-
Mit Netzmitteln überzogene Pigmente und Verfahren zu ihrer Herstellung
Der Gebrauch von Netzmitteln ist auf dem Dispersionsgebiet allgemein bekannt. Sie
dienen sowohl zum Emulgieren als auch zum Dispergieren von Feststoffen. Da im Rahmen
der meisten Pigmentherstellungsverfahren in einer Stufe ein Niederschlag des Pigments
in einem wäßrigen System erzeugt wird, ist es bekannt, das Pigment mit einem Netzmittel
zu überziehen, um die Aufnahmefähigkeit der Pigmentoberfläche für Öl zu erhöhen.
Die meisten der derzeit im Handel befindlichen Pigmentnetzmittel sind jedoch Naturharzseifen
und Erdölsulfonate, deren Wirkung ausschließlich auf der teilweisen Adsorption des
Reagens an dem Pigment in Wasser beruht und die nur zu 50 0/, wirksam sind.
Diese Arten von Verbindungen bleiben gewöhnlich wasserlöslich, und ein großer Teil
wird beim Filtrieren des Pigments weggewaschen und gelangt so in das Filtrat.
-
Es wurde gefunden, daß bei der Behandlung eines wäßrigen Niederschlags
von Pigmentmaterial in der Weise, daß das Pigmentteilchen zuletzt mit einer besonders
gearteten Mischung kationischer oberflächenaktiver Substanzen, die im folgenden
näher beschrieben werden, überzogen wird, der Überzug während des Filtrierens auf
dem Pigment verbleibt und als Abstandhalter zwischen den Pigmentteilchen wirkt und
die Bildung von Zusammenballungen der Pigmentteilchen oder von Agglomeraten verhindert.
Ferner können die Pigmentteilchen auf einen feineren Mahlgrad bei weniger Durchgängen
durch die übliche Mühle »gemahlen« werden als dies sonst möglich ist. Es hat sich
auch gezeigt, daß die mit dem neuen Gemisch überzogenen Pigmente sich viel leichter
in Kunststoffen und Kautschuk dispergieren lassen und zu fertigen Erzeugnissen mit
verbesserten physikalischen Eigenschaften, wie Zugfestigkeit, Modul, Dehnung, Härte
u. dgl., führen. Außerdem hat sich gezeigt, daß Kautschuk, der erfindungsgemäß über-
enthält. In jeder dieser Formeln bedeutet R einen aliphatischen Kohlenwasserstoffrest
mit 8 bis 22 Kohlenstoffatomen, R' einen niederen Alkylrest mit
1 bis 3 Kohlenstoffatomen, X ein Halogenatom, wie Chlor oder Brom,
und x und y ganze Zahlen von 1 aufwärts, deren Summe nicht größer
ist als 10. Bei einer bevorzogene Pigmente enthält, bei der Sonnenlichtalterung
verbesserte Eigenschaften zeigt und daß die anderen chemischen und physikalischen
Eigenschaften von Kautschuk und Kunststoffen gleichfalls verbessert werden.
-
Die vorliegende Erfindung ist z. B. anwendbar auf hydrophile oder
wasserbenetzbare Pigmente und betrifft vorzugsweise die Behandlung eines Pigments
in einem wäßrigen System zum Zweck des abschließenden Überziehens der Pigmentteilchen
mit etwa 0,05
bis etwa 5 Gewichtsprozent eines Gemisches, das
0,25 bis 10 Gewichtsteile (bezogen auf das Pigmentgewicht) einer quaternären
Ammoniumverbindung der Formel zugten Ausführungsform der Erfindung wird eine etwa
0,2- bis 5%ige wäßrige Aufschlämmung des jeweils gewählten Pigments mit einer Mischung
vermischt, die 5 bis 10 Gewichtsteile der oben beschriebenen quatemären
Ammoniumverbindung je Teil eines wasserlöslichen Salzes des oben beschriebenen
tertiären
Amins, z. B. des Acetates oder Hydrochlorides, enthält, und so lange gerührt, bis
die Pigmentteilchen mit dem Gemisch überzogen sind, was gewöhnlich etwa
10 bis 15 Minuten in Anspruch nimmt. Dann wird eine verdünnte wäßrige
Lösung einer Base, z. B. Natriumhydroxyd oder Kaliumhydroxyd, in geringem Überschuß
über die zur Umwandlung des Acetates oder Hydrochlorides in die Base des tertiären
Amins stöchiometrisch erforderliche Menge zugesetzt und das Rühren fortgeführt,
bis das Pigment gleichmäßig mit dem Gemisch aus quaternärer Ammoniumverbindung und
tertiärem Amin überzogen und das Alkaliacetat- oder -chloridreaktionsprodukt in
der wäßrigen Phase gelöst ist. Das überzogene Pigment kann dann auf einem Filter
gesammelt und in einem Ofen bei etwa 60 bis 70cC getrocknet werden, während
das klare, das gelöste Salz enthaltende Filtrat verworfen wird. Das überzogene Pigment
ist dann fertig zur Einführung in einen öligen oder Ölharzträger und läßt sich mit
sehr viel geringerem Aufwand dispergieren als ein nicht überzogenes Pigment. Wenn
ein für die Einarbeitung in Kautschuk geeignetes Pigment gewählt und erfindungsgemäß
überzogen worden ist, kann es darin mit beträchtlich weniger Mühe vollständig dispergiert
werden als dann, wenn das Pigment nicht überzogen oder mit bishei üblichen Stoffen
überzogen worden ist.
-
Die Menge des erfindungsgemäß auf das Pigment aufgebrachten Gemisches
kann zwischen etwa 0,05
und 5 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht
des trockenen Pigments, schwanken, wobei der Verwendungszweck des Pigments die im
einzelnen anzuwendende Menge beeinflußt. Wenn das Pigment beispielsweise in Überzugsmassen
verwendet werden soll, dann werden vorzugsweise etwa 0,5 bis 5 Gewichtsprozent
des Überzugs auf das Pigmentteilchen angewandt. Soll das Pigment in einen Kautschuk
oder eine Kunststoffmasse eingearbeitet werden, dann werden vorzugsweise etwa 0,2
bis etwa 1 Gewichtsprozent des Überzugs verwendet. Bei dem letztgenannten
Verwendungszweck für das Pigment haben größere Mengen des Überzugsstoffes gewöhnlich
eine nachteilige Wirkung auf die Eigenschaften des fertigen Kautschuks oder Kunststoffs.
Bei der Verwendung der überzogenen Pigmente zur Einarbeitung in Überzugsmassen können
größere Mengen als 5 Gewichtsprozent angewandt werden, doch wird damit keine
zusätzliche Wirkung erzielt.
-
Hinsichtlich der in der beschriebenen Mischung verwendeten quaternären
Ammoniumverbindungen wurde erfindungsgemäß gefunden, daß es nötig ist, daß die Verbindung
zwei langkettige aliphatische Kohlenwasserstoffgruppen und nicht nur eine einzige
solche Gruppe aufweist. Wenn die verwendete quaternäre Ammoniumverbindung nur eine
aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe aufweist, dann wird bei dem Überziehen nicht
völlig die Wirkung erzielt, daß das Pigment in den einzelnen Teilchen vollständig
vom hydrophilen in einen hydrophoben Zustand übergeführt wird. Ferner wurde gefunden,
daß bei Verwendung der quaternären Ammoniumverbindung als solcher an Stelle der
Kombination mit dem tertiären aliphatischen Amin das überziehverfahren viel weniger
wirksam ist. Zur Erzielung der guten Ergebnisse gemäß der Erfindung ist es von Bedeutung,
daß das tertiäre aliphatische Amin nicht mehr als 10 Mol kondensiertes Äthylenoxyd
enthält. Bei Vorliegen von mehr als dieser Menge an Äthylenoxyd wird das tertiäre
aliphatische Amin ziemlich wasserlöslich und wird mit der wäßrigen Phase von den
überzogenen Pigmentteilchen weggewaschen oder aber in einem wäßrigen System nicht
wirksam auf das Pigmentteilchen aufgebracht.
-
Beispiele für die durch R wiedergegebenen Kohlenwasserstoffreste sind
unter anderem Octyl-, Decyl-, Dodecyl-, Tetradecyl-, Hexadecyl-, Octadecyl-, Octadecenyl-,
Octadecadienyl- und Octadecatrienylgruppen. R kann ferner statistische Gemische
der obengenannten aliphatischen Kohlenwasserstoffe bedeuten, wie sie in natürlich
vorkommenden Fetten und Ölen, wie Talg, Sojabohnenöl, Kokosöl, Baumwollsamenöl u.
dgl., enthalten sind. Beispiele für niedere Alkylreste, die der Definition von R'
entsprechen, sind unter anderem der Methyl-, Äthyl- und Propylrest. Zu besonderen
Beispielen für bevorzugte quaternäre Ammoniumverbindungen gehören Disojadimethylammoniumchlorid,
Dikokosdimethylammoniumchlorid, Dioctadecyldimethylammoniumchlorid, Dihexadecyldimethylammoniumehlorid
und Didodecyldimethylammoniumchlorid. Die ersten beiden Chloride befinden sich unter
den Bezeichnungen Arquad-2S und Arquad-2C im Handel.
-
Beispiele für erfindungsgernäß verwendbare tertiäre aliphatische Amine
sind unter anderem Bis-(2-hydroxy äthyl)-sojaamin, Bis-(2-hydroxyäthyl)-kokosamin
und Bis-(2-hydroxyäthyl)-oleylamin. Die ersten Amine der vorstehend genannten Reihe
sind im Handel unter den Bezeichnungen Ethomeen-S/12 und Ethomeen-C/12 erhältlich.
Auch ähnliche Verbindungen mit einem Gehalt von 5 und 10 Mol Äthylenoxyd
sind im Handel unter der Bezeichnung Ethomeen mit den Zusätzen 15,
z. B.
S/15, C115, und dem Zusatz 20, z. B. S/20 und C/20, erhältlich.
-
Zu Beispielen für im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt verwendete
Gemische gehören unter anderem Gemische aus 5 Gewichtsteilen Disojadimethylammoniumchlorid
und 1 Gewichtsteil Bis-(2-hydroxyäthyl)-sojaamin, 5 Gewichtsteilen
Disojadimethylammoniumehlorid und 1 Gewichtsteil Bis-(2-hydroxyäthyl)-kokosamin
und5 Gewichtsteilen Dikokosdimethylammoniumchlorid und 1 Teil Bis-(2-hydroxyäthyl)-sojaamin.
-
Die Erfindung umfaßt die Verwendung der obengenannten Gemische von
quaternären Ammoniumverbindungen mit tertiären aliphatischen Aminen für die Behandlung
aller Pigmente, einschließlich der auf diesem Gebiet allgemein bekannten Stoffe,
wie Eisenblau, Chromgelb, Chromorange, Chromgrün, Zinkchromat, Calciumcarbonat,
Calciumsilikat, Ultramarin, Titandioxyd, schwarzes Eisenoxyd, rotes Eisenoxyd, Zinkoxyd,
Lithopone, Bleiweiß, farbgebende Substanzen vom Azotyp, Aluminiumhydrat, Pigmentfarben,
Ruß, Pigmente enthaltendes Zinksulfid u. dgl. Beispiel 1
Verschiedene gefällte
Caleiumearbonatpigmente wurden nach der erfindungsgemäß bevorzugten wäßrigen Aufschlämmungsmethode
wie oben beschrieben überzogen.
-
Diese überzogenen Pigmente wurden in Kautschuk und Kunststoffen geprüft,
um zu ermitteln, ob sie Vorteile für die Verarbeitung und Verstärkung bieten. Kraftverbrauch,
physikalische Eigenschaften, Alterungscharakteristiken u. dgl. dienten zur Bewertung
der Wirksamkeit des überzogenen Pigments.
Im folgenden werden die
Zusammensetzungen wiedergegeben, die zur Bewertung der Wirksamkeit des überzogenen
Pigments in Kautschuk verwendet wurden:
GR-S-Zusammensetzung |
1. Mischpolymerisat aus Butadien |
und Styrol ................. 100,00 Teile |
2. Cumar MH Nr. 1 |
(Kohlenwasserstoffharz) ..... 20,00 Teile |
3. Zinkoxyd ................. 5,00 Teile |
4. Stearinsäure ............... 1,00 Teil |
5. Agerite Alba (Hydrochinon- |
monobenzyläther) .......... 0,50 Teile |
6. Altax (Benzthiazyldisulfid) ... 1,50 Teile |
7. Thiuram M |
(Tetramethyl - thiuramdisulfid) 0,35 Teile |
8. Caleiumcarbonat-Pigment ... 125,00 Teile |
9. Schwefel .................. 2,50 Teile |
Gesamt ... 255,85 Teile |
Die verschiedenen Füllstoffe wurden nach der Vormischungsmethode bewertet. Alle
Bestandteile der GR-S-Zusammensetzung, mit Ausnahme des Schwefels und des Calciumcarbonats,
wurden vorgemischt. Die Naturkautschukzusammensetzung wurde in der gleichen Weise
behandelt. Es wird angenommen, daß auf diese Weise die Fehlerquellen, wie verbesserte
physikalische Eigenschaften einer der Verbindungen, auf Grund der Vorvulkanisation
während des Verarbeitens ausgeschaltet werden. Die erhaltenen Ergebnisse werden
in der folgenden Tabelle wiedergegeben:
Tabelle 1 |
CaC03 von ultrafeiner Teilchengröße |
Überzugsart keine Arquad-2 C-Etho- Arquad.-2C-Etho- Arquad-2
C-Etho- |
meen-S/12-Acetat meen-S/12-Acetat meen-S/12-Acetat |
Überzugsmenge, 0/, CaCO, - 0,25 0,50 1,0 |
Dichte, g/cm3 0,33 0,53 0,55 0,565 |
Leinölabsorption, cm3/100 g CaCO, 75 75 85 90 |
Einverleibungszeit, Minuten* 15 9:30 9:45 12 |
*Die zum Mahlen von 100Teilen Pigment je 100Teile Kautschukkoi
>rstoff in Standardzusammensetzungen erforder- |
liche Zeit. |
Tabelle II Physikalische Versuche mit Calciumearbonat von ultrafeiner Teilchengröße
in der Naturkautschukzusammensetzung
Stoff Zeit Modul bei Zugfestigkeit Dehnung Shore-Härte
Reißfestig- |
3000/, keit |
Minuten 'C kg/cm2 kg/cm" O/Iß A
kg/cm2 |
Kein Überzug 10 141,7 59,2 168,3 540
59 152 |
15 141,7 57,4 -163,1 545 57 |
20 141,7 54,6 163,4 540 56 |
0,25"/, Arquad.-2C- 10 141,7 71 171,5
505 63 |
Ethomeen-S/12-Acetat 15 141,7 68,6 178,1 535
63 150 |
20 141,7 65,8 173,9 525 61 |
0, 5 0/, Arquad.-2 C- 10 141,7
80,8 160,6 460 66 |
Ethomeen-S/12-Acetat- 15 141,7 77,3 163,1
465 68 205 |
20 141,7 73,1 155,4 465 65 |
1, 0 % Arquad-2 C- 10 141,7 88,5 149,4
425 67 |
Eth,omeen-S/12-Acetat 15 141,7 89,2 166,2
460 68 153 |
20 141,7 81,5 156,1 450 66 |
Naturkautschukzusammensetzung |
1 . Heveakautschuk |
(Smoked Sheet Nr. 1) ...... 100,00 Teile |
2. Zinkoxyd ................. 5,00 Teile |
3. Stearinsäure ............... 1,00 Teil |
4. P. B. N. A. |
(Phenyl-ß-naphthylamin) .... 0,50 Teile |
5. Thiuram M ................ 0, 10 Teile |
6. Altax ..................... 1,00 Teil |
7. Calciumcarbonatpigment .... 75,00 Teile |
8. Schwefel .................. 2,50 Teile |
9. Agerite Alba (Hydrochinon- |
monobenzyläther) .......... 0,25 Teile |
Gesamt ... 185,35 Teile |
Die beste Probe jeder der oben angegebenen Gemische wurde auf die
Alterung im Sonnenlicht untersucht.
-
Die Prüfung erfolgte nach der ASTM-Bezeichnung D 1148-55 während
100 Stunden ununterbrochener Aussetzungszeit.
-
Inällen Fällen waren die das Calciumcarbonatmit dem erfindungsgemäßen
Überzug enthaltenden Zusammensetzungen in der Farbe den Zusammensetzungen überlegen,
die nicht überzogene oder mit Fettsäure überzogene Carbonatpigmente enthielten.
Tabelle 111 |
CaCO, von sehr feiner Teilchengröße |
1 1 il 1 111 1 iv |
Überzugsart keine Arquad-2S- Arquad-2C- Arquad-2HT- |
Ethomeen-S/12- Ethomeen-S/12- Ethomeen-S/12- |
Acetat Acetat Acetat |
Überzugsmenge, 0/, - 0,50 0,50 0,50 |
Gesamtkilowattstunden 0,228 0,194 0,180 0,188 |
Kraftersparnis, "/, - 14,9 21,0 17,5 |
1. kWh (gesamt) # die zum Dispergieren des Füllstoffes in der Standard-Kautschukzusammensetzung
erforderliche Kraftmenge.
-
2. Kraftersparnis in 0/, # durch Abziehen der zum Dispergieren
des überzogenen Pigments erforderlichen Kraftmenge von der zum Dispergsieren des
nicht überzogenen Pigments erforderlichen Kraftmenge erhält man die eingesparte
Kraftmenge und durch Division dieser Kraftmenge durch die zum Dispergieren des nicht
überzogenen Pigments erforderliche Kraftmenge erhält man den Prozentsatz an eingesparter
Kraft. Die oben angegebenen Daten zeigen, daß Kraftersparnisse mit jeder der in
dem Gemisch verwendeten quaternären Ammoniumverbindungen erzielt werden. Beispiel
2 Die nach der im Beispiel 1 beschriebenen Arbeitsweise überzogenen Pigmente
wurden in Polyvinylchloridharzen geprüft. Die Bewertung bestand in der Ermittlung
der Wirkung des überzogenen Pigments auf die Viskosität des Plastisols und die physikalischen
Eigenschaften des geschmolzenen Plastisolfilmes selbst.
-
Im folgenden wird die zur Bewertung verwendete Zusammensetzung wiedergegeben.
Unter Verwendung der obigen Zusammensetzung wurden folgende Plastisole hergestellt:
Plastisol |
A B C |
enthält |
nicht über- 0, 50 "/, über- 1,00/0 über- |
zogenes Cal- zogenes Cal- zogenes Cal- |
eiumcarbonat- ciumcarbonat- ciumcarbonat- |
pigment pigment pigment |
Es zeigte sich, daß die überzogenen Pigmente in kürzerer Zeit eine Dispersion in
dem Weichmacher bildeten als die nicht überzogenen Pigmente.
-
Die folgenden Angaben stellen die urspränglche Viskosität der drei
Plastisole dar. Die Bestimmung
Plastisol |
A .................. 5500 CP 23,9'C |
B .................. 4800 cP 23,9'C |
C .................. 4700 eP 23,9'C |
Die drei Plastisole wurden 2 Wochen bei Zimmertemperatur gealtert. Nach dieser Alterungszeit
wurde eine Fließuntersuchung mit geringer Scherspannung durchgeführt, um die FließeigenschaftenjedesPlastisolszu
ermitteln. Bewertung des Kraft-verbrauchs Ein registrierendes Wattmeter wurde in
die Leitung eingebaut, die den elektrischen Strom für den Motor liefert, der eine
2-Walzen-Kautschuk-Mühle antreibt. Die verbrauchte Kraftmenge wurde bestimmt, während
jedes der vier Pigmente des Calciumcarbonats mit sehr feiner Teilchengröße in einer
Standard-Kautschukzusammensetzung dispergiert wurde. Die verbrauchte Kraft wurde
als kWh gemeinsam mit dem Prozentsatz an Kraftersparnis registriert, die erzielt
wird, wenn das Pigment mit den erfindungsgemäßen Stoffen überzogen wird.
Polyvinylchloridharz (Geon 121) 100,0 Teile |
Dioctylphthalat (Weichmacher). . 65,0 Teile |
Vanstay»S«-Stabilisator (Komplex- |
mischung aus Trivinylphosphit, |
Epoxyd und organischen |
Boraten in Lösungsmitteln) 2,5 Teile |
Vanstey »R«-StabiEsator (organi- |
sche Derivate von Barium-Cad- |
mium mit Komplexbildnern in |
Lösungsmitteln ............. 2,5 Teie |
Calciumcarbonatpigment ...... 10,0 Teile |
Gesamt ... 180,0 Teile |
wurde
1 Stunde nach dem Entlüften der Plastisole durchgeführt.
-
Die Viskositäten wurden mit einem Brookfield-Viskosimeter bei 23,9'C
unter Verwendung einer Spindel Nr. 5 bei 20 U/min bestimmt.
Die
im folgenden wiedergegebenen Daten entsprechen den Ergebnissen der Fließuntersuchung.
Ein Brookfield-Viskosimeter mit veränderbarer Geschwindigkeit wurde für diese Untersuchung
verwendet.
-
Alle Viskositäten wurden bei 23,9'C unter Verwendung einer Spindel
Nr.
5 gemessen.
Plastisol Geschwindigkeit (U/n-dn) |
2 4 10 20 1 20 10 4 2 |
A-Kontrolle .......... « 14,000 12,500 10,880 93800
9800 10,000 11500 13,200 |
13-0,5 0/, Überzug ............ 10,200
9,000 7,760 7,080 7:080 7,000 7:800 9,000 |
C-1,001, Überzug ............ 8,400
7,500 6,600 6,100 6,100 6,000 6,800 7,800 |
(Die Viskosität ist in Centipoisen angegeben.) |
Nach mehreren Wochen der Alterung des Platisols, das das nicht überzogene Calciumcarbonat
enthielt, war es dick und konnte nicht aus seinem Behälter ausgegossen werden, während
die beiden anderen die überzogenen Pigmente enthaltenden Plastisole noch flüssig
waren.
-
Ein Anteil der Plastisole wurde nach der 2wöchigen Alterung zu festen
Folien geschmolzen. Zur Bestimmung der physikalischen Eigenschaften dienten die
Standardzugfestigkeits-, Modul-, Dehnungs- und dergleichen Messungen; ferner wurden
ein Altern im Sonnenlicht und Extraktionsversuche unternommen, um die Alterungseigenschaften
der Folien zu ermittelD.
-
Die Ergebnisse werden im folgenden wiedergegeben.
Physikalische Eigenschaften |
Plastisol Modul Zugfestigkeit Dehnung Shore-A-Härte Flüchtigkeit |
1 1000/, kg/CM2 0/0 0/0 |
A-Kontrolle ............... 415 153 415
73 1,96 |
B-0 ' 5 0/, Überzug ........... 835 146
390 75 1,90 |
C-1,0 0/, Überzug ........... 930 155 395
75 1,92 |
Alterungseigenschaften |
Ultraviolett Extraktion |
Plastisol 200 Stunden ständige Aussetzung 501c |
Verfärbung Oberflächen- Sprödwerden H,0 Seife
Mineralöl |
1 zustand 1 1 1 |
A-Kontrolle ............... schlecht gut gering
0,37 365 6,92 |
B-0,5 0/0 Überzug ........... schlecht gut gering
0,03 1:09 9,40 |
C-1,0010 Überzug ........... schlecht gut gering
0,07 0 , 99 10,34 |