に好ましくは、そのヘマタイト顔料の少なくとも80重量%が、0.1〜0.3μmの粒径を有し、そしてDIN EN ISO 787 5:1995に従って測定して17〜26、好ましくは19〜24のオイルナンバーを有し、そして、好ましくは、1.0重量%以上、好ましくは1.0〜5.0重量%の水分含量を有している。
ヘマタイト顔料の製造
ヘマタイト顔料は、Penniman・レッドプロセスとして知られている、少なくとも1種の酸素含有ガスの存在下に、鉄と水性のヘマタイト核懸濁液および鉄(II)塩溶液、好ましくは硝酸鉄(II)溶液との反応によって製造するのが好ましい。さらに好ましい実施態様においては、そのヘマタイト顔料が、600℃よりも高い温度での焼成工程を含まないプロセスによって製造される。
さらなる実施態様においては、その製造プロセスには、少なくとも、鉄と、100nm以下の粒径および40m/g〜150m/gのBET比表面積(DIN 66131に従って測定)を有するヘマタイト核を含むヘマタイト核懸濁液と、硝酸鉄(II)溶液との、少なくとも1種の酸素含有ガスの存在下、70〜99℃の温度での反応を含むが、それが特徴としているのは、その反応を、酸素含有ガスを導入しながら、pH2.2〜pH4.0、好ましくはpH2.2〜pH3.0のpH範囲で実施して、ヘマタイト顔料懸濁液を製造するところにある。
好ましい実施態様においては、その反応を、pH2.2〜pH4.0、好ましくはpH2.2〜pH3.0のpH範囲で、酸素含有ガスの導入の最初の40時間の間に少なくとも起こさせ、好ましくは、そのガスの導入の最初の40時間に、80%を超えて起こさせる。
驚くべきことには、反応混合物の中に、好ましくは液相の中に、酸素含有ガスだけではなく、それに加えてガス状窒素を導入することによって、その反応懸濁液のpHの調節がうまく実施される。このことは、全反応時間の間、たとえば反応時間の、時間あたりに容積を変化させながらでも、あるいは好ましくは、反応混合物のpHが2.2未満に低下した時にだけ、のいずれでも起こさせることができる。そのガス状窒素が、0〜10容積%の酸素、好ましくは0〜1容積%の酸素を含んでいるのが好ましい。その酸素含有ガスも同様に、15〜100容積%の酸素を含んでいるのが好ましい。酸素含有ガスおよびガス状窒素を合わせた容積を基準にして、酸素含量が0〜15容積%、好ましくは0〜10容積%となるような量で、その反応混合物の中にガス状窒素量を導入するのが好ましい。この場合、酸素含有ガスの導入は連続式であっても、間欠式であってもよいが、酸素含有ガスおよびガス状窒素のガス導入容積を合計したものが、少なくとも1mのガス容積/バッチ容積(m)/時間となるようにして、ガス状窒素の導入を実施するのがよい。反応混合物の中にガス状窒素を導入した結果として、その反応混合物のpHが急速に上昇して、反応混合物のpHを、pH2.2〜pH4.0、好ましくはpH2.2〜pH3.0の限界未満に維持することが可能である。窒素の導入は、本発明においては、pH4.0より大、好ましくはpH3.0より大のpHの上限に達したら窒素の導入を再停止し、そしてpH2.2未満の、pHの下限に達したときにのみ、窒素の導入を再開始する。そのようなプロセスのpHプロファイルを図1に示す。反応時間をx軸に示し、反応混合物のpHをy軸に示している。
他方では、ガス状窒素の追加導入なしで、0.2m未満のガス容積/バッチ容積(m)/時間の、酸素含有ガスのガス導入容積における淡色化は、簡単にpHの増大を招くだけであるものの、次いで1時間以内に、pH1.7以下までのpHの大きな低下をもたらすが、その理由は、反応混合物の中に存在している鉄の不動態化が生じたためである。鉄の不動態化は、鉄の表面上に、閉じ込める形の水酸化鉄および酸化鉄の沈着物が生成することによって起きる。そのために、鉄は、閉じ込める形の酸化鉄/水酸化鉄層によって、その表面が完全に濡らされる。このことによって、望ましくない早すぎる停止が起きて、そのために反応が不完全となる。
従来技術に従うPenniman・レッドプロセスの場合の典型的な反応のpHプロファイルを図2に示す。
反応時間をx軸に示し、反応混合物のpHをy軸に示している。反応混合物のpHは通常、2.5以上であり、酸性の硝酸鉄(II)溶液および酸性のヘマタイト核懸濁液の混合によって規定される。高温、典型的には70〜99℃でガスの導入を開始させた後、約20時間以内はpHが低下して2.1未満になるが、次いで、さらに40時間かけて、再び上昇して、2.1〜2.3のpHとなる。そのようなpHプロファイルを示す反応においては、純色および淡色化のa値の合計が、57.5以下のヘマタイト顔料が得られる。
一つの実施態様においては、そのヘマタイト顔料が、表面コーティング試験において所望の色合いを有するようになるまで、すなわち純色および淡色化における適切なa値を有するようになるまで、反応を実施する。少なくとも1種の酸素含有ガスの存在下、70〜99℃の温度での反応の間、a値は通常上昇する。この理由から、反応の途中で時間を変えてサンプルを採取し、表面コーティング試験で検査する。その表面コーティング試験における検査は、通常、1時間以内で実施することができる。この時間の間にも、その反応混合物の中のヘマタイトの色値は、さらにわずかに変化する可能性がある。しかしながら、経験に基づいて極めて再現性よく進行する、好ましいプロセスによる工業的な生産においては、当業者が、反応を停止させる最適な時間を決めることができる。
さらなる実施態様においては、その好ましいプロセスに、慣用される方法によって、ヘマタイト顔料懸濁液からヘマタイト顔料を分離することが含まれる。
少なくとも1種の酸素含有ガスの存在下、70〜99℃の温度での、鉄と、ヘマタイト核懸濁液と、硝酸鉄(II)溶液との反応は、顔料析出とも呼ばれる。
そのようにして製造されたヘマタイト顔料は、変態形のヘマタイト(α−Fe)を有しており、そのため本発明の関連では、ヘマタイト顔料と呼ばれる。
そのようなプロセスにおける顔料析出は、一つの実施態様においては、図3に示した反応機の中で実施される。
その製造プロセスを実施するのに適したさらなる装置について、図3を参照しながら、さらに詳しく説明する。
図3は、好適に使用される装置の描写を示している。
図3において、略号および符合は以下の意味合いを有している:
A:酸素含有ガス
Fe:鉄
AQ−Fe(NO:硝酸鉄(II)溶液
S−Fe:ヘマタイト核懸濁液
PAQ−Fe:ヘマタイト顔料懸濁液
O:水
NOX:窒素酸化物含有ストリーム(ヘマタイト顔料懸濁液の製造からのオフガス)
1:ヘマタイト顔料懸濁液を製造するための反応機
11:反応容器
12:鉄のための支持体
13:ガス導入ユニット
111:硝酸鉄(II)溶液、ヘマタイト核懸濁液の入口
112:NOXの出口
113:ヘマタイト顔料懸濁液の出口
114:液相の出口
115:液相の入口
2:撹拌装置
21:駆動部
22:駆動部と攪拌機の接続部
23:攪拌機
31:ポンプ
41:pH電極
反応機1には、典型的には、出発物質に対する抵抗性を有する材料で作成された1基または複数の反応容器が含まれている。個々の反応容器は、たとえば、鉱物質のれんが張りまたはタイル張りの容器であってよい。その反応機にはさらに、たとえば、以下のものから作製した容器が包含される:ガラス、耐硝酸性のポリマー、たとえばポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、鋼、たとえば、琺瑯被覆の鋼、ポリマー被覆の鋼、またはペイント/ワニス塗りの鋼、1.44.01の材料番号を有するステンレススチール。それらの反応容器は、開放式であっても、密閉式であってよい。好ましい実施態様においては、その反応容器が密閉式である。それらの反応容器は、典型的には、0〜150℃の範囲の温度および0.05MPa〜1.5MPaの圧力に対して設計されている。
反応機1の好ましい実施態様を図1に示す。反応機1には、少なくとも、反応容器11、鉄のための支持体12、少なくとも1種の酸素含有ガスAのためのガス導入ユニット13、少なくとも硝酸鉄(II)溶液およびヘマタイト核懸濁液のための入口111、窒素酸化物含有ストリームNOXのための出口112、ヘマタイト顔料の懸濁液のための出口113、液相のための出口114、液相のための入口115、撹拌装置2(駆動部21、駆動部と攪拌機の接続部22、攪拌機23、ポンプ31、およびpH電極41を含む)が含まれる。出口114、入口115およびポンプ31は、導管を介して相互に接続されていて、液相が反応容器11からそれを通過して反応容器11に戻って、循環できるようになっている。
反応機1のさらに好ましい実施態様には、少なくとも、反応容器11、鉄のための支持体12、少なくとも1種の酸素含有ガスAのためのガス導入ユニット13、少なくとも硝酸鉄(II)溶液およびヘマタイト核懸濁液のための入口111、窒素酸化物含有ストリームNOXのための出口112、ヘマタイト顔料の懸濁液のための出口113、および場合によってはpH電極41が含まれる。
反応機1のさらに好ましい実施態様には、少なくとも、反応容器11、鉄のための支持体12、少なくとも1種の酸素含有ガスAのためのガス導入ユニット13、少なくとも硝酸鉄(II)溶液およびヘマタイト核懸濁液のための入口111、窒素酸化物含有ストリームNOXのための出口112、ヘマタイト顔料の懸濁液のための出口113、撹拌装置2(駆動部21、駆動部と攪拌機の接続部22、攪拌機23、および場合によってはpH電極41を含む)が含まれる。
反応機1のさらに好ましい実施態様には、少なくとも、反応容器11、鉄のための支持体12、少なくとも1種の酸素含有ガスAのためのガス導入ユニット13、少なくとも硝酸鉄(II)溶液およびヘマタイト核懸濁液のための入口111、窒素酸化物含有ストリームNOXのための出口112、ヘマタイト顔料の懸濁液のための出口113、液相のための出口114、液相のための入口115、ポンプ31、および場合によってはpH電極41が含まれる。
好ましい製造プロセスについて、以下においてより詳しく説明する。
好ましいプロセスにおける反応のpHプロファイルを示す図である。反応時間(h)をx軸にプロットし、反応混合物のpH値をy軸にプロットしている。 従来技術における硝酸塩プロセスのpHプロファイルを示す図である。反応時間(h)をx軸にプロットし、反応混合物のpH値をy軸にプロットしている。 好ましいプロセスを実施するための反応機1を示す図である。 撹拌装置2を示す図である。
この時点で注目すべきは、本発明の範囲には、以上および以下に記載されている、一般的な範囲または好ましい範囲として示されている成分、値の範囲、またはプロセスパラメーターの、所望および可能な組合せがすべて包含されるということである。
好ましいプロセスにおいて使用されるヘマタイト核水性懸濁液およびその中に存在しているヘマタイト核は、従来技術からも公知である。この目的に関しては、従来技術の記述を参照されたい。水含有ヘマタイト核懸濁液の中に存在しているヘマタイト核は、100nm以下の粒径および40m/g〜150m/gのBET比表面積(DIN 66131に従って測定)を有する核を含んでいる。そのヘマタイト核の少なくとも90%が、100nm以下、特に好ましくは30nm〜90nmの粒径を有している場合には、粒径のその判定基準が満たされる。好ましいプロセスにおいて使用されるヘマタイト核水性懸濁液は、典型的には、球形、卵形、または六方晶系の粒子形状を有するヘマタイト核を含んでいる。その微粉状のヘマタイトは、典型的には、高純度を有している。ヘマタイト核懸濁液を製造するために使用される鉄スクラップの中には、異物金属として、一般的には、マンガン、クロム、アルミニウム、銅、ニッケル、コバルト、および/またはチタンが広い濃度範囲で存在しているが、これらもまた硝酸との反応で、酸化物またはオキシ水酸化物として沈降し、微細に分散されたヘマタイトの中に組み込まれる可能性がある。水含有ヘマタイト核懸濁液の中に存在しているヘマタイト核は、典型的には、0.1〜0.7重量%、好ましくは0.4〜0.6重量%のマンガン含量を有している。この品質の核を使用すれば、強く着色した赤色酸化鉄顔料が製造される可能性がある。
好ましいプロセスにおいて使用される硝酸鉄(II)溶液は、従来技術から公知である。この主題に関しては、従来技術の記述を参照されたい。これらの硝酸鉄(II)溶液は、典型的には、(無水物質を規準としたFe(NOの数字として)50〜150g/LのFe(NO濃度を有している。Fe(NOとは別に、硝酸鉄(II)溶液には、0〜50g/Lの量のFe(NOを含むことも可能である。しかしながら、Fe(NOが極めて少量であるのが有利である。
線材、シート、ネイル、粒状物、または粗い削り屑の形態の鉄が、通常、好ましいプロセスにおける鉄として使用される。この場合、個々の鉄片は、どのような形状であってもよく、通常、(たとえば、線材の直径またはシートの厚みとして測定して)約0.1ミリメートル〜約10mmの厚みを有している。このプロセスで使用される線材の束またはシートのサイズは通常、実務的な見地から決められる。したがって、反応機は、何の困難も無く、この出発物質を充填することができなければならず、充填は、一般的には、マンホールを通して実行される。そのような鉄は、なかんずく、スクラップとして、または金属加工産業における副生物、たとえば打ち抜きシート片として得られる。
好ましいプロセスにおいて使用される鉄は、一般的には、90重量%より高い鉄含量を有している。夾雑物としては、異物金属たとえば、マンガン、クロム、ケイ素、ニッケル、銅、およびその他の元素が、通常、この鉄の中に含まれる。しかしながら、もっと高い純度を有する鉄も、何の問題もなく使用することができる。鉄は、典型的には、好ましい反応の開始時に、反応混合物の容積を基準にして、20〜150g/Lの量で使用される。さらに好ましい実施態様においては、好ましくは打ち抜きシートまたは線材の形態の鉄を、鉄支持体の上に、後者の面積全体に分散させるが、その嵩密度は好ましくは2000kg/m未満、特に好ましくは1000kg/m未満である。その嵩密度は、たとえば、少なくとも1種の鉄グレードのシートを曲げるか、および/または目標を決めて鉄を積み重ねることによって、実現させることができる。このことによって、典型的には、容積で90パーセントを超える酸素含有ガスを鉄支持体の下に吹き込んで、鉄支持体の下に酸素含有ガスが滞留することなく、鉄支持体を通過させることが可能となる。
鉄のための支持体、たとえば支持体12によって、懸濁液と、鉄のための支持体の中に存在する開口部を通過するガスとの交換が可能となる。鉄のための支持体の典型的な実施態様としては、シーブトレイ、パーフォレーテッドプレート、またはメッシュが挙げられる。一つの実施態様においては、開口部を合計した面積の、支持体の全面積に対する比率が、0.1〜0.9、好ましくは0.1〜0.3である。懸濁液を交換させるために必要とされる穴または開口部は、典型的には、鉄が、鉄のための支持体から落下することを可能な限り防げるように、選択する。鉄のための支持体、たとえば支持体12は、反応機の内径、たとえば反応容器11の内径に相当する直径を有することができるが、それよりも小さくすることも可能である。後者の場合においては、その鉄のための支持機構の側面に壁を立てて、鉄が落下するのを防止するのが好ましい。この壁は、たとえばメッシュで構成した時のように、懸濁液−透過性とすることもできるし、あるいは懸濁液−非透過性で、たとえば上部が開いた筒状または立方体形状に相当するようにすることもできる。
そのプロセスを実施するために、その反応において反応される鉄の量の100〜140重量%、好ましくは100〜120重量%の量で、鉄の全量を最初に仕込むのが好ましい。その反応において反応される鉄の量は、反応の前後での鉄の量の重量差から求める。
従来技術による一つの変法においては、特定の量の鉄を最初に仕込み、次いで、追加の鉄を、全体として顕著に過剰な量で、典型的には反応の中で反応される鉄の全量の150〜200重量%を使用して、全反応時間にわたって数回に分けて添加する。この方法によって、反応混合物のpHを上げることは可能となるものの、そのようにして得られる顔料の色の性質の改良を達成することは不可能である。
好ましい実施態様においては、ヘマタイト核懸濁液および/または硝酸鉄(II)溶液および/またはヘマタイト顔料懸濁液を製造するためのプロセスにおいて、水として低塩水を使用する。その塩の負荷の簡易な目安としては、導電度が考えられる。本発明の目的のためには、低塩水は、20μS/cm以下、好ましくは10μS/cm以下、特に好ましくは5μS/cm以下の導電度を有している。プロセス水の中に存在していることが多い、リン酸塩、ケイ酸塩、硫酸塩、および炭酸塩のような多価アニオンは、酸化鉄顔料に対して凝集効果を示し、その結果、反応の途中に酸化鉄顔料を凝集させ、反応機の底部に沈殿物として沈降させる可能性がある。この影響を回避するためには、低塩水、たとえば、脱イオン水(DI水)、蒸留水、または逆浸透法による水を使用するのが好ましい。それによってさらに、ヘマタイト顔料の色値も改良される。特に好ましい実施態様においては、ヘマタイト核懸濁液および硝酸鉄(II)溶液およびヘマタイト顔料懸濁液を製造するためのプロセスにおける水として、低塩水を使用する。この場合もまた、それによって顔料の色値が改良される。
好ましいプロセスにおいては、少なくとも鉄と、ヘマタイト核懸濁液と、硝酸鉄(II)溶液との反応が、少なくとも1種の酸素含有ガスの存在下、70〜99℃の温度で起きる。
その少なくとも1種の酸素含有ガスは、空気、酸素、周囲温度より高い温度に加熱した空気、または水蒸気を用いて富化させた空気から選択するのが好ましい。
好ましいプロセスにおいては、少なくとも鉄、ヘマタイト核懸濁液および硝酸鉄(II)溶液の反応を、少なくとも、機械的混合および/または水力学的混合の手段によってその反応の際に存在している液相を混合するか、またはそれ無しで、起こさせる。その液相の中には懸濁されたヘマタイトが存在しているので、機械的混合および/または水力学的混合は、所望により、その液相の中に懸濁されているヘマタイトが、液相の中に均質に分散されたままで維持されて、液相の下の方に蓄積することがないように実施するのが好ましい。
本発明の目的においては、機械的混合は、適切な装置の手段による液相混合である。その液相には、好ましくは、その中に懸濁されている固形分、たとえばヘマタイト核またはヘマタイト顔料、およびさらには鉄粒子のようなさらなる固形分がさらに含まれている。機械的混合の場合においては、その好適な装置としては、撹拌装置、たとえば軸方向攪拌機、径方向攪拌機、および接線方向攪拌機が挙げられる。たとえば図1における撹拌装置2のような撹拌装置は、液相に流動を起こさせる、たとえば図1における攪拌機23、たとえばプロペラ、らせん、またはブレードのような少なくとも一つの攪拌機を有している。撹拌装置には、典型的にはさらに、たとえば図1における駆動部21たとえばモーター、攪拌機と駆動部との間の接続部22たとえば、シャフトまたは磁性カップリングのような駆動部も有している。攪拌機のタイプに応じて、半径方向すなわち、撹拌の軸とは直角の方向、あるいは、軸方向すなわち、撹拌の軸と平行な方向、あるいはそれらが混じった方向の流れが発生する。たとえば、ブレード攪拌機は、好ましくは半径方向の流れを発生させ、傾斜ブレード攪拌機またはプロペラ攪拌機は軸方向の流れを発生させる。軸方向の流れは、上向き、下向きいずれにすることもできる。本発明の目的においては、液相の機械的混合は、軸方向に向け、鉄の中を通過させて、底部から上へと向かわせるのが好ましい。これによって、鉄片の空隙の内部に存在している液相を、鉄片の空隙の外側に存在している液相と混合させることができるようになる。その少なくとも一つの攪拌機は、鉄の上および/または下に位置させるのが好ましい。攪拌機としては、軸方向攪拌機、特に好ましくは傾斜ブレード攪拌機またはプロペラ攪拌機も同様に好ましい。
一つの実施態様において、半径方向に作用させる攪拌機の場合においては、反応容器1の壁の内側にバッフルをさらに存在させる。そのようにすれば、液相の共回転およびそれに伴う渦の発生が回避される。
機械的混合の程度は、攪拌機、たとえば攪拌機23の外側周速度で定義される。好ましい周速度は、攪拌機の直径で決まる円周で測定して、0.5〜15m/sである。攪拌機の動力消費から計算することが可能な液相への入力は、好ましくは、バッチ容積1mあたり0.1〜5kW、好ましくはバッチ容積1mあたり0.4〜3kWである。攪拌機直径の、反応機の内径に対する比率が0.1〜0.9であるのが好ましい。液相への入力は、攪拌機の動力消費量に、攪拌機の効率(単位、パーセント)を掛け合わせることによって得られる。好ましいプロセスにおいて使用される攪拌機の効率は、典型的には、70〜90%の範囲である。本発明の目的のためには、1〜15m/sの周速度およびバッチ容積1mあたり少なくとも0.4kWの入力が特に好ましい。
さらなる実施態様においては、ポンプ、たとえばポンプ31を用いて水力学的混合を起こさせるが、そのポンプは、反応機から液相を、出口、たとえば出口114から抜き出し、別の場所にある入口、たとえば入口115から反応機へ再びフィードする。そのようにすると、入口および出口のところ、さらにはその反応混合物全体で流動が生じる。水力学的混合をポンプ、たとえばポンプ31を用いて実施するが、そのポンプは、反応機から液相を、出口、たとえば出口114から抜き出し、別の場所にある入口、たとえば入口115から反応機へ再びフィードする。そのようにすると、入口および出口のところ、さらにはその反応混合物全体で流動が生じる。本発明の目的のためには、0.1〜20バッチ容積/時間のポンプ輸送量とするのが好ましい。たとえば、30mのバッチ容積のところで、5バッチ容積/時間の値のポンプ輸送量は、150m/時間である。さらなる実施態様においては、入口、たとえば入口115のところで、少なくとも0.05m/s、好ましくは少なくとも0.06〜15m/sの流速が発生するような、ポンプ輸送量が好ましい。この場合、流速は、入口のところで、反応機の内側の、ポンプ輸送された液相が反応混合物の中に流れ込む導管の境目のところで直接測定する。さらなる実施態様においては、その流れが、入口、たとえば入口115から、鉄のための支持体、たとえば鉄のための支持体12の上へ向かい、好ましくは2m未満、好ましくは1m未満の距離にある、鉄のための支持体の下から鉄のための支持体の上へ向かう。さらなる実施態様においては、その入口、たとえば入口115を、パイプ、または2液スプレー、またはノズルの形状にする。
好ましいプロセスの好ましい実施態様においては、少なくとも鉄と、ヘマタイト核懸濁液と、硝酸鉄(II)溶液との反応を、6m以下のガス容積/バッチ容積(m)/時間、好ましくは0.2〜6mのガス容積/バッチ容積(m)/時間、特に好ましくは0.2〜5mのガス容積/バッチ容積(m)/時間、極めて特に好ましくは0.2〜3mのガス容積/バッチ容積(m)/時間のガス導入容積で、少なくとも1種の酸素含有ガスを導入しながら、起こさせる。
さらなる実施態様においては、少なくとも1種の酸素含有ガスの導入を、機械的混合なし、および水力学的混合なしで行わせる。この場合においては、たとえば7〜10mのガス導入容積/時間・バッチ容積(m)の酸素含有ガスを導入するだけで、反応混合物の強力な混合をもたらすが、その結果、その反応混合物の中で、反応混合物の表面での液体の激しい沸騰に匹敵する、強力な対流および強力な気泡発生が起きる。
その反応混合物には、好ましくは、すべての出発物質と、それから形成される固体、液体、気体の反応生成物が含まれる。反応の間に、窒素酸化物含有ストリームNOXもまた形成される。好ましい実施態様においては、その窒素酸化物含有ストリームNOXが反応機から、たとえば反応機1の出口112を通して排出される。バッチ容積は、好ましくは、反応容器、たとえば反応機1の中で反応が起きている時間の特定のポイントで存在している反応混合物の、液体および固体の構成成分の全容積と定義される。バッチ容積は、たとえば、反応の際のいかなる時点であっても、その中で反応が実施されている反応機の充填レベル指示器の手段によって知ることができる。
少なくとも1種の酸素含有ガスの導入は、少なくとも1種の酸素含有ガスを、鉄のための支持体、たとえば支持体12の下から、反応混合物の液相の中に導入することにより実施するのが好ましい。ガス導入ユニット、たとえばガス導入ユニット13、反応混合物の内部に位置し、ガスを導入するための、たとえばスパージ・リング、ノズル、(2)液スプレー、または穴を備えた環状導管を使用するのが好ましい。この目的のためには、その少なくとも1種の酸素含有ガスは、その反応混合物の液柱の静水圧に打ち勝つ十分な圧力を有していなければならない。反応混合物のpHが2.2未満にまで低下したら、たとえばガス導入ユニット13またはその他の機器から反応混合物の中にガス状窒素を導入するのが好ましい。そのpHが、pH2.2〜pH4.0、好ましくはpH2.2〜pH3.0の範囲に戻ったら、反応混合物の中へのガス状窒素の導入を停止する。反応混合物のpHは、反応混合物を一定時間おきにサンプリングするか、または反応容器の中に設けたpH測定センサー、たとえばpHセンサー41の手段によって測定することができる。pHセンサー41は、反応混合物の中にそれが完全に位置しているように取り付ける。
好ましいプロセスの間に、顔料が、液相の中に存在しているヘマタイト核の上に析出し、その結果、その色値、好ましくは表面コーティング試験におけるa値およびb値が、顔料析出の際に変化する粒径および/またはモルホロジーの結果としてその反応の間に変化する、ヘマタイト顔料懸濁液が生成する。その好ましいプロセスを停止させる時点は、ヘマタイト顔料懸濁液の中に存在しているヘマタイト顔料の色値を測定することによって決める。ヘマタイト顔料が、表面コーティング試験での純色および淡色化におけるa値の必要とされる合計値が、少なくとも58.0CIELAB単位、好ましくは58.5CIELAB単位より大、特に好ましくは59.0CIELAB単位より大を示すようになったら、その好ましいプロセスを停止させる。実施した表面コーティング試験の包括的な説明は、実施例および方法のセクションに見ることができる。ガスの導入を終了し、場合によっては同時に、反応混合物を70℃未満の温度にまで冷却することによって反応を停止させる。好ましい反応での典型的な反応時間は、所望の色合いに応じて、10〜150時間である。
好ましい実施態様においては、その好ましい反応の後に、慣用される方法、好ましくは濾過法および/または沈降法および/または遠心分離法によって、ヘマタイト懸濁液からヘマタイト顔料を分離する。分離の後に得られたフィルターケーキの洗浄、およびその後のフィルターケーキの乾燥も同様に実施するのが好ましい。そのヘマタイト顔料懸濁液からヘマタイト顔料を分離するより前に、1段もしくは多段の篩別工程を、特に好ましくは異なった目開きを使用し、目開きを小さくしながら、実施することも同様に好ましい。このことは、そうしないとヘマタイト顔料の中に混ざり込んでしまう異物、たとえば金属片が、ヘマタイト顔料懸濁液から分離されるという利点を有している。
ヘマタイト顔料懸濁液からヘマタイト顔料を分離除去する目的では、当業者には公知のあらゆる手順、たとえば、沈降させてその後で水相を除去する方法、またはフィルタープレスの手段、たとえば膜フィルタープレスの手段による濾過を実施することが可能である。
好ましいプロセスの好ましい実施態様においては、少なくとも1種の硫酸塩、たとえば硫酸鉄(II)および/またはアルカリ金属硫酸塩もしくはアルカリ土類金属硫酸塩、好ましくは硫酸鉄(II)および/または硫酸ナトリウムを、篩別の前もしくは途中、および/または分離の前もしくは途中に、ヘマタイト顔料の懸濁液に添加することができる。これによって、ヘマタイト顔料のヘマタイト顔料懸濁液からの沈降が加速されるというメリットが得られる。このことが、その次のヘマタイト顔料の単離に寄与する。
このような方法で分離した沈降物またはフィルターケーキに対して、次いで、少なくとも1回の洗浄を実施してもよい。分離および/または洗浄の後、場合によっては、この方法で分離されたヘマタイト顔料の乾燥を、たとえばフィルタードライヤー、ベルトドライヤー、ニーディングドライヤー、スピン−フラッシュドライヤー、乾燥オーブン、またはスプレードライヤーを使用して実施する。ベルトドライヤー、プレートドライヤー、ニーディングドライヤーおよび/またはスプレードライヤーを使用して乾燥を実施するのが好ましい。
本発明において、水性二酸化チタン含有、ミリング安定性の顔料調製物を製造するために特に好適であるヘマタイト顔料が、驚くべきことには、その好ましいプロセスの手段によって得られる。
A)二酸化チタン
好ましい二酸化チタンとしては、ルチルタイプ、特に、0.25〜0.35μm、好ましくは0.30〜0.31μmの平均粒径を有するルチルを使用する。好ましい二酸化チタンは同様に、18〜24g/100gのオイル吸着量(DIN EN ISO 787 5:1995に従って測定)を有している。その二酸化チタンはさらに、酸化アルミニウム(Al)および酸化ケイ素(SiO)を含む表面コーティングを有しているのが好ましい。
酸化チタンは、水性調製物を規準にして、5〜20重量%、特には8〜15重量%の量で使用するのが好ましい。
さらに、ヘマタイト顔料対TiOの重量比が、(1:0.5)から(1:20)まで、特には(1:1)から(1:10)までであるのが好ましい。
C)さらなる添加剤
その製造される水性顔料調製物には、バインダー、好ましくは、合成ポリマーまたはコポリマーのバインダー分散体を含んでいるのが好ましいが、アクリル酸、アクリル系エステル、アクリル系無水物、アクリロニトリル、メタクリル酸、マレイン酸、マレイン酸ステル、無水マレイン酸、スチレン、オレフィン、塩化ビニル、または酢酸ビニルが、モノマーとして最もしばしば使用される。
さらに、その水性顔料調製物には、湿潤剤および分散剤および水、さらに場合によっては、顔料調製物に慣用される助剤たとえば、追加の溶媒、保湿剤、保存剤、消泡剤、pH調節剤、およびレオロジー的添加剤(これは、沈降防止剤として機能する)を含んでいてよい。
無機顔料のための湿潤剤および分散剤は、顔料を濡らし、顔料を分散させ、そして顔料調製物を安定化させる作用を有している。
従来技術においては、水性分散体の中で顔料を分散させたり、表面を変性させたりする目的で、ポリマー性分散剤、ならびにアニオン性、カチオン性およびノニオン性界面活性剤を使用するのが好ましい。
ポリマー性分散剤としては、アクリル酸の低分子量ポリマー、またはアクリル酸、メタクリル酸、およびマレイン酸のコポリマー、およびそれらのナトリウム、カリウム、またはアンモニウム塩が慣用されている。
アニオン性界面活性剤としては、その疎水性基が、脂肪族または芳香族の基であり、そしてその親水性基が、カルボン酸、スルホン酸、もしくホスホン酸基を含むか、または硫酸もしくはリン酸のエステルであるような、両親媒性化合物が使用されている。
顔料調製物のための分散剤として使用される好ましいノニオン性界面活性剤は、脂肪族アルコールエトキシレート、アルキルフェノールエトキシレート、ならびにエチレンオキシド、プロピレンオキシドおよびスチレンオキシドのコポリマーである。
好適なアニオン性分散剤は、好ましくは、以下のもののナトリウム、カリウムおよびアンモニウム塩からなる群よりのアニオン性界面活性剤である:脂肪酸、アルキルベンゼンスルホネート、アルキルスルホネート、オレフィンスルホネート、ポリナフタレンスルホネート、アルキルスルフェート、アルキルポリエチレングリコールエーテルスルフェート、アルキルフェノールポリエチレングリコールエーテルスルフェート、スルホコハク酸エステル、アルキルポリエチレングリコールエーテルホスフェート、アルキルポリエチレングリコールエーテルカルボン酸およびそれらの塩、硫酸のモノエステル、およびスチレン置換されたフェノールエトキシレートのリン酸エステル、スチレン置換されたフェノールポリエチレングリコールエーテルカルボン酸およびそれらの塩、脂肪酸イセチオネートナトリウム、脂肪酸メチルタウリドナトリウム、および脂肪酸サルコシドナトリウム。
好適な保湿剤および溶媒は、好ましくはグリコールエーテルであるが、それは、本発明の目的においては、以下のものである:特には、エトキシ基および/またはプロポキシ基を有し、そして200〜20 000g/molの範囲の平均モル質量を有する化合物、特には200〜20 000g/molの範囲の平均モル質量を有するポリエチレングリコールエーテルもしくはポリプロピレングリコールエーテル;モノエチレングリコール、ジエチレングリコールもしくはトリエチレングリコール、モノプロピレングリコール、ジプロピレングリコールもしくはトリプロピレングリコール;1、2、3もしくはそれ以上のエチレングリコールまたはプロピレングリコール単位を有する、メチル、エチル、プロピル、ブチルもしくは高級アルキルポリアルキレングリコールエーテル、たとえばメトキシプロパノール、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ブチルポリエチレングリコールエーテル、プロピルポリエチレングリコールエーテル、エチルポリエチレングリコールエーテル、メチルポリエチレングリコールエーテル、ジメチルポリエチレングリコールエーテル、ジメチルポリプロピレングリコールエーテル;200〜20 000g/molの分子量を有するグリセロールエトキシレート、200〜20 000g/molの分子量を有するペンタエリスリトールアルコキシレート、またはさらなるエトキシル化アルコキシル化反応生成物;または、一価および多価アルコールの上にエチレンオキシドおよび/またはプロピレンオキシドを付加させ、200〜20 000g/molの分子量を有する、ランダムもしくはブロックコポリマー。平均モル質量/分子量は、数平均のモル質量/分子量である。
本発明による水性顔料調製物のための好適なさらなる助剤は、好ましくは、水溶性の有機またはヒドロトロピックな物質であり、それらは、溶媒としても機能することができる。
この目的のために特に好適な化合物は、たとえば、以下のものである:ホルムアミド、尿素、テトラメチル尿素、ε−カプロラクタム、グリセロール、ジグリセロール、ポリグリセロール、N−メチルピロリドン、1,3−ジエチル−2−イミダゾリジノン、チオジグリコール、ベンゼンスルホン酸ナトリウム、キシレンスルホン酸ナトリウム、トルエンスルホン酸ナトリウム、クメンスルホン酸ナトリウム、ドデシルスルホン酸ナトリウム、安息香酸ナトリウム、サリチル酸ナトリウム、ブチルモノグリコールスルホンン酸ナトリウム。
好適な消泡剤としては、好ましくは、以下のものが挙げられる:鉱油消泡剤およびそれらのエマルション、シリコーンオイル消泡剤およびシリコーンオイルエマルション、ポリアルキレングリコール、ポリアルキレングリコール脂肪酸エステル、脂肪酸、多価アルコール、リン酸エステル、疎水的に変性されたシリカ、アルミニウムトリステアレート、ポリエチレンワックス、およびアミドワックス。
粘度を調節するための薬剤としての、好適なレオロジー添加剤は、たとえば、以下のものである:デンプンおよびセルロース誘導体、ならびに疎水的に変性されたエトキシル化ウレタン(HEUR)増粘剤、アルカリ膨潤性アクリレート増粘剤、疎水的に変性されたアクリレート増粘剤、アクリルアミドメチルプロパンスルホン酸のポリマー、ベントナイト増粘剤、または熱分解法シリカ。水性顔料調製物を安定化させるためにポット保存剤を添加して、細菌類、藻類および真菌類の無秩序な増殖を防止する。好適な殺生物剤は、ホルムアルデヒド、ホルムアルデヒド放出性成分、メチルイソチアゾリノン、クロロメチルイソチアゾリノン、ベンゾイソチアゾリノン、ブロノポール、およびジブロモシアノブタンである。
緩衝物質およびpH調節剤としては、有機もしくは無機の塩基および酸を使用するのが好ましい。好ましい有機塩基は、アミンたとえば、エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、N,N−ジメチルエタノールアミン、ジイソプロピルアミン、2−アミノ−2−メチル−1−プロパノール、およびジメチルアミノメチルプロパノールである。好ましい無機塩基は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、およびアンモニアである。
顔料の調製
本発明はさらに、少なくとも以下のものを含む顔料調製物も提供する:
A)ヘマタイト顔料(上述)、
B)二酸化チタン、および
水。
先に述べた、任意成分のさらなる構成成分および好ましい実施態様は、この場合にもまた適用される。
好ましい本発明による顔料調製物には、以下のものが含まれる:
50〜60%のヘマタイト顔料および二酸化チタン、
8〜25%のバインダー、
0.2〜1%の分散剤、
0.5〜1%の助剤、および
バランス量の水。
さらに好ましい実施態様においては、そのヘマタイト顔料が、それらが、ペーストの形態、たとえば万能顔料ペーストの形態にある場合に、ニュートニアン流動挙動をさらに有している。
ニュートニアン流動挙動は、ペーストの粘度が、剪断速度に特に依存するということで定義される。その粘度は、流体、たとえば顔料ペーストの粘稠な流動挙動の尺度として定義され、「Pa・s」の単位を有している。その粘度が低いほど、その流体の流動挙動が、高い流動性となる。剪断速度は、レオロジー、すなわち材料の変形および流動挙動の科学における用語であり、レオロジー的測定において、サンプルにかけられる機械的負荷の尺度として定義される。剪断速度は、剪断グラジエントとも呼ばれる。剪断速度は、時間の逆数、通常は1/sの単位を有する。理想ニュートニアン流動挙動を有する流体の場合においては、その粘度は、その粘度を測定している剪断速度に依存する。本発明の目的のためには、顔料ペーストの粘度は、円錐平板粘度計(Rheo3000、Brookfield Engineering Laboratories,Inc.(USA)製)の手段により、500/s〜2000/sの剪断速度で測定する。本発明においては、500/s、1000/s、1500/s、および2000/sの剪断速度に対するそれぞれの測定値の粘度が、500/s、1000/s、1500/sおよび2000/sの剪断速度での測定値の算術平均から、10%以下、好ましくは5%以下しか違わない場合に、ニュートニアン流動挙動の判定基準が満たされる。ある剪断速度で測定して、たとえば、その粘度が最大測定可能粘度よりも高いような場合には、ニュートニアン流動挙動の判定基準は同様に、本発明においては満たされない。本発明においては、種々の剪断速度での粘度測定を、20℃で実施する。測定で使用される顔料ペーストは、重量%で以下の組成を有する、慣用される万能ペーストである:
PEG200 10.0
水 14.7
Byk 044 2.0
disperbyk 102 2.0
Bentone SD 2 1.0
disperbyk 185 8.8
顔料 61.5
ここで使用される成分は、以下のものである:
PEG200:ポリエチレングリコール200(Merck KGaA(Germany)製)
Byk 044:水性印刷インキおよび重ね刷り用ワニスのためのシリコーン含有消泡剤(BYK Chemie GmbH(Germany)製)
disperbyk 102:溶媒フリーの湿潤剤兼分散剤(BYK Chemic GmbH(Germany)製)
Bentone SD 2:レオロジー的添加剤(Elementis Specialities(USA)製)
disperbyk 185:溶媒フリーの湿潤剤兼分散剤(BYK Chemic GmbH(Germany)製)
ペーストは、すべての成分を高速ミキサー中、4500rpmで30分かけて相互に混合することにより製造する。
この試験は、ペースト粘度試験と呼ばれている。
この実施態様においては、本発明において使用される酸化鉄赤色顔料が、低くても58.0CIELAB単位、好ましくは58.5CIELAB単位より高、特に好ましくは59.0CIELAB単位より高の、表面コーティング試験における純色および淡色化でのa値の合計を有し、そしてペースト粘度試験では、500/s、1000/s、1500/s、および2000/sの剪断速度でそれぞれ測定した粘度が、500/s、1000/s、1500/s、および2000/sの剪断速度での測定値の算術平均から10%以下、好ましくは5%以下しか異ならない、ニュートニアン流動挙動を示している。
さらなる実施態様においては、本発明において使用される酸化鉄赤色顔料が、58.0〜61.0CIELAB単位、好ましくは58.0〜60.0CIELAB単位、より好ましくは58.5〜61.0CIELAB単位、より好ましくは58.5〜60.0CIELAB単位、特に好ましくは59.0〜61.0CIELAB単位、より特に好ましくは59.0〜60.0の表面コーティング試験における純色および淡色化でのa値の合計を有し、そしてペースト粘度試験では、500/s、1000/s、1500/s、および2000/sの剪断速度でそれぞれ測定した粘度が、500/s、1000/s、1500/s、および2000/sの剪断速度での測定値の算術平均から10%以下、好ましくは5%以下しか異ならない、ニュートニアン流動挙動を示している。
特に好ましい実施態様においては、本発明において使用される顔料が、低くても58.0CIELAB単位、好ましくは58.5CIELAB単位より高、特に好ましくは59.0CIELAB単位より高の表面コーティング試験における純色および淡色化でのa値の合計を有し、そして、ペースト粘度試験においては、500/s、1000/s、1500/s、および2000/sの剪断速度で、0.300〜0.400Pa・sの粘度を示している。
さらなる特に好ましい実施態様においては、本発明において使用される顔料が、純色で、58.0〜61.0CIELAB単位、好ましくは58.0〜60.0CIELAB単位、淡色化で好ましくは58.5〜61.0CIELAB単位、より好ましくは58.5〜60.0CIELAB単位、より特に好ましくは59.0〜61.0CIELAB単位、より特に好ましくは59.0〜60.0、特に好ましくは59.0CIELAB単位より高のa値の合計を有し、そしてペースト粘度試験においては、500/s、1000/s、1500/s、および2000/sの剪断速度で、0.300〜0.400Pa・sの粘度を有している。
顔料ペーストの形態で本発明において使用されるヘマタイト顔料もまた、特定の実施態様においては、ニュートニアン流動挙動を示す。これによって、ペーストにおける顔料の加工性、および表面コーティングの製造が容易となる。それに加えて、本発明において使用されるヘマタイト顔料は、たとえばCopperas顔料よりも、単純なプロセスで製造することができる。
本発明はさらに、本発明による水性顔料調製物を製造するためのプロセスも提供するが、それが特徴としているのは、少なくとも、以下のものが混合される:
A)ヘマタイト顔料(先に定義されたもの)、
B)二酸化チタン、および
水、および場合によってはさらなる添加剤。
本発明による水性顔料調製物を作製するためには、蒸留水または脱イオン水の形態にある水を使用するのが好ましい。飲料水(水道水)および/または天然由来の水を使用することもまた可能である。本発明の水性顔料調製物の中には、10〜65重量%の量で水を存在させるのが好ましい。
本発明の水性顔料調製物が、円錐平板粘度計たとえば、Haake Viscometer 550(Thermo Haake製)で、1/60sec−1の剪断速度で測定して、10〜10 000mPas、好ましくは50〜5000mPas、特に好ましくは300〜3000mPasの粘度を有しているのが好ましい。
本発明はさらに、本発明による顔料調製物を製造するためのプロセスも提供するが、そこでは、粉体または粒状物の形態にある成分(A)およびさらには残りの成分を、自体公知の慣用される方法で、水の存在下に分散させ、次いで、場合によってはさらなる水を混合し、そして、そのようにして得られた水性顔料分散体を、水を用いて所望の濃度とする。分散を実施するには、以下のものを使用することができる:アジテーター、高速ミキサー(のこぎり歯攪拌機)、ローター・ステーターミル、ボールミル、撹拌ボールミル、たとえばサンドミルおよびビーズミル、ラピッドミキサー、混練装置、ロールミル、または高性能ビーズミル。顔料の微細な分散またはミリングを、所望のミリング細度にまで実施するが、それは、0〜100℃の範囲の温度、有利には、10〜70℃、好ましくは20〜60℃の範囲の温度で実施することができる。微細分散が終了したら、その顔料調製物を、水、好ましくは脱イオン水または蒸留水を用いてさらに希釈することも可能である。
驚くべきことには、ミリングの後では、高いミリング安定性と組み合わせて高い色純度の点で、従来から公知の酸化鉄赤色顔料とは異なっている、酸化鉄赤色顔料が得られる。
実施例および方法:
鉄(II)および鉄(III)の定量滴定:
硝酸鉄(II)の含量は、硫酸セリウム(III)を用いてHClで酸性化させたサンプル溶液を電位差滴定する手段により、鉄(II)含量を測定することによって間接的に求めることができる。
pH測定:
pH測定は、Knick製の,Protos MS3400−160(Knick、MemoSens,SE533X/2−NMSNを使用)測定機器の手段により実施した。その測定の前に、pH4.65およびpH9.23の緩衝剤溶液を用いて、較正を実施した(DIN 19267に準拠)。pH測定は、撹拌している反応容器中、85℃で実施した。
塩化物含量の測定:
塩化物含量の測定は、イオンクロマトグラフィーにより実施する。
使用した鉄のグレード:
0.8mmの厚みを有し、2500ppm以下のマンガンのマンガン含量、150mg以下のクロム、0.07%以下の炭素、500ppm以下のアルミニウム、400ppm以下のチタン、および250ppm以下の銅を含む鉄のスタンピングシートを使用した。
DI水(脱イオン水):
使用した低塩水(DI水)は、4μS/cmの導電度を有している。イオン濃度は、導電度の値から求めることができる。その測定は、WTW製の装置を使用した電気化学的抵抗値の測定の手段により実施した。脱イオン水の代わりとして、たとえば、蒸留水、または逆浸透プラントからの精製水を使用することがまた可能であるが、ただしその導電度が上述の規準に相当していなければならない。
色の試験:
純色および淡色化における色値、およびさらには淡色化での色強度の試験は、チキソトロピック化した長鎖オイルアルキド樹脂の中で実施する(DIN EN ISO 11664−4:2011−07およびDIN EN ISO 787−25:2007に準拠)。無機着色顔料の色値を試験するには、その顔料を、不乾性の長鎖のアルキド樹脂をベースとするバインダーペーストの中に分散させる。その顔料着色されたペーストで、ペーストプレートの中に着色し、次いで測色法を用いて、参照顔料と比較して評価する。
1.採用した機器
− プレート式カラー・トリチュレーション・マシン(TFAM)、プレート直径:240mm
− 精密天秤:
感量:0.001g(純色)
感量:0.0001g(淡色化)
− 分光色彩計、測定角d/8度
− パレットナイフ(弾性があり、高研磨のブレードを有するもの、ブレードの長さ約100mm、幅約20mm)
− ペーストプレートおよびドクターブレード(DIN EN ISO 787−25:2007準拠)
2.助剤
2.1.純色
クリアな試験ペースト(DIN EN ISO 787−25:2007に基づいた方法により作製した、チキソトロピック化された長鎖オイルアルキド樹脂)には、95重量%のアルキド樹脂(WorleeKyd P151、Worlee−Chemie GmbH(Germany)製)およびチキソトロープ化剤としての5重量%のLuvotix HAT(Lehmann & Voss &Co.KG(Germany)製)が含まれている。この場合、70〜75℃に予熱しておいたアルキド樹脂の中にLuvotixを混ぜ込み、次いで、95℃で撹拌しながら、そのチキソトロープ化剤を全量溶解させた。冷却させたペーストを最終的に、3本ロールミル上で、気泡が無くなるまでロールがけする。
2.2.淡色化
− 白色試験ペースト(60重量%のクリア試験ペースト+40重量%の二酸化チタン(R−KB−2、Sachtleben Pigment GmbH(Germany)製)
− 機器をきれいにするためのペトロリウムスピリットおよびクリーニングクロス(2.1および2.2に適用)
3.手順
3.1.純色における色値の試験
5.00gのクリア試験ペーストを、プレート式カラー・トリチュレーション・マシン(TFAM)の下部に塗布する。試験対象の顔料の2.6gを、カラー・トリチュレーション・マシンの下側プレートの上、中点よりも外側で、パレットナイフの手段により、圧力をかけることなく、クリア試験ペーストとプレミックスして、それを完全に濡らす。次いで、この混合物を、3回の25回転の手段で分散させる。それぞれ25回転させた後で、ミル加工するための材料を、パレットナイフの手段を用いて上側プレートから取り出し、そしてそのミル加工するための材料を、下側プレートの上で再び混合して、中点の外側へ分散させる。そのカラー・トリチュレーション・マシンには、その分散操作の間ずっと、そのフロントバケットに2.5kgの追加の荷重をかける。調製が完了したペーストを、パレットナイフの手段で混合し、測定のためのペーストプレートへ移す。この測定の目的のためには、ペーストドクターブレードの手段により、穏やかな圧力下で、ペーストプレートから余分のペーストをぬぐい取る。1分間の静止時間がすんだら直ぐに、色値の測定を実施する。
3.2.淡色化の色値の試験
5.00gの白色試験ペーストを、カラー・トリチュレーション・マシン(TFAM)の下部に塗布する。試験対象の顔料0.400gを秤量して、顔料対二酸化チタンの質量比が1:5になるようにする。
それぞれの顔料を、バインダーと、カラー・トリチュレーション・マシンの下側プレートの上、中点よりも外側で、パレットナイフの手段により、圧力をかけることなく、プレミックスして、それを完全に濡らす。次いで、この混合物を、5回の25回転を使用して分散させる。それぞれ25回転させた後で、モーターは回転させたままで、ミル加工するための材料を、パレットナイフの手段を用いて上側プレートから取り出し、そしてそのミル加工するための材料を、下側プレートの上で再び混合して、中点の外側へ分散させる。そのカラー・トリチュレーション・マシンには、その分散操作の間ずっと、そのフロントバケットに2.5kgの追加の荷重をかける。調製が完了したペーストを、パレットナイフの手段で混合し、測定のためのペーストプレートへ移す。
この測定の目的のためには、ペーストドクターブレードの手段により、穏やかな圧力下で、ペーストプレートから余分のペーストをぬぐい取る。1分間の静止時間がすんだら直ぐに、色値の測定を実施する。
相関試験において、その使用した設定と方法で同等の分散を行わせることができることが確認されれば、その他の分散装置、たとえば、Mikrodismembrator S(Sartorius製)または2−プラネタリー遠心分離機(Dual Axis CentrifugalまたはVortexミキサー)を使用することができる。
4.評価
測色の評価は、以下の標準に基づいて実施する:
DIN EN ISO 11664−4 (2011−07)(Colorimetric determination of colour numbers and colour differences in the approximately uniform CIELAB colour space)
DIN 5033 Part 7(Colorimetry,measurement conditions for body colours:light type C as defined under point 2.1.1;measurement geometry d/8゜ as defined under point 3.2.3)
EN ISO 787−25:2007(General methods of test for pigments and extenders − Part 25):参考:composition of the colour,in full−shade systems,of white,black and coloured pigments;colorimetric method(ISO 787−25:2007)。
ヘマタイト核懸濁液の製造
核の製造
約1mmの厚みを有する鉄のシート37kgを、網目トレー(目開き、約10mm)、スパージ・リング(反応機の底部)、ポンプ循環、および傾斜ブレード攪拌機を備えた1mの反応機に入れた。スパージ・リングおよび攪拌機は網目トレーより下に設置し、ポンプ循環の出口は、鉄ベッドの側面に位置させ、ポンプ循環の取り入れ口は、反応機の底部に位置させる。その鉄シートは、網目トレーの上に均質に分散させた。次いで、423kgの脱イオン水を導入し、120rpmで撹拌した(3.2m/s、傾斜ブレード攪拌機、直径50cm、入力:0.6kW/バッチ容積(m))。鉄のための支持体の表面を水で完全に覆った。その混合物を加熱して90℃とし、次いで重量で25%強度の硝酸97kgを、60分の時間をかけて計量仕込みした。pHが2.0未満に達するまで、その反応を実施した。これには8時間を要した。次いで、得られたヘマタイト核懸濁液を冷却して周囲温度とし、容器の中へ小分けした。次いで、容器の中の核を完全に撹拌してから、必要な量のヘマタイト核濃縮物を抜き出し、Penniman析出のために使用した。そのヘマタイト核の濃度は、(Feとして)130g/Lであった。
硝酸鉄(II)溶液の製造
約1mmの厚みを有する鉄のシート62kgを、網目トレー(目開き、約10mm)、スパージ・リング(反応機の底部)、ポンプ循環、および傾斜ブレード攪拌機を備えた1mの反応機に入れた。スパージ・リングおよび攪拌機は網目トレーより下に設置し、ポンプ循環の出口は、鉄ベッドの側面に位置させ、ポンプ循環の取り入れ口は、反応機の底部に位置させる。その鉄シートは、網目トレーの上に均質に分散させた。次いで、423kgの脱イオン水を導入し、120rpmで撹拌した(3.2m/s、傾斜ブレード攪拌機、直径50cm、入力:0.6kW/バッチ容積(m))。重量で25%強度の硝酸277kgを、200分かけて計量仕込みした。pHが5.0に達するまで、その反応を実施した。これには15時間を要した。次いで、得られた硝酸鉄(II)溶液を冷却して周囲温度とし、容器の中に小分けした。24時間の沈降時間の後、上側相(クリア相)を黄色/褐色の沈降物から分離し、次いでPenniman析出で使用した。硝酸鉄(II)の濃度は120g/Lであった。
例1
約1mmの厚みを有する鉄のシート55kgを、網目トレー(目開き、約10mm)、スパージ・リング(反応機の底部)、ポンプ循環、および傾斜ブレード攪拌機を備えた1mの反応機に入れた。スパージ・リングおよび攪拌機は網目トレーより下に設置し、ポンプ循環の出口は、鉄ベッドの側面に位置させ、ポンプ循環の取り入れ口は、反応機の底部に位置させる。その鉄シートは、網目トレーの上に均質に分散させた。次いで、脱イオン水および硝酸鉄(II)を、容積が510リットルに達し、硝酸鉄(II)の濃度が(無水の硝酸鉄として計算して)62g/Lとなるような量で導入した。全反応時間の間その混合物を、攪拌機(80rpm、2.1m/s、傾斜ブレード攪拌機、直径50cm、入力0.31kW/バッチ容積(m))の手段により混合した。硝酸鉄(II)溶液を添加してから1時間後に、130g/Lの濃度(Fe規準)を有するヘマタイト核懸濁液の161リットルを添加し、その混合物を加熱して85℃とした。85℃で1時間経ってから、800L/hの空気を用いたスパージングを開始した。それに加えて、反応pHを2.2〜2.4の範囲に維持するために、必要があれば、スパージ・リングを介して2m/hの窒素を導入した(pH値が2.2のところで窒素スパージングを開始し、pH2.4のところで再び停止する)。
反応の途中で、4時間間隔で、1リットルの懸濁液サンプルを採取し、それらをサクションフィルターで濾過し、脱イオン水を用いて洗浄した。その洗浄操作は、濾液の導電度が1000μS/cmになるまで続けた。次いで、そのフィルターケーキを80℃で乾燥させて、残存湿分含量を5重量%未満とし、その表面コーティング系における色を測定した(色の試験の詳細については、方法の項参照)。所望の色空間に到達したら、その反応混合物を硫酸鉄(II)(29リットル、206g/LのFeSOを含む)と混合し、次いで、フィルタープレスで濾過し、そのようにして得られたヘマタイト顔料を、濾液の導電度が1000μS/cmとなるまで、脱イオン水で洗浄した。次いでそのヘマタイト顔料を、80℃で乾燥させて、残存湿分含量を5重量%とする。次いでその乾燥させたフィルターケーキを、シュレッダーの手段により、機械的に微粉砕する。これにより、ヘマタイト顔料が、粉体の形態で、81.0kgの収量で得られた。全反応時間は185時間であった。上に記述した方法を用いて、色の試験を実施した。その乾燥させた顔料の塩化物含量が0.006重量%であることが見出された。ペースト粘度試験における粘度は以下のとおりであった:0.358Pa・s(500/s)、0.341Pa・s(1000/s)、0.337Pa・s(1500/s)、および0.344Pa・s(2000/s)。
例2(比較例)
約1mmの厚みを有する鉄のシート55kgを、網目トレー(目開き、約10mm)、スパージ・リング(反応機の底部)、ポンプ循環、および傾斜ブレード攪拌機を備えた1mの反応機に入れた。スパージ・リングおよび攪拌機は網目トレーより下に設置し、ポンプ循環の出口は、鉄ベッドの側面に位置させ、ポンプ循環の取り入れ口は、反応機の底部に位置させる。その鉄シートは、網目トレーの上に均質に分散させる。次いで、脱イオン水および硝酸鉄(II)を、容積が510リットルに達し、硝酸鉄(II)の濃度が(無水の硝酸鉄として計算して)62g/Lとなるような量で導入した。全反応時間の間その混合物を、攪拌機(80rpm、2.1m/s、傾斜ブレード攪拌機、直径50cm、入力0.31kW/バッチ容積(m))の手段により混合した。硝酸鉄(II)溶液を添加してから1時間後に、130g/Lの濃度(Fe規準)を有するヘマタイト核懸濁液の161リットルを添加し、その混合物を加熱して85℃とした。85℃で1時間経ってから、800L/hの空気を用いたスパージングを開始した。反応の際のpHを図1に示している。反応の途中で、4時間間隔で、1リットルの懸濁液サンプルを採取し、それらをサクションフィルターで濾過し、脱イオン水を用いて洗浄した。その洗浄操作は、濾液の導電度が1000μS/cmになるまで続けた。次いで、そのフィルターケーキを80℃で乾燥させて、残存湿分含量を5重量%未満とし、その表面コーティング系における色を測定した(色の試験の詳細については、方法の項参照)。所望の色空間に到達したら、その反応混合物を硫酸鉄(II)(29リットル、206g/LのFeSOを含む)と混合し、次いで、フィルタープレスで濾過し、そのようにして得られたヘマタイト顔料を、濾液の導電度が1000μS/cmとなるまで、脱イオン水で洗浄した。次いでそのヘマタイト顔料を、80℃で乾燥させて、残存湿分含量を5重量%とする。次いでその乾燥させたフィルターケーキを、シュレッダーの手段により、機械的に微粉砕する。これにより、ヘマタイト顔料が、粉体の形態で、76.0kgの収量で得られた。全反応時間は96時間であった。表面コーティング試験においては、純色においては29.5CIELAB単位のa値、そして淡色化においては25.1CIELAB単位のaが測定された。したがって、a値の合計は、54.6CIELAB単位である。上に記述した方法を用いて、表面コーティング試験を実施した。
好ましい実施態様においては、本発明において使用される酸化鉄赤色顔料はさらに、それらを水性顔料濃縮物の形態で作製し、次いで、水性アクリレート分散体を使用して表面コーティング組成物に転換させると、一段と高いミリング安定性を有している。
[実施例]
使用した測定方法の説明
ミリング安定性についての試験は、たとえば、例1からの顔料を含む顔料濃縮物、表面コーティングバインダー、および淡色化のための白色表面コーティングからなる、3段階の系で実施した。
測色評価のためには、顔料濃縮物をまず、以下のような、異なった分散程度で作製した;第一には、高速ミキサーDispermat FM 10 SIP(Getzmann製)の手段で10分間、そして第二には、直径3mmのガラスビーズを使用した、ペイントミキサーのRM 500(Olbrich know how(D−58675,Hemer)製)の手段で30分間。次いでその顔料濃縮物を、水性アクリレートバインダーの中で二次加工して、表面コーティング組成物とした。淡色化の試験をするために、このようにして作製した表面コーティングバインダーを有する顔料濃縮物を、次いで、白色濃縮物と混合し、24時間貯蔵した。次いでその淡色化させた表面コーティングを、白色の板紙に200μmの層厚で塗布した。24時間後に、Datacolor SF 600分光色彩計の上で、測色を実施した。DIN EN ISO 11664−4(2011−07)およびDIN 5033 Part7に準拠した方法により、色差を測定した。
ミリング安定性は、規準としてのDispermat FM 10 SIPの手段によって10分間高速分散させて作製した淡色化表面コーティングと、サンプルとしての、ペイントミキサーRM 500を30分間使用した後での淡色化表面コーティングとで測定した全色差dEabから求める。
顔料濃縮物の製造
例1からの顔料を含む水性顔料濃縮物を、67%の顔料濃度で作製した。分散させるためには、バッチサイズに適した容器の中に顔料調製物を入れ、当業者に公知の方法で均質化させた。顔料を添加した後で、10%強度の水酸化ナトリウム溶液を、当業者に公知の方法で添加することによって、そのpHを8.5±0.2に設定する。
測定のために使用した顔料濃縮物は、以下の組成(単位、重量%)を有している:
蒸留水 25.4
Dispex Ultra PX 4575 6.7
Lucrafoam DNE 01 0.5
Deuteron VT 819 0.2
Preventol D7 0.2
例1からの顔料 67.0。
ここで使用される成分は、以下のものである:
Dispex Ultra PX 4575:アクリレートベースのブロックコポリマー、BASF SE Formulation Additives(Germany)製、
Lucrafoam DNE 01:鉱油系消泡剤、LEVACO Chemicals GmbH(Germany)製、
Deuteron VT 819:アニオン性ヘテロ多糖類(キサンタンゴム)、Deutron GmbH(Germany)製、
Preventol D7:イソチアゾリノンを含む配合物、LANXESS Deutschland GmbH。
表面コーティング組成物バインダー
水性アクリレート分散体のAlberdingk(登録商標)AC 2025(Alberdingk Boley GmbH(Germany)製)を、表面コーティング組成物を作製するためのバインダーとして使用した。
淡色化のための白色ペーストの調製
淡色化のための白色二酸化チタンペーストを、70%の顔料濃度で作製した。分散させるためには、バッチサイズに適した容器の中に顔料調製物を入れ、当業者に公知の方法で均質化させた。顔料を添加した後で、10%強度の水酸化ナトリウム溶液を、当業者に公知の方法で添加することによって、そのpHを8.5±0.2に設定し、そして高速ミキサーのDispermat FM 10 SIP(Getzmann製)の中、3000rpmで15分かけて、分散させる。
測定のために使用した白色ペーストは、以下の組成物(単位、重量%)を有している:
蒸留水 22.4
Dispex Ultra PX 4575 5.3
Lucrafoam DNE 01 0.5
Deuteron VT 819 0.1
Preventol D7 0.2
Sachtleben R−KB−2 70.0
ここで使用される成分は:
Dispex Ultra PX 4575:アクリレートベースのブロックコポリマー、BASF SE Formulation Additives(Germany)製、
Lucrafoam DNE 01:鉱油系消泡剤、LEVACO Chemicals GmbH(Germany)製、
Deuteron VT 819:アニオン性ヘテロ多糖類(キサンタンゴム)、Deutron GmbH(Germany)製、
Preventol D7:イソチアゾリノンを含む配合物、LANXESS Deutschland GmbH。
Sachtleben R−KB−2:ミクロ化二酸化チタン(ルチル)、Sachtleben Pigment GmbH(Germany)製。
この方法で作成した顔料濃縮物、表面コーティングバインダー、および淡色化のための白色ペーストを、以下の比率で混合し、そしてFAS 500ペイント混合機(Lau製)の中で20分かけて均質化させた。
例1からの顔料対Sachtleben R−KB−2の比率、1:1
2.55gの顔料濃縮物+15gの表面コーティングバインダー+2.44gの白色ペースト
例1からの顔料対Sachtleben R−KB−2の比率、1:5
0.86gの顔料濃縮物+15gの表面コーティングバインダー+4.14gの白色ペースト
例1からの顔料対Sachtleben R−KB−2の比率、1:10
0.47gの顔料濃縮物+15gの表面コーティングバインダー+4.53gの白色ペースト
評価
測色の評価は、以下の標準に基づいて実施する:
DIN EN ISO 11664−4 (2011−07)(Colorimetric determination of colour numbers and colour differences in the approximately uniform CIELAB colour space)
DIN 5033 Part 7(Colorimetry,measurement conditions for body colours;light type C as defined under point 2.1.1;measurement geometry d/8゜ as defined under point 3.2.3)
EN ISO 787−25:2007(General methods of test for pigments and externders − Part 25:Comparison of black and coloured pigments;colorimetric method(ISO 787−25:2007)。
例1からのヘマタイト顔料対二酸化チタンを異なった比率で使用した、淡色化の表面コーティング試験における全色差dEabを、以下の表2に示す。
本発明に従って使用した酸化鉄赤色顔料は、例1からの顔料対Sachtleben R−KB−2の比率が1:1の場合には、0.3以下のdEab、1:5の比率の場合には、0.6以下のdEab、そして1:10の比率の場合には、0.6以下のdEabの全色差を有している。
顔料TiOの比率が1:1のときに、0.4未満の全色差dEabを有しているのが好ましい。

Claims (12)

  1. ヘマタイト顔料の使用であって、その表面コーティング試験における純色および淡色化のa値を合計したものが、58.0〜61.0CIELAB単位、好ましくは58.0〜60.0CIELAB単位、より好ましくは58.5〜61.0CIELAB単位、より好ましくは58.5〜60.0CIELAB単位、特に好ましくは59.0〜61.0CIELAB単位、より特に好ましくは59.0〜60.0である、水性で、二酸化チタン含有調製物を製造するための、ヘマタイト顔料の使用。
  2. 前記ヘマタイト顔料が、変態形のα−Feを含む、請求項1に記載の使用。
  3. 前記ヘマタイト顔料が、0.1〜0.3μmの粒径を有する、請求項1または2に記載の使用。
  4. 前記ヘマタイト顔料の少なくとも80重量%が、0.1〜0.3μmの粒径を有する、請求項3に記載の使用。
  5. 前記ヘマタイト顔料が、ペースト粘度試験においてニュートニアン流動挙動を有し、500/s、1000/s、1500/s、および2000/sの剪断速度でそれぞれ測定した粘度が、500/s、1000/s、1500/s、および2000/sの剪断速度で測定した算術平均から10%以下、好ましくは5%以下しか違っていないことを特徴とする、請求項1〜4の少なくとも1項に記載の使用。
  6. 前記ヘマタイト顔料が、少なくとも1種の酸素含有ガスの存在下、70〜99℃の温度で、鉄と、100nm以下の粒径および40m/g〜150m/gのBET比表面積(DIN 66131に従って測定)を有するヘマタイト核を含むヘマタイト核懸濁液と、硝酸鉄(II)溶液との反応によって得ることが可能であり、酸素含有ガスを導入する際の前記反応を、pH2.2〜pH4.0、好ましくはpH2.2〜pH3.0のpH範囲で起こさせて、ヘマタイト顔料懸濁液を製造することを特徴とする、請求項1〜5の少なくとも1項に記載の使用。
  7. 二酸化チタンが、ルチルタイプとして使用されることを特徴とする、請求項1〜6の少なくとも1項に記載の使用。
  8. 前記水性調製物に、
    50〜60%の請求項1に記載のヘマタイト顔料、および二酸化チタン、
    8〜25%のバインダー、
    0.2〜1%の分散剤、
    0.5〜1%の助剤、および
    バランス量の水、
    を含むことを特徴とする、請求項1〜7の少なくとも1項に記載の使用。
  9. 前記水性調節物に、少なくとも1種の有機バインダーが含まれることを特徴とする、請求項1〜8の少なくとも1項に記載の使用。
  10. 水性の、二酸化チタン含有調製物を製造するためのプロセスであって、
    少なくとも
    A)請求項1において定義されたヘマタイト顔料、
    B)二酸化チタン、および
    水、ならびに場合によっては有機バインダー、
    を混合することを特徴とする、プロセス。
  11. 顔料調製物であって、少なくとも、
    A)請求項1において定義されたヘマタイト顔料、
    B)二酸化チタン、および

    を含む顔料調製物。
  12. 少なくとも1種の有機バインダーを含む、請求項11に記載の顔料調製物。
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