DE2102795C3 - Gut dispergierbares einen zweiwertigen Alkohol enthaltendes Titandioxydpigment und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Description

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Titandioxydpigment wird technisch nach einem der beiden 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 Temperature a calciniert, wobei getrennte TiO₂-Teilchen mit einer Teilchengröße innerhalb eines vorbestimmten Bereiches gebildet werden, die sowohl optimale optische als auch physikalische Eigenschaften in überzugszusammensetzungen für Oberflächen, die diese enthalten, gewährleisten. Es ist in der Technik jedoch gut bekannt, daß ein TiO₂-Hydrat, das viele einzelne TiO₂-Teiichen enthält, zusätzlich Klümpchen von einzelnen TiO₂-Teilchen, die man im allgemeinen als »Aggregate« bezeichnet, enthält und daß sich diese Aggregate während der Calcinierung vergrößern und sintern. Folglich enthält das calcinierte TiO₂ viele große, harte Aggregate.

Es ist daher nötig, das Produkt, das aus dem Rostofen entnommen wird, zu zerreiben oder zu vermählen bzw. die Größe der Teilchen herabzusetzen. Obgleich die feuchten und trockenen Vermahltechniken sehr wirksam sind, enthält das gemahlene Pigment unvermeidlich einige Aggregate, die, wenn sie in Oberflächen-Überzugszusammensetzungen, z. B. in Alkyd- oder Acryl-Anstrichfarbensysteine, eingearbeitet werden, dazu neigen, Aggiumciaic ^u uiiilcn. Gbglcivii üic icU-teren relativ weich und schwach miteinander verbunden sind, bleiben viele Agglomerate intakt. Dementsprechend ist das Befeuchten und Dispergieren von Pigmenten, das man der Einfachheit halber als »Dispersion« oder »Dispergierbarkeit« bezeichnet, zur Herstellung von Oberflächenüberzugszusammensetzungen mit optimalen optischen und physikalischen Eigenschaften wenig ideal.

Das TiO₂-Gebiet ist übersättigt mit Verfahren, um die Pigmentdispersion zu verbessern einschließlich der Behandlung des TiO₂-Pigments vor oder während des letzten Mahlens mit verschiedenen organischen Mitteln, wie beispielsweise mit Neopentylglykol oder PoI;-äthylenglykol-Äthylenoxyd-Polymeren, die ein Molekulargewicht von etwa 2(K) besitzen.

Aus der DT-AS 17 17026 ist es bekannt, ein Titandioxydpigment zur Verbesserung der Dispergierbarkeit mit einem nichtionischen wasserlöslichen mehrwertigen Alkohol mit 4 bis 10 Kohlenstoffatomen zu überziehen. Aus der britischen Patentschrift 10 17446 ist zu diesem Zweck die Verwendung von Trimethylolpropan bekannt. Aus der belgischen Patentschrift 708 223 und der US-Patentschrift 23 16 535 ist zu diesem Zweck die Verwendung von zweiwertigen Alkoholen bekannt.

Obgleich diese organischer Verbindungen bemerkenswerte Verbesserungen bei der Dispergierung gegenüber nichtbehandelten Pigmenten ergeben, sind noch bessere Dispersionsgeschwindigkeiten erforderlich, um der Nachfrage nach leichter dispergierbarem TiO₂-Pigment und nach homogeneren Überzugszusammensetzungen Genüge zu tun.

Die Erfindung sieht ein TiO₂-Pigment vor, das überlegene Benetzbarkeit und Dispergierfahigkeit in Überzugszusammensetzungen für Oberflächen mit ausgezeichneten optischen Eigenschaften vereinigt.

Gegenstand der Erfindung ist ein gut dispergierbares. einen zweiwertigen Alkohol enthaltendes Titandioxydpigment, dadurch gekennzeichnet, daß die Pigmentteilchen einen überzug aus 2,2,4-Trimethyll.i-pentandiol in einer Menge von 0,35 bis 1.50%. bezogen auf das Gewicht des TiO₂, enthalten.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines gut dispergierbaren Titandioxydpigmentes, welches mit einem in ein Lösungsmittel eingebrachten zweiwertigen Alkohol besprüht oder mit dem festen Alkohol gemischt wird und danach einer Strahlmühlenbehandlung unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, daß als zweiwertiger Alkohol 2,2.4-Trimethyl-1,3-pentandiol eingesetzt wird, mit dem das Pigment in einer Menge von 0,35 bis 1,50%. bezogen auf das Gewicht des fertig behandelten TiO₂. überzogen wird.

Ein Titandioxydpigment, dessen Oberfläche erfindungsgemäß mit 2,2,4-Trimethyl-1,3-pentandiol überzogen wurde, läßt sich überraschenderweise nicht nur in Alkyd- und acrylischen Oberflächenzusammensetzungcn leicht dispergieren, sondern es werden auch die Pigmentagglomerate während der Formulierung mit weniger Energieaufwand in getrennte Teilchen aufgebrochen. Weiterhin hat die Behandlung mit diesem Diol keine nachteilige Wirkung auf andere Eigenschaften des Pigmentes, wie beispielsweise seine Farbe, seine Farbstärke und die ölabsorption.

Das in der Erfindung verwendete Titandioxydpigmenl kann ein Sulfatpigment oder ein Chloridpigment sein, und es kann in der Anatas- oder in der Ruiü-iwim vorliegen. Weiterhin kann das Pig~er.t vor seiner Behandlung überzogen oder nicht überzogen sein. Es ist jedoch bevorzugt, daß das Pigment mit einem oder mehreren Mitteln überzogen ist. die die Farbe und die Kteidungsresistenz des fertigen Pigmentes verbessern. Derartige Mittel schließen Oxydhydrate von Aluminium, Silicium, Titan, Zirkon und deren Mischungen ein, wobei diese überzüge calciniert oder nicht calciniert sein können und wobei die bevorzugten Mengen derartiger überzüge im Bereich von 0,! bis IO Gewichtsprozent und vorzugsweise 0,5 bis 5,0 Gewichtsprozent, bezogen auf TiO₂, liegen.

Das Diol, das erfindungsgemäß verwendet wird, ist ein weißes kristallines Material. Es besitzt einen niedrigen Schmelzpunkt, ist in Wasser unlöslich, jedoch in Aceton oder Äthylenglykolrnonobutyläther leicht

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löslich. Es hat zwei Methylgruppen in der 2-Stellung und eine Methylgruppe in der 4-SteIlung mit einer Hydroxylgruppe in der 1-Stellung und eine Hydroxygruppe in der 3-Stellung. Seine Foimel ist die folgende:

OH CH₃ OH CH₃ H

! Il Ii

H—C — C — C — C — C — H

I ι ι j j

CH₃ H H H

Das Diol kann auf das Titandioxydpigment auf verschiedene Weise aufgebracht werden. Es kann beispielsweise in einem geeigneten Lösungsmittel, wie Aceton oder einer 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. Das Diol kann ,^doch auch zu dem Pigment als trockenes Pulver zugc.ugt werden.

Bei Verwendung eines TiO₂-Pigmentes, das nach dem Chloridverfahren hergestellt wurde, kann zum überziehen desselben die Diol-Lösung zweckdienlich in Form eines feinen Sprays oder Aerosols in den TiO₂ enthaltcnden.auf eine geeignete Temperatur gekühlten Reaktionsgasstrom eingeführt werden.

Die Menge an Diol, die auf dem Titandioxyd verbleibt, um dessen Benetzbarkeit und Dispergierbarkeit in Oberfläch -nüberzugszusammensetzungen zu verbessern, ist überraschend gering, wobei Mengen, die oberhalb 1,50%, bezogen auf das Gewicht des Pigmentes, liegen, keine zusätzliche vorteilhafte Wirkung zu haben scheinen. Die Menge an D:ol in dem Pigment wird bestimmt, indem man den Prozentgehalt an Kohlenstoff, der in dem Pigment nach dem Mahlen vorhanden ist, analysiert.

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

Die erfindungsgemäßen Pigmente sind besonders wertvoll für die Verwendung in Oberfiächenüberzugszusammensetzungen, wie in Anstrichfarben, Kunststoffen, Emaillen, Lacken und Druckfarben.

Die erfindungsgemäß mit 2,2,4-Trimethyl-l,3-pentandiol behandelten Pigmente lassen sich nicht nur

IUtVIIt nt uCtt *~rtsCi iictCiiCnüi/CrZügSZüScitTtittCtiSCiZungCit

ohne Nachteil in bezug auf die optischen Eigenschaften und die Haltbarkeit dispergieren. Vielmehr ist auch die Dispergiergeschwindigkeit des behandelten Pigmentes höher als diejenige von Titandioxydpigment, das mit bisher verwendeten zweiwertigen Alkoholen, wie Neopentylglykol oder mit Polyäthylenglykol-Äthylenoxyd-Mischpolymerisaten behandelt worden war.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiel 1

Es wurde eine 25%ige Lösung von 2,2,4-Trimethyl-1,3-pentandiol hergestellt, indem man zu einer 50%igen Diol-Aceton-Mischu.ig bei etwa 60⁰C eine gewichtsgleiche Menge Wasser gab und 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% Siliciumdioxyd und 2,0% Aluminiumoxyd überzogen worden. Die Beschickungsgeschwindigkeit des Diols wurde so eingestellt, daß 0,65% 2,2,4-Trimethyl-L3-pentandiol zu dem Pigment vor dem Vermählen zugegeben wurden. Das behandelte Pigment wurde dann in einer

ίο Dampfstrahlmühle vermählen. Nach dem Vermählen wurde aus dem analytisch bestimmten Kohlenstoffgehalt der vom Pigment endgültig aufgenommene Diolgehalt ermittelt, der 0,35 Gewichtsprozent betrug.

Beispiele IA und 1B

Zu Vergleichszwecken wurde das TiO₂-Pigment vom Beispiel 1 auf ähnliche Weise mit Neopentylglykol unter Verwendung der gleichen Menge wie im Beispiel 1 behandelt. Es wurde auch ein Pigment, das nicht behandelt worden war, untersucht. Man bestimmte die Dispergierbarkeit, deren Werte in der Tabelle angegeben sind. Das riO^-Pigment, das mit 2,2,4-Trimethyl-l,3-pentandioI behandelt worden war, zeigte eine überltjene Dispergierbarkeit.

Prüfung auf Benetzbarkeit bzw. Dispergierbarkeit

Die Benetzbarkeit der mit Diol behandelten Pigmente in Oberflächenüberzugszusammensetzungen wurde bestimmt, indem man 40,0 g Xylol, 113,2 g eines kurzöligen Alkyds — 50% Feststoffe, 50,0 g mit Diol behandeltes TiO₂ und 20,0 g Keramikteilchen mit einer Korngröße von 0,84 bis 0,59 mm in einen 600-ml-Behälter gab. Die Mischung wurde mit der Hand gerührt, damit ein vcHständiges Befeuchten gewährleistet war. Dann wurde die Bestimmung vorgenommen, indem man in das Bechergla; eine Dispergiervorrichtung, 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 die Zermahlung bestimmt, wobei man einen 0- bis 8-Hegman-Meßblock verwendete.

Beispiele 2, 2A und 2B

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

tandiol in Aceton wurde auf das TiO₂ versprüht, das man aus dem Brennofen entnahm, und dieses wurde dann in einer Dampfstrahlmühle feinstvermahlen. Bezogen auf das Pigmentgewicht, betrug der Gehalt an 2,2,4-Trimethyl- 1,3-pentandiol dann 0,35 Gewichtsprozent. Zu Vergleichszwecken wurde ein ähnlicher Versuch 2A durchgeführt, bei dem man 0,75% PoIyäthylenglykol - Äthyknoxyd - Mischpolymerisat verwendete. Weiterhin wurde ein Vergleichsversuch 2B durchgeführt, bei dem man kein organisches überzugsmittel verwendete. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in der Tabelle angegeben, und es ist ersichtlich, daß die Dispergierbarkeit des erfindungsgemäß behandelten Pigmentes besser ist als diejenige der Vergleichspigmente.

Beispiele 3, 3A und 3 B

B^e ι

i s ρ i e 1 e 4, 4A und 4B

Man verwendete ein Rutil-TiO₂-Pigment, das mit 1,0% Titandioxyd, 1,0% Siliciumdioxyd und 2,0% Aluminiumoxyd überzogen worden war. Es wurde 2,2,4-TrimethyI-l,3-pentandiol als festes Pulver zu dem aus dem Trockner entnommenen F'igment zugegeben und dann vor dem Vermählen mit der Strahlmühle mit dem Pigment trocken vermischt. Das aus

Man verwendete ein Rutil-TiO₂-Pigment, das nach dem Chlorid verfahren hergestellt und mit 1,0% Aluminiumoxyd überzogen worden war. Beim Einbringen in eine Dampfstrahlmühle sprühte man auf das Pigment eine 50%ige Lösung von 2,2,4-Trimechy!- 1,3-pentandio! in Aceton. Die Fließgeschwindigkeit der Lösung und die Beschickungsgeschwindigkeit des

dem Trockner entnommene Pigment wurde dann in io Pigmentes wurden so gewählt, daß die Menge an einer Dampfstrahlmühle feinvermahlen. Bezogen auf Diol, die man zu dem Pigment zugab, etwa 0,35%, das fertig behandelte Pigment b-truc der Diolgehalt bezogen auf das Gewicht des fertig behandelten Pig-0,35 Gewichtsprozent. Es wurde ei^ Vnrgleichsver- ments, betrug. Bei dem Vergleichsversuch 4A versuch 3A durchgeführt, bei dem man C ^/C% Polyäthy- wendete man 0,75% Polyäthylenglykol-Äthylenoxydlenglykol-Äthylenoxyd-Mischpohiise-^atverwendete. 15 Mischpolymerisat. Im Vergleichsversuch 4B vervven-In dem Vergleichsversuch 3 ß *—»--adete man kein dete man TiO₂-Pigment ohne überzug mit einem organisches überzugsmittel 3ie Ergebnisse dieser organischen überzugsmittel.

Versuche sind in der ^ibciie angegeben. Das erfin- Die Ergebnisse sind in der Tabelle angegeben. Das

dungsgemäß behändeste '-jment zeigt gegenüber den erfindungsgemäß behandeltr Pigment zeigte gegenüber

Vergleichspigmenten eine überlegene Dispergierbar- 20 den Vergleichspigmenten ein? "berlegene Dispergier-

barkeit.

Beisj el Verwendetes Pigment
Nr.

Zugefügtes orga- Prozent aufgetra- Dispergiernisches Überzugs- genes Dberzugb- barkeil
mittel mittel 'bezogen

auf das fertig behandelte Pigment)

Lösung der organischen Verbindung in Aceton wurde auf das Pigment aufgesprüht

1 Rutil-TiO₂ nach dem Sulfatverfahren hergestellt TMPD*) 0,35 2,0 1 % TiO₂ + 1 % SiO₂ + AI₂O₃

IA desgl. NPG**) 0,35 O

1B desgl. keines — O

Lösung der organischen Verbindung in Aceton wurde auf das Pigment aufgesprüht

2 RuUl-TiO₂ nach dem Sulfatverfahren hergestellt TMPD*) 0,35 4,0 l%TiO₂ + 3% Al₂O₃

2A desgl. PEG***) 0,75 2.5

2 B desgl. keines 2,5

Der organische Stoff wurde mit dem Pigment trocken vermischt

3 Rutil-TiO₂ nach dem Sulfatverfanren hergestellt TMPD*) 0,35 4,0 1 % TiO₂ + 1 % SiO₂ + 2% Al₂O₃

3A desgl. PEG**) 0,75 2,0

3 B desgl. keines 2,0

Lösung der organischen Verbindung in Ace'.on wurde auf das Pigment aufgesprüht

4 Rut;I-TiO₂ nach dem Chloridverfahren hergestellt TMPD*) 0,35 2,0

desgl.
desgl.

PEG***)
keines

0.75

·) 2,2,4-Trimethyl-l,3-pcntandio!
*♦) Neopcntyiglyfcol.
***) Polyäthylcnglykol-Athylenoxyd-Misdipolymcrisat mil einem Molekulargewicht von etwa 200

0
0

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Gut dispergierbares, einen zweiwertigen Alkohol enthaltendes Titandioxydpigment, dadurch gekennzeichnet, daß die Pigmentteilchen einen überzug aus 2,2,4-Trimethyl-1,3-pentandiol in einer Menge von 0,35 bis 1,50%, bezogen auf das Gewicht des TiO₂, enthalten.

2. Verfahren zur Herstellung eines gut dispergierbaren Titandioxydpigmentes, welches mit einem in ein Lösungsmittel eingebrachten zweiwertigen Alkohol besprüht oder mit dem festen Alkohol gemischt wird und danach einer Strahlmühlenbehandlung unterworfen wird, dadurch gckennzeichnet, daß als zweiwertiger Alkohol 2,2,4-Trimethyli 3-pentandioi eingesetzt wird, mit dem das Pigment in einer Menge von 0,35 bis 1,50%, bezogen auf das Gewicht des fertig behandelten TiO₂, überzogen wird.