DE2102795A1

DE2102795A1 - Titandioxydpigmente mit verbesserter Dispergierbarkeit in Uberzugszusammenset zungen

Info

Publication number: DE2102795A1
Application number: DE19712102795
Authority: DE
Inventors: Charles Wallace Somerville NJ Cline (V St A )
Original assignee: Titangesellschaft mbH, 5090 Leverku sen
Priority date: 1970-01-29
Filing date: 1971-01-21
Publication date: 1971-08-12
Also published as: FI48606C; DE2102795B2; CA933305A; FR2077098A5; FI48606B; NL7101141A; US3647495A; BE762137A; NL166714C; SE357976B; NO128406B; GB1280287A

Description

.Dr. F. Zumsteln sen. - Dr. E. Assmann Dr. R. Koenlgsberger - Dipl.-Phys. R. Holzbauer - Dr. F. Zumsteln Jun.

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53/n

Case T-719

Titangesellschaft mbH., 5090 Leverkusen 1

Txtandioxydpigmente mit verbesserter Dis— pergierbarkeit in ÜberzugszusammenSetzungen

Die vorliegende Erfindung betrifft sehr gut dispergierbares Titandioxydpigment, das mit einem wasserhaltigen Oxyd, wie Aluminiumoxyd, Titandioxyd oder Siliciumdioxyd oder deren Mischungen, überzogen oder nicht überzogen sein kann, und das 0,35 bis 1,50 % 2,2,4-Trimethyl-l,3-pentandiol, bezogen auf das Gewicht des Pigments, als Überzug enthält.

Titandioxydpigment wird technisch nach einem von zwei gut bekannten Verfahren, nämlich dem sogenannten Sulfatverfahren oder dem Chloridverfahren, hergestellt. Bei der Durchführung des Sulfatverfahrens wird Titandioxydhydrat aus einer Titansulfat-Lösung ausgefällt und anschließend bei erhöhten Temperaturen calciniert, wobei getrennte TiO₂-Teilchen mit einer Teilchengröße innerhalb eines vorbestimmten Bereichs gebildet werden, die sowohl optimale optische als auch physikalische Eigenschaften in Überzugszusammensetzungen für Oberflächen, die diese enthalten, gewährleisten. Es ist in der Tech-

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nik jedoch gut bekannt, daß ein TiO_?—Hydrat, das viele einzelne TiOp-Teilchen enthält, zusätzlich dazu ebenfalls Klürnpchen von einzelnen TiOp-Teilchen enthält, die man im allgemeinen als "Aggregate" bezeichnet, und daß sich diese Aggregate während der Calcinierung vergrößern und gesintert werden, wobei als Folge das calcinierte Ti(X, viele große, harte Aggregate enthält.

Es ist daher nötig, das Produkt, das aus dem Röstofen entnommen wird, zu zerreiben oder zu vermählen oder die Größe; der Teilchen zu verkleinern oder zu vermindern. Obgleich die feuchten und trockenen Vermähltechniken, die zur Zeit verwendet werden, sehr wirksam sind, enthält das gemahlene Pigment unvermeidlich einige Aggregate, die, wenn sie in Oberflächen-Überzugszusammensetzungen, d.h. in Alkyd- oder Acryl-Anstrichfarbensysteme, eingearbeitet werden, dazu neigen Agglomerate zu bilden. Obgleich die letzteren relativ weich und schwach miteinander verbunden sind, bleiben trotz der Tatsache, daß man viele Mühe aufgewandt hat, pigmentierte Oberflächenüberzugszusammensetzungen herzustellen, viele Agglomerate intakt. Dementsprechend ist das Befeuchten und Dispergieren von Pigmenten, das man der Einfachheit halber als "Dispersion" oder ¹¹Dispergierfähigkeit" bezeichnet, zur Herstellung von Oberflächenüberzugszusammensetzungen mit optimalen optischen und physikalischen Eigenschaften wenig ideal.

Das TiOp-Gebiet ist übersättigt mit Verfahren, um die Pigmentdispersion zu verbessern, einschließlich der Behandlung des TiOp-Pigments vor oder während des letzten Mahlens mit verschiedenen organischen Mitteln, wie beispielsweise mit Neopentylglykol oder Polyäthylenglykol-Xthylenoxyd-Polymeren, die ein Molekulargewicht von etwa 200 besitzen. Obgleich diese organischen Verbindungen bemerkenswerte Verbesserungen bei der Dispergierung gegenüber nichtbehandelten Pigmenten ergeben, sind noch bessere Dispersionsgeschwindigkeiten erforderlich, um der Nachfrage nach leichter dispergierbarem und nach homogeneren Überzugszusammensetzungen

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Genüge zu tun.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein TiO₂-Pigment , das überlegene Benetzbarkeit und Dispergierfahigkeit in Überzugszusammensetzungen für Oberflächen mit aufgezeichneten optischen Eigenschaften vereingt, und es wird hergestellt, indem man ein TiOp-Pigment, das ein oder eine Kombination von mehreren Oxydhydraten, ausgewählt aus der Gruppe von Aluminiumoxyd, Siliciumdioxyd und Titandioxyd, enthält, mit 0,35 bis 1,5 % 2,2,4-Trimethyl~l,3-pentandiol, bezogen auf das Pigmentgewicht, überzieht.

Es wurde gefunden, daß ein Titandioxydpigment, dessen Oberfläche mit dem besonderen erfindungsgemäßen Diol behandelt wurde, sich nicht nur in Alkyd- und acrylischen Oberflächenzusammensetzungen leicht dispergieren läßt, sondern daß während der Formulierung die Pigrnentagglomerate in getrennte Teilchen gebrochen werden mit weniger Energieaufwand. Weiterhin hat die Behandlung mit dem Dioi keine nachteilige Wirkung auf andere Eigenschaften des Plg»r_äi*riti>_;> wie beispielsweise seine Farbe, seine Farbstärke,die Ölabsorption und dergleichen.

Das in der vorliegenden Erfindung verwendete Titandioxydpigment kann entweder ein Sulfatpigment oder ein Chlorid- . pigment sein, und es

kann entweder in der Anatas— oder in der Rutil—Form vorliegen. Weiterhin kann das Pigment vor seiner Behandlung überzogen oder nicht überzogen sein. Es ist jedoch bevorzugt, daß das Pigment mit einem oder mehreren von den Mitteln überzogen ist, die die Farbe und die Kreidungsresistenz des fertigen Pigments verbessern. Derartige Mittel schließen Oxydhydrate

von Aluminium, Silicium, Titan, Zirkon und deren Mischungen ein, wobei diese Überzüge caTciniert oder nicht cal— ciniert sein können und wobei die bevorzugten Mengen derartiger Überzüge im Bereich von 0,1 bis 10 Gewichts-% und vorzugsweise 0,5 bis 5,0 Gewichts-%, bezogen auf TiO₂, liegen.

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Das Diol, das zur Behandlung des Pigments bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist ein weißes kristallines Material. Es besitzt einen recht niedrigen Schmelzpunkt, ist in Wasser unlöslich, jedoch in Aceton oder Butylcellosolve leicht löslich. Das Pentandiol hat 2 Methylgruppen in der 2-Stellung und 1 Methylgruppe in der 4-Stellung mit 1 Hydroxylgruppe in der 1-Stellung und 1 Hydroxylgruppe in der 3-Stellung. Seine Formel ist die folgende:

OH CH., OH CH₃ H

CH₃ Oi
C-C
H CH^ H H

H-C- C - C-C - C-H

Das erfindungsgemäße behandelte Pigment wird nach einem Verfahren hergestellt, das im allgemeinen darin besteht, daß man eine geringe Menge des Diols als Oberflächenüberzug auf die Pigmentteilchen aufbringt. Das Diol kann auf das Titandioxydpigment auf verschiedene Weise aufgebracht werden. Das Diol kann beispielsweise in einem geeigneten Lösungsmittel, wie beispielsweise Aceton oder Wasser/Aceton-Mischung, unter Bildung einer Lösung gelöst werden, die dann auf das Pigment gesprüht wird, wenn es auf eine Strahlmühle gegeben wird, oder wenn dieses den Trockner verläßt, oder das organische Mittel kann zu dem Pigment als trockenes Pulver zugefügt werden.

Es fällt ebenfalls in den Rahmen der vorliegenden Erfindung, ein TiOp-Pigment, das nach dem Chloridverfahren hergestellt wurde, mit dem Diol zu behandeln, und in diesem Fall kann die Diol-Lösung zweckdienlich in Form eines feinen Sprays oder Aerosols in den TiO^ enthaltenden Reaktionsgasstrom eingeführt werden, nachdem der letztere auf eine geeignete Temperatur gekühlt wurde, wobei die einzelnen TiO_-Teilchen überzogen werden.

Die Menge an Diol, die auf dem Titandioxyd verbleibt, um dessen Benetzbarkeit und Dispergierbarkeit in Oberflächenüber-

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zugszusamniensetzungen zu verbessern, ist überraschend gering. Es wurde gefunden, daß Mengen, die so klein sind wie 0,35 % bis nicht mehr als 1,50 %, bezogen auf das Gewicht des Pigments, sehr wirksam sind. Mengen, die oberhalb 1,50 % liegen, scheinen keine zusätzliche vorteilhafte Wirkung zu haben, und daher betrachtet man 1,50 % als die praktische obere Grenze. Die Menge an Diol, die in dem Pigment vorhanden ist, wird bestimmt, indem man den Prozentgehalt an Kohlenstoff, der in dem Pigment nach dem Mahlen vorhanden ist, analysiert.

Da der Kohlenstoff die Hälfte des Molekulargewichts des Diols > ausmächt, entspricht der Kohlenstoff, den man in dem mit Diol behandelten Pigment bestimmt, etwa der Hälfte der Menge des Diols, die darauf verbleiben.

Die Menge an Diol, die man zur Behandlung des Pigments verwendet, ist natürlich größer als die Menge, die auf dem Pigment verbleibt, und sie hängt bis zu einem gewissen Ausmaß von den verwendeten Behandlungsverfahren ab. Im allgemeinen wurde gefunden, daß, wenn das Diol vor dem Vermählen in einer Strahlmühle oder nach dem Trocknen aufgesprüht wird, die Menge an Diol im Überschuß von 0,35 bis 1,5 % vorliegen sollte, so daß das Pigment nach dem Vermählen die erforderliche Menge an Überzug enthält.

Wie oben angegeben, sind die erfindungsgemäßen Pigmente besonders wertvoll für die Verwendung in Oberflächenüberzugszusammensetzungen, wie in Anstrichfarben, Kunststoffen,Emaillen, Lacken, Druckfarben und dergleichen. Die Erfindung umfaßt ebenfalls verbesserte Oberflächenüberzugszusammensetzungen, die Titandioxydpigmentteilchen enthalten, die mit dem Diol behandelt worden waren.

Es wurde weiterhin gefunden, daß die erfindungsgemäßen mit 2,2,4-Trimethyl-l,3-pentandiol behandelten Pigmente's±ch nicht nur leicht in den Oberflächenüberzugszusammensetzungen ohne Nachteil in Bezug auf die optischen Eigenschaften und

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Haltbarkeit dispergieren, sondern daß die Dispergiergeschwindigkeit des behandelten Pigments höher ist als die von Titandioxydpigment, das mit anderen bekannten organischen Mitteln, wie Neopentylglykol und Polyäthylenglykol-Äthylenoxyd-Mischpolymerisaten behandelt worden war.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung, ohne sie jedoch zu beschränken.

Beispiel 1

Eine 25%-ige Lösung von 2,2,4-Trimethyl-l,3-pentandiol wurde hergestellt, indem man das gleiche Gewicht Wasser zu einer 50%-igen Diol- und Aceton-Mischung bei etwa 60 C gab und die Lösung etwa 20 Minuten rührte. Die Lösung wurde dann auf Titandioxydpigment gesprüht, wenn dieses aus dem Pigment-Trockner entnommen wurde. Das Titandioxydpigment war zuvor mit 1,0 % Titandioxyd, 1,0 % Silciumdioxyd und 2,0 % Aluminiumoxyd überzogen worden. Die Beschickungsgeschwindigkeit des organischen Mittels wurde so eingestellt, daß 0,65 % 2,2,4-Trimethyl-l,3-pentandiol zu dem Pigment vor dem Vermählen zugegeben wurden. Das behandelte Pigment wurde dann in einer Dampfstrahlmühle vermählen. Nach dem Vermählen betrug der aufgenommene Kohlenstoff, der der Hälfte des aufgenommenen Diols auf dem Pigment entsprach, 0,2O %.

Beispiele IA und IB

Zu Vergleichszwecken wurde das TiO₂-Pigment von Beispiel 1 auf ähnliche Weise mit Neopentylglykol behandelt, wobei man die gleiche Menge wie in Beispiel 1 verwendete. Ein anderes Pigment, das nicht mit einem organischen Stoff behandelt worden war, wurde untersucht. In Vergleichsversuchen wurde die Dispergierfähigkeit bestimmt. In der Tabelle sind die Ergebnisse angegeben. Diese zeigen, daß das TiOp-Pigment, das mit 2_f 2,4-Trimethyl-l,3-pentandiol behandelt worden war, ein überlegenes Dispersionsvermogen zeigt·

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Prüfung axjf Benetzbarkeit

Die Benetzbarkeit der mit -Diol behandelten Pigmente in Oberflächenüberzugszusammensetzungen wurde bestimmt , indem man 40,0 g Xylol, 113,2 g eines kurzöligen Alkyds, 50 % Peststoffe, 50,0 g mit Diol behandeltes TiO₂ und 20,0 g Keramikteilchen (ceramedia), die einem Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,84 bis 0,59 mm (20 bis 30 mesh) entsprachen, in einen 600 ml-Behälter gab. Die Mischung wurde mit der Hand gerührt, damit vollständiges Befeuchten gewährleistet war, und dann wurde der Grad bestimmt, indem man in das Becherglas eine Dispergxervorrichtung, die mit einer 1,9 cm-Teflonscheibe ausgerüstet war, gab und 2,0 Minuten bei 9000 UpM rührte. Eine Probe der Aufschlämmung wurde entnommen, und dann wurde die Zermahlung bestimmt, wobei man eine 0 bis 8-Hegman-Messblock verwendete.

Beispiele 2. 2A und 2B

Eine andere Versuchsreihe wurde durchgeführt, wobei man Titandioxydpigment der Rutilmodifikation, das mit 1,0 %Titandioxyd und 3,0 % Aluminiumoxyd behandelt worden war, verwendete.

Eine 50%-ige Lösung von 2,2,4-Trimethyl-l,3-pentandiol in Aceton wurde auf das TiO- versprüht, das man aus dem Brennofen entnahm, und dieses wurde dann in einer Dampfstrahlmühle feinstvermahlen. Bezogen auf das Pigmentgewicht, betrug die Menge an 2,2,4-Trimethyl-l,3-pentandiol, die in Beispiel 2 zugefügt wurde, 0,35 %. Der aufgenommene Kohlenstoff, der etwa der Hälfte des von dem Pigment aufgenommenen Diols entspricht, betrug 0,19 %. Zu Vergleichszwecken wurde ein ähnlicher Versuch 2A durchgeführt, wobei man 0,75 % Polyäthytoglykol-Äthylenoxyd-Mischpolymerisat verwendete. Weiterhin wurde ein anderer Vergleichsversuch 2B durchgeführt, wobei man keine organischen Überzugsmittel verwendete. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in Tabelle angegeben , und es ist ersichtlich, daß das Dispergiervermögen des erfindungsgemäßen mit Diol behandelten Pigmentes höher ist als das der Proben der Vergleichsversuche·

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Beispiele 3« 3A und 3B

Unter Verwendung eines Rutil-TiOp-Pigments, das mit 1,0 % Titandioxyd, 1,0 % Siliciumdioxyd und 2,0 % Alüminiumoxyd überzogen worden war, wurden weitere Versuche durchgeführt. 2,2,4-Trimethyl-l,3-pentandiol wurde als festes Pulver zu dem Pigment des Beispiels 3, das man aus dem Trockner entnommen wurde, zugegeben, und dann wurde es vor dem Vermählen mit der Strahlmühle mit dem Pigment trocken vermischt. Bezogen auf Pigmentgewicht, betrug die Menge an zugefügtem Diol 0,35 %. Das aus dem Trockner entnommene Pigment wurde dann in einer Dampfstrahlmühle feinvermählen. Zu Vergleichszwekken wurde ein ähnlicher Versuch 3A durchgeführt, bei dem man 0,75 % Polyäthylenglykol-Äthylenoxyd-Mischpolymerisat verwendete, und dann wurde ein weiterer Vergleichsversuch 3B durchgeführt, wobei man überhaupt keine organischen Stoffe verwendete. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in Tabelle I angegeben. Wieder zeigt das mit Diol behandelte Pigment im Vergleich zu den Vergleichsversuchen eine überlegen Dispergierfähigkeit. ·

Beispiele 4. 4A und 4B

Ein weiterer Versuch 4 wurde durchgeführt, wobei man ein Rutil-TiOp-Pigment, das nach dem Chloridverfahren hergestellt war und das mit 1,0 % Aluminiumoxyd überzogen war, verwendete· Eine SOfc-i/ge Lösung von 2,2_t4-Trimethyl-l,3-penta^ diol wurde auf das Pigment gesprüht, als es in eine Dampfstrahlmühle eingebracht wurde. Die Fließgeschwindigkeit der Lösung und die Beschickungsgeschwindigkeit des Pigments wurden so ausgewKhlt, daß die Menge an Diol, die man zu dem Pigment zugab, etwa 0,35 %, bezogen auf Pigmentgewicht, betrug. Ein ähnlicher Versuch 4A wurde als Vergleicheversuch durchgeführt, wobei »an 0,75 % des oben beschriebenen PoIyäthylenglykol-Miechpolymerisats verwendete. Weiterhin wurde als Verpleichsvereuch ein Vermich 4B durchgeführt, wobei man TiO₂-P*fraent ohne überzug «it organischen Materialien verwendete.

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Die Ergebnisse sind in Tabelle angegeben. Wieder zeigte das mit Diol behandelte Pigment im Vergleich zu den Vergleichsversuchen überlegene Dispergierfähigkeit.

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Beispiel Nr.

Verwendetes Pigment

Zugefügter organischer Stoff

Lösung der organischen Verbindung in Aceton

wurde auf das Pigment aufgesprüht 1 Rutil TiOp nach dem Sulfatverfahren hergestellt TMPD

TiO₂ + 1 % SiO₂ +

IA IB

Lösung der organischen Verbindung in Aceton

wurde auf das Pigment aufgesprüht 2 Rutil Ti02 nach dem Sulfatverfahren hergestellt

1 % TiO₂ + 3 %

2A 2B

MPG
keiner

THPD

PEG⁺⁺⁺⁾ keiner

Der organische Stoff wurde mit dem Pigment trocken vermischt

3 Rutil T1O2 nach dem Sulfatverfahren hergestellt

1 % TiO₂ + 1 % SiO₂ +

3A 3B

It M

TMPD '

PEG⁺⁺⁺⁾ keiner

Lösung der organischen Verbindung in Aceton wurde auf das Pigment aufgesprüht

4 Rutil TiOp nach dem Chloridverfahren hergestellt

~ ^ .i ~ TMPD

	2	%	Al₂O₃	•1
4A				•1
4B

PEG'
keiner

+) 2,2,4-Trimethyl-l,3-pentandiol ++) Neopentylglykol

+++) Polyäthylenglykol-Äthylenoxyd-Mischpolymerisat mit einem Molekulargewicht von etwa 2OO.

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Tabelle (Fortsetzung)

Beispiel Nr.

IA IB

2A 2B

3A 3B

4A 4B

Prozent

0,65 0,65

0,35 0,75

0,35

0,75 Dispersion

2,0

4,0

2,5 2,5

4,0

2,0 2,0

2,0

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Claims

Patentansprüche

1. Gut dispergierbarBS Titandioxidpigment, dadurch gekennzeichnet, dass die Pigmentteilchen einen überzug aus 2,2,4-Trimethyl-l,3-Pßritandiol enthalten.

2. Titandioxidpigment nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pigmentteilchen gegebenenfalls auch einen ersten Überzug aus einem oder mehreren Oxidhydraten von Aluminium, Titan oder Silicum enthalten.

3. Titandioxidpigment nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des Diolüberzugs 0,35 % bis 1,50 %, bezogen auf das Gewicht des TiO2·» betragt.

4. Titandioxidpigment nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der überzug aus Oxidhydraten Titandioxid und Aluminiumoxid enthält.

5. Titandioxidpigment nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der überzug e<is Oxidhydraten Titandioxid, Aluminiumoxid und Siliciumdioxid enthält.

B. Verfahren zur Herstellung eines Titandioxidpigmentes nach den Ansprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Pigmentteilchen, gegebenenfalls auch mit einem oder mehreren der Oxidhydraten des Aluminiums, Titans oder Siliciums nachbehandelt, mit 2,2,4-Trimethyl-1,3-Pentandiol behandelt wird.

7. Verfahren nach Anspruch B, dadurch gekennzeichnet, dass das Diol die Mengen von 0,35 % bis 1,50 %, bezogen auf das Gewicht des TiO^* zugegeben wird.

B; Verfahren nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass da^s Diol in einem geeigneten Losungsmittel gelöst auf das Pigment gesprüht wird ehe das Pigment auf eine Strahlmühle gegeben wird.

9. Verfahren nach den Ansprüchen B und 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Diol zu dem Pigment als trocknes Pulver zugegeben wird.

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