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Verfahren zur Herstellung von teigigen bis festen Mischungen aus Lampenruss und Flüs- sigkeiten und nach diesem Verfahren hergestellte Gemische
Lampenruss, der durch unvollständige Verbren- nung oder Zersetzung von Kohlenwasserstoffen flüssiger oder gasförmiger Art mittels verschiedener Einrichtungen gewonnen werden kann, dient für zahlreiche industrielle Zwecke.
Man verwendet ihn insbesondere als Beimengung oder Pigment in der Erzeugung von Tinten, Tuschen, Druckssrfariben, sonstigen'Farben, wie auch in der Gummi-, bzw. Kautschukindustrie und bei Kunststoffen.
Wie immer auch die Herstellungsverfahren von Lampenruss sein mögen, tritt er in der Form von allerfeinsten Teilen auf, mit Ausmassen von 50 bis 5000 A. Diese Erscheinungsform ist massgebend für seine Vorteile, zieht aber auch etliche Nachteile mit sich, welche sind :
1. Das Auftreten eines durchdringenden, lästi- gen Staubes ;.
2. Ein beträchtliches Volumen infolge der ge- ringen Dichte, was seine Handhabung er- schwert ;
3. ein Drang sich unter Einfluss von Feuchtig- keit und Elektrizität zu Klumpen zu ballen ;
4. grosse Schwierigkeiten bei der Dispersion des
Russes in einer flüssigen oder viskosen Phase, da die ganze tatsächliche OberHäche der
Russteile nicht befeuchtet werden kann. Es bilden sich daher ZusammenballU11gen, deren
Zerteilung ansehnliche mechanische Energien erfordert.
Die vorliegende Erfindung zielt dahin, die genannten Nachteile zu beseitigen und betrifft ein Verfahren, das die Herstellung von Produkten auf der Basis von Lampenruss erlaubt, in einer Form, die deren weitgehende industrielle Anwendung erlaubt.
In der USA-Patentschrift Nr. 2, 544, 363 ist das Mischen von Russ mit einem Weichmacher und wassernassem Zellulosenitrat beschrieben. Der Wassergehalt des erhaltenen Zwischenproduktesist sehr hoch : 55-70%. Sodann entfernt man das Wasser, indem man den Teig über heisse Walzen führt. Bei diesem Verfahren muss also ein Hilfsstoff eingeführt werden, der nicht Bestandteil des Endproduktes ist und daher zur Gänze entfernt werden muss. Ein solches Entfernen durch Hitzebehandlung ist sehr mühsam und kann auch nicht restlos erfolgreich durchgeführt werden. Die Einwirkung von Wärme gefährdet ausserdem die Um- hüllung der einzelnen Russteilchen und schliesslich enthält auch das Endprodukt nach Entfernen der
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Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstel- lung von binären Mischungen, welche eine feste Phase, bestehend aus Lampenruss, und eine flüssige Phase beinhalten, ist dadurch gekennzeichnet, dass man den Lampenruss in einem Flüssigkeitsvolumen dispergiert, das grösser ist als jenes, welches zu einer gewünschten Konzentration des Lampenrusses notwendig ist, und dass man sodann aus dem so hergestellten Gemisch einen Teil der Flüssigkeit wieder entfernt, wobei unter dem Ausdruck
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setzten Flüssigkeitsmenge fallen soll.
In einer bestimmten Erscheinungsform des Verfahrens besteht die flüssige Phase aus einem den Lampenruss befeuchtenden Medium. Vorzugsweise wird das Volumen der flüssigen Phase im mehrfachen des tatsächlichen Russvolumens angewendet.
Die Erfindung umfasst weiters verschiedene Industrieprodukte in Form binärer Mischungen, die durch Dispersion von Lampenruss in Flüssigkeiten und Entfernen eines Teiles der letzteren gewonnen wurden. Diese Mischungen, deren Viskosität entsprechend der Verminderung des Flüssigkeit- anteiles zunimmt, sind dazu bestimmt, die Rohbestandteile für den Lampenruss verarbeitende Industrien zu bilden (Tinten-, Tusche-, Druckerfarben-Hersteller, Kautschuk, Gummi oder Kunststoff verarbeitende Industrien). Diese Mischungen sind gleichermassen sowohl durch die Natur des Russes als durch die Natur der flüssigen Phase charakterisiert.
Weitere Erfindungsmerkmale werden aus der
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gramme, die die Verwirklichungsmöglichkeiten der Erfindung illustrieren.
Fig. 1 bezieht sich auf eine allgemeine, kontinuierlich durchführbare Herstellungsweise ; Fig. 2 zeigt eine spezielle Behandlungsweise von Lampenruss.
In der Fig. 1 ist mit (1) jener Teil der Apparatur bezeichnet, in dem die Dispersion des [bei (2j] zugeführten Lampenrusses vor sich geht. Wie gesagt, kann der Lampenruss beliebiger Herkunft und Korngrösse sein. Die Flüssigkeit, in der sich die Dispersion vollzieht, wird bei (3) zuge- führt.
Die Natur dieser Flüssigkeit hängt von dem weiteren Verwendungszweck des Russes ab. Es wird z. B. für die Erzeugung von Tinten oder Farben die Flüssigkeit vorzugsweise jenes Bindemittel sein, welches auch sonst für die betreffende Tinte oder Farbe verwendet wird. In der Kautschuk-, Gummi- und Kunststoffherstellung wird
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dete Weichmacher sein.
Um in allen Fällen die ganze Oberfläche der
Russteilchen mit Flüssigkeit zu bedecken, wird das
Volumen der Flüssigkeit vielfach beispielsweise um das 10-20fache grösser als das des Russes gewählt.
Es ist empfehlenswert, um den Russ mit Sicherheit zu dispergieren, ihn nach und nach in die Flüssigkeit einzuführen. Die Grenze der Konzen- tration des Russes ist gegeben durch das Auftreten der ersten Zusammenballungen. Die Dispersion des Russes wird durch verschiedene an sich be- kannte Vorrichtungen, wie Rührwerke in strömen- dem cder stillstehendem Medium oder vorzugs- weise sogenannte Homogenisatoren, gefördert.
Nach Fertigstellung der Dispersion wird die binäre Mischung durch ein Rohr (4) in den Appa- rat (5) geführt, wo zunächst ein Teil der Flüssig- keit wieder entfernt wird. Dieser Vorgang erfolgt entweder kontinuierlich mit Zentrifugen oder ab- satzweise in Filterpressen.
Die dabei wiedergewonnene Flüssigkeit wird zum Apparat (1), eventuell über einen Zwischen- speicher, rückgeführt. Anderseits erhält man einen
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Teig aufoder hydraulischer Pressen und ergibt [bei f'12j] praktisch feste Körper, deren Anteil an flüssiger
Phase sehr gering ist, aber bei dem jedes Russ- teilchen von einem sehr dünnen Film der Flüssig- keit umgeben ist. Es zeigt sich, dass eine neuer- liche Dispergierung dieses Körpers zwecks Erlan- gung anderer Mischungen sehr leicht durchführ- bar ist.
Eine Durchführungsform, die in der Fig. 2 gezeigt ist, betrifft eine kontinuierliche Erzeugung im Zusammenhange mit der Produktion von Ofenruss.
(21) bezeichnet den Ofen, der durch Rohre (22), (23) mit Luft und aromatischen Kohlenwasserstoffen beschickt wird. Diese werden im Ofen (21) unvollständig verbrannt. Der so erzeugte Russ wird mit den Verbrennungsabgasen einem Kühler (24), einem Absetzer (25) und Rückgewinnungs-Zyklo- nen (26) zugeführt. Der entsprechend abgekühlte Russ gelangt über (27) in einen Tunnel (28), wo er mit der Flüssigkeit in Kontakt kommt, welche bei (29) zerstäubt wird.
Die hier verwendete Flüssigkeit ist z. B. ein Weichmacher in Form eines Petrolöles in Mischung mit aromatischen Kohlenwasserstoffen. Der Weichmacher wird vorteilhaft [bei (30)] erwärmt, was seine Zerstäubung erleichtert. Der im Tunnel (28) erzeugte Nebel sichert eine Befeuchtung eines Teiles der Russpartikel und erleichtert ihr Abscheiden. Der Tunnel (28) steht in Verbindung mit einigen in Reihe geschalteten Homogenisatoren (31). Der erste davon erhält [durch (32)] denselben Weichmacher, wie er vorher [in (29)]
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fern sich aufeinanderfolgend, wdbei jedem Russ aus dem Tunnel (28) zugeführt wird. Der Weichmacher wird so nach und nach mit Russ angereichert. Die Förderung von Russ und Weichmacher und der Ausstoss der Mischung in der Röhre (40) erfolgt kontinuierlich.
Das Volumen des Weichmachers kann das S1 Of ache von dem des Russes sein, je nach dessen Feinheit und nach der Netzkraft des Weichmachers.
Die Röhre (40) mündet in eine Zentrifuge (35), in der aus der Mischung von Russ und Weichmacher ein Teil, des letzteren abgetrennt und zum Tunnel (28) durch das Rohr (36) rückgeleitet wird. Der Rückstand, der beispielsweise aus 3 5% (Gewicht) Weichmacher und 65% Russ besteht, wird durch ein Rohr (37) an automatische hydraulische Pressen (38) herangebracht, die neuerlich Weichmacher auspressen, bis ein fester Block ent- steht, der 90% Russ und 10% Weichmacher enthält. Auch hier wird der Weichmacher, der abfällt, zu (28) ruckgeleitet.
Das erfindungsgemässe Verfahren erlaubt also gleichzeitig teigige und feste Produkte auf der
Russbasis zu gewinnen. Es können aber auch nur teigige oder nur feste Produkte hergestellt werden.
Wenn die verwendete Flüssigkeit in gleicher
Weise bei der Erzeugung von Tinten und Farben als auch-als Weichmacher für Kautschuk taug- lich ist, was z. B. bei den oben erwähnten Kohlen- wasserstoffen der Fall ist, kann es vorteilhaft sein, gleichzeitig teigige und feste Anteile auszustossen.
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ren Produkte in den Industrien, die Russ verarbeiten, ist sehr leicht und ermöglicht überdies'wei- testgehende Varianten. Um z. B. eine Druckfarbe herzustellen, die 5% Russ und 95% Petroleumöl
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(7) der Einrichtung gemäss Fig. 1 zur Verfügung steht. Es ist nur erforderlich, dass man dieselbe oder eine gleichartige Flüssigkeit als Verdünnungsmittel anwendet, wie jene es ist, in dem der Russ dispergiert ist.
Wenn die Druckfarbe aus einer Mischung von 2, 5% Ofenruss und 2, 5% Tunnelruss für 90% Bindemittel bestehen soll, wird man mit denselben Mischungsverhältnissen bei der Gewinnung des Teiges arbeiten. Angesichts des Umstandes, dass im erfindungsgemässen Teig alle Russpartikel mit Flüssigkeit umhüllt sind, sind alle Arbeiten mit der Mischung, etwa das Verdünnen, leicht und mit wenig Energieverbrauch durchführbar.
Diese Eigenschaft gilt ebenso für die Blöcke, die bei (12) der Einrichtung gemäss Fig. 1 gewonnen werden.
Blöcke mit 90% Russ und 10% Weichmacher sind vor allem für die Kautschukindustrie bestimmt. Unter den üblichen Weichmachern sind zu nennen : Fichtenteer, aromatische Kohlenwasserstoffe, Stearinsäure oder Ester, wie z. B. Butylphtalate.
Bei der Erzeugung schwarzen Kautschuks für Autoreifen, Riemen, Schuhsohlen usw. enthalten die zu verarbeitenden Mischungen erhebliche Anteile von Russ. Übliche Werte sind 40 bis 100 Teile Russ, 5 bis 15 Teile Weichmacher auf 100 Teile Rohgummi. Für Treibriemen entfallen, auf 45 Teile Russ 2 Teile Fichtenteer und 3 Teile Stearinsäure.
Um die Herstellung solcher Mischungen zu erleichtern, ermöglicht die Erfindung mehrere Sorten von Blöcken. anzufertigen, welche Standardmischungen beinhalten.
In Anlehnung an das vorgenannte Beispiel können Blöcke der ersten Gruppe 90% Russ und 10% Fichtenteer, die der zweiten Gruppe 90% Russ und 10% Stearinsäure enthalten.
Man nimmt also 20 Teile der ersten Gruppe, welche somit 18 Teile Russ und 2 Teile Fichtenharz enthalten, und 30 Teile der zweiten Gruppe, die 27 Teile Russ und 3 Teile Stearinsäure ent- halten. Die Mischung beider Mengen ergibt sofort die oben genannte Zusammensetzung.
Das allgemeine Verfahren, die Russblöcke z. B. in den Kautschuk einzuarbeiten, spielt sich, wie in der einschlägigen Industrie üblich, ab.
Wenn die gewünschte Mischung mehr Weichmacher verlangt, als zunächst in den Blöcken vorgesehen war, oder wenn andere Weichmacher erwünscht sind, bereitet die Hinzufügung entspre-
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allen Fällen ist eine Mischung ohne Zusammenballungen gesichert, bzw. deren Entstehen praktisch unterbunden.
Es sei bemerkt, dass sich die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen be- schränkt lund vielerlei Vartianten möglich sind ; z. B. kann im Falle gemäss Fig. 2 der Tunnel (28) entbehrlich sein.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von teigigen bis festen Mischungen aus Lampenruss und für die Erzeugung von Tinten, Farben oder Kautschukprodukten geeigneten Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, dass der Lampenruss im pulvrigen Zustand im mehrfachen seines Volumens der entsprechenden Flüssigkeit dispergiert wird, worauf, beispielsweise durch Zentrifugieren oder Filtrieren, ein Teil der Flüssigkeit aus der Dispersion wieder entfernt wird.