DE1767950A1 - Process for hydrophobing carbon black - Google Patents

Description

"Verfahren zum Hydrophobieren von Ruß""Process for making carbon black water-repellent"

Die vorliegende' Erfindung betrifft ein Verfahren zum Hydrophobieren von Ruß durch Umsetzen mit organischen Materialien.The present invention relates to a method of hydrophobing of soot by reacting it with organic materials.

Handelsübliche Rußsorten finden in der Technik eine mannigfaltige Anwendung. Sie können beispielsweise zur Herstellung von Lacken, Farben oder zum Einfärben von Papier, Kunststoffen usw. vervrendet v/erden. In den meisten Fällen sind diese üblichen Rußsorten hydrophil, da sie von der Herstellung her an den Oberflächen hydrophile Gruppen besitzen. Für viele Anwendungszwecke ist es jedoch wünschenswert, daß der Ruß in hydrophober Form vorliegt. Es ist bereits bekannt, Ruß in Gegenwart eines Friedel-Crafts-Katalysators mit Alkylierungsmitteln umzusetzen. Dieses Verfahren hat jedoch erhebliche Nachteile. Durch die Verwendung von Katalysatoren wird der Ruß in den meisten Fällen verunreinigt, was sich bei seiner späteren Verarbeitung ungünstig auf die damit hergestellten Produkte ausv/irken kann. Außerdem ist es bei dem bekannten Verfahren meist erforderlich, größere Mengen an Lösungsmittel zu verwenden, die später abgetrennt werden müssen und somit das Verfahren aufwendig gestalten.Commercially available types of carbon black have a wide range of uses in technology. You can, for example, to manufacture of lacquers, paints or for coloring paper, plastics etc. are used. For the most part, these are common types of carbon black, since they have hydrophilic groups on their surfaces during manufacture. For many For purposes of application, however, it is desirable that the carbon black be in a hydrophobic form. It is already known soot in the presence of a Friedel-Crafts catalyst with alkylating agents to implement. However, this method has significant disadvantages. Through the use of catalysts, the In most cases, soot is contaminated, which, when it is later processed, has an adverse effect on those produced with it Products. In addition, in the known process it is usually necessary to use larger amounts of solvent to use, which have to be separated later and thus make the process expensive.

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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Hydrophobieren von Ruß zu finden, das die erwähnten Nachteile nicht aufweist.The present invention is based on the object of finding a method for making carbon black hydrophobic, which is the one mentioned Does not have any disadvantages.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, d-aß man Ruß mit Fettalkoholen oder Alkylphenolen oder Fettsäuren bzw. deren Estern mit niederen Alkoholen bzw. deren einfachen Derivaten in einer Menge von 1 bis 20 Gewichtsprofc zent, bezogen auf den Ruß, bei Temperaturen oberhalb 150° C bis etwa 350° C behandelt.The process according to the invention is characterized in that carbon black is mixed with fatty alcohols or alkylphenols or fatty acids or their esters with lower alcohols or their simple derivatives in an amount of 1 to 20 per cent by weight cent, based on the carbon black, treated at temperatures above 150 ° C to about 350 ° C.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren können fast alle handelsüblichen Ruße permanent hydrophobiert werden. Der pH-Wert der üblichen Rußsorten liegt innerhalb eines pH-Bereiches von etwa 3 bis 10. Je nach pH-Wert kann es zweckmäßig sein, verschiedene Hydrophobierungsmittel zu verwenden. Bei stark saurem pH-Wert sind in erster Linie alkoholische oder auch phenolische OH-Gruppen enthaltende Hydrophobierung3mittel geeignet, während bei alkalischen. pH-Werten hauptsächlich carboxylgruppenhaltige oder estergruppenhaltige Hydrophobierungsmittel verwendet werden sollten. Manche Rußsorten können sowohl mit den Fettsäuren bzw. deren Estern als auch mit den OH-Gruppen enthaltenden Hydrophobierungsmitteln hydrophobiert werden.With the method according to the invention, almost all commercially available Carbon blacks are permanently hydrophobized. The pH value of the usual types of carbon black is within a pH range from about 3 to 10. Depending on the pH, it can be useful to use different water repellants. At strong acidic pH values, water repellants containing alcohol or phenolic OH groups are primarily suitable, while at alkaline. pH values mainly hydrophobizing agents containing carboxyl groups or ester groups should be used. Some types of carbon black can be mixed with the fatty acids or their esters as well as with the Hydrophobizing agents containing OH groups are rendered hydrophobic.

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Die für die Hydrophobierung geeigneten aliphatischen Alkohole sollen eine Kcttenlänj-re von etwa δ bis 30 Kohlenstoffatomen, insbesondere 12 bis 2k Kohlenstoffator.cn, aufweiten. Sie können geradkettig oder ver2v.^reigt sein. Insbesondere kommen handelsübliche primäre Alkohole wie etwa Laurylalkohol, Cetylalkohol, Octadecanol oder Eikosanol infrage. Neben den aus natürlichen Rohstoffen gewonnenen Fettalkoholen kennen auch auf rein synthetischem Wege gewonnene Alkohole, beispielsweise solche nach dem Oxo- oder Ziegler-Verfahren hergestellte, i in Betracht.. Selbstverständlich können auch Gemische der erwähnten Alkohole verwendet werden, und zwar insbesondere die in der Technik anfallenden Fettalkoholgemische, die Fettalkohole mit einer Kettenlänge von 8 bis 26 Kohlenstoffatomen enthalten. Geeignet sind schließlich auch solche verzweigten, primären Alkohole, wie sie durch die Guerbet-Reaktion herstellbar sind.The aliphatic alcohols suitable for hydrophobing should have a length of about δ to 30 carbon atoms, in particular 12 to 2k carbon atoms. They can be straight-chain or ver2v. ^r isplays be. Commercially available primary alcohols such as lauryl alcohol, cetyl alcohol, octadecanol or eicosanol are particularly suitable. In addition to the obtained from natural fatty alcohols also know to purely synthetic means alcohols obtained, for example those for the oxo- or Ziegler-process produced, i into consideration .. Of course, mixtures of the aforementioned alcohols are used, in particular those in the art resulting fatty alcohol mixtures containing fatty alcohols with a chain length of 8 to 26 carbon atoms. Finally, branched, primary alcohols such as can be prepared by the Guerbet reaction are also suitable.

Weiterhin sind für den erfindungsgemäßen Zweck Alkylphenole geeignet, in denen die Alkylkette 2 bis 20, insbesondere 6 bis l4, Kohlenstoffatome enthält. Es kommen also beispielsweise infrage Octylphenol, Decylphenol, Dihexylphenol und andere mehr.Furthermore, alkylphenols in which the alkyl chain contains 2 to 20, in particular 6 to 14, carbon atoms are suitable for the purpose according to the invention. For example, octylphenol, decylphenol, dihexylphenol and others can be used.

Ferner, sind zum Hydrophobieren Fettsäuren mit einer Kettenlänge von etwa 8 bis 30 Kohlenstoffatomen geeignet. Es kommen hier natürliche oder synthetische Fettsäuren in Betracht, wie beispielsweise Laurinsäure, Myristinsäure, Palmitinsäure,In addition, fatty acids with a chain length of approximately 8 to 30 carbon atoms are suitable for hydrophobing. It come here natural or synthetic fatty acids into consideration, such as lauric acid, palmitic acid,

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Stearinsäure, Arachinsäure, Behensäure. Außerdem sind geeignet ungesättigte Fettsäuren wie ölsäure oder auch weitere funktionelle Gruppen enthaltende Carbonsäuren wie etwa das Additionsprodukt von Maleinsäureanhydrid oder Maleinsäuredimcthylester an ungesättigte Fettsäuren v/ie et via an Ölsäure oder auch Ilydroxystearinsäure und Hydroxyphenylstearinsäure und andere mehr.Stearic acid, arachidic acid, behenic acid. In addition, unsaturated fatty acids such as oleic acid or carboxylic acids containing other functional groups such as the addition product of maleic anhydride or dimethyl maleate with unsaturated fatty acids v / ie et via oleic acid or else Ilydroxystearic acid and hydroxyphenyl stearic acid and others are suitable.

Anstelle der Carbonsäuren können auch deren Ester mit niederen aliphatischen Alkoholen wie etwa mit Methanol, Äthanol, Propanol oder Butanol eingesetzt werden. Vermutlich sind auch in diesem Fall die freien Fettsäuren die eigentlichen Hydrophobierungsmittel. Sie könnten infolge Verseifung durch Spuren von Wasser irn Reaktionsgemisch selbst entstehen.Instead of the carboxylic acids, their esters with lower aliphatic alcohols such as methanol, ethanol, Propanol or butanol can be used. In this case, too, the free fatty acids are probably the real ones Water repellants. They could arise as a result of saponification through traces of water in the reaction mixture itself.

Die Durchführung des Verfahrens ist ohne großen Aufwand möglich. Zweckmäßig werden die Komponenten in den angegebenen Mengenverhältnissen gemischt und dann auf Temperaturen ober- * halb 150 bis etwa 350° C, vorzugsweise l80 bis 300° C, gebracht. Die Behandlungsdauer beträgt im allgemeinen etwa 15 Minuten bis 2 Stunden. Die Behandlung kann chargenweise oder auch in geeigneten Apparaturen kontinuierlich durchgeführt werden. Beispielsweise kann man das Gemisch aus Ruß und Hydrophobierungsmitteln durch eine beheizte Mischschnecke schicken. Arbeitet man in offenen Gefäßen, kann es zweckmäßig sein, die Luft durch Stickstoff oder ein Edelgas zu verdrängen. 109840/1371The process can be carried out without great effort. The components are expedient in the specified Mixing proportions and then to temperatures above 150 to about 350 ° C, preferably 180 to 300 ° C, brought. The treatment time is generally about 15 minutes to 2 hours. Treatment can be carried out in batches or can also be carried out continuously in suitable apparatus. For example, you can use the mixture of carbon black and send water repellants through a heated mixing screw. If you work in open vessels, it can be useful be to displace the air with nitrogen or a noble gas. 109840/1371

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Die Zeit und die Temperatur zur Erzielung eines optimalen Hydrophobierungseffektes kann durch einige Vorversuche leicht ermittelt werden.The time and temperature to achieve an optimal The water-repellent effect can easily be determined through a few preliminary tests.

Das erfindungsgemäße Verfahren benötigt keine Lösungsmittel oder die Verwendung von besonders korrosionsfesten Apparaturen, wie sie beim Einsatz von Friedel-Crafts-Katalysatoren erforderlich sind.The process according to the invention does not require any solvents or the use of particularly corrosion-resistant equipment, as required when using Friedel-Crafts catalysts are.

Der Hydrophobierungseffekt äußert sich unter anderem in einer geringeren ölzahl sowie in der Erleichterung des Einarbeitens in Lackharze.The water-repellent effect manifests itself, among other things, in a lower oil number and in the fact that it is easier to incorporate in lacquer resins.

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Beispiel 1:B EISP iel 1:

Handelsüblicher Ruß wurde mit den Hydrophobierungsmittel zusammen in einer Mischschnecke erhitzt. In der nachfo.lf-enden Tabelle I sind·angegeben Rußtyp, Hydrophobierungsmittel, Zusatz in Gewichtsprozent, bezogen auf Ruß, Behandlun₍"ßdauer in Minuten und die Reaktionatemperatur.Commercially available carbon black was heated together with the water repellent in a mixing screw. In the nachfo.lf-end table I · are given type of carbon black, water repellents, additional in weight percent based on carbon black, Behandlun ₍ "ßdauer in minutes and the Reaktionatemperatur.

In allen Fällen war der Ruß nach der Behandlung permanentIn all cases the soot was permanent after treatment

hydrophobiert.hydrophobized.

Tabelle ITable I.

RußtypSoot type Hydrophobierungs
mittel jWater repellent
medium j Gewichts- |
Prozent jWeight |
Percent j Dauer
Min. jduration
Min. J Temperatur
oc .temperature
oc. HAPHAP EikosanolEicosanol 22 3535 220220 HAPHAP StearinsäureStearic acid 3,53.5 1818th 220220 HAPHAP LaurinsäureLauric acid 55 1818th 220220 HAFHAF StearinsäureStearic acid 3,53.5 3535 220220 HAFHAF 3ehensäure3ehenic acid 22 2828 220220 HAPHAP LaurinsäureLauric acid 55 5555 220220 SAPSAP StearinsäureStearic acid 3,53.5 3535 220220 SAPSAP LaurinsäureLauric acid 66th 1818th 220220 SAPSAP BehensäureBehenic acid 22 3535 220220 MC 74
UNMC 74
U.N. EikosanolEicosanol 1313th 1818th 220220 HAPHAP Sojafettsäure, Male
insäureanhydrid
addiertSoy fatty acid, male
acidic anhydride
added 1010 5555 220220 HAFHAF Guerbetalk.C.g-C.gGuerbetalk.C.g-C.g ' 2'2 3535 220220 HAF ;HAF; 12-OxyStearinsäure12-oxystearic acid 33 1818th 220220 HAP \ HAP \ ölsäureoleic acid 33 3535 200200 HAP ] HAP ] HydroxyphenyIstearin-
säureHydroxypheny, stearic
acid i»i » 3535 200200 HAPHAP Guerbetalk.C.jjGuerbetalk. C.jj 22 3535 220220 HAPHAP n-Dodecanoln-dodecanol 22 3535 220220

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?·■? · ■

In einem offenen■ .Gg fuß -wurde handelsüblicher-Ruß während 20 Minuten nit dem Hydrophobiex'un^smittel auf 2.00° Ό erhitzt. Es wurde- in allen Folien eine permanente Hydropho bierunc erhalten.In an open ■ .Gg foot - was commercial-carbon black during Heated to 2.00 ° Ό for 20 minutes with the hydrophobic agent. There was a permanent hydrophobic in all foils bierunc received.

Tabelle IITable II

■Rußtyp■ Soot type

HydrophobierunpsiTiittel Zusatz in Gq\-i.~% Hydrophobic agent additive in Gq \ -i. ~%

i
JSPCi
JSPC Eikosanol
-Eicosanol
- 3,53.5 bpcbpc StearinsäureStearic acid 3,53.5 HAFHAF EikosanolEicosanol 22 HAFHAF StearinsäureStearic acid 22 SpezialSpecial EikosanolEicosanol 55 Printex 60Printex 60 EikosanolEicosanol 3,53.5 Printex 60Printex 60 StearinsäureStearic acid 3,53.5 HAFHAF StearinsäuremethylesterMethyl stearate 3,03.0

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Claims (3)

PatentansprücheClaims 1) Verfahren zum Hydrophobieren von Ruß durch Umsetzen mit organischen Materialien, dadurch gekennzeichnet, daß man Ruß mit Fettalkoholen oder Alkylphenolen oder Fettsäuren bzw. deren Estern mit niederen Alkoholen bzw. deren einfachen Derivaten in einer Menge von 1 bis 20 Gewichtsprozent, bezogen auf den Ruß, bei Temperaturen oberhalb 150° C bis etwa 350° C behandelt.1) Process for making carbon black hydrophobic by reacting it with organic materials, characterized in that one Carbon black with fatty alcohols or alkylphenols or fatty acids or their esters with lower alcohols or their simple ones Derivatives in an amount of 1 to 20 percent by weight, based on the carbon black, at temperatures above 150 ° C to treated about 350 ° C. 2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydrophobierungsmittel etwa 12 bis 2k Kohlenstoffatome enthalten.2) Method according to claim 1, characterized in that the hydrophobizing agents contain about 12 to 2k carbon atoms. 3) Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Behandlung bei Temperaturen von l80 bis 300 C vornimmt.3) Process according to claim 1 and 2, characterized in that the treatment at temperatures of l80 to 300 C. undertakes. HENKEL & CIE. GmbH. i.A.HENKEL & CIE. GmbH. in general (Dr. Haas)(Dr.Schulte Oestrich)(Dr. Haas) (Dr. Schulte Oestrich) BAD ORIGINALBATH ORIGINAL 109840/ 1 371109840/1 371