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EP4453101A1 - Verfahren zur herstellung von eisenoxidpigmenten - Google Patents

Verfahren zur herstellung von eisenoxidpigmenten

Info

Publication number
EP4453101A1
EP4453101A1 EP22843204.3A EP22843204A EP4453101A1 EP 4453101 A1 EP4453101 A1 EP 4453101A1 EP 22843204 A EP22843204 A EP 22843204A EP 4453101 A1 EP4453101 A1 EP 4453101A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
solution
iron
iron oxide
oxygen
production according
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
EP22843204.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Norbert Etzenbach
Matthias BOERS
Stefan RIDDER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lanxess Deutschland GmbH
Original Assignee
Lanxess Deutschland GmbH
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 Lanxess Deutschland GmbH filed Critical Lanxess Deutschland GmbH
Publication of EP4453101A1 publication Critical patent/EP4453101A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
    • C09C1/22—Compounds of iron
    • C09C1/24—Oxides of iron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G49/00—Compounds of iron
    • C01G49/02—Oxides; Hydroxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G49/00—Compounds of iron
    • C01G49/02—Oxides; Hydroxides
    • C01G49/06—Ferric oxide [Fe2O3]
    • 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
    • C01P2006/63—Optical properties, e.g. expressed in CIELAB-values a* (red-green 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 present invention relates to a method for producing iron oxide pigments according to the Penniman process, characterized in that there is no separate nucleus production step, and to the use of such iron oxide pigments.
  • Iron oxide color pigments which are used as ecologically harmless colorants in ceramics, building materials, plastics, paints and paper, can basically be obtained in black, yellow, red, orange and brown shades.
  • Iron oxide pigments are obtained, as described in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, VCH, Weinheim 1992, Vol. A20, p. 298ff, by solid phase reactions (red, brown and black pigments), precipitation and hydrolysis reactions of iron salts (yellow, red, orange and black pigments) and by oxidation of iron with aromatic nitro compounds in the presence of hydrolyzable, polyvalent salts, the so-called Laux process, as disclosed, for example, in DE 4 63 773 A1 and DE 5 15 758 A1.
  • the solid-phase reactions are mainly used for the production of red iron oxides from black precursors (by calcination) or from FeSO4 (Copperas process).
  • the Laux process starts with nitrobenzene and Fe metal and leads first to iron oxide black or iron oxide yellow and aniline.
  • iron oxide black obtained is burned.
  • the process is technically complex and not easy to master, since variable proportions of control chemicals have to be used to set the desired particle size.
  • the required apparatus technology is demanding and correspondingly expensive.
  • the reaction produces aniline as a second product, which, due to its properties, requires special industrial hygiene measures.
  • Yellow, orange, red and black iron oxide pigments can be produced via the precipitation process (US Pat. No. 2,388,659 A1 for iron oxide yellow pigments and US Pat. No. 5,421,878 A1 for iron oxide red using a direct precipitation process).
  • Iron oxide pigments obtained via the precipitation process are produced from iron salt solutions and alkaline compounds in the presence of air and have the disadvantage that stoichiometric amounts of neutral salts are generated, which must be discharged with the waste water or processed in a time-consuming and costly manner.
  • the direct precipitation method is technically difficult because a-Fe2C>3 is accessible only in a narrow range and the reaction is not easy to control.
  • the iron oxide red produced by the precipitation process has the disadvantage of high salt loads, which pollute the waste water and are therefore ecologically questionable. c) hydrothermal process
  • iron oxide red pigments are produced by dissolving and oxidizing iron metal with the addition of an iron oxide red nucleus.
  • nitric acid is generally used to produce nuclei, so that there are nitrates or ammonia in the waste water, which have to be removed at great expense in terms of process technology.
  • WO 2016/038152 A1 also discloses a Penniman process which requires a separate nucleus production step.
  • the nucleus in the form of a suspension of hematite nuclei with a particle size of 100 nm or less and a BET specific surface area of 40 m2/g to 150 m2/g is produced separately by reacting metallic iron, oxygen and nitric acid and then together with Iron, iron (II) nitrate solution and oxygen built up to the pigment.
  • the Penniman process reduces the amount of neutral salts formed during the precipitation process by using metallic iron as the raw material, which is dissolved by liberated acid during the process.
  • a cost-effective method is available for the direct production of iron oxide pigments.
  • a further advantage of the Penniman process is the production of pigments with favorable color tones with a low accumulation of neutral salts.
  • the disadvantage of the Penniman process is that it requires two process steps: 1) nucleation and 2) pigment build-up. This production is therefore operationally complex. Toxic nitrous gases are formed during the production of the germs, which must be processed. There are also residues to be landfilled and waste water containing heavy metals. The Penniman process is also time-consuming to achieve the desired shade. The setting of a specific color also requires constant, complex monitoring of the manufacturing process by trained employees.
  • the present invention was therefore based on the object of producing iron oxide pigments by means of a significantly simplified Penniman process. Furthermore, the invention was based on the object of minimizing or preventing the disadvantages associated with the nucleus production step, such as toxic nitrous gases and residue to be landfilled and waste water containing heavy metals.
  • this object was achieved in that the iron oxide pigment was produced according to the Penniman process without a separate nucleus production step.
  • the feature "separate seed production step” is preferably defined in such a way that the seed production step is carried out in such a way that the seed - usually in the form of a suspension - is present as a product, for example in a separate reactor or container, and only then as a reactant is used in the process according to the invention for the production of pigments.
  • the iron oxide pigment is preferably produced in such a way that a) a solution containing iron, iron(II) nitrate and water is initially taken; b) the solution is heated; c) oxygen-containing gases are added to the solution during and/or after the heating in order to obtain a pigment suspension; and d) the pigment suspension is then filtered, washed and/or dried.
  • the proportion of iron, based on the total volume of the solution, is preferably from 1 to 250 g/l, preferably from 40 to 85 g/l, very particularly preferably from 50 to 75 g/l.
  • the proportion of iron(II) nitrate, based on the total volume of the solution is preferably from 1 to 250 g/l, preferably from 40 to 50 g/l, very particularly preferably from 44 to 46 g/l.
  • the proportion of iron(II) nitrate, based on the total volume of the solution is particularly preferably 45 g/l.
  • the solution is preferably heated under atmospheric pressure to from 60 to 100°C, preferably from 70 to 95°C, most preferably from 84 to 86°C. Most preferably, the solution is heated to 85°C under atmospheric pressure.
  • the solution is preferably heated to from 50 to 250.degree. C., preferably from 100 to 200.degree.
  • oxygen-containing gases/l solution Preferably from 1 to 200 l/h of oxygen-containing gases/l solution, preferably from 10 to 40 l/h of oxygen-containing gases/l solution, very particularly preferably from 25 to 35 l/h of oxygen-containing gases/l solution, particularly preferably 30 l /h oxygen-containing gases/1 solution supplied.
  • Air is preferably used as the oxygen-containing gas.
  • the oxygen-containing gas is preferably fed in over a period of 5 to 150 hours, preferably over a period of 50 to 120 hours, very particularly preferably over a period of 65 to 75 hours.
  • the iron oxide pigment resulting from the process is preferably deagglomerated and/or ground and/or thermally treated.
  • an additive that promotes processability is preferably added to the pigment.
  • the invention also includes the use of the iron oxide pigment according to the invention for coloring lime and/or cement-bound building materials, asphalt, paints, lacquers, color gels, paper, plastics, food colorings and/or pharmaceutical products.
  • the iron oxide pigment is preferably mixed with the lime and/or cement-bound building materials, asphalt, paints, varnishes, color gels, paper, plastics, food colorings and/or pharmaceutical products.
  • the iron oxide pigment is preferably used as a technical oxide in the area of catalysts, abrasives, etc.
  • the solution containing iron, iron(II) nitrate and water was placed in the steel kettle. This solution was then heated. The heated solution was aerated with air for a specified time. This gassing of the solution was carried out until the pigment suspension reached the desired volume. The resulting pigment suspension was then filtered and the pigment filter cake thus obtained was washed with water, dried and ground.
  • the color of the pigments was evaluated in Alkydal L 64® thixotropic (non-hardening alkyd resin from Bayer AG) at a pigment volume concentration of 10%.
  • the reflectance values and CIELAB data were determined using a measuring device with an integrating sphere (illumination conditions d/8", standard illuminant CI2") including surface reflection.
  • the reflectance values obtained were converted to the CIELAB color data system in accordance with DIN 5033, Part 3.
  • a spectrophotometer (“color measuring device") with the measuring geometry d/8 without a gloss trap was used. This measuring geometry is described in ISO 7724/2-1984 (E), point 4.1.1, in DIN 5033 part 7 (July 1983), point 3.2.4 and in DIN 53236 (January 1983), point 7.1.1.
  • a DATAFLASH® 2000 measuring device (Datacolor International Corp., USA) was used.
  • the colorimeter was calibrated against a white ceramic working standard as described in ISO 7724/2-1984 (E) point 8.3.
  • the reflection data of the working standard against an ideally matt white body are stored in the colorimeter so that after calibration with the white working standard, all color measurements are related to the ideally matt white body.
  • the black point calibration was carried out with a black hollow body from the color measuring device manufacturer.
  • the result of the color measurement is a reflection spectrum.
  • colorimetric quantities it is irrelevant which type of light was used for the measurement (except for fluorescent samples). Any desired colorimetric variable can be calculated from the reflection spectrum.
  • the colorimetric quantities used in this case are calculated according to DIN 6174 (CIELAB values) calculated.
  • the color value "b*" is calculated according to DIN 6174. The following applies to the color impression: the more negative b* is, the more bluish the color pigment is.
  • the residual iron was determined after the reaction by weighing the unused iron after rinsing with water and drying at 80 °C in the circulating air drying cabinet.
  • the Fe determination was carried out by means of cerimetry under inert conditions. After digestion of 2 to 10 cm 3 (depending on the solids concentration) of the sample in 20 cm 3 water and 20 cm 3 hydrochloric acid (37%), the iron(II),(III) chloride solution thus obtained was 10 cm 3 Sulfuric acid (approx. 48.5% by weight) added, made up to 200 cm 3 with deionized water and titrated potentiometrically on an automatic titrator (Mettler Memotitrator DL70).
  • the iron(II) was oxidized to iron(III) with cerium(IV) sulfate solution.
  • iron(III) is reduced to iron(II) with a small excess of 7% titanium(III) chloride solution (approx. 7% in 10% HCl).
  • the total iron was titrated with cerium(IV) sulphate solution in a 2-step titration, whereby first the titanium(III) excess from the reduction to titanium(IV) and then the iron(II) to iron( III) has been oxidized. The titration results were then determined from the raw data and output by the automatic titrator.
  • Example 5 Running time 59 h VI.
  • Example 6 Running time 59 h
  • Table II Summary of the experimental conditions of the examples ZA space-time yield or the amount of substance/hematite produced in g/l/h.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Compounds Of Iron (AREA)
  • Pigments, Carbon Blacks, Or Wood Stains (AREA)
  • Paints Or Removers (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Eisenoxidpigment gemäß dem Penniman-Prozess, dadurch gekennzeichnet, dass kein separater Keimherstellungsschritt erfolgt sowie die Verwendung von solchen Eisenoxidpigmenten.

Description

Verfahren zur Herstellung von Eisenoxidpigmenten
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Eisenoxidpigmenten gemäß dem Penniman-Prozess, dadurch gekennzeichnet, dass kein separater Keimherstellungsschritt erfolgt, sowie die Verwendung von solchen Eisenoxidpigmenten.
Eisenoxidfarbpigmente, die als ökologisch unbedenkliche Färbemittel in Keramiken, Baustoffen, Kunststoffen, Lacken und Papier zum Einsatz kommen, können grundsätzlich in schwarzen, gelben, roten, orangen und braunen Farbtönen erhalten werden.
Eisenoxidpigmente erhält man, wie in Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, VCH, Weinheim 1992, Vol. A20, S. 298ff beschrieben, durch Festphasenreaktionen (rote, braune, und schwarze Pigmente), Fällungs- und Hydrolysereaktionen von Eisensalzen (gelbe, rote, orange und schwarze Pigmente) sowie durch Oxidation von Eisen mit aromatischen Nitroverbindungen in Gegenwart hydrolysierbarer, mehrwertiger Salze, dem sogenannten Lauxprozess, wie er beispielsweise in DE 4 63 773 Al und DE 5 15 758 Al offenbart wird.
Die Festphasenreaktionen werden überwiegend zur Produktion von roten Eisenoxiden aus schwarzen Vorläuferprodukten (durch Kalzination) oder aus FeSO4 (Copperas-Prozess) angewendet. a) Laux-Verfahren
Das Laux-Verfahren geht von Nitrobenzol und Fe-Metall aus und führt zuerst zu Eisenoxidschwarz oder Eisenoxidgelb und Anilin. Um nach diesem Verfahren Eisenoxidrot herzustellen, wird das erhaltene Eisenoxidschwarz verglüht. Das Verfahren ist technisch aufwändig und nicht leicht zu beherrschen, da zur Einstellung der gewünschten Teilchengröße variable Anteile an Steuerchemikalien eingesetzt werden müssen. Darüber hinaus ist die erforderliche Apparatetechnik anspruchsvoll und entsprechend teuer. Weiterhin entsteht bei der Reaktion als zweites Produkt Anilin, das aufgrund seiner Eigenschaften besondere arbeitshygienische Maßnahmen erforderlich macht. b) Fällungsverfahren
Gelbe, orange, rote und schwarze Eisenoxidpigmente können über den Fällungsprozess hergestellt werden (US 2,388,659 Al für Eisenoxidgelbpigmente sowie US 5,421,878 Al für Eisenoxidrot nach einem direkten Fällungsverfahren).
Über den Fällungsprozess erhaltene Eisenoxidpigmente werden aus Eisensalzlösungen und alkalischen Verbindungen in Gegenwart von Luft erzeugt und sind mit dem Nachteil verbunden, dass stöchiometrische Mengen von Neutralsalzen erzeugt werden, die mit dem Abwasser abgeführt oder zeit- und kostenintensiv aufgearbeitet werden müssen. Das direkte Fällungsverfahren ist verfahrenstechnisch schwierig, da a-Fe2C>3 nur in einem schmalen Bereich zugänglich ist und die Reaktion nicht leicht zu beherrschen ist. Das durch das Fällungsverfahren hergestellte Eisenoxidrot hat den Nachteil hoher Salzfrachten, die das Abwasser belasten und dadurch ökologisch bedenklich sind. c) Hydrothermalverfahren
Das Hydrothermalverfahren ist beispielsweise in DE 19917786 Al beschrieben. Nach dem Hydrothermalverfahren lassen sich gute Eisenoxidrotpigmente für höherwertige Anwendungen besonders für Farbe und Lacke herstellen. Nachteilig wirken sich hier jedoch die hohen Verfahrenskosten bedingt durch die Drucktechnik aus. Für einfachere Anwendungen, bei denen preiswerte Produkte erforderlich sind, ist dieses Verfahren deshalb nicht geeignet. d) Penniman-Prozess
Gemäß dem Penniman-Prozess (beispielsweise in US 1,327,061 und US 1,368,748 offenbart) werden Eisenoxidrotpigmente dadurch hergestellt, dass Eisenmetall unter Zusatz eines Eisenoxidrotkeims gelöst und oxidiert wird. Hierbei wird zur Keimherstellung in der Regel Salpetersäure eingesetzt, so dass sich im Abwasser Nitrat oder Ammoniak befinden, die unter hohem verfahrenstechnischen Aufwand entfernt werden müssen. Dies führt wie beim Hydrothermalverfahren und beim Fällverfahren zur Steigerung der Herstellkosten.
In WO 2016/038152 Al wird ebenfalls ein Penniman-Verfahren offenbart, das einen separaten Keimherstellungsschritt erfordert. Hier wird der Keim in Form einer Suspension von Hämatitkeimen mit einer Teilchengröße von 100 nm oder weniger und einer spezifische BET- Oberfläche von 40 m2/g bis 150 m2/g, durch Umsetzung von metallischem Eisen, Sauerstoff und Salpetersäure separat erzeugt und danach zusammen mit Eisen, Eisen(II)nitratlösung und Sauerstoff zum Pigment aufgebaut.
Der Penniman-Prozess reduziert jedoch die Menge an Neutralsalzen, die während des Fällungsvorgangs entsteht, durch Verwendung von metallischem Eisen als Rohstoff, das während des Prozesses durch freiwerdende Säure aufgelöst wird. Mit dem Penniman Prozess steht somit zur direkten Erzeugung von Eisenoxidpigmenten ein kostengünstiges Verfahren zur Verfügung.
Ein weiterer Vorteil des Penniman- Prozesses ist die Erzeugung von Pigmenten mit vorteilhaften Farbtönen bei geringem Anfall von Neutralsalzen. Nachteilig am Penniman-Prozess ist jedoch die Notwendigkeit zweier Prozessschritte: 1) Keimbildung und 2) Pigmentaufbau. Diese Herstellung ist deshalb operativ aufwändig. Während der Keimherstellung bilden sich giftige nitrose Gase, die einer Aufarbeitung bedürfen. Auch fallen zu deponierende Rückstände und schwermetallhaltige Abwässer an. Der Penniman- Prozess ist auch zeitlich aufwändig um den gewünschten Farbton zu treffen. Die Einstellung eines bestimmten Farbtones erfordert ferner eine ständige, aufwändige Überwachung des Herstellungsprozesses durch geschulte Mitarbeiter.
Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, Eisenoxidpigmente durch einen wesentlich vereinfachten Pennimanprozess herzustellen. Ferner lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die mit den Keimherstellungsschritt verbundenen Nachteile, wie beispielsweise giftige nitrose Gase und zu deponierendem Rückstand und schwermetallhaltigen Abwässern zu minimieren beziehungsweise zu unterbinden.
Diese Aufgabe wurde überraschender Weise dadurch gelöst, das Eisenoxidpigment gemäß dem Penniman-Prozess ohne einen separaten Keimherstellungsschritt hergestellt wurde.
Im Rahmen der Erfindung wird das Merkmal „separater Keimherstellungsschritt“ vorzugsweise so definiert, dass der Keimherstellungsschritt derart durchgeführt wird, dass der Keim - üblicherweise in Form einer Suspension - als Produkt vorliegt, beispielsweise in einem separaten Reaktor oder Behälter, und danach erst als ein Reaktand in das erfindungsgemäße Verfahren zur Pigmentherstellung eingesetzt wird.
Das Eisenoxidpigment wird vorzugsweise so hergestellt, dass a) eine Lösung enthaltend Eisen, Eisen(II)nitrat und Wasser vorgelegt wird; b) die Lösung erhitzt wird; c) während und/oder nach der Erhitzung sauerstoffhaltige Gase zur Lösung zugeführt werden um eine Pigmentsuspension zu erhalten; und d) die Pigmentsuspension anschließend filtriert, gewaschen und/oder getrocknet wird.
Der Anteil von Eisen bezogen auf das Gesamtvolumen der Lösung beträgt vorzugsweise von 1 bis 250 g/1, bevorzugt von 40 bis 85 g/1, ganz besonders bevorzugt von 50 bis 75 g/1.
Der Anteil von Eisen(II)nitrat bezogen auf das Gesamtvolumen der Lösung beträgt vorzugsweise von 1 bis 250 g/1, bevorzugt von 40 bis 50 g/1, ganz besonders bevorzugt von 44 bis 46 g/1. Insbesondere bevorzugt beträgt der Anteil von Eisen(II)nitrat bezogen auf das Gesamtvolumen der Lösung 45 g/1. Die Lösung wird bevorzugt unter Atmosphärendruck auf von 60 bis 100 °C, bevorzugt auf von 70 bis 95 °C, ganz besonders bevorzugt auf von 84 bis 86 °C, erhitzt. Insbesondere bevorzugt wird die Lösung unter Atmosphärendruck auf 85 °C erhitzt.
Sofern unter Druck gearbeitet wird, wird die Lösung vorzugsweise auf von 50 bis 250 °C, bevorzugt auf von 100 bis 200 °C, erhitzt.
Es werden vorzugsweise von 1 bis 200 1/h sauerstoffhaltige Gase/1 Lösung, bevorzugt von 10 bis 40 1/h sauerstoffhaltige Gase/1 Lösung, ganz besonders bevorzugt von 25 bis 35 1/h sauerstoffhaltige Gase/1 Lösung, insbesondere bevorzugt 30 1/h sauerstoffhaltige Gase/1 Lösung zugeführt.
Es wird bevorzugt Luft als sauerstoffhaltiges Gas eingesetzt.
Die Zufuhr von sauerstoffhaltigem Gas erfolgt vorzugsweise über einen Zeitraum von 5 bis 150 Stunden, bevorzugt über einen Zeitraum von 50 bis 120 Stunden, ganz besonders bevorzugt über einen Zeitraum von 65 bis 75 Stunden.
So lässt sich durch geschickte Wahl der Ausgangs- und Reaktionsbedingungen nicht nur der gewünschte Farbort im Vergleich zur herkömmlichen Penniman-Prozess besser einstellen, sowie auch ein Großteil der aufwändigen Überwachungsschritte des Herstellprozesses reduzieren.
Zudem lassen sich Farbräume erschließen, welche zuvor mit dem bisher bekannten Penniman- Prozess so nicht erreichbar wären. Solche Farbwerte werden zum Teil in Diagramm I dargestellt.
Das aus dem Verfahren resultierende Eisenoxidpigment wird vorzugsweise desagglomeriert und/oder gemahlen und/oder thermisch behandelt. Dabei wird vorzugsweise ein die Verarbeitbarkeit fördernder Zusatzstoff zum Pigment zugesetzt.
Die Erfindung umfasst auch die Verwendung des erfindungsgemäßen Eisenoxidpigments zum Einfärben von kalk- und/oder zementgebundenen Baustoffen, Asphalt, Farben, Lacken, Farbgelen, Papier, Kunststoffen, Lebensmittelfarbstoffen und/oder pharmazeutischen Produkten. Dabei wird das Eisenoxidpigment vorzugsweise mit den kalk- und/oder zementgebundenen Baustoffen, Asphalt, Farben, Lacken, Farbgelen, Papier, Kunststoffen, Lebensmittelfarbstoffen und/oder pharmazeutischen Produkten vermischt.
Das Eisenoxidpigment wird vorzugsweise als technisches Oxid im Bereich Katalysatoren, Schleifmittel usw. eingesetzt.
Der Erfmdungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche untereinander. Gleiches gilt für alle in der Beschreibung offenbarten Parameter und deren beliebigen Kombinationen.
Anhand der nachfolgenden Beispiele wird die Erfindung näher erläutet, ohne dass dadurch eine Einschränkung der Erfindung bewirkt werden soll.
I. Beschreibung der verwendeten Messmethoden
1.1 Apparatur
Beheizbarer 9-Liter-Stahlkessel, Siebbodeneinsatz, Begasungsring, Blattrührer, pH-Einstabmesskette, Thermoelement.
1.2 Arbeitsvorschrift
In den Stahlkessel wurde die Lösung, enthaltend Eisen, Eisen(II)nitrat und Wasser, vorgelegt. Diese Lösung wurde danach erhitzt. Die erhitzte Lösung wurde mit Luft für eine bestimmte Zeit begast. Diese Begasung der Lösung wurde durchgeführt bis die Pigmentsuspension den gewünschten Larbraum erreichte. Danach wurde die entstandene Pigmentsuspension filtriert und der so erhaltene Pigmentfilterkuchen mit Wasser gewaschen, getrocknet und gemahlen.
1.3 Farbmessung (Purton)
Die farbliche Auswertung der Pigmente erfolgte in Alkydal L 64® thixotrop (nichthärtendes Alkydharz der Firma. Bayer AG) bei einer Pigmentvolumenkonzentration von 10 %. Die Bestimmung der Remissionswerte und CIELAB-Daten (DIN 5033, Teil 7) erfolgte mit einem Messgerät mit Ulbrichtkugel (Beleuchtungsbedingungen d/8", Normlichtart CI2") unter Einschluss der Oberflächenreflektion. Die erhaltenen Remissionswerte wurden nach DIN 5033, Teil 3 in das CIELAB- Farbdatensystem umgerechnet.
Es wurde ein Spektrophotometer ("Farbmessgerät") mit der Messgeometrie d/8 ohne Glanzfalle verwendet. Diese Messgeometrie ist in ISO 7724/2-1984 (E), Punkt 4.1.1, in DIN 5033 Teil 7 (Juli 1983), Punkt 3.2.4 und in DIN 53236 (Januar 1983), Punkt 7.1.1 beschrieben.
Zur Anwendung kam ein DATAFLASH® 2000-Meßgerät (Datacolor International Corp., USA). Das Farbmessgerät wurde gegen einen weißen, keramischen Arbeitsstandard kalibriert, wie in ISO 7724/2-1984 (E) Punkt 8.3 beschrieben. Die Reflexionsdaten des Arbeitsstandards gegen einen ideal mattweißen Körper sind im Farbmessgerät hinterlegt, so dass nach Kalibrierung mit dem weißen Arbeitsstandard alle Farbmessungen auf den ideal mattweißen Körper bezogen werden. Die Schwarzpunktkalibrierung wurde mit einem schwarzen Hohlkörper des Farbmessgeräteherstellers ausgeführt.
Das Ergebnis der Farbmessung ist ein Reflexionsspektrum. Für die Berechnung von farbmetrischen Größen spielt es keine Rolle, bei welcher Lichtart die Messung erfolgte (außer bei fluoreszierenden Proben). Aus dem Reflexionsspektrum kann jede beliebige farbmetrische Größe berechnet werden. Die in diesem Fall verwendeten farbmetrischen Größen werden gemäß der DIN 6174 (CIELAB- Werte) berechnet. Unter anderem wird gemäß der DIN 6174 der Farbwert „b*“ ausgerechnet. Für den Farbeindruck gilt: je negativer b* ist, desto blaustichiger ist das Farbpigment.
Eine eventuell vorhandene Glanzfalle war ausgeschaltet. Die Temperatur von Farbmessgerät und Prüfling betrug ca. 25 °C ± 5 °C.
1.4 Resteisen
Die Ermittelung des Resteisens erfolgte im Anschluss der Reaktion, in dem das nicht verbrauchte Eisen nach dem Abspülen mittels Wasser und Trocknung bei 80 °C im Umlufttrockenschrank zurück gewogen wurde.
1.5 Fe- Endanalyse
Die Fe-Bestimmung erfolgte mittels Cerimetrie unter Inert-Bedingungen. Nach dem Aufschluss von 2 bis 10 cm3 (abhängig von der Feststoffkonzentration) der Probe in 20 cm3 Wasser und 20 cm3 Salzsäure (37%ig), wurde die so erhaltene Eisen(II),(III)-chloridlösung mit 10 cm3 Schwefelsäure (ca. 48,5 Gew.%) versetzt, auf 200 cm3 mit VE-Wasser aufgefüllt und an einem Titrierautomaten (Mettler-Memotitrator DL70) potentiometrisch titriert. Für die Titration fand eine titerstabile Cer(IV)-sulfatmaßlösung (c[Ce(SO4)2] = 0,25mol/l) Verwendung, wobei die eigentliche Titration in mehreren Schritten erfolgte, die von dem Titrierautomaten gesteuert wurden.
Im ersten Schritt wurde das Eisen(II) mit Cer(IV)-sulfatlösung zum Eisen(III) oxidiert. Im zweiten Schritt erfolgt die Reduktion des Eisen (III) zum Eisen(II) mit einem kleinen Überschuss an 7 %iger Titan(III)-chloridlösung (ca.7 %ig in 10%iger HCl). Im dritten Schritt wurde das Gesamt- Eisen mit Cer(IV)-sulfatlösung in einer 2-Stufentitration titriert, wobei zunächst der aus der Reduktion stammende Titan(III)-Überschuss zu Titan(IV) und dann das Eisen(II) zu Eisen(III) oxidiert wurde. Die Titrationsergebnisse wurden dann vom Titrierautomaten aus den Rohdaten ermittelt und ausgegeben.
I. Beispiel 1: Laufzeit 116 h
II. Beispiel 2: Laufzeit 106 h
III. Beispiel 3: Laufzeit 72 h
IV. Beispiel 4: Laufzeit 72 h
V. Beispiel 5: Laufzeit 59 h VI. Beispiel 6: Laufzeit 59 h
VII. Beispiel 7: Laufzeit 72 h
VIII. Beispiel 8: Laufzeit 72 h
IX. Beispiel 9: Laufzeit 72 h
abelle I Zusammenfassung der Beispiele 1-9 mit CIELAB- Farbwerten: MDA = Mahlung mittels Mikrodismembrator mit Achatgamitur.
abelle II Zusammenfassung der Versuchsbedingungen der Beispiele ZA = Raumzeitausbeute oder die Menge an Stoff/Hämatit, welche in g/l/h hergestellt wurde.
abelle III Zusammenfassung der Produkteigenschaften der Beispiele

Claims

Patentansprüche
1. Herstellung von Eisenoxidpigment gemäß dem Penniman- Prozess, dadurch gekennzeichnet, dass kein separater Keimherstellungsschritt erfolgt.
2. Herstellung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass a) eine Lösung enthaltend Eisen, Eisen(ll)nitrat und Wasser vorgelegt wird; b) die Lösung erhitzt wird; c) während und/oder nach der Erhitzung sauerstoffhaltige Gase zur Lösung zugeführt werden, um eine Pigmentsuspension zu erhalten; und d) die Pigmentsuspension anschließend filtriert, gewaschen und/oder getrocknet wird.
3. Herstellung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil von Eisen, bezogen auf das Gesamtvolumen der Lösung, von 1 bis 250 g/1, insbesondere von 40 bis
85 g/1, beträgt.
4. Herstellung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil von Eisen, bezogen auf das Gesamtvolumen der Lösung, von 50 bis 75 g/1 beträgt.
5. Herstellung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil von Eisen(ll)nitrat, bezogen auf das Gesamtvolumen der Lösung, von 1 bis 250 g/1, insbesondere von 40 bis 50 g/1 beträgt.
6. Herstellung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil von Eisen(ll)nitrat, bezogen auf das Gesamtvolumen der Lösung, von 44 bis 46 g/1, insbesondere 45 g/1, beträgt.
7. Herstellung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösung unter Atmosphärendruck auf von 60 bis 100 °C, insbesondere auf von 70 bis 95 °C, erhitzt wird.
8. Herstellung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet dass die Lösung auf von 84 bis
86 °C erhitzt wird.
9. Herstellung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösung unter Druck auf von 50 bis 250 °C, insbesondere auf von 100 bis 200 °C, erhitzt wird.
ERSATZBLATT (REGEL 26) Herstellung gemäß einem der Ansprüchel bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass von 1 bis 200 1/h sauerstoffhaltige Gase/1 Lösung, insbesondere von 10 bis 40 1/h sauerstoffhaltige Gase/1 Lösung, zugeführt wird. Herstellung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass von 25 bis 35 1/h sauerstoffhaltige Gase/ 1 Lösung zugeführt wird. Herstellung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass Luft als sauerstoffhaltiges Gas eingesetzt wird. Herstellung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr von sauerstoffhaltigen Gasen über einen Zeitraum von 5 bis 150 Stunden, insbesondere über einen Zeitraum von 50 bis 120 Stunden, erfolgt. Herstellung gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr von sauerstoffhaltigen Gasen über einen Zeitraum von 65 bis 75 Stunden erfolgt. Herstellung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Eisenoxidpigment desagglomeriert bzw. gemahlen wird. Herstellung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Verarbeitbarkeit fördernder Zusatzstoff zum Pigment zugesetzt wird. Herstellung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Eisenoxidpigment thermisch behandelt wird. Verfahren zum Einfärben von kalk- und/oder zementgebundenen Baustoffen, Asphalt, Farben, Lacken, Farbgelen, Papier, Kunststoffen, Lebensmittelfarbstoffe und/oder pharmazeutische Produkte mit dem Eisenoxidpigment hergestellt gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Eisenoxidpigment mit den kalk- und/oder zementgebundenen Baustoffen, Asphalt, Farben, Lacken, Farbgelen, Papier, Kunststoffen, Lebensmittelfarbstoffe und/oder pharmazeutischen Produkten vermischt wird. Verwendung der Eisenoxidpigmente hergestellt gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Eisenoxidpigment als technisches Oxid im Bereich Katalysatoren, Schleifmittel usw. eingesetzt wird.
ERSATZBLATT (REGEL 26)
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