DE1592942A1

DE1592942A1 - Verfahren zum verdichten feinzerteilter kieselsaeurehaltiger pigmente

Info

Publication number: DE1592942A1
Application number: DE19661592942
Authority: DE
Inventors: Cloyde George Dye
Original assignee: PPG Industries Inc
Current assignee: PPG Industries Inc
Priority date: 1965-08-12
Filing date: 1966-08-11
Publication date: 1973-08-16
Also published as: BE685441A; NL6611294A; US3441387A; GB1116108A

Description

Pittsburgh Plate Glass Company
Pittsburgh,Pa.,V.St,A.

Verfahren zum Verdichten feinzerteilter kieselsäurehaltiger Pigmente

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Verdichtung kieselsäurehaltiger, feinzerteilter Pigmentstaffe, durch diese Pigmentstoffe in eine kompakte, für den Transport als Massengut geeignete Form gebracht werden.

Kieselsäurehaltige Pigmentstoffe in feinzerteilter Form finden als Rohstoffe auf verschiedenen Gebieten der chemischen Industrie Verwendung. Sie werden vor allem in der Kautschuk-,Papier— und KunststoffIndustrie verarbeitet.

Angesichts des hohen jährlichen Verbrauchs dieser Pigmentstoffe empfehlt sich der Transport als Massengut. Da sie aber in pulvriger Form vorliegen,

ist ein solcher Transport schwierig und unwirtschaftlich. Für die meisten, f grosse Mengen erfordernden Verwendungszwecke müssen die kieselsäurehaltigen Pigmentstoffe leicht dispergierbar sein, das heisst, der Pigmentstoff muss sich während des Verarbeitungsverfahrens in feinverteilter Form einarbeiten lassen. Bisherige Versuche, Pigmentstoffe in eine brauchbare Form zu bringen, in der sie sich für den Transport als Massengut eignen, waren erfolglos.

Die durch Verdichtung dieser Stoffe erhaltenen Briketts waren im allgemeinen zu bröckelig. Nach längerem Transport zerfielen sie nämlich oft übermässig in kleinere Teilchen. Wurden weniger bröckelige Briketts hergestellt, waren diese wegen ihres mangelhaften Disperaionsvermögens unbrauchbar. Beim Einmischen in eine Kautschukmasse zerbrach z.B. dieses Material nicht wieder in einzelne Teilchen oder hinreichend kleine Aggregate oder Agglomerate.

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Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung ist es nun möglich, fein?erteilte kieselsäurehaltige Pigmentstoffe zu Briketts, Kuchen oder Blöcken ?u verdichten, die sich als Massengut transportieren lassen, ohne sie übermässigem Zerfall zu unterliegen. Nach dem erfindungsgemässen Verfahren lassen sich Stoffe diener Art zu einer Form verdichten, in der sie wesentlich weniger bröckelig sind, dabei aber das erforderliche Dispersions— vermögen nicht verlieren« Durch mechanische Einwirkung, die nur wenig stärker ist als die bei ihrem Transport als Massengut auftretenden mechanischen Einflüsse, etwa durch Verreiben zwischen den Fingern, lässt sich der verdichtete Stoff ohne weiteres in Pulver zurückverwandeln,

Erfindungsgemäss kann man Pigmentstoffe durch Konditionieren vor ihrer ^ Verdichtung in eine Form bringen, in der sie sich als Massengut transportieren lassen. Bei der Pigmentstoffverdichtung gemäss der Erfindung wird dem Pigmentmaterial zunächst Luft entzogen. Das entlüfete Pigment wird dann komprimiert. Auf diese Weise wird ein Pigmentstoff in verdichteter Form erhalten, der relativ wenig bröckelt und dabei ein hohes Dispersionsvermögen aufweist. Man kann das Material zu Teilen verschiedener Form und Grosse komprimieren, zweckmässig zu Briketts oder Blöcken einheitlicher Grosse«

Typische Stoffe, die gemäss der Erfindung tablettiert oder komprimiert werden können, sind die Pigmente nach der U.S.Patentschrift Nr. 2 940 830. Diese Pigmente werden durch Umsetzung von Alkalimetallsilikaten mit Säuren

»hergestellt. Die BET-Oberfläche dieser Stoffe liegt normalerweise zwischen 2
75 und 200 m je Gramm. Mit "ΒΕΓ-Oberfläche" wird die nach dem anerkannten Brunauer-Emmett-Teller-Verfahren ermittelte Fläche bezeichnet« Dieses Verfahren ist in "The Journal of the American Chemical Society", Band 60, Seite 309 (1938) beschrieben« Diese Pigmentstoffe sind feinzerteilt und haben eine durchschnittliche Teilchengrösse unter etwa 0,1 Mikron, normalerweise etwa 0,03 Mikron, gemessen unter dem Elektronenmikroskop. Pigmente mit geringerer Oberfläche haben eine Teilchengrösse zwischen 0,05 und 0,4 Mikron,"Diese Stoffe enthalten, berechnet auf wasserfreier Basis (frei von gebundenem und freiem Wasser), gewöhnlich mehr als B5 Gew.-% Kieselsäure. Metalle können dadurch eingearbeitet werden, dass man die Kieselsäure mit einer wässrigen Lösung eines das Metall enthaltenden Salzes in Berührung bringt. In diesem FAlIe kann die Kieselsäure die gleiche Konzentration der eines metallischen Silikats entsprechen«

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Einp charakteristische Analyse eines handelsüblichen, kieselhaltigen Prgm^nt^toffns dieser Art lautet;

Gewichts-^

GiO₂ 67,5

C?D Π,75

R₅P₃ (a1_?U₃ und Fe₉D₃) 0,95

NaCl 1,6

Gewichtsverlust bei 105 C (Bestimmung drs freien Wassers) 6,3

Glüh"nrlust abzüglich Gewichtsverlust bei 105 C

(Bestimmung des Gebundenen Wassers) 2,0 λ

pH-Wert einer 5'^.-igen hLO-Buspension 6,5 bis 7,3

Mittlere Teilchengröfle (gemessen mit Elektronenmikroskop) 0,22 Mikron BET-Pberfläohe - 1*30 - 160 ro /g

Andere kirr?t5lsäurehaltlge Pigmentstoffe, auf die die Erfindung anwendbar ist, sind u.a. die nach der U.S.-Patentschrift 3.034.914 hergestellten Stoffe. Oinse Pigmente gewinnt man durch Ausfällen von Kieselsäure aus einerr wässrigen Medium, das durch Vermischen einer Säure, z.B. Salzsäure, mit Natriumsilikat oder einem ähnlichen Alkalimptallsilikat hergestellt wurde. Sie bestehen hauptsächlich aus Siü„ und normalerweise aus einem oder mehreren Metalloxyden, insbesondere Erdalkalimetalloxyden, wie Calniumrjxyd.

Calciumoxyd, Siliziumdioxyd Produkte beispielsweise lassen sich auf

wasserfreier Basis durch die Formel CaO (siOp) darstellen, wobei χ vor- ?ugsweise einen Wert zwischen 5 und 11 einschli»sslich Gebrochener Werte hat. Pie typische durchschnittliche Teilchengrösse dieser Produkte liegt unter 1,0 Mikron und beträgt normalerweise etwa 0,005 bis etwa 0,5 Mikron. Auf wasserfreier Basis beträgt der SiQp- Gehalt mindestens 50, gewöhnlich mehr bIr 7^ Gew.-¹^. Die charkteri stische BET-Oberfläche dieser Pigmentstnffp, lieg·*" zwischen etwa 30 und etwa 100 ¹^ /g.

Di^ vorliegende Erfindung ist ebenfalls anwendbar auf Pigmentstoffe, die ."msfrbzung von Aluminiumsulfat- mit Natriumsilikat-Lösungen, gemäß

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US-Patentschriften 2 739 073 und 2 Θ4Θ 346 hergestellt werden, und die die unten angegebene charakteristische Analyse«aufweisen:

Gew.

SiO₂ 64,6

Gesamtmenge Na (als Na„0) 7,9

CaO 0,1

Al₂O₃ 12,1

Fe₂O₃ 0,2

Na₂SO₄ 5,5

freies Wasser 6,0

gebundenes Wasser 7,6

BET-Oberfläche 90 m²/g

Durchschnittliche Teilehengrösse 0,24 Mikron

Die obengenannten Pigmentstoffe werden im allgemeinen während des Herstellungsverfahrens gemahlen. Dadurch werden normalerweise erhebliche MengenLuft in dem Produkt eingeschlossen« Die Schüttdichte dieses flockigen, feinzerteilten, nicht verdichteten Pigmentstoffes beträgt etwa 0,048 bis 0,16 und selten mehr als 0,192 g/cm .Bei der Lagerung erhöht sich aufgrund natürlichen Absetzens die Schüttdichte des Pigmentstoffes oft ein wenig. Ein Teil der in dem Pigmentstoff vorhandenen Luft entweicht mit abnehmendem Volumen des Pigmentstoffes. Doch auch dann noch wirkt ein nicht verdichteter Pigmentstoff seinem Aussehen und Verhalten nach selbst nach längerer Lagerung fast flüssig.

Erfindungsgemäss wird dem Pigmentstoff vor dem Verdichten die eingeschlossene Luft weitgehend entzogen. Ein Maßstab für den Grad der Entlüftung eines Pigmentstoffs ist die Zunahme der Schüttdichte. Es wurde gefunden, dass man erfindungsgemäss feinzerteilten, kieselhaltigen Pigmentstoffe mit einem SiOp-Mindestgehalt von 50 Gew.-^ und einem mittleren Teilchendurchmesser unter 1 Mikron gut verdichten kann, wenn sie man zuvor so weit entlüftet, dass die Schüttdichte gegenüber der Dichte in unverdichtetem Zustand um etwa 0,016 bis etwa 0,16 g/cm oder mehr ansteigt.

In den Zeichnungen stellt Figur 1 eine aus zwei sich drehenden Trommeln bestehende Vorrichtung zur Entlüftung dar. Figur 2 zeigt eine mechanische

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Entlüftungsvorrichtung in Form einer Schnecke mit abnehmendem Durchmesser. Figur 3 gibt eine Verdichtungsvorrichtung in bevorzugter Ausführung wieder, Figur 4 eine bevorzugte OberflMchenform für Verdichterwalzen,

Zur Luftentfernung kann man sich jeder geeigneten Methode bedienen; zum Beispiel kann man gemäss Figur 1 die Kieselsäure zwischen gegeneinander rotierenden Trommeln 1 und 2 hindurchleiten. Durch mindestens eine der Trommeln wird ein Vakuum geschaffen und dadurch eingeschlossene Luft aus· dem Pigmentstoff abgeführt. Die Trommeln befinden sich zweckmässigerweise in einer abgedichteten Kammer 3, damit das Vakuumsystem von der Umgebungsluft abgetrennt ist. Die Entlüftung wird dadurch noch erleichtert, daß man auf den Pigmentstoff beim Durchlaufen zwischen den Trommeln einen mechanischen Druck ausübt. Von den Oberflächen der rotierenden Trommeln wird durch einen Schaber 4 entlüfteten Pigmentstoff abgenommen.

Es ist darauf zu achten, dass das Material während der Entlüftungsstufe nicht zu stark verdichtet wird. Bei überverchichtung wird eingeschlossene Luft in dem verdichteten Pigmentstoff mitgerissen, die sich ausdehnt, wenn der Verdichtungsdruck aufgehoben wird und damit das Volumen des Pigmentstoffes nicht unerheblich vergrössert. Zusätzliche Luft wird somit in dem Pigmentstaff eingeschlossen oder von diesem mitgeführt, und das Luftabzugsverfahren verliert an Wirksamkeit,

Nach einem besonders wirksamen Verfahren zur Luftentziehung aus einem Pigmentstoff leitet man das Material mittels ener sich verjüngenden Schnecke nach der Darstellung in Figur 2 durch einen begrenzten Raum. Die Schnecke 11 verjüngt sich vorzugsweise d.h. hat einen abnehmenden Durchmesser, in der Förderrichtung des Pigmentstaffes. Der Pigmentstoff kommt also zuerst mit dem Teil der Schnecke in Berührung, die den grösstBn Durchmesser hat. Wenn der Pigmentstoff durch den begrenzten Raum 12 gezwungen wird, nimmt der Durchmesser der Schnecke ab. Es wurde gefunden, daß mit einer solchen Vorrichtung dem Pigment ein großer Teil seiner Luft entzogen werden kann.

Als begrenzter Raum kann man ein Aufgäbetrichter 22 gemäss Figur 3 dienen, der zu einer mechanischen Verdichtervorrichtung führt. Wenn der auf die Ver-

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dichtervorrichtung aufgegebene Pigmentstoff weit entlüftet worden ist, dass die Schüttdichte mindestens 0,192 g/cm, vorzugsweise etwa 0,24 g/cm oder mehr beträgt, dann wird ein brauchbares Produkt erhalten.

Die mechanische Verdichtungs- oder Tablettier-Vorrichtung kann je nach Wunsch und Zweckmässigkeit geformt sein. Eine besonders brauchbare Verdichtervorrichtung ist die in Figur -3 dargestellte Kombination aus zwei in gleicher Richtung rotierenden Trommeln 23 und 24 mit der Luftabzugsvorrichtung 25, Die verstellbaren Walzen üben einen starken Druck auf den durchlaufenden Stoff aus, Walzen mit gewellter Oberfläche, die wie Zahnräder ineinandergreifen, erwiesen sich als besonders zweckmässig. In Figur 4 ist ein Satz bevorzugter Walzen oder Trommeln mit einer gewellten Oberfläche fc 31 dargestellt.

Obwohl die pulverförmigen, erfindungsgemäss verdichteten Stoffe bei normaler Handhabung nur geringen Zerfall aufweisen, können sie durch Anwendung schwacher mechanischer Kräfte leicht in Pulver zurückverwandelt werden. Der in der Beschreibung und den Ansprüchen gebrauchte Ausdruck "Zerfall¹¹ kann anhand das folgenden Verfahrens definiert werden:

Eine pneumatische Fördereinrichtung mit dreizolligem Rohr wird mit einer sortierten Probe verdichteten Stoffes beschickt, der ein 8ieb Nr. 8 (lichte Maschenweite etwa 2,4 mm) passiert und von einem Sieb Nr. 30 (0,60 mm lichte Maschenweite) zurückgehalten wird. Das Rohr hat eine Förderhöhe von 12 m und einen Lauf von 1,8 m und mündet in einen Zyklonabscheider von 40 cm, w Der Zyklonabscheider trennt die Feststoffe vom Luftstrom. Das Material vorgenannter Grössenordnung wird mit Hilfe eines Gebläses einer Leistung von 412 kg Luft je Stunde in einer Durchsatzmenge von 3628 kg/h durch die Leitung" gedrückt· In die Leitung sind zwei Kniestücke eingebaut, eines am Gebläseaustritt und eines am Eintritt in den Zyklonabscheider. Das Material wird nach dem Durchlauf aus dem Zyklonabscheider genommen und gesiebt. Eine Probe von 100-150 g dieses Materials wird einer dreiminütigen Rotap-Biebanalyse unterworfen. Der Gewichtsanteil des durch diese Einrichtung geleiteten Materials, der ein Sieb Nr. 30 (0,60 mm lichte Maschenweite) passiert, gibt den prozentualen Zerfall wieder. Wenn sich als Ergebnis dieses Tests ein Zerfall von 2Π$> ergibt, so spricht man von einer Brüchigkeit des Pigmentstoffs von 20)4.

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Der hier gebrauchte Ausdruck "Dispersion" bezeichnet sich auf den Grad der Pigmentstoffverteilung in dem Produkt, in das er eingearbeitet ist, wie etwa Gummi oder Papier. Diese Eigenschaft hängt weitgehend davon ab, ob der Pigmentstoff in dem Produkt in hinreichend kleinen Aggregaten endgültiger Teilchen verteilt ist. Die Dispersion wird visuell ermittelt, und zwar oft unter Verwendung eines schwachen Mikroskops mit beispielsweise 10-facher Vergrösserung. Bisweilen erfolgt die Untersuchung bei stärkerer beispielsweiser ,100-facher Vergrösserung. Allgemein wird so verfahren, dass man eine Probe des den auszuwertenden Pigmentstoff enthaltenden Produktes mit verschieden abgestuften Standardproben, vergleicht um die relative Verteilung des Pigmentstoffs zu ermitteln. Der Einfluss der Verdichtung auf die Dispersionseigenschaften eines Pigmentstoffes wird zweckmässiger— weise dadurch ermittelt, das man mehrere Proben eines Produktes, wie etwa Kautschuk, aus dem gleichen Grundansatz herstellt. Eine Probe versetzt man mit normalem, nicht verdichtetem Pigmentstoff, während man in eine andere Probe verdichteten Pigmentstoff einarbeitet. Ein visueller Vergleich der Proben zur Feststellung grober Mangel zeigt, ob oder in welchem Maße die Dispersionseigenschaften des Pigmentstoffes durch das Verdichten gelitten haben.

Die erfindungsgemäss behandelten verdichteten Pigmentstoffe behalten ein brauchbares Dispersionsvermögen bei gleichzeitiger Herabsetzung ihres Zerfalls auf weniger als etwa 25% bei. Oft kann man Pigmente so weit verdichten, dass sie einen Zerfall von weniger als etwa 20% aufweisen und dennoch in ihrem Dispersionsvermögen dem nicht verdichteten Pigmentstoff gleichkommen. Viele verdichtete Pigmentstoffe mit einem Zerfall unter etwa 10 bis besitzen noch gute Dispersxonseigenschaften,

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Verdichten feinzerteiter kieselsäurehaltigen Pigmentstoffes mit einer durchschnittlichen Teilchengrösse unter etwa 1 Mikron, dadurch gekennzeichnet, dass man zunächst dem um/erdichteten Pigmentstoff unter starker Erhöhung der Schüttdichte Luft entzieht und anschliessend den Pigmentstoff auf mechanischem Wege zu einem Produkt verdichtet, das geringe Neigung zum Zerbröckeln und brauchbares Dispersionsvermögen aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man von einem Pigmentstoff mit einer durchschnittlichen Teilchengrösse zwischen etwa 0,005 und 0,5 Mikron ausgeht, diesen soviel Luft entzieht, daß die

Schüttdichte auf mindestens 0,192 g/cm ansteigt und danach den Pigmentstoff zu Briketts mit einem Zerbröckelungsgrad unter etwa 25^ verdichtet,

3, Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man von einem Pigmentstoff mit einer durchschnittlichen Teilchengrösse zwischen etwa 0,005 und 0,5 Mikron ausgeht, diesem soviel Luft entzieht, daß die Schüttdichte auf etwa 0,192-0,24 g/cm ansteigt, worauf man den Stoff zwischen zwei gegenläufig rotierenden Trommeln führt und dort einem genügend starken, von den Trommeln ausgeübten Druck aussetzt, so dass Blöcke mit einem Zerbröckelungsgrad unter etwa 20% entstehen.

4, Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die gegenläufig rotierenden Trommeln mit gewellten, wie Zahnräder ineinander greifenden

" Oberflächen versehen sind.

5, Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Luftentziehung aus dem Pigmentstoff diesen durch einen begrenzten Raum mit einer Schnecke führt, wobei der Durchmesser der Schnecke in der Förder— richtung des Pigmentstoffes abnimmt.

Für: rittsburgh Plate Glass Company

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