DE2003755A1

DE2003755A1 - Verfahren zur Herstellung von Russpasten

Info

Publication number: DE2003755A1
Application number: DE19702003755
Authority: DE
Inventors: Dieter Riffel
Original assignee: Degussa GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1970-01-28
Filing date: 1970-01-28
Publication date: 1971-09-23
Also published as: CH564073A5; GB1346816A; DE2003755B2; FR2077097A5

Description

DEUTSCHE GOLD- UND SILBER-SCHEIDEANSTALT VORMALS ROESSLER 6 Frankfurt am Main, Weißfrauenstraße 9

Verfahren zur Herstellung von Rußpasten

Bei der Herstellung schwarzer Druckfarben ist die Qualität neben dem Schönungsmittel abhängig von Ruß und Bindemittel. Für die diversen Einsatzgebiete (Buchdruck, Offset, Siebdruck, Heatset, Quickset, Hochglanz usw.) wird oft mit einem hochwertigen Ruß und unterschiedlichem Bindemittel der gewünschte Farbtyp gefertigt.

Schwarze Druckfarben enthalten zwischen 8 und 25 $ Ruß. Um den sehr feinteiligen Ruß gut zu benetzen und zu verteilen, sind bei der Dispergierung hohe Scherkräfte erforderlich, die bei der Herstellung konzentrierter Rußpasten erreicht werden.

Bei der Herstellung von Rußpasten, Druckfarben und Lackfarben spielen der Agglonerationsgrad und die Dispergierung des Rußes in den jeweiligen Bindemittelsystemen eine entscheidende Rolle. Gute Dispergierung ist die Voraussetzung für eine gleichmäßige Verteilung des Rußes in dem Bindemittel. Der Agglomerationsgrad des Rußes beeinflußt die erzielbare Farbtiefe und Deckkraft.

Derartige Pasten sollen möglichst universell einsetzbar sein, damit bei der Weiterverarbeitung zu Druckfarben entsprechende Modifizierungen auf den gewünschten Farbtyp möglich sind. Je höher diese Pasten in der Rußkonzentration liegen, desto größer ist die Möglichkeit, mit Firnissen, Füllstoffen, Anschönungen und Hilfsmitteln d^e für den jeweiligen Farbtyp erforderliche Qualität zu erreichen.

Ein Nachteil der bisher bekannten Rußpasten besteht jedoch darin, daß 3olche Pasten in.der Konzentration zu niedrig liegen (handelsübliche Rußpasten bis 35 # Rußgehalt) oder bei höheren Konzentrationen (45 <fo Rußgehalt) keine Pasten, sondern harte, nicht klebende Brocken ergeben. Diese Ruß-Bindemittelbrocken

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müssen vom Verarbeiter mit relativ großen Arbeite- und Kostenaufwand "aufgeschlossen" werden.

Beim Arbeiten in niedrigviskosen Systemen, z. B. Mineralöl oder Leinöl mit geringem oder keinem Harzanteil, können zwar relativ hohe Rußkonzentrationen (max. ^5-50 ^) erzielt werden, die aber Pasten von kurzer Konsistenz und alt hoher Fließgrenze ergeben. Aufgrund dieser rheologischen Gegebenheiten entstehen beim Dispergierungsvorgang zu geringe Scherkräfte, woraus sich eine äußerst schlechte Verteilung und Dispergierung des Rußes ergibt.

Man stand bisher auf dem Standpunkt, daß hoher Rußgehalt und Spachtelfähigkeit nicht, miteinander vereinbar sind, vor allem deshalb, weil sich die für derartige Pasten in Frage kommenden Harze nicht aufgrund ihrer chemischen Daten bestimmen lassen.

Es zeigte sich nun, daß nicht die Art des Bindemittels, d. h. seine chemische Konstitution, entscheidend für die Möglichkeit ist, eine Rußpaste mit hohem Rußgehalt und trotzdem spachtelfähiger Konsistenz zu erhalten, sondern daß durch Zusammenfuhren aufeinander abgestimmter Harze, Öle und Lösungsmittel eine optimale Benetzung erreicht wird, die ausschlaggebend für die Viskosität und die Grindometerfeinheit nach der Dispergierung des Rußes in den Bindemitteln ist.

Ee wurde nun gefunden, daß sich eine spachtelfähige Rußpaste mit einem Rußgehalt von mindestens ^O Gew.^ Ruß herstellen läßt, wenn eine Rußmenge von kO Gew.$ und mehr in solchen natürlichen oder synthetischen Harzen, gegebenenfalls in Gegenwart von in der Pastenherstellung bekannten Kohlenwasserstoffen oder deren Gemischen, dispergiert wird, daß die Viskosität auf weniger als 3000 Poise bei Raumtemperatur und einem Schergefälle von D = 250 see , gehalten und 35 Mikron eingestellt wird.

D = 250 see" , gehalten und die Grindometerfeinheit auf höchstens

Der Erfindungsgedanke liegt also in der Herstellung einer hochprozentigen Rußpaste, die gleichzeitig aber spachtelfähig ist. Hierfür kommen nur bestimmte Viskositäten bei Raumtemperatur

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in Frage. Das angegebene Schergefälle liegt in dem zur Bestimmung der Viskosität üblichen Bereich.

Die Einarbeitung des Rußes in die Harze und Bindemittel erfolgt nach bekannten Dispergierungsverfahren mit den entsprechenden Dispergiermaschinen- siehe Vauck/Müller, Grundoperationen chemischer Verfahrenstechnik, 1966, Seite 2^2, 284 ff., 289 und Seite 295.

Von den Harzen erwiesen sich als besonders geeignet: Alkydharze mit 65-78 Gew.$ Leinöl auf Terephthalsäure-, Isophthalsäure bzw. Urethanbasis mit einer Säuiezahl unter 10 und einer Viskosität von ca. 120 Poise (bei Raumtemperatur).

Bewährt haben sich auch Alkydharze mit ungesättigten Fettsäuren, die frei von Linolensäure sind. Mit den genannten Harzen können gegebenenfalls Hartharze wie Naturasphat, modifizierte Phenolharze, Harzester, Koblenwasserstoffharze, Zinkharze, Zinkkalkharze und Cyclokautschuk gemeinsam eingesetzt werden. Diese Hartharze werden evtl. ebenfalls in den für die Pastenherstellung bekannten organischen Lösungsmitteln gelöst.

Durch einen einfachen Handversuch wird - bei Einhalten der genannten Viskositäts- und Grindometerwerte - die Kombination der betreffenden Ruße, Harze und Lösungsmittel festgestellt, um zu einer Rußpaste mit mindestens ^O Gew.$ Ruß zu kommen.

Als Rußsorten werden die für die Druckfarben üblichen Arten wie Flammrüße, Gasruße und Furnaceruße angewr.ndt, und zwar Ruße mit einem Ölbedarf (Fließpunkt) von 200 - 500 Gew.^, bezogen

ο auf die Rußmenge, und einer BET-Oberfläche von 20 - 250 m /g,

sowie einerTeilchengröße von 20 - 100 Millimikron.

Als Kohlenwasserstoffe oder deren Gemische kommen in Frage trocknende Öle, hoch- oder niedrigviskose Mineralöle im Siedebereich von über 300 C, aliphatische oder aromatische Kohlenwasserstoffe bzw. Petroleumfraktionen im Siedebereich von 100 - 35O C, gegebenenfalls vermischt mit niedrigmolekularen aliphatischen Alkoholen in Mengen bis zu etwa 5 ^.

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Der technische Fortschritt der erfindungsgemäßen Rußpaste liegt darin, daß Pasten mit einem bisher ungewöhnlich hohen Rußgehalt und dabei gleichzeitig geeigneter Konsistenz herstellbar sind. So ist es z. B. möglich, bei entsprechenden Bedingungen in die Paste 68 Gew. $ Ruß einzuarbeiten und unter besonders günstigen Umständen auch noch höhere Mengen.

Die Vorteile einer solchen Paste sind außer der hohen Rußkonzentration eine gute Rußdispergierung, ferner eine einfache Verarbeitbarkeit der Paste, die als Paste universell einsetzbar ist. Es kommt hinzu, daß sich die Paste bei der Verarbeitung genau dosieren läßt und diß sie gegenüber Pulverruß eine geringere Schmutzentwicklung hat.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß beim Verarbeiten dieser Pasten zu Druckfarben eine minimale Verreibung genügt, um die gewünschte Feinheit zu bekommen. Den Rußpasten werden bei der Verarbeitung zu Druckfarben sowieso Schönungsmittel, Firnisse, Füllstoffe und Hilfsmittel zugegeben, die man vorzugsweise im Rührer homogenisiert und anschließend an eine Dreiwalzenpassage, die für die Verreibung der Paste ausreichend ist, in die Lieferbehälter abfüllt.

Werden Ruß, Harze und evtl. Lösungsmittel nicht unter Beachten der angegebenen Viskositäts- und Grindometerwerte ineinander dispergiert, so entstehen ab ko Gew.^Ruß, harte, nicht fließfähige Massen (siehe Abbildung 1), im anderen Fall dagegen verarbeitbare Pasten, (siehe Abbildung Z). Das Einhalten der erfindungsgemäß angegebenen Werte für die Viskosität bei dem genannten Schergefälle und der Grindomoterfeinheit führt allein zu den spachtelfähigen Pasten mit sehr hohem Rußgehalt.

Die Viskosität wurde mit dem Lavay-Viskosiraeter bestimmt. Mit steigendem Schergefülle nimmt die Viskosität der Rußpaste zwangsläufig ab, da naturgemäß eine solche Paste nicht-NEWTON' echesFEießverhalten aufweist. Die Grindometerfeinlieit wurde mit einem Gntidometer gemäß ASTM-D 1210 bestimmt.

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Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele erläutert : Die Mengen sind in Gewichtsprozenten angegeben.

Beispiel 1

In einem Schaufelknet>3r wurden 30 $ Terephthalsäurealkydharz, 20 $ einer Petroleumfraktion mit Siedegebiet von 240 bis 270° C sowie 50 $ Furnaceruß mit einem Ölbedarf von 300 $, einer BET-Oberfläche von 95 m /g und einer Teilchengröße von 25 Millimikron bei Raumtemperatur vermischt. Die Viskosität beträgt nach erfolgter Dispergierung bei D = 250 see."" 110 Poise. Der Grindometerwert liegt unter 22 Mikron. Nach 14 Tagen Stehen betrug die Viskosität 1*f9 Poise.

Beispiel 2

Das Beispiel entsprach Beispiel 1, nur mit dem Unterschied, daß statt des Terephthalsäurealkydharzes Isophthalsäurealkydharz eingesetzt wurde. Die Viskosität betrug 50 Poise bei einem Grindometerwert von 23 Mikron. Nach 14 Tagen betrug die Viskosität k8 Poise.

Beispiel 3

Als Alkydharz wurden hier 30 $ Urethanalkydharz eingesetzt, im übrigen wurde wie in Beispiel 1 verfahren. Die Viskosität betrug 106 Poise, der Grindometerwert 32 Mikron. Nach 14 Tagen hatte sich die Viskosität der Paste auf 132 Poise erhöht.

Beispiel k

Hier wurden 30 $ Linolensäure-freies Alkydharz verwendet unter den sonst gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1. Die Viskosität betrug auf 1450 Poise. Die Grindometerfeinheit betrug 20 Mikron. Nach Ik Tagen war die Viskosität der Paste auf 2648 Poise angestiegen.

Die Beispiele 5-9 wurden ebenfalls unter Bedingungen wie in Beispiel 1 durchgeführt. Das Lösungsmittel war die in Beispiel 1 genannte Petroloumfraktion. Der zweite Viskositätswert wurde auch hier nach 14 tägigem Stehen gemessen. Die Menge des Lösungsmittels war - wenn nicht anders angegeben - 20 $.

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Beispiel 5

30 % Isophthalsäurealkydharz und 50 % Furnaceruß mit einem

Ölbedarf von 33O #, einer BET-Oberfläche von 95 m /g und einer Teilchengröße von 25 Millimikron ergaben eine Paste, die eine Viskosität von 86 Poise und einen Grindometerwert von 15 Mikron aufwies. Der zweite Viskositätswert war 1l2 Poise.

Beispiel 6

Dieses Beispiel entspricht Beispiel 5. Nur wurden als Alkydharz 30 $ Terephthalsäurealkydharz eingesetzt. Die Viskosität wurde gehalten auf 236 Poise_; die Grindomeverfeinheit auf 12 Mikron. Der zweite Viskositätswert lag bei 259 Poise.

Beispiel 7

35 $ IsophthalsäurealkydhPvrz und 4O $ Furnaceruß mit einem Ölbedarf von hOO $>_% einer BET-Oberflache von 95 m""/s ^unc* einer mittleren Teilchengröße von 27 Millimikron wurden eingesetzt. Es wurde gehalten die Viskosität auf 920 Poise und die Grindoroeterfeinheit auf 5 Mikron. Der zweite Viskositätswert lag bei 973 Poise. Das Lösungsmittel war mit 25 $ eingesetzt.

Beispiel 8

30 $ Isophthalsäurealkydharz und 50 $ Furnaceruß mit einem

Ölbedarf von 36O <fi, einer BET-Oberflache von 78 m /g und einer mittleren Teilchengröße von 27 Millimikron wurden eingesetzt. Die Viskosität betrug 1392 Poise und die Grindometerfeinheit 15 Mikron. Der zweite Viskositätswert war auf 13^5 Poise gesunken.

Beispiel 9

Dieses Beispiel entspricht Beispiel 8, nur wurden 25 # Lösungsmittel und k5 io eines Furnacerufles mit einem Ölbedarf von 3OO $ einer BET-Oberflache von 95 m /g und einer Teilchengröße von

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25 Millimikron eingesetzt. Die Viskosität betrug 20 Poise und der Grindometerwert 37 Mikron. Der zweite Viskositätswert war ebenfalls 20 Poise.

Die Beispiele 10 - 12 unterscheiden sich von den vorhergehenden durch den Zusatz von 6,9 ·> Harzester, sowie durch das Messen des zweiten Viskositätswertes nach 6 Vochen.

Beispiel 10

Wie unter Beispiel 1 wurden 25 $ Isophthalsäurealkydharz wie gesagt 6,9 ό Ilarzester -, 18,1 $ des in Beispiel 1 genannten Lösungsmittels und 50 <£ des iri Beispiel 5 verwandten Rußes eingesetzt. Die Viskosität wurde auf 280 Poise gehalten und die Grindoraeterfeinheit auf 50 Mikron. Der Viskositätswert betrug nach 6 Wochen 362 Poise.

Beispiel 11

Dieses Beispiel unterscheidet sich von Beispiel 10 nur durch den Zusatz von 25 $ Terephthalsäurealkydharz anstelle des Isophthalsäurealkydharzes. Die Viskositätswerte betrugen 1370, nach 6 Vochen I287 Poise, der Grindometerwert 100 Mikron.

Beispiel 12

Dieses Beispiel entspricht Beispiel 10, mit Ausnahme des Rußes. Hier wurden 50 $ des in Beispiel 1 genannten Rußes eingesetzt. Die Viskosität betrug 658 Poise, der Grindometerwert 60 Mikron. Der zweite Viskositätswert war 6k6 Poise.

Beispiel 13

Beispiel I3 entsprach Beispiel 11, nur mit dem Unterschied, daß als Ruß der Furnaceruß aus Beispiel 1 in 50 $iger Menge eingesetzt wurde. Die Viskosität betrug I83O Poise, der Grindometerwert 70 Mikron. Nach 1^ tägigem Stehen war die Viskosität auf 1532 Poise gesunken.

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Die in den Beispielen als Lösungsmittel genannte Petroleumfraktion kann durch die auf Seite 3 im letzten Absatz genannten Lösungsmittel ersetzt werden.

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Claims

Patentansprüche

1) Verfahren zur Herstellung von hochkonzentrierten, spachtelfähigen Rußpasten aus natürlicher: und /oder synthetischen Harzen, gegebenenfalls in Gegenwart von in der Pastenherstellung bekannten Kohlenwasserstoffen oder deren Gemischen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens kO Gew.$ Ruß in solchen Harzen dispergiert werden, daß die Viskosität auf weniger als 3000 Poise bei Raumtemperatur und einem Schergefälle von D = 250 sei" gehalten und die Grindometerfeinheit auf höchstens 35 Mikron eingestellt wird.

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ruß ±n einem Alkydharz mit einem Ö'lgehalt von 65 - 78 Gew.$ Leinöl auf Terephthalsäure-, Isophthalsäure,- oder Urethanbasis mit einer Säurezahl unter 10 und einer Viskosität von ca. 120 Poise (bei Raumtemperatur) dispergiert wird.

3) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ruß in ein Alkydharz mit ungesättigten Fettsäuren, die frei von Linolensäure sind, dispergiert wird.

4) Verfahren nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ruß in einem System aus Alkydharzen und einem oder mehreren Hartharzen wie Naturasphalten, modifizierten Phenolharzen, Harzes tern, Kohlenwasserstoffharzen, Zinkharzen, Zinkalkylharzen,oder Cyclokautschuk dispergiert wird.

5) Verfahren nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösungsmittel trocknende Öle, aliphatische oder aromatische Kohlenwasserstoffe bzw. Kohlenwat-serstoffgemische der Petroleumfraktion im Siedebereich von 100 - 350 C oder Mineralöle vom Siedeberoich ab 300 C oder aliphatische Alkohole einzeln oder iin Gemisch untereinander eingesetzt werden,

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6) Verfahren nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß als Ruß Flammruße, Gasrüße oder Furnaceruße mit einem Ölbedarf (Fließpunkt) von 200 - 500 £ und einer BET-Oberfläche von 20 - 250 m /g, sowie einer 1 20 - 100 Millimikron eingesetzt werden.

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fläche von 20 - 250 m /g, sowie einer Teilchenfeinheit von

7-) Spachtelfähige Rußpaste, gekennzeichnet durch eine Dispersion von mindestens kO <?-, Ruß in natürlichen und/oder synthetischen Harzen, gegebenenfalls in Gegenwart von in der Pastenhorsteilung bekannten organischen Lösungsmitteln, mit einer Viskosität von weniger als 3000 Poise bei Raumtemperatur bei einem Schergefälle vcn D = 250 see" und einer Grindometerfeinheit von höchstens 35 Mikron.

8) Spachtelfähige Rußpaste nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen Rußgehalt von kO - 50 Gew.^, bei der der Ruß einen Ölbedarf von 300 - kOO #, eine BET-Oberflache von

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78 - 180 m /g sowie eine Teilchenfeinheit von 25 - 27 Millimikron hat.

9) Spachtelfähige Rußpaste nach Anspruch 7 und 8, gekennzeichnet durch 30 Gew.^ eines Alkydharzes auf Terephthalsäarebasis, 20 Gew.$ einer Petroleurofraktion vom Siedebereich 24O - 270 ° C und 50 Gew.% Furnaceruß mit einem Ölbedarf

2 von 3OO <jb, einer BET-Oberf lache von I80 m /g und einer Teilchengröße von 25 Millimikron.

10) Spachtelfähige Rußpaste nach Anspruch 7 und 8, gekennzeichnet durch 30 Gew.$ eines Alkydharzes auf Isophthalsäurebasis, 20 Gew.$ siner Petroleumfraktion vom Siedebereich 2^0 - 27O ° C und 50 Gew.% Furnaceruß mit einem Ölbedarf

2 von 3OO <fo, einer BET-Oberf lache von 180 ro /g und einer Teilchengröße von 25 Millimikron.

27. Januar 1970
Dr. Schae/Ju

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