CH658667A5

CH658667A5 - Verfahren zur herstellung von farbstoffgranulaten.

Info

Publication number: CH658667A5
Application number: CH2188/84A
Authority: CH
Inventors: Dieter Schneider
Original assignee: Ciba Geigy Ag
Priority date: 1984-05-04
Filing date: 1984-05-04
Publication date: 1986-11-28
Also published as: FR2563837A1; JPH0641567B2; JPS60240767A; GB2158084B; FR2563837B1; GB8511086D0; GB2158084A; DE3515797A1; US4624678A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Farbstoffgranulaten sowie die nach dem Verfahren hergestellten Granulate.

Granulate weisen gegenüber pulverförmigen Handelsformen eine Reihe von Vorteilen auf. So sind diese insbesondere staubarm bis staubfrei, haben ein hohes Schüttgewicht und bilden während der Lagerung keine Klumpen, sondern sind auch noch nach Jahren rieselfähig. Aufgrund dieser Vorteile haben Granulierverfahren inzwischen auch im Bereich der Farbstofformulierung eine breite Anwendung gefunden. Wichtige Granulierverfahren sind z.B. die Sprüh- und Auf-baugranulierung oder auch die Schmelzgranulierung, sowie die Granulierung im Wirbelbett.

Mit der Entwicklung leistungsfähiger Sprüh- und Wirbelbetttrockner konnte sich die Sprühgranulierung wie auch die Granulierung im Wirbelbett in den letzten Jahren in steigendem Mass gegenüber konventionellen Trocknungsverfahren durchsetzen. Vor allem die kontinuierliche Arbeitsweise, wie auch der hohe Produktdurchsatz sind die wesentlichen Vorteile dieser Trocknungsverfahren. Hinzu kommt, dass ein Granulat mit relativ enger Korngrösseverteilung erhalten wird, wobei sich die Grösse der Körner leicht steuern lässt. Nachteil dieser Verfahren, insbesondere der Sprühtrocknung, ist jedoch, dass vielfach ein nicht hinreichend abriebfestes, eher poröses Granulat entsteht, so dass sich während des Transports ein feiner Abrieb bildet, der sich bei der Anwendung derartiger Produkte in der Färberei als äusserst störend bemerkbar macht.

Um dem entgegenzuwirken und eine Staubbildung möglichst zu unterbinden, wird beispielsweise in der DE-OS 2 656 408 vorgeschlagen, dem Sprühslurry ein Haftmittel und ein Entstäubungsmittel zuzusetzen, wobei letzteres auch auf das bereits getrocknete Produkt aufgesprüht werden kann. Als Staubbindemittel werden hier Tenside empfohlen, was dazu führt, dass die so formulierten Farbstoffe Färbeflotten ergeben, die zum Schäumen neigen. Auch die Anwendung von Staubbindemitteln auf Mineralölbasis brachte nicht den gewünschten Erfolg, da vielfach keine anhaltende Staubbindung erreicht werden konnte.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es somit, ein Verfahren zu entwickeln, wonach mittels Sprüh- bzw. Wirbelbetttrocknung permanent staubgebundene Farbstoffgranulate erhalten werden, die sich rasch in der Färbeflotte lösen bzw. gut dispergierbar sind und während des Färbens keine Schaumbildung hervorrufen.

Erreicht wird dieses Ziel dadurch, dass man den wässrigen 5 Farbstoffslurry, der gegebenenfalls noch weitere in Farbstoffformulierungen übliche Zusätze enthält, mit einem Polyäthylenglykol versetzt, dessen Schmelzpunkt im Bereich von 40° bis 200 °C liegt. Derartige Polyäthylenglykole werden im heissen Luftstrom des Trockners verflüssigt und bewirken ein io Verkleben der Farbstoffpartikel während des Trocknungsvorganges, bzw. es entsteht eine Lösung oder Suspension des Farbstoffs in der Polyäthylenglykolschmelze, je nach Mengenverhältnis Farbstoff zu Polyäthylenglykol. Das Polyäthylenglykol wirkt demnach als Bindemittel bzw. polymere Mais trix und ermöglicht so die Herstellung permanent staubgebundener rieselfahiger Granulate.

Gegenstand vorliegender Erfindung ist somit ein Verfahren zur Herstellung von Farbstoffgranulaten durch Anschlämmen und/oder lösen von Farbstoff und gegebenenfalls 20 weiteren Zusätzen in Wasser und Trocknen der Suspension bzw. Lösung im Sprüh- oder Wirbelbetttrockner, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man die Lösung oder Suspension vor der Trocknung mit einem im Bereich von 40° bis 200 °C schmelzenden Polyäthylenglykol versetzt. 25 Verwendet werden vor allem solche Polyäthylenglykole, die ein Molgewicht von 1.000 bis 40.000, insbesondere 1.500 bzw. 20.000 aufweisen.

Derartige Polyäthylenglykole schmelzen im Bereich von 40 bis 60 °C. Es versteht sich von selbst, dass bei temperatur-30 empfindlichen Farbstoffen der Schmelzpunkt des verwendeten Polyäthylenglykols unterhalb der Zersetzungstemperatur des zu granulierenden Farbstoffs liegen muss.

Ein wesentliches Merkmal des vorliegenden Verfahrens ist, dass bereits mit relativ wenig Polyäthylenglykol stabile 35 Granulate erhalten werden. Besonders bei niedrig schmelzenden kationischen Farbstoffen kommt man zum Teil mit weniger als 20 Gew.-% Polyäthylenglykol aus, bezogen auf Farbstoff. Vorteilhaft verwendet man auf 1 Teil Farbstoff 0,1 bis 1 Teil, insbesondere 0,3 bis 0,7 Teile Polyäthylenglykol. 40 Als Farbstoffe, worunter auch optische Aufheller zu verstehen sind, kommen in erster Linie wasserlösliche z.B. saure Farbstoffe in Betracht, wie Nitro-, Aminoketon-, Keton-imin-, Methin-, Nitrodiphenylamin-, Chinolin-, Aminonaph-thochinon- oder Cumarinfarbstoffe und insbesondere An-45 thrachinon- und Azofarbstoffe, wie Monoazo- und Disazo-farbstoffe.

Derartige Farbstoffe enthalten eine oder mehrere anionische wasserlöslichmachende Gruppen, wie z.B. eine Carbon-säure- oder insbesondere eine Sulfonsäuregruppe, und liegen so im allgemeinen in ihrer Salzform vor, wie z.B. als Lithium-, Natrium-, Kalium- oder Ammoniumsalz.

Insbesondere eignet sich das vorliegende Verfahren zur Grauzlierung wasserlöslicher kationischer Farbstoffe, bzw. optischer Aufheller, welche den verschiedensten chemischen 55 Klassen angehören können.

Es handelt sich um Salze, beispielsweise Chloride, Sulfate, Methosulfate oder Oniumchloride oder Metallhalogenid- beispielsweise Tetrachlorozinkat-Salze von Azofarbstoffen, wie Monoazo-, Disazo- und Polyazofarbstoffen; ferner um An-6o thrachinonfarbstoffe, Phthalocyaninfarbstoffe, um Diarylmethan- und Triarylmethanfarbstoffe, um Methin-, Polymethin- und Azomethinfarbstoffe, um Thiazol-, Keton-imin-, Acridin-, Cyanin-, Nitro-, Chinolin-, Benzimidazol-, Xanthen-, Azin-, Oxazin-, Thiazin- und Triazenfarbstoffe, «s welche im Molekül mindestens ein quaternäres Stickstoff-atom enthalten.

Neben wasserlöslichen Farbstoffen kommen auch in Wasser schwerlösliche bis unlösliche Farbstoffe in Frage. Kolori-

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stisch gesehen handelt es sich hier beispielsweise um Schwefel- Zur Sprühtrocknung oder auch Zerstäubungstrocknung farbstoffe oder Pigmentfarbstoffe, vor allem jedoch um Dis- wird die Farbstofflösung bzw. -suspension (der Sprühslurry) persions und in erster Linie um Küpenfarbstoffe, die che- über eine zur Erzeugung von Tropfen gewünschter Grösse gemiseli den verschiedensten Klassen angehören. eignete Vorrichtung (z.B. Düse, Zertropfer, Schwinger oder Bei den Dispersionsfarbstoffen handelt es sich beispiels- 5 rotierende Scheibe) in den Trockner eingegeben. Die Gaseinweise um von Carbon- und/oder Sulfonsäuregruppen freie gangstemperatur des Trockners liegt bei 110° bis 200 °C, die Nitro-, Aminoketon-, Ketonimin-, Methin-, Polymethin-, Di- Gasausgangstemperatur bei 50° bis 150 °C, dabei bewegt sich phenylamin-, Chinolin-, Benzimidazol-, Xanthen-, Oxazin-, das zerstäubte Trockengut zweckmässigerweise in Richtung Aminonaphthochinon oder Cumarinfarbstoffe und insbeson- der Trocknungsluft (Gleichstromführung).

dere um Anthrachinon- und Azofarbstoffe, wie Mono- oder i0 Die Trocknung wird so gestaltet, dass die Produkttempe-Disazofarbstoffe. Bei den Küpenfarbstoffen handelt es sich ratur nicht über einen spezifischen kritischen Grenzwert um Farbstoffe, die in fester, dispergierter Form auf das Ge- steigt, oberhalb dessen das Granulat irreversible Veränderun-webe aufgebracht werden und nach dem Entwickeln wieder in gen erleidet. Man erhält ein rieselfähiges Granulat mit hohem wasserunlöslicher Form vorliegen. Schüttgewicht, das sich ohne Schwierigkeiten aus dem Trock-

Nach dem erfindungsgemässen Verfahren können neben 15 ner austragen und verpacken lässt.

Einzelfarbstoffen natürlich auch Farbstoffmischungen granu- Die Wirbelbett- oder Wirbelschichttrocknung kann bei-liert werden, wobei auch Kombinationen von in Wasser un- spielsweise in einer Anlage durchgeführt werden, wie sie in löslichen bzw. schwerlöslichen Farbstoffen mit wasserlös- der DE-OS 2 231 445 beschrieben ist. Danach wird die hilfs-lichen Farbstoffen in Frage kommen, sofern die Granulate mittelhaltige Farbstofflösung bzw. -suspension kontinuierlich zum Färben von Mischgewebe z.B. aus Polyester/Baumwolle 20 auf ein Wirbelbett aus granuliertem Farbstoff gedüst. Das verwendet werden sollen. entstehende Granulat wird aus dem Wirbelbett unter an-

Eingesetzt werden die Farbstoffe z.B. in Form des wasser- schliessender Trennung von Grob- und Feinanteil laufend abfeuchten Presskuchens, der Syntheselösung oder -suspension, gezogen, wobei der Feinanteil und der Grobanteil, gegebe-der Syntheseschmelze, als wasserhaltiges Öl oder auch als nenfalls nach Zerkleinerung, in das Wirbelbett zurückgeführt trockenes Pulver. 25 werden.

Je nach Wassergehalt des Farbstoffes benötigt man noch Das Wirbelbett wird durch einen Gasstrom erzeugt, der mehr oder weniger Wasser, um einen dünnflüssigen Sprüh- vorzugsweise eine Eingangstemperatur von 70° bis 300 °C slurry herzustellen, der sich gut pumpen und problemlos ver- aufweist, wobei die Temperatur im Wirbelbett vorteilhaft 50 sprühen lässt. Demnach wird der Farbstoff vor der Trock- bis 200 C beträgt.

nung mit der nötigen Menge Wasser versetzt und in der so er- 30 Die Wirbelbett-Druckdifferenz (Ap) beträgt dabei vor-haltenen Lösung oder Suspension mit einem Feststoffanteil zugsweise 0,5 bis 1,5 kPa und die Strömungsgeschwindigkeit von 100 bis 700 g/1, die entsprechende Menge an Polyäthylen- 0,5 bis 3 m/sec.

glykol gelöst. Natürlich kann auch eine wässrige Polyäthylen- Die Wirbelbett-Temperaturdifferenz (AT) liegt normaler-glykollösung vorgelegt und die entsprechende Menge an weise im Bereich von 5 bis 15 °C. Die Leistung kann je nach

Farbstoff darin gelöst bzw. dispergiert werden. Dank der Ver- 35 Apparatur und Produkt entsprechend angepasst werden, wendung von Polyäthylenglykol erhalt man einen niedervis- Vorteilhaft wird eine Apparatur mit 2,5 m2 Siebbodenfläche kosen Sprühslurry, dessen Viskosität auch bei Temperaturän- verwendet, die mit einer Leistung von 100 bis 400 Kilogramm derungen nicht ansteigt, da das Polyäthylenglykol eine Rekri- kontinuierlichen Ausstoss an granuliertem Produkt pro stallisation des gelösten Farbstoffs wirksam verhindert. D.h. Stunde gefahren wird. Die angegebene Leistung wird durch der erfindungsgwesentliche Polyäthylenglykolzusatz bringt 40 die entsprechenden Mengen an eingedüstem Farbstoffslurry nicht nur Vorteile im Hinblick auf die Eigenschaften des her- erreicht.

gestellten Granulats, sondern erleichtert darüberhinaus auch die Durchführung des Verfahrens und bringt so ein Mehr an Nach beiden Trocknungsverfahren erhält man ein staub-

Verfahrenssicherheit und Reproduzierbarkeit. freies Granulat mit einer Korngrösse zwischen 0,04 und

Häufig sind noch weitere Zusätze z.B. eine Coupagezu- 45 1,00 mm, das sich auszeichnet durch eine enge Korngrösse-gabe zum Sprühslurry erforderlich, um den Farbstoff auf Verteilung, ein hohes Schüttgewicht, eine hohe mechanische Handelsstärke einzustellen. Diese Coupagemittel sollen die Festigkeit; das Granulat ist freifliessend, verklumpt nicht, ist Eigenschaft haben, unter den vorgegebenen Bedingungen gut benetzbar und löst sich gut in warmem Wasser. Bei Trans-trocknungsfähig zu sein, ferner dürfen sie nicht mit dem Färb- port und Lagerung bildet sich kein Staub.

stoff in Wechselwirkung treten. Besonders bewährt haben so sich Natriumchlorid, Kaliumsulfat, Natriumsulfat, Zucker- Von beiden Trocknungsverfahren ist im vorliegenden die derivate, wie z.B. Dextrin; Knochenleim oder Ammonium- Sprühtrocknung bevorzugt.

chlorid, bzw. Ammoniumsulfat, ferner anionische Disperga- Die erfindungsgemässen Farbstoff-Granulate sind beson-

toren, wie Ligninsulfonat oder Naphthalinsulfonsäure-Form- ders geeignet zur Herstellung von wässrigen Färbeflotten und aldehydkondensat. 55 Druckpasten, welche zum Färben und Bedrucken der ver-

Neben der Coupagezugabe kann die Farbstofflösung schiedensten für die jeweilige Farbstoff klasse geeigneten Tex bzw. -suspension vor der Sprühtrocknung natürlich noch mit tilmaterialien verwendet werden können.

weiteren, in festen Formulierungen üblicherweise enthaltenen Das folgende Beispiel dient der Erläuterung der Erfin-Zusätzen versetzt werden. In Frage kommen z.B. solche, wel- dung; Teile bedeuten Gewichtsteile und Prozente Gewichts-che die Wasserlöslichkeit, die Lösungsgeschwindigkeit und 60 prozente.

die Stabilität der Granulate verbessern, wie beispielsweise Nicotinsäure- oder Methacrylsäureamid; oder solche, die zur

Einstellung eines optimalen pH-Wertes dienen, wie z.B. bei Beispiel

Zimmertemperatur feste organische Säuren, wie p-Toluolsul- 450 Teile Polyäthylenglykol mit einem Molgewicht von fonsäure, Maleinsäure und Monochloressigsäure; oder sol- «s 5000-6000 und einem Schmelzpunkt von 55 °C werden bei che, die der Verbesserung der festen Form des Granulates die- Raumtemperatur in 1050 Teilen Wasser gelöst. In diese Lö-nen, wie hochdisperse Siliziumdioxide, Aluminiumoxide oder sung trägt man 714 Teile Farbstoffpresskuchen (Feststoffge-Mischoxide. halt 70%) des kationischen Farbstoffs der Formel

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Der Farbstoff wird in der Polyäthylenglykollösung suspendiert und die Suspension (Feststoffgehalt ca. 45%) anschliessend sprühgetrocknet. Die Trocknung erfolgt in einem mit einer Zerstäuberscheibe ausgerüsteten Sprühtrockner bei einer Lufteintrittstemperatur von 140 °C und einer Luftaustrittstemperatur von 80 °C. Der Farbstoffslurry wird bei einem Druck von 2 bis 3 bar versprüht; der Durchsatz beträgt 180 bis 220 Teile/Stunde. Man erhält 1000 Teile Farbstoffgranulat mit einer Restfeuchte von 5%. Das Granulat ist praktisch staubfrei und erhält im nachfolgend angegebenen Staubtest die Note 4 bis 5. Das Granulat hat eine Heisswasserlös-lichkeit von 120 g/1. Das Farbstoffgranulat ist in der Anwendung schaumfrei.

Das Staubverhalten wird anhand des folgenden Tests beurteilt:

Auf einen Metallzylinder von 500 ccm Inhalt wird ein Metalltrichter mit einem lichten Durchmesser von 10 cm und einem Rohr (lichter Durchmesser 15 mm) gesetzt, dessen unteres Rohrende bis zur 200 ccm-Grenze des Zylinders reicht. Auf der Höhe von 400 ccm des Zylinders wird ein gelochtes Papier-Rundfilter (Schleicher & Schuell LS 14) befestigt, das mit Wasser derart angefeuchtet ist, dass das Filterpapier nur mässig feucht, aber nicht triefend nass ist. Dann werden 10 g der zu prüfenden Substanz durch den Trichter rasch einge-15 schüttet, 3 Minuten gewartet, der Trichter herausgenommen und das Papierrundfilter durch Durchschneiden entfernt. Dieses Filterpapier wird dann mittels einer 5 wertigen Bewertungsskala wie folgt bewertet:

20 Note 1 = stark stäubend, wenn Papierrundfilter stark getönt bis intensiv gefärbt ist;

Note 2 = erheblich stäubend, wenn Papierrundfilter schwach getönt ist;

Note 3 = mässig stäubend, wenn sich auf dem Papier-25 rundfilter viele Farbflecken, die sich teilweise berühren, befinden;

Note 4 = schwach stäubend, wenn sich auf dem Papierrundfilter Farbstofftupfen aber keine zusammenhängenden Farbflecken befinden;

30 Note 5 = staubarm, wenn das Papierrundfilter eine kaum sichtbare Anfarbung sondern höchstens vereinzelte Farbstofftupfen aufweist.

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Claims

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1. Verfahren zur Herstellung von Farbstoffgranulaten durch Anschlämmen und/oder Lösen von Farbstoff in Wasser und Trocknen der Suspension bzw. Lösung im Sprühtrockner oder Wirbelbetttrockner, dadurch gekennzeichnet, dass man die Suspension oder Lösung vor der Trocknung mit einem im Bereich von 40° bis 200 °C schmelzenden Polyäthy-lenglykol versetzt.

2. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Polyäthylenglykol mit einem Molgewicht von 1.000 bis 40.000 verwendet.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man das Polyäthylenglykol in einer Menge von 10 bis 100 Gew.-% bezogen auf Farbstoff einsetzt.

4. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man wasserlösliche Farbstoffe granuliert.

5. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man kationische Farbstoffe granuliert.

6. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man zur Trocknung der Farbstofflösung bzw. -sus-pension einen Sprühtrockner verwendet.

7. Farbstoffgranulat erhalten nach dem Verfahren gemäss Anspruch 1.