WO2011138243A1 - Formulierung von hydrophobisiertem magnetit - Google Patents
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y25/00—Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03C1/00—Magnetic separation
- B03C1/005—Pretreatment specially adapted for magnetic separation
- B03C1/01—Pretreatment specially adapted for magnetic separation by addition of magnetic adjuvants
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
- H01F1/44—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of magnetic liquids, e.g. ferrofluids
- H01F1/445—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of magnetic liquids, e.g. ferrofluids the magnetic component being a compound, e.g. Fe3O4
Definitions
- the present invention relates to a dispersion comprising at least one particle comprising at least one magnetic iron oxide as component A and a solvent mixture as component B comprising 5 to 95% by weight of at least one water-miscible organic solvent LM as component B1 and 5 to 95 wt .-% water as component B2, wherein the sum of B1 and B2 100 wt .-% results, a process for preparing such a dispersion comprising at least the steps (I) mixing particles containing at least one magnetic iron oxide with at least one water-miscible organic solvent LM and water, and (II) homogenizing the mixture of step (I), wherein in step (II) a shear energy of at least 2 kW / m 3 is introduced into the mixture, the use of such a dispersion the magnetic separation of mixtures or for the preparation of paint formulations , as well as a paint formulation containing such a dispersion.
- magnetite-polystyrene composite particles which can be prepared from oleic acid-modified magnetite nanoparticles by mini-emulsion polymerization.
- magnetite nanoparticles are modified on the surface with oleic acid and dispersed in a solution of styrene and cyclohexane. Then, a solution of sodium dodecyl sulfate and sodium bicarbonate in water is added to form an aqueous phase.
- a miniemulsion is prepared, and the polymerization is started by means of a radical initiator.
- magnetite particles are treated with surface-active substances such as dodecylbenzenesulfonate, sodium oleate or various types of poly (oxyethylene) nonylphenyl ethers and dispersed in water.
- WO 2009/151 148 A1 discloses composite particles, a process for their preparation and dispersions containing these composite particles.
- a first liquid is mixed with particles to obtain a mixture.
- This mixture is then mixed with a second liquid to obtain an emulsion containing a dispersed form of the first liquid and the particles, the emulsion is then mixed with a polymeric compound, and the first liquid is separated from the emulsion by fractional distillation.
- the first liquid may be an organic liquid that is insoluble in the second liquid.
- the second liquid may be water or an aqueous solution.
- Examples of the first liquid according to WO 2009/151 148 A1 are hydrocarbon solvents such as hexane, heptane or octane, aromatic hydrocarbon solvents such as benzene, toluene or xylene, halogenated hydrocarbons such as dichloromethane, chloroform, chloroethane or dichloroethane, ethers such as ethyl ether, diethyl ether and isobutyl ethers, esters or ketones. These solvents mentioned are by definition according to WO 2009/151 148 A1 immiscible with water.
- the object of the present invention over the prior art is to provide a dispersion of magnetic particles, which are characterized by a very homogeneous distribution of the magnetic particles in this dispersion and thereby by a particularly good accessibility of the hydrophobic surface of the particles.
- This surface accessibility is particularly important in magnetically assisted ore separation to ensure docking of the hydrophobic ores to the surface of magnetic particles, such as magnetite particles.
- good accessibility is to be ensured since, for example, when using such a dispersion in paints, optimal adhesion of the particles to the substrate can only be ensured if the surface is freely accessible.
- a method for producing this magnetic dispersion is to be provided, which is characterized in that a corresponding dispersion with the abovementioned advantages is produced.
- the magnetic dispersions according to the invention should be usable for the separation of mixtures of substances or for the preparation of coating formulations.
- a dispersion at least comprising: (A) Particles containing at least one magnetic iron oxide as component A and (B)
- component B (B) a solvent mixture as component B comprising (B1) 5 to 95 wt .-% of at least one water-miscible, organic
- step (II) homogenizing the mixture from step (I), wherein in step (II) a shear energy of at least 2 kW / m 3 is introduced into the mixture, and by the use of these dispersions in the magnetic separation of mixtures or for the preparation of paint formulations and by paint formulations containing such a dispersion.
- the dispersion of the invention contains at least: (A) particles containing at least one magnetic iron oxide as component A and
- Component (B2) 5 to 95% by weight of water as component B2, the sum of components B1 and B2 giving 100% by weight.
- the dispersion according to the invention contains particles which contain at least one magnetic iron oxide.
- the particles used according to the invention as component A may contain, in addition to the magnetic iron oxide, further substances or substance mixtures, for example others Oxides of metals of the main and / or sub-groups of the Periodic Table of the Elements, for example, the dispersion may also contain Co-doped iron oxides.
- the particles used according to the invention as component A there are no further substances or mixtures of substances besides the magnetic iron oxides.
- the particles used as component A consist of magnetic iron oxide or of a mixture of two or more magnetic iron oxides. Magnetic iron oxides are known per se to the person skilled in the art. These are accessible, on the one hand, from natural occurrences or production processes known to the person skilled in the art.
- the particles present as component A contain at least one iron oxide selected from the group consisting of magnetite, maghemite and mixtures thereof.
- the particles present as component A consist of magnetite, maghemite or a mixture thereof.
- the present invention therefore also relates to the dispersion according to the invention, wherein the particles present as component A contain at least one iron oxide selected from the group consisting of magnetite, maghemite and mixtures thereof.
- Magnetite has the general chemical formula Fe 3 0 4 2 0 4 can be precisely formulated as Fe (II) Fe (III).
- Maghemite has the general chemical formula Fe 2 0 3 .
- Magnetite and maghaemite are obtained from natural sources.
- the particle size can be adjusted here essentially by grinding, whereby particles are obtained by this method whose diameter is above 1 ⁇ .
- magnetite and maghemite can be prepared from the precipitation of the corresponding metal salts (for example, described in US 4,469,669 A), and by closely controlling the reaction conditions, the size of the particles can be adjusted accordingly.
- significantly smaller particles are obtained here, for example with a diameter of 0.5 nm to 20 ⁇ m.
- the particles used according to the invention as component A can per se have any diameter known to the person skilled in the art as suitable.
- diameter is understood as the largest distance existing in the particle.
- the particle size distribution of the metal oxide in the dispersion may also be bimodal or multimodal, wherein different fractions of magnetic oxide particles are combined.
- the present invention preferably relates to the dispersion of the invention, wherein the particles containing at least one magnetic iron oxide have a diameter of 200 nm to 100 ⁇ .
- the particles according to the invention may generally have any possible symmetrical or asymmetrical shape, for example spherical, ellipsoidal, cylindrical, cuboid, cubic or other shapes. Since the particles used according to the invention are preferably obtained by grinding larger particles, the particles are preferably not symmetrical but asymmetrically shaped.
- the particles present in the dispersion as component A may optionally be modified on the surface with at least one surface-active substance.
- the present invention preferably relates to the dispersion of the invention, wherein the particles containing at least one magnetic iron oxide (A) are modified on the surface with at least one surface-active substance.
- the particle is rendered hydrophobic on the surface with at least one hydrophobic compound.
- the hydrophobic compound is generally selected from compounds of general formula (I)
- B 3 is selected from -C linear or branched C 0 -alkyl, C 3 -Cioo-heteroalkyl, optionally substituted C 6 -Cioo-aryl, optionally substituted C 6 -C 0 o- heteroaryl, C 6 -C 30 aralkyl and Y is a group with which the compound of general formula (I) binds to the at least one magnetic particle.
- a linear or branched C 6 -C C 8 -C B 8 alkyl preferably linear C2 alkyl, most preferably a linear Ci2-alkyl.
- optionally present heteroatoms according to the invention are selected from N, O, P, S and halogens such as F, Cl, Br and I.
- Y is selected from the group consisting of - (X) n -SiHal 3 , - (X) n -SiHHal 2 , - (X) n -SiH 2 Hal with Hai equal to F, Cl, Br, I, and anionic groups such as - (X) n -SiO 3 3 " , - (X) n -CO 2 " , - (X) n -PO 3 2 " , - (X) n -PO 2 S 2" , -
- Very particularly preferred hydrophobizing substances of the general formula (I) are alkoxysilanes, alkylphosphonic acids or alkyl phosphates, carboxylic acids or mixtures thereof.
- the alkyl radical preferably has 3 to 12 C atoms, which can be either branched or linear. Most preferred is the octyl radical.
- the amount of surface-active substance optionally present on the particles depends, for example, on the nature and size of the particles used, as well as on the type of hydrophobing substance of the general formula (I) used.
- the amount can be easily determined by the skilled person and is, for example, 1 to 50 molecules of hydrophobing substance per nm 2 particle surface.
- Component A is generally present in the dispersion of the present invention in an amount sufficient to provide a dispersion suitable for the intended requirement, for example, in the magnetic separation of mixtures or in coating formulations.
- component A in the dispersion according to the invention is present in an amount of from 1 to 95% by weight, preferably 40 to 90% by weight, more preferably 70 to 90% by weight, for example 80% by weight, in each case based on the total dispersion before.
- component B a solvent mixture comprising:
- component B1 5 to 95% by weight of at least one water-miscible organic solvent LM as component B1 and (B2) 5 to 95% by weight of water as component B2, the sum of components B1 and B2 being 100% by weight. % results.
- component B1 At least one water-miscible organic solvent LM is present.
- This solvent LM acts as a dispersion aid in the mixture according to the invention, ie. That is, it is possible with the aid of this solvent LM in the dispersion according to the invention to distribute the particles to be dispersed homogeneously in the dispersion medium.
- component B1 contributes to obtaining a stable dispersion, i. that is, even after prolonged storage does not come to a settling of the dispersed particles.
- component B1 it is generally possible to use any water-miscible organic solvent known to those skilled in the art.
- water-miscible means that component B1 is miscible with water in any mixing ratio, whereby a uniform phase is formed and no two or more phases are formed.
- the water-miscible organic solvent LM is selected from the group consisting of monohydric alcohols, for example methanol, ethanol, propanols such as n-propanol, isopropanol, butanols such as n-butanol, isobutanol, tert-butanol , polyhydric alcohols, for example ethylene glycol, ethers, polyethers and mixtures thereof.
- monohydric alcohols for example methanol, ethanol, propanols such as n-propanol, isopropanol, butanols such as n-butanol, isobutanol, tert-butanol
- polyhydric alcohols for example ethylene glycol, ethers, polyethers and mixtures thereof.
- the present invention preferably relates to the dispersion according to the invention, wherein the water-miscible, organic solvent LM is selected from the group consisting of monohydric alcohols, polyhydric alcohols, ethers, polyethers and mixtures thereof. Water is present as component B2 in the solvent mixture used according to the invention.
- process water from mining companies which has a typical mineral concentration of about 0.07 g / 100 g sulfate, 0.02 g / 100 g nitrate 0.02 g / 100 g chloride, 600 mg sodium and 10 mg iron, each per 100 g.
- component B1 is generally present in an amount of from 5 to 95% by weight, preferably from 60 to 90% by weight, particularly preferably from 70 to 85% by weight, for example 80% by weight, before, and the component B2 is generally present in an amount of 5 to 95 wt .-%, preferably 10 to 40 wt .-%, particularly preferably 15 to 30 wt .-%, for example 20 wt .-%, wherein the sum of components B1 and B2 is 100% by weight.
- the quantities of the components B1 and B2 refer to the solvent mixture B, but not to the entire dispersion.
- Component B is present in the dispersion according to the invention in an amount of preferably 5 to 99% by weight, preferably 10 to 60% by weight, particularly preferably 10 to 30, for example 20% by weight.
- the sum of components A and B are each 100 wt .-%, d. h., That the amounts of the components A and B refer to the entire dispersion.
- component A is present in the dispersion according to the invention in an amount of from 1 to 95% by weight and component B in an amount of from 5 to 99% by weight, more preferably component A is present in an amount of from 40 to 90 %
- component B in an amount of from 10 to 60% by weight, very particularly preferably component A in an amount of from 70 to 90% by weight and component B in an amount of from 10 to 30% by weight. % before, in each case relative to the entire dispersion, the sum of components A and B in each case giving 100% by weight.
- component A is present at 80% by weight and component B at 20% by weight in the dispersion according to the invention.
- the present invention relates to the dispersion of the invention, wherein the components (A), (B), (B1) and (B2) are present in the following amounts: (A) 1 to 95 wt .-% of particles containing at least one magnetic iron oxide as component A,
- component B (B) 5 to 99 wt .-% of at least one solvent mixture as component B, containing (B1) 5 to 95 wt .-% of at least one water-miscible, organic
- components A and B containing the components B1 and B2 are present in the dispersion according to the invention. It is also possible according to the invention that, in addition to components A and B, further additional substances are present, for example other finely divided oxides.
- the present invention also relates to a process for the preparation of a dispersion according to the invention comprising at least the steps: (I) mixing particles containing at least one magnetic iron oxide as component A with at least one water-miscible organic solvent LM as component B1 and water as component B2 and (II) homogenizing the mixture from step (I), wherein in step (II) a shear energy of at least 2 kW / m 3 is introduced into the mixture.
- Suitable and preferred components A, B, B1 and B2 and corresponding suitable and preferred amounts are already mentioned with regard to the dispersion and apply correspondingly to the process according to the invention.
- Step (I) of the method according to the invention comprises the mixing of particles containing at least one magnetic iron oxide (component A) with at least a water-miscible, organic solvent LM (component B1) and water (component B2).
- step (I) can generally be carried out by all methods known to the person skilled in the art, for example by combining the individual components and mixing with suitable devices. On a laboratory scale, this step can be done with a paddle stirrer or an anchor stirrer. On an industrial scale, this step can also take place via a mixed siren or the premixing of solid and liquid according to the prior art with subsequent inline dispersion.
- a high shear energy is introduced into the mixture during mixing in step (I) of the process according to the invention.
- This is for example at least 2 kW / m 3 , preferably at least 50 kW / m 3 , particularly preferably at least 500 kW / m 3 .
- components A, B1 and B2 present in the dispersion, in particular component B1 and the high shear energy used in the preparation have the effect of obtaining a dispersion having particularly advantageous properties with respect to homogeneity and stability.
- Step (I) of the process according to the invention is generally carried out at a temperature of 1 to 80 ° C, preferably at 20 to 40 ° C, particularly preferably at ambient temperature.
- the mixing together can generally be done in several ways.
- the particles are initially introduced in step (I) and then a mixture containing at least one water-miscible organic solvent and water is added.
- the particles are charged and a previously prepared mixture containing the components B1 and B2 is added to the particles.
- the preparation of the mixture of water-miscible, organic solvent and water can be carried out by all methods known in the art, for example, simple combination of the two components in suitable Rhackbenzol- tern, mixing pumps or injectors.
- the particles are initially introduced in step (I), then a water-miscible, organic solvent and then water are added.
- the particles to be dispersed are initially introduced. Subsequently, a water-miscible, organic solvent is added. The mixture containing particles and water-miscible organic solvent is then preferably stirred, wherein the above-mentioned high shear energy can be introduced. However, it is also possible according to the invention that a lower shearing energy is introduced in this method step.
- organic solvent is then added in a further step, water. Also in this step, the above-mentioned high shear energy can be introduced. However, it is also possible according to the invention that a lower shearing energy is introduced in this method step.
- the particles are initially introduced in step (I), then water and then a water-miscible organic solvent are added.
- the particles to be dispersed are initially introduced. Subsequently, water is added. The mixture containing particles and water is then preferably stirred, wherein the above-mentioned high shear energy can be introduced. However, it is also possible according to the invention that a lower shearing energy is introduced in this method step.
- a water-miscible, organic solvent To the mixture containing particles and water is then added in a further step, a water-miscible, organic solvent. Also in this step, the above-mentioned high shear energy can be introduced. However, it is also possible according to the invention that a lower shearing energy is introduced in this method step.
- step (I) of the method according to the invention can also be carried out in each case so that water, a with Water-miscible, organic solvent or a mixture thereof are presented, and the particles are added to the liquid ingredients.
- a liquid constituent for example water and / or a water-miscible organic solvent
- the second liquid component is then added.
- this surface-active substance is applied to the surface of the particles before the dispersion is prepared by the process according to the invention.
- the present invention preferably relates to the process according to the invention, wherein the particles are treated with at least one surface-active substance before step (I).
- the optional treatment of the particles with at least one surface-active substance according to the invention can generally be carried out by all methods known to the person skilled in the art.
- the treatment can be carried out in bulk or in dispersion, preferably in suspension, particularly preferably in aqueous suspension.
- the treatment is carried out with at least one surfactant in bulk, ie in the absence of a dispersant.
- the particles to be treated and the at least one surface-active substance are added and mixed together without additional dispersant in the appropriate amounts.
- Suitable mixing apparatuses are known to the person skilled in the art, for example mills, such as ball mill.
- the treatment is carried out in a dispersion, preferably in suspension.
- Suitable dispersants are, for example, selected from the group consisting of water, water-soluble organic compounds, for example alcohols having 1 to 4 carbon atoms, and mixtures thereof, more preferably water.
- the treatment of the particles is generally carried out at a temperature of 1 to 80 ° C, preferably at 20 to 40 ° C, more preferably at ambient temperature.
- an optionally present dispersing agent can be separated off, for example by filtration, decanting, centrifuging, etc.
- the surface-treated particles remain in dispersion and the still missing component B1 or B2 is added to this dispersion.
- Step (II) of the process according to the invention comprises homogenizing the mixture from step (I), wherein in step (II) a shear energy of at least 2 kW / m 3 is introduced into the mixture. Irrespective of whether a correspondingly high shear energy was introduced into the mixture during the preparation of the mixture according to step (I), the mixture obtained is homogenized in step (II) according to the invention, for example to obtain a particularly high homogeneity of the dispersion.
- the shear energy introduced in step (II) of the process according to the invention is generally at least 2 kW / m 3 , preferably at least 10 kW / m 3 , particularly preferably at least 50 kW / m 3 , very particularly preferably at least 500 kW / m 3 .
- the high shear energy or shear rate preferably introduced according to the invention can be achieved, for example, by a high stirrer speed.
- steps (I) and (II) are to be separated in time, ie that first step (I) is carried out, and then the homogenization according to step (II).
- the two steps it is also possible according to the invention for the two steps to be carried out simultaneously or not separately from one another be, that is, when mixing in step (I), a correspondingly high shear energy is introduced.
- a correspondingly high shear energy is introduced both in step (I) and in step (II).
- Step (II) of the process according to the invention can generally be carried out in all devices known to the person skilled in the art and appear to be suitable, for example in a stirred reactor.
- the high shear energy according to the invention is introduced, for example, by devices known to the person skilled in the art, such as sonotrodes, Turrax, stirred mills, kneaders or intensive mixers.
- steps (I) and (II) are performed in the same device.
- step (II) of the process of the invention the dispersion according to the invention is obtained, which is characterized by a particularly high homogeneity due to the components contained and the special preparation according to the invention, which ensures a maximum surface of the dispersed magnetic oxide particles.
- step (II) may optionally follow step (II) to further treat the resulting dispersion.
- the dispersion according to the invention is particularly suitable for use in the magnetic separation of mixtures of substances, for example of ores, which are obtained from naturally occurring deposits.
- the present invention also relates to the use of a dispersion according to the invention in the magnetic separation of mixtures.
- Methods for the magnetic separation of mixtures, in particular for the separation of ores are known per se to a person skilled in the art and are described, for example, in WO 2009/030669.
- copper ores are separated from the gangue, which essentially contains silicon dioxide.
- the dispersion of the invention is particularly suitable for use in paint formulations due to its advantageous property profile.
- the present invention also relates to the use of a dispersion according to the invention for the preparation of paint formulations.
- the present invention also relates to a paint formulation comprising a dispersion according to the invention.
- Coating formulations comprising dispersions of oxidic compounds are known per se to a person skilled in the art and are described, for example, in EP 0 816 440 B1. Paints according to the invention are, for example, those based on acrylic, alkyd, epoxy, phenolic, melamine, urea, polyester, polyurethane, isocyanate, benzoguanamine or cellulose ester resins.
- a dispersion according to the invention is mixed with the high-molecular-weight materials mentioned, if appropriate with additives, such as fillers, other pigments, siccatives or plasticizers.
- additives such as fillers, other pigments, siccatives or plasticizers.
- suitable additives and methods for mixing are known to the person skilled in the art.
- the amount of the dispersion of the invention is such that the magnetic iron oxides in the paint formulation in an amount of, for example, 0.5 to 40 wt .-%, based on the total formulation, are present.
- the present invention also relates to the use of the dispersion according to the invention comprising magnetic particles for producing magnetic layers, for example for producing magnetic recording media.
- the dispersion according to the invention is used with customary binders, for example copolymers of vinyl chloride, vinyl acetate and vinyl alcohol, copolymers of vinylidene chloride and acrylonitrile, polyvinyl acetals such as polyvinylformals, polyesters / polyurethanes, polyurethane or polyether elastomers, phenoxy or epoxy resins, and mixtures thereof.
- customary binders for example copolymers of vinyl chloride, vinyl acetate and vinyl alcohol, copolymers of vinylidene chloride and acrylonitrile, polyvinyl acetals such as polyvinylformals, polyesters / polyurethanes, polyurethane or polyether elastomers, phenoxy or epoxy resins, and mixtures thereof.
- suitable substrates for example films of polyester, such as polyethylene terephthalate, polyolefins, such as polypropylene, cellulose derivatives such as triacetate, polycarbonates or rigid supports of non-magnetic metals such as aluminum, or ceramic materials, carried out by the skilled person known methods, for example by a Reverse roll coater, by screen printing or extruder casting.
- polyester such as polyethylene terephthalate
- polyolefins such as polypropylene
- cellulose derivatives such as triacetate
- polycarbonates or rigid supports of non-magnetic metals such as aluminum, or ceramic materials
- hydrophobized magnetite (magnetite pigment 345 from BASF SE) with a particle size of 3 to 5 ⁇ m and coated with octylphosphonic acid (20 molecules per nm 2 ) are introduced into a mixture of 20 g of ethanol and 80 g of water with a paddle stirrer. brought. The mixture is then treated for 2.5 min. With the Ultraturrax (3000 rpm).
- the dispersion thus prepared is mixed with a mixture of hydrophobized chalcopyrite (CuFeS 2 ) and unhydrophobized quartz sand (mass ratio 1:99) and an optimal coupling of the chalcopyrite component to the hydrophobized magnetite, which results in a subsequent magnetic separation (described, for example, in WO 2009 / 030669 A1). Only with a magnetite dispersion prepared in this way are optimal Cu removal rates proven.
- the optimal homogeneous distribution of the magnetite is again achieved by mixing a mixture of hydrophobized chalcopyrite and unhydrophobized quartz sand and an optimal coupling of the chalcopyrite component and the hydrophobized magnetite, which shows a subsequent magnetic separation (for example described in WO 2009/030669 A1), busy.
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dispersion, mindestens enthaltend Partikel enthaltend mindestens ein magnetisches Eisenoxid als Komponente A und ein Lösungsmittelgemisch als Komponente B enthaltend (B1) 5 bis 95 Gew.-% mindestens eines mit Wasser mischbaren, organischen Lösungsmittels LM als Komponente B1 und (B2) 5 bis 95 Gew.-% Wasser als Komponente B2, wobei die Summe der Komponenten B1 und B2 100 Gew.-% ergibt, und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Dispersion umfassend mindestens die Schritte (I) Vermischen von Partikeln enthaltend mindestens ein magnetisches Eisenoxid mit mindestens einem mit Wasser mischbaren, organischen Lösungsmittel LM und Wasser, und (II) Homogenisieren der Mischung aus Schritt (I), wobei in Schritt (II) eine Scherenergie von mindestens 2 kW/m3 in die Mischung eingebracht wird.
Description
Formulierung von hydrophobisiertem Magnetit Beschreibung Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dispersion mindestens enthaltend Partikel enthaltend mindestens ein magnetisches Eisenoxid als Komponente A und ein Lösungsmittelgemisch als Komponente B enthaltend 5 bis 95 Gew.-% mindestens eines mit Wasser mischbaren, organischen Lösungsmittels LM als Komponente B1 und 5 bis 95 Gew.-% Wasser als Komponente B2, wobei die Summe von B1 und B2 100 Gew.-% ergibt, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Dispersion umfassend mindestens die Schritte (I) Vermischen von Partikeln enthaltend mindestens ein magnetisches Eisenoxid mit mindestens einem mit Wasser mischbaren, organischen Lösungsmittel LM und Wasser, und (II) Homogenisieren der Mischung aus Schritt (I), wobei in Schritt (II) eine Scherenergie von mindestens 2 kW/m3 in die Mischung eingebracht wird, die Verwendung einer solchen Dispersion bei der magnetischen Trennung von Stoffgemischen oder zur Herstellung von Lackformulierungen, sowie eine Lackformulierung enthaltend eine solche Dispersion.
Stabile Dispersionen von magnetischen Partikeln in Wasser und Verfahren zu ihrer Herstellung sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt.
M. T. Lopez-Lopez et al., Journal of Colloids and Interface Science, 291 (2005), 144 bis 151 , offenbart eine Untersuchung zur Stabilität von magnetischen Partikeln in verschiedenen nicht polaren Trägerflüssigkeiten. Die magnetischen Partikel gemäß die- sem Dokument sind mit Ölsäure an der Oberfläche modifiziert. Als nicht polare Lösungsmittel werden in diesem Dokument Kerosin, Mineralöl, Dodecan, Tetrachlorkohlenstoff, Chloroform, Methylenchlorid und als Vergleich dazu Wasser genannt. Mischungen von Wasser mit organischen Lösungsmitteln, die mit Wasser mischbar sind, werden in diesem Dokument nicht genannt.
F. Yan et al., J. Nanopart. Res. (2009) 1 1 :289 bis 296, offenbart Magnetit-Polystyrol- Komposit-Partikel, welche aus mit Ölsäure modifiziertem Magnetit-Nanopartikeln durch Mini-Emulsionspolymerisation hergestellt werden können. Dazu werden Magnetit- Nanopartikel an der Oberfläche mit Ölsäure modifiziert und in einer Lösung von Styrol und Cyclohexan dispergiert. Dann wird eine Lösung von Natriumdodecylsulfat und Natriumbicarbonat in Wasser hinzu gegeben, um eine wässrige Phase auszubilden. Unter Anwendung von Ultraschall wird eine Miniemulsion hergestellt, und mittels eines Radikal Starters wird die Polymerisation gestartet. In P. Somasundaran et al., Proceedings of the International Symposium on fine particles processing, Las Vegas, Nevada, February 24 - 28, 1980, Seiten 1310 bis
mitteln. Dazu werden Magnetitpartikel mit oberflächenaktiven Substanzen wie Dodecylbenzolsulfonat, Natriumoleat oder verschiedene Arten von Poly(oxyethylen)nonylphenylethern behandelt und in Wasser dispergiert.
WO 2009/151 148 A1 offenbart Kompositpartikel, ein Verfahren zu deren Herstellung und Dispersionen enthaltend diese Kompositpartikel. Zur Herstellung der Kompositpartikel wird eine erste Flüssigkeit mit Partikeln vermischt, um eine Mischung zu erhalten. Diese Mischung wird dann mit einer zweiten Flüssigkeit vermischt, um eine Emulsion enthaltend eine dispergierte Form der ersten Flüssigkeit und der Partikel zu erhalten, die Emulsion wird dann mit einer polymeren Verbindung vermischt und die erste Flüssigkeit wird durch fraktionierende Destillation von der Emulsion abgetrennt. Die erste Flüssigkeit kann eine organische Flüssigkeit sein, die in der zweiten Flüssigkeit unlöslich ist. Die zweite Flüssigkeit kann Wasser oder eine wässrige Lösung sein. Beispiele für die erste Flüssigkeit gemäß WO 2009/151 148 A1 sind Kohlenwasserstoff- Lösungsmittel wie Hexan, Heptan oder Octan, aromatische Kohlenwasserstoff- Lösungsmittel wie Benzol, Toluol oder Xylol, halogenierte Kohlenwasserstoffe wie Dichlormethan, Chloroform, Chloroethan oder Dichlorethan, Ether wie Ethylether, Diethylether und Isobutylether, Ester oder Ketone. Diese genannten Lösungsmittel sind per Definition gemäß WO 2009/151 148 A1 mit Wasser nicht mischbar.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung gegenüber dem Stand der Technik ist es, eine Dispersion von magnetischen Partikeln bereitzustellen, welche sich durch eine möglichst homogene Verteilung der magnetischen Partikel in dieser Dispersion und da- durch bedingt durch eine besonders gute Zugänglichkeit der hydrophoben Oberfläche der Partikel auszeichnen. Diese Oberflächenzugänglichkeit ist besonders bei der magnetisch assistierten Erztrennung wichtig, um das Andocken der hydrophoben Werterze an die Oberfläche von magnetischen Partikeln, beispielsweise Magnetitpartikeln, sicherzustellen. Des Weiteren soll eine gute Zugänglichkeit gewährleistet werden, da beispielsweise bei einer Verwendung einer solchen Dispersion in Lacken eine optimale Haftung der Partikel auf dem Substrat nur gewährleistet werden kann, wenn die Oberfläche frei zugänglich ist. Des Weiteren soll ein Verfahren zur Herstellung dieser magnetischen Dispersion bereitgestellt werden, welches sich dadurch auszeichnet, dass eine entsprechende Dispersion mit den oben genannten Vorteilen erzeugt wird. Die erfindungsgemäßen magnetischen Dispersionen sollen für die Auftrennung von Stoffgemischen oder zur Herstellung von Lackformulierungen verwendbar sein.
Diese Aufgaben werden gelöst durch eine Dispersion, mindestens enthaltend:
(A) Partikel enthaltend mindestens ein magnetisches Eisenoxid als Komponente A und
(B) ein Lösungsmittelgemisch als Komponente B enthaltend (B1 ) 5 bis 95 Gew.-% mindestens eines mit Wasser mischbaren, organischen
Lösungsmittels LM als Komponente B1 und
(B2) 5 bis 95 Gew.-% Wasser als Komponente B2,
wobei die Summe der Komponenten B1 und B2 100 Gew.-% ergibt. Die Aufgaben werden des Weiteren gelöst durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Dispersion, umfassend mindestens die Schritte:
(I) Vermischen von Partikeln enthaltend mindestens ein magnetisches Eisenoxid mit mindestens einem mit Wasser mischbaren, organischen Lösungsmittel LM und Wasser, und
(II) Homogenisieren der Mischung aus Schritt (I), wobei in Schritt (II) eine Scherenergie von mindestens 2 kW/m3 in die Mischung eingebracht wird, sowie durch die Verwendung dieser Dispersionen bei der magnetischen Trennung von Stoffgemischen oder zur Herstellung von Lackformulierungen sowie durch Lackformulierungen enthaltend eine solche Dispersion.
Die erfindungsgemäße Dispersion enthält mindestens: (A) Partikel enthaltend mindestens ein magnetisches Eisenoxid als Komponente A und
(B) ein Lösungsmittelgemisch als Komponente B enthaltend
(B1 ) 5 bis 95 Gew.-% mindestens eines mit Wasser mischbaren, organischen Lösungsmittels LM als Komponente B1 und
(B2) 5 bis 95 Gew.-% Wasser als Komponente B2, wobei die Summe der Komponenten B1 und B2 100 Gew.-% ergibt. Komponente (A):
Als Komponente A enthält die erfindungsgemäße Dispersion Partikel, die mindestens ein magnetisches Eisenoxid enthalten. Die erfindungsgemäß als Komponente A eingesetzten Partikel können im Rahmen der vorliegenden Erfindung neben dem magneti- sehen Eisenoxid weitere Stoffe oder Stoffgemische enthalten, beispielsweise andere
Oxide von Metallen der Haupt- und/oder Nebengruppen des Periodensystems der Elemente, beispielsweise kann die Dispersion auch Co-dotierte Eisenoxide enthalten.
In einer bevorzugten Ausführungsform liegen in den erfindungsgemäß als Komponente A eingesetzten Partikeln neben den magnetischen Eisenoxiden keine weiteren Stoffe oder Stoffgemische vor. In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform bestehen die als Komponente A eingesetzten Partikel aus magnetischem Eisenoxid oder aus einer Mischung aus zwei oder mehr magnetischen Eisenoxiden. Magnetische Eisenoxide sind dem Fachmann an sich bekannt. Diese sind zum einen aus natürlichen Vorkommen oder durch dem Fachmann bekannte Herstellungsverfahren zugänglich.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dispersion enthalten die als Komponente A vorliegenden Partikel mindestens ein Eisenoxid ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Magnetit, Maghämit und Mischungen davon. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform bestehen die als Komponente A vorliegenden Partikel aus Magnetit, Maghämit oder einer Mischung davon. Die vorliegende Erfindung betrifft daher auch die erfindungsgemäße Dispersion, wobei die als Komponente A vorliegenden Partikel mindestens ein Eisenoxid ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Magnetit, Maghämit und Mischungen davon, enthalten.
Magnetit weist die allgemeine chemische Formel Fe304 auf, die präziser als Fe(ll)Fe(lll)204 formuliert werden kann.
Maghämit weist die allgemeine chemische Formel Fe203 auf.
Magnetit und Maghämit werden aus natürlichen Vorkommen gewonnen. Die Partikelgröße kann hier im Wesentlichen durch Mahlung eingestellt werden, wobei durch diese Methode Partikel erhalten werden, deren Durchmesser oberhalb 1 μηη liegt. Synthetisch können Magnetit und Maghämit aus der Fällung der entsprechenden Metallsalze hergestellt werden (z.B. beschrieben in US 4,469,669 A), wobei durch die genaue Kontrolle der Reaktionsbedingungen die Größe der Partikel entsprechend ein- gestellt werden kann. Typischerweise werden hier deutlich kleinere Partikel erhalten, beispielsweise mit einem Durchmesser von 0,5 nm bis 20 μηη.
Die erfindungsgemäß als Komponente A eingesetzten Partikel können an sich jeden dem Fachmann als geeignet bekannten Durchmesser aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Partikel enthaltend mindestens ein magnetisches Eisen-
oxid einen Durchmesser von 200 nm bis 100 μηι, besonders bevorzugt 500 nm bis 100 μηι, ganz besonders bevorzugt 1 μηι bis 20 μηι, auf. Bei unsymmetrischen Partikeln wird unter Durchmesser der größte im Partikel vorhandene Abstand verstanden. Bei der Partikelgrößenverteilung des Metalloxids in der Dispersion kann die Partikelgrößenverteilung auch bimodal bzw. multimodal sein, wobei verschiedene Fraktionen von magnetischen Oxidpartikeln vereinigt werden.
Daher betrifft die vorliegende Erfindung bevorzugt die erfindungsgemäße Dispersion, wobei die Partikel enthaltend mindestens ein magnetisches Eisenoxid einen Durch- messer von 200 nm bis 100 μηι aufweisen.
Die erfindungsgemäß vorliegenden Partikel können im Allgemeinen jede mögliche symmetrische oder unsymmetrische Form aufweisen, beispielsweise kugelförmig, el- lipsoid, zylinderförmig, quaderförmig, kubisch oder auch andere Formen. Da die erfin- dungsgemäß verwendeten Partikel bevorzugt durch Mahlen von größeren Partikeln erhalten werden, sind die Partikel bevorzugt nicht symmetrisch, sondern unsymmetrisch geformt.
Die in der Dispersion als Komponente A vorliegenden Partikel können gegebenenfalls an der Oberfläche mit mindestens einer oberflächenaktiven Substanz modifiziert sein.
Daher betrifft die vorliegende Erfindung bevorzugt die erfindungsgemäße Dispersion, wobei die Partikel enthaltend mindestens ein magnetisches Eisenoxid (A) an der Oberfläche mit mindestens einer oberflächenaktiven Substanz modifiziert sind.
Zur Modifizierung der Partikel können im Allgemeinen alle dem Fachmann als geeignet erscheinenden Substanzen verwendet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Partikel an der Oberfläche mit wenigstens einer hydrophoben Verbindung hydrophobiert.
Die hydrophobe Verbindung ist im Allgemeinen ausgewählt aus Verbindungen der allgemeinen Formel (I)
B-Y (I), worin
B ausgewählt ist aus linearem oder verzweigtem C3-Ci0o-Alkyl, C3-Cioo-Heteroalkyl, gegebenenfalls substituiertes C6-Cioo-Aryl, gegebenenfalls substituiertes C6-Ci0o- Heteroaryl, C6-C30-Aralkyl und
Y eine Gruppe ist, mit der die Verbindung der allgemeinen Formel (I) an den wenigstens einen magnetischen Partikel anbindet.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist B ein lineares oder verzweigtes C6-Ci8-Alkyl, bevorzugt lineares C8-Ci2-Alkyl, ganz besonders bevorzugt ein lineares Ci2-Alkyl. Erfindungsgemäß gegebenenfalls vorhandene Heteroatome sind ausgewählt aus N, O, P, S und Halogenen wie F, Cl, Br und I.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist Y ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus -(X)n-SiHal3, -(X)n-SiHHal2, -(X)n-SiH2Hal mit Hai gleich F, Cl, Br, I, und anionischen Gruppen wie -(X)n-Si03 3", -(X)n-C02 ", -(X)n-P03 2", -(X)n-P02S2", -
(X)n-POS2 2-, -(X)n-PS3 2-, -(X)n-PS2-, -(X)n-POS", -(X)n-P02-, -(X)n-C02-, -(X)n-CS2-, -(X)n-
COS", -(X)n-C(S)NHOH, -(X)n-S" mit X = O, S, NH, CH2 und n = 0, 1 oder 2, und gegebenenfalls Kationen ausgewählt aus der Gruppe bestehen aus Wasserstoff, NR4 + mit R gleich unabhängig voneinander Wasserstoff und/oder CrC8-Alkyl, Alkali-, Erdalkalimetallen oder Zink, des Weiteren -(X)n-Si(OZ)3 mit n = 0, 1 oder 2 und Z = Ladung, Wasserstoff oder kurzkettiger Alkylrest.
Ganz besonders bevorzugte hydrophobierende Substanzen der allgemeinen Formel (I) sind Alkoxysilane, Alkylphosphonsäuren oder Alkylphosphate, Carbonsäuren oder Mischungen davon. Bevorzugt weist der Alkylrest 3 bis 12 C-Atome auf, die entweder verzweigt oder linear sein können. Ganz bevorzugt ist der Octylrest.
Die Menge der auf den Partikeln gegebenenfalls vorliegenden oberflächenaktiven Sub- stanz ist erfindungsgemäß beispielsweise von der Beschaffenheit und Größe der verwendeten Partikel, sowie von der Art der eingesetzten hydrophobierenden Substanz der allgemeinen Formel (I) abhängig. Die Menge kann durch den Fachmann leicht bestimmt werden und beträgt beispielsweise 1 bis 50 Moleküle hydrophobierende Substanz pro nm2 Partikeloberfläche.
Komponente A liegt in der erfindungsgemäßen Dispersion im Allgemeinen in einer geeigneten Menge vor, um eine Dispersion zu erhalten, die für die vorgesehene Anforderung, beispielsweise in der magnetischen Trennung von Stoffgemischen oder in Lackformulierungen, geeignet ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform liegt Komponente A in der erfindungsgemäßen Dispersion in einer Menge von 1 bis 95 Gew.-%, bevorzugt 40 bis 90 Gew.-%, besonders bevorzugt 70 bis 90 Gew.-%, beispielsweise 80 Gew.-%, jeweils bezogen auf die gesamte Dispersion, vor.
Komponente (B):
In der erfindungsgemäßen Dispersion liegt als Komponente B ein Lösungsmittelge- misch vor, enthaltend:
(B1 ) 5 bis 95 Gew.-% mindestens eines mit Wasser mischbaren, organischen Lösungsmittels LM als Komponente B1 und (B2) 5 bis 95 Gew.-% Wasser als Komponente B2, wobei die Summe der Komponenten B1 und B2 100 Gew.-% ergibt.
Komponente (B1 ):
Als Komponente B1 liegt mindestens ein mit Wasser mischbares, organisches Lösungsmittel LM vor. Dieses Lösungsmittel LM fungiert in der erfindungsgemäßen Mischung als Dispersionshilfsmittel, d. h., dass es mit Hilfe dieses Lösungsmittels LM in der erfindungsgemäßen Dispersion gelingt, die zu dispergierenden Partikel homogen in dem Dispersionsmittel zu verteilen. Des Weiteren trägt Komponente B1 dazu bei, dass eine stabile Dispersion erhalten wird, d. h., dass es auch nach längerer Lagerung nicht zu einem Absitzen der dispergierten Partikel kommt.
Als Komponente B1 kann im Allgemeinen jedes dem Fachmann bekannte mit Wasser mischbare, organische Lösungsmittel eingesetzt werden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet „mit Wasser mischbar", dass die Komponente B1 in jedem Mischungsverhältnis mit Wasser mischbar ist, wobei sich eine einheitliche Phase ausbildet, und es nicht zur Ausbildung von zwei oder mehr Phasen kommt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das mit Wasser mischbare, organische Lösungsmittel LM ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einwertigen Alkoholen, beispielsweise Methanol, Ethanol, Propanole wie n-Propanol, iso-Propanol, Butanole wie n-Butanol, iso-Butanol, tert-Butanol, mehrwertigen Alkoholen, beispielsweise Ethylenglykol, Ethern, Polyethern und Mischungen davon.
Daher betrifft die vorliegende Erfindung bevorzugt die erfindungsgemäße Dispersion, wobei das mit Wasser mischbare, organische Lösungsmittel LM ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einwertigen Alkoholen, mehrwertigen Alkoholen, Ethern, Polyethern und Mischungen davon.
In dem erfindungsgemäß eingesetzten Lösungsmittelgemisch liegt als Komponente B2 Wasser vor.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann entweder reines Wasser, d. h. entsalztes und/oder entmineralisiertes Wasser, oder herkömmliches Leitungswasser, enthaltend übliche Anteile an Salzen und Mineralien, eingesetzt werden. Es kann ebenfalls Prozesswasser von Bergbaufirmen eingesetzt werden, welches eine typische Mineralienkonzentration von ca. 0,07 g/100 g Sulfat, 0,02 g/100 g Nitrat 0,02 g/100 g Chlorid, 600 mg Natrium sowie 10 mg Eisen, jeweils pro 100 g, enthält.
In der erfindungsgemäß vorliegenden Komponente B liegt die Komponente B1 im Allgemeinen in einer Menge von 5 bis 95 Gew.-%, bevorzugt 60 bis 90 Gew.-%, besonders bevorzugt 70 bis 85 Gew.-%, beispielsweise 80 Gew.-%, vor, und die Komponente B2 liegt im Allgemeinen in einer Menge von 5 bis 95 Gew.-%, bevorzugt 10 bis 40 Gew.-%, besonders bevorzugt 15 bis 30 Gew.-%, beispielsweise 20 Gew.-%, vor, wobei die Summe der Komponenten B1 und B2 100 Gew.-% ergibt. Das bedeutet, dass sich die Mengenangaben der Komponenten B1 und B2 auf das Lösungsmittelgemisch B, nicht aber auf die gesamte Dispersion, beziehen.
Komponente B liegt in der erfindungsgemäßen Dispersion in einer Menge von bevorzugt 5 bis 99 Gew.-%, bevorzugt 10 bis 60 Gew.-%, besonders bevorzugt 10 bis 30, beispielsweise 20 Gew.-%, vor.
Die Summe der Komponenten A und B ergeben jeweils 100 Gew.-%, d. h., dass sich die Mengenangaben der der Komponenten A und B auf die gesamte Dispersion beziehen.
In einer bevorzugten Ausführungsform liegt Komponente A in der erfindungsgemäßen Dispersion in einer Menge von 1 bis 95 Gew.-% und Komponente B in einer Menge von 5 bis 99 Gew.-% vor, besonders bevorzugt liegt Komponente A in einer Menge von 40 bis 90 Gew.-% und Komponente B in einer Menge von 10 bis 60 Gew.-% vor, ganz besonders bevorzugt liegt Komponente A in einer Menge von 70 bis 90 Gew.-% und Komponente B in einer Menge von 10 bis 30 Gew.-% vor, jeweils bezogen auf die ge- samte Dispersion, wobei die Summe der Komponenten A und B jeweils 100 Gew.-% ergeben. Beispielsweise liegt Komponente A zu 80 Gew.-% und Komponente B zu 20 Gew.-% in der erfindungsgemäßen Dispersion vor.
In einer bevorzugten Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung die erfindungsgemäße Dispersion, wobei die Komponenten (A), (B), (B1 ) und (B2) in den folgenden Mengen vorliegen: (A) 1 bis 95 Gew.-% Partikel enthaltend mindestens ein magnetisches Eisenoxid als Komponente A,
(B) 5 bis 99 Gew.-% mindestens eines Lösungsmittelgemisches als Komponente B, enthaltend (B1 ) 5 bis 95 Gew.-% mindestens eines mit Wasser mischbaren, organischen
Lösungsmittels LM als Komponente B1 und
(B2) 5 bis 95 Gew.-% Wasser,
wobei die Summe der Komponenten (B1 ) und (B2) 100 Gew.-% ergibt, und die Summe der Komponenten (A) und (B) 100 Gew.-% ergibt.
In einer bevorzugten Ausführungsform liegen in der erfindungsgemäßen Dispersion nur die Komponenten A und B, enthaltend die Komponenten B1 und B2, vor. Es ist erfindungsgemäß auch möglich, dass neben den Komponenten A und B weitere Zusatz- Stoffe vorliegen, beispielsweise andere fein verteilte Oxide.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Dispersion, umfassend mindestens die Schritte: (I) Vermischen von Partikeln enthaltend mindestens ein magnetisches Eisenoxid als Komponente A mit mindestens einem mit Wasser mischbaren, organischen Lösungsmittel LM als Komponente B1 und Wasser als Komponente B2, und (II) Homogenisieren der Mischung aus Schritt (I), wobei in Schritt (II) eine Scherenergie von mindestens 2 kW/m3 in die Mischung eingebracht wird.
Geeignete und bevorzugte Komponenten A, B, B1 und B2 sowie entsprechende geeignete und bevorzugte Mengen sind bereits bezüglich der Dispersion genannt und gelten für das erfindungsgemäße Verfahren entsprechend.
Schritt (I):
Schritt (I) des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Vermischen von Partikeln enthaltend mindestens ein magnetisches Eisenoxid (Komponente A) mit mindestens
einem mit Wasser mischbaren, organischen Lösungsmittel LM (Komponente B1 ) und Wasser (Komponente B2).
Das erfindungsgemäße Vermischen gemäß Schritt (I) kann im Allgemeinen nach allen dem Fachmann bekannten Verfahren erfolgen, beispielsweise durch Zusammengeben der einzelnen Komponenten und Vermischen mit geeigneten Vorrichtungen. Im Labormaßstab kann dieser Schritt mit einem Flügelrührer oder einem Ankerrührer erfolgen. Im großtechnischen Maßstab kann dieser Schritt auch über eine Mischsirene oder das Vormischen von Feststoff und Flüssigkeit gemäß Stand der Technik mit anschlie- ßender Inline-Dispergierung erfolgen.
Es ist erfindungsgemäß möglich, dass auch während des Vermischens in Schritt (I) des erfindungsgemäßen Verfahrens eine hohe Scherenergie in die Mischung eingebracht wird. Diese beträgt beispielsweise mindestens 2 kW/m3, bevorzugt mindestens 50 kW/m3, besonders bevorzugt mindestens 500 kW/m3. Dabei wird in einer bevorzugten Ausführungsform eine Schergeschwindigkeit von mindestens 2000 1/s, bevorzugt mindestens 5000 1/s, besonders bevorzugt mindestens 10000 1/s, erzeugt.
Daher ist es erfindungsgemäß möglich, dass sowohl beim Vermischen der Komponen- ten als auch beim anschließenden Homogenisieren der Mischung die erfindungsgemäße, hohe Scherenergie eingebracht wird.
Das erfindungsgemäße Zusammenspiel von in der Dispersion vorliegenden Komponenten A, B1 und B2, insbesondere Komponente B1 , und der bei der Herstellung ein- gesetzten hohen Scherenergie bewirkt, dass eine Dispersion mit besonders vorteilhaften Eigenschaften bezüglich Homogenität und Stabilität erhalten wird.
Schritt (I) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im Allgemeinen bei einer Temperatur von 1 bis 80 °C, bevorzugt bei 20 bis 40 °C, besonders bevorzugt bei Umgebungs- temperatur durchgeführt.
Das Zusammenmischen kann im Allgemeinen auf verschiedene Arten erfolgen.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in Schritt (I) zunächst die Partikel vorgelegt und anschließend wird eine Mischung enthaltend mindestens ein mit Wasser mischbares, organisches Lösungsmittel und Wasser zugegeben.
In dieser Ausführungsform werden die Partikel vorgelegt und eine zuvor hergestellte Mischung enthaltend die Komponenten B1 und B2 wird zu den Partikeln gegeben.
Das Herstellen der Mischung aus mit Wasser mischbarem, organischen Lösungsmittel und Wasser kann durch alle dem Fachmann bekannten Verfahren erfolgen, beispielsweise einfaches Zusammengeben der beiden Komponenten in geeigneten Rührbehäl- tern, Mischpumpen oder Injektoren.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in Schritt (I) zunächst die Partikel vorgelegt, dann werden ein mit Wasser mischbares, organisches Lösungsmittel und anschließend Wasser zugegeben.
Bei dieser Ausführungsform werden wiederum zunächst die zu dispergierenden Partikel vorgelegt. Anschließend wird ein mit Wasser mischbares, organisches Lösungsmittel zugegeben. Die Mischung enthaltend Partikel und mit Wasser mischbares, organisches Lösungsmittel wird dann bevorzugt gerührt, wobei die oben genannte hohe Scherenergie eingebracht werden kann. Es ist erfindungsgemäß aber auch möglich, dass in diesem Verfahrensschritt eine geringere Scherenergie eingebracht wird.
Zu der Mischung enthaltend Partikel und mit Wasser mischbares, organisches Lösungsmittel wird dann in einem weiteren Schritt Wasser hinzugegeben. Auch in diesem Schritt kann die oben genannte hohe Scherenergie eingebracht werden kann. Es ist erfindungsgemäß aber auch möglich, dass in diesem Verfahrensschritt eine geringere Scherenergie eingebracht wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in Schritt (I) zunächst die Partikel vorgelegt, dann wird Wasser und anschließend ein mit Wasser mischbares, organisches Lösungsmittel zugegeben.
Bei dieser Ausführungsform werden wiederum zunächst die zu dispergierenden Partikel vorgelegt. Anschließend wird Wasser zugegeben. Die Mischung enthaltend Partikel und Wasser wird dann bevorzugt gerührt, wobei die oben genannte hohe Scherenergie eingebracht werden kann. Es ist erfindungsgemäß aber auch möglich, dass in diesem Verfahrensschritt eine geringere Scherenergie eingebracht wird.
Zu der Mischung enthaltend Partikel und Wasser wird dann in einem weiteren Schritt ein mit Wasser mischbares, organisches Lösungsmittel hinzugegeben. Auch in diesem Schritt kann die oben genannte hohe Scherenergie eingebracht werden kann. Es ist erfindungsgemäß aber auch möglich, dass in diesem Verfahrensschritt eine geringere Scherenergie eingebracht wird.
Die drei genannten bevorzugten Ausführungsformen von Schritt (I) des erfindungsgemäßen Verfahrens können auch jeweils so durchgeführt werden, dass Wasser, ein mit
Wasser mischbares, organisches Lösungsmittel oder eine Mischung davon vorgelegt werden, und die Partikel zu den flüssigen Bestandteilen gegeben werden. Es ist beispielsweise auch möglich, zunächst einen flüssigen Bestandteil, beispielsweise Wasser und/oder ein mit Wasser mischbares, organisches Lösungsmittel, vorzulegen und die Partikel zuzugeben. Gegebenenfalls wird anschließend die zweite flüssige Komponente zugegeben.
Bei jeder Zugabe von Partikeln oder flüssigen Komponenten können diese jeweils als gesamte Menge in einer Portion oder in mehreren kleineren Portionen zugegeben wer- den.
Für den Fall, dass die Partikel enthaltend wenigstens ein magnetisches Eisenoxid mit einer oberflächenaktiven Substanz behandelt werden, wird diese oberflächenaktive Substanz in einer bevorzugten Ausführungsform vor Herstellen der Dispersion nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auf die Oberfläche der Partikel aufgebracht.
Daher betrifft die vorliegende Erfindung bevorzugt das erfindungsgemäße Verfahren, wobei die Partikel vor Schritt (I) mit mindestens einer oberflächenaktiven Substanz behandelt werden.
Das erfindungsgemäße optionale Behandeln der Partikel mit mindestens einer oberflächenaktiven Substanz kann im Allgemeinen durch alle dem Fachmann bekannten Verfahren geschehen. Das Behandeln kann in Substanz oder in Dispersion, bevorzugt in Suspension, besonders bevorzugt in wässriger Suspension, durchgeführt werden.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Behandeln mit mindestens einer oberflächenaktiven Substanz in Substanz, d.h. in Abwesenheit eines Dispersionsmittels, durchgeführt. Beispielsweise werden die zu behandelnden Partikel und die mindestens eine oberflächenaktive Substanz ohne weiteres Dispersionsmittel in den entsprechenden Mengen zusammen gegeben und vermischt. Geeignete Mischungsapparaturen sind dem Fachmann bekannt, beispielsweise Mühlen, wie Kugelmühle. In einer weiteren möglichen Ausführungsform wird das Behandeln in einer Dispersion, bevorzugt in Suspension, durchgeführt. Geeignete Dispersionsmittel sind beispielsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wasser, wasserlöslichen organischen Verbindungen, beispielsweise Alkoholen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, und Mischungen davon, besonders bevorzugt Wasser.
Das Behandeln der Partikel wird im Allgemeinen bei einer Temperatur von 1 bis 80 °C, bevorzugt bei 20 bis 40 °C, besonders bevorzugt bei Umgebungstemperatur durchgeführt. Nach Behandeln der Partikel mit mindestens einer oberflächenaktiven Substanz kann ein gegebenenfalls vorhandenes Dispersionsmittel abgetrennt werden, beispielsweise durch Filtration, Abdekantieren, Zentrifugieren etc.
Es ist erfindungsgemäß aber auch möglich, dass die oberflächlich behandelten Partikel in Dispersion verbleiben und die noch fehlende Komponente B1 oder B2 zu dieser Dispersion gegeben wird.
Schritt (II):
Schritt (II) des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Homogenisieren der Mischung aus Schritt (I), wobei in Schritt (II) eine Scherenergie von mindestens 2 kW/m3 in die Mischung eingebracht wird. Unabhängig davon, ob während der Herstellung der Mischung gemäß Schritt (I) eine entsprechend hohe Scherenergie in die Mischung eingebracht wurde, erfolgt in dem erfindungsgemäßen Schritt (II) ein Homogenisieren der erhaltenen Mischung, beispielsweise um eine besonders hohe Homogenität der Dispersion zu erhalten. Die in Schritt (II) des erfindungsgemäßen Verfahrens eingebrachte Scherenergie beträgt im Allgemeinen mindestens 2 kW/m3, bevorzugt mindestens 10 kW/m3, besonders bevorzugt mindestens 50 kW/m3, ganz besonders bevorzugt mindestens 500 kW/m3. Dabei wird in Schritt (II) des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform eine Schergeschwindigkeit von mindestens 2000 1/s, bevorzugt mindestens 5000 1/s, besonders bevorzugt mindestens 10000 1/s, erzeugt.
Die erfindungsgemäß bevorzugt eingebrachte hohe Scherenergie bzw. Scherge- schwindigkeit kann erfindungsgemäß beispielsweise durch eine hohe Rührerdrehzahl erzielt werden.
Es ist erfindungsgemäß möglich, dass die Schritte (I) und (II) zeitlich voneinander zu trennen sind, d. h. dass zuerst Schritt (I) durchgeführt wird, und anschließend die Homogenisierung gemäß Schritt (II) erfolgt. Es ist erfindungsgemäß aber auch möglich, dass die beiden Schritte zeitgleich bzw. nicht von einander getrennt durchgeführt
werden, d. h., dass beim Mischen in Schritt (I) eine entsprechend hohe Scherenergie eingebracht wird. Es ist erfindungsgemäß auch möglich, dass sowohl in Schritt (I) als auch in Schritt (II) eine entsprechend hohe Scherenergie eingebracht wird. Schritt (II) des erfindungsgemäßen Verfahrens kann im Allgemeinen in allen dem Fachmann bekannten und als geeignet erscheinenden Vorrichtungen durchgeführt werden, beispielsweise in einem Rührreaktor. Das Einbringen der erfindungsgemäßen, hohen Scherenergie erfolgt beispielsweise durch dem Fachmann bekannte Vorrichtungen wie Sonotroden, Turrax, Rührwerksmühlen, Kneter oder Intensivmischer. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Schritte (I) und (II) in der gleichen Vorrichtung durchgeführt.
Nach Schritt (II) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die erfindungsgemäße Dispersion erhalten, die sich aufgrund der enthaltenen Komponenten und der speziellen erfindungsgemäßen Herstellung durch eine besonders hohe Homogenität auszeichnet, die eine maximal Oberfläche der dispergierten magnetischen Oxidpartikel gewährleistet.
An den Schritt (II) können sich gegebenenfalls weitere Schritte anschließen, um die erhaltene Dispersion weiter zu behandeln.
Die erfindungsgemäße Dispersion eignet sich aufgrund ihres vorteilhaften Eigenschaftsprofils besonders für den Einsatz bei der magnetischen Trennung von Stoffgemischen, beispielsweise von Erzen, die aus natürlich vorkommenden Vorkommen ge- wonnen werden.
Daher betrifft die vorliegende Erfindung auch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Dispersion bei der magnetischen Trennung von Stoffgemischen. Verfahren zur magnetischen Trennung von Stoffgemischen, insbesondere zur Trennung von Erzen, sind dem Fachmann an sich bekannt und beispielsweise beschrieben in WO 2009/030669. Bevorzugt werden in solchen Verfahren Kupfererze von der Gangart, die im Wesentlichen Siliziumdioxid enthält, getrennt. Des Weiteren eignet sich die erfindungsgemäße Dispersion aufgrund ihres vorteilhaften Eigenschaftsprofils besonders für den Einsatz in Lackformulierungen.
Daher betrifft die vorliegende Erfindung auch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Dispersion zur Herstellung von Lackformulierungen.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Lackformulierung, enthaltend eine erfindungsgemäße Dispersion.
Lackformulierungen enthaltend Dispersionen von oxidischen Verbindungen sind dem Fachmann an sich bekannt und beispielsweise beschrieben in EP 0 816 440 B1 . Erfindungsgemäße Lacke sind beispielsweise solche auf Basis von Acryl-, Alkyd-, Epoxy-, Phenol-, Melamin-, Harnstoff-, Polyester-, Polyurethan-, Isocyanat-, Benzoguanamin-, oder Celluloseester-Harzen. Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Lackformulierungen wird eine erfindungsgemäße Dispersion mit den genannten hochmolekularen Ma- terialien, gegebenenfalls mit Zusatzstoffen, wie Füllmitteln, anderen Pigmenten, Siccativen oder Weichmachern, vermischt. Entsprechende geeignete Zusatzstoffe und Verfahren zum Vermischen sind dem Fachmann bekannt. Die Menge der erfindungsgemäßen Dispersion wird so bemessen, dass die magnetischen Eisenoxide in der Lackformulierung in einer Menge von beispielsweise 0,5 bis 40 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Formulierung, vorliegen.
Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung auch die Verwendung der erfindungsgemäßen Dispersion enthaltend magnetische Partikel zur Herstellung von Magnetschichten, beispielsweise zur Herstellung magnetischer Aufzeichnungsträger.
Verfahren zur Herstellung einer solchen Magnetschicht sind dem Fachmann an sich bekannt und beispielsweise beschrieben in DE 39 14 565 C2. Dazu wird die erfindungsgemäße Dispersion mit üblichen Bindemitteln, beispielsweise Copolymere von Vinylchlorid, Vinylacetat und Vinylalkohol, Copolymere aus Vinylidenchlorid und Acryl- nitril, Polyvinylacetale wie Polyvinylformale, Polyester/Polyurethane, Polyurethan- oder Polyetherelastomere, Phenoxy- oder Epoxyharze, sowie deren Mischungen verwendet. Das Auftragen auf geeignete Substrate, beispielsweise Folien aus Polyester, wie Polyethylenterephthalat, Polyolefine, wie Polypropylen, Cellulosederivate wie Triacetat, Polycarbonate oder starre Schichtträger aus nicht magnetischen Metallen wie Alumini- um, oder keramischen Materialien, erfolgt nach dem Fachmann bekannten Verfahren, beispielsweise durch einen Reverse-Roll-Coater, durch Rasterdruck oder Extrudergießen.
Beispiele:
1 ) erfindungsgemäße Herstellung einer homogenen Dispersion aus hydrophobisierten Magnetitpartikeln (Größe: 0 = 3 - 5 Mm)
2 g hydrophobisierter Magnetit (Magnetitpigment 345 der Fa. BASF SE) mit einer Partikelgröße von 3 - 5 μηη und belegt mit Octylphosphonsäure (20 Moleküle pro nm2) wird in eine Mischung aus 20 g Ethanol und 80 g Wasser mit einem Flügelrührer ein-
gebracht. Anschließend wird das Gemisch für 2,5 Min. mit dem Ultraturrax (3000 U/min.) behandelt.
Die so hergestellte Dispersion wird mit einem Gemisch aus hydrophobisierten Chalkopyrit (CuFeS2) und unhydrophobisierten Quarzsand (Massenverhältnis 1 : 99) vermengt und es erfolgt eine optimale Ankopplung der Chalkopyritkomponente and den hydrophobisierten Magnetit, was eine nachfolgende magnetische Trennung (beispielsweise beschrieben in WO 2009/030669 A1 ) zeigt. Nur mit einer so hergestellten Magnetit-Dispersion werden optimale Cu-Abtrennraten bewiesen.
2) erfindungsgemäße Herstellung einer homogenen Dispersion aus hydrophobisierten Magntitpartikeln (Primärpartikelgröße: 0 = 0,3 - 0,4 μιτι) 3 g hydrophobisierter Magnetit (Magnetpigment Bayoxid E8706), belegt mit Hydrolyseprodukt von Octyltrimethoxysilan, Belegungsdichte ca. 15 Moleküle / nm2) werden mit ca. 5 ml_ Isopropanol zu einer Paste angerührt. Anschließend wird die Paste sowie 95 ml_ Wasser mit 250 g 2 mm Zr02-Mahlkörpern 2 min in einer Schwingmühle bei ca. 400 rpm dispergiert.
Die optimale homogene Verteilung des Magnetits wird wieder durch die Vermengung von einem Gemisch aus hydrophobisierten Chalkopyrit und unhydrophobisiertem Quarzsand und eine optimale Ankopplung der Chalkopyritkomponente and den hydrophobisierten Magnetit, was eine nachfolgende magnetische Trennung (beispiels- weise beschrieben in WO 2009/030669 A1 ) zeigt, belegt.
3) Vergleichsbeispiel 3 g hydrophobisierter Magnetit (Magnetpigment Bayoxid E8706), belegt mit Hydrolyseprodukt von Octyltrimethoxysilan, (Belegungsdichte ca. 15 Moleküle / nm2) werden ohne weitere Zusätze in Wasser angerührt. Anschließend wird die Paste sowie 95 ml_ Wasser mit 250 g 2 mm Zr02-Mahlkörpern 2 min in einer Schwingmühle bei ca. 400 rpm dispergiert. Trotz des angegebenen Eintrages an Scherenergie bilden sich hydrophobe Agglomerate aus hydrophoben Magnetiten mit einer Größe im Millimeter- Bereich in Wasser, so dass nur ein Teil der hydrophoben Oberfläche für Ankopplungen anderer hydrophober Materialien zur Verfügung steht.
Claims
1 . Dispersion, mindestens enthaltend: (A) Partikel enthaltend mindestens ein magnetisches Eisenoxid als Komponente A und
(B) ein Lösungsmittelgemisch als Komponente B enthaltend
(B1 ) 5 bis 95 Gew.-% mindestens eines mit Wasser mischbaren, ganischen Lösungsmittels LM als Komponente B1 und
(B2) 5 bis 95 Gew.-% Wasser als Komponente B2,
wobei die Summe der Komponenten B1 und B2 100 Gew.-% ergibt.
Dispersion nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten (A), (B), (B1 ) und (B2) in den folgenden Mengen vorliegen:
(A) 1 bis 95 Gew.-% Partikel enthaltend mindestens ein magnetisches Eisenoxid als Komponente A,
(B) 5 bis 99 Gew.-% mindestens eines Lösungsmittelgemisches als Komponente B, enthaltend
(B1 ) 5 bis 95 Gew.-% mindestens eines mit Wasser mischbaren, organischen Lösungsmittels LM als Komponente B1 und
(B2) 5 bis 95 Gew.-% Wasser,
wobei die Summe der Komponenten (B1 ) und (B2) 100 Gew.-% ergibt, und die Summe der Komponenten (A) und (B) 100 Gew.-% ergibt.
Dispersion nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die als Komponente A vorliegenden Partikel mindestens ein Eisenoxid ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Magnetit, Maghemit und Mischungen davon, enthalten.
Dispersion nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine mit Wasser mischbare, organische Lösungsmittel (B1 ) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einwertigen Alkoholen, mehrwertigen Alkoholen, Ethern, Polyethern und Mischungen davon.
5. Dispersion nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel enthaltend mindestens ein magnetisches Eisenoxid (A) an der Oberfläche mit mindestens einer oberflächenaktiven Substanz modifiziert sind.
6. Dispersion nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel enthaltend mindestens ein magnetisches Eisenoxid einen Durchmesser von 200 nm bis 100 μηη aufweisen.
7. Verfahren zur Herstellung einer Dispersion nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend mindestens die Schritte:
(I) Vermischen von Partikeln enthaltend mindestens ein magnetisches Eisenoxid mit mindestens einem mit Wasser mischbaren, organischen Lö- sungsmittel LM und Wasser, und
(II) Homogenisieren der Mischung aus Schritt (I), dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (II) eine Scherenergie von mindestens 2 kW/m3 in die Mischung eingebracht wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (I) zunächst die Partikel vorgelegt werden und anschließend eine Mischung enthaltend mindestens ein mit Wasser mischbares, organisches Lösungsmittel und Wasser zugegeben wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (I) zunächst die Partikel vorgelegt werden, dann ein mit Wasser mischbares, organisches Lösungsmittel und anschließend Wasser zugegeben werden.
10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (I) zunächst die Partikel vorgelegt werden, dann Wasser und anschließend ein mit Wasser mischbares, organisches Lösungsmittel zugegeben werden.
1 1 . Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel vor Schritt (I) mit mindestens einer oberflächenaktiven Substanz behandelt werden.
12. Verwendung einer Dispersion nach einem der Ansprüche 1 bis 6 bei der magnetischen Trennung von Stoffgemischen.
13. Verwendung einer Dispersion nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Herstellung von Lackformulierungen.
14. Lackformulierung, enthaltend eine Dispersion gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6.
15. Verwendung einer Dispersion nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Herstellung von Magnetschichten.
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