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Pastilles de noir de fumée pour la préparation des encres et procé- dé pour Leur fabrication.
La présente invention se rapporte à des pastilles de noir de fumée convenant pour la préparation des cres et à un procédé pour leur fabrication.
On cherche depuis longtemps des noirs de fumée en pastilles pratiquement non pulvérulentes susceptibles d'être incorporées à des véhicules d'encres par les procédés générale- ment utilisés par les fabricants d'encres. Les noirs de fumée agglomérés par des procédés connus pour la fabrication de pastilles à mélanger au caoutchouc ne peuvent être mélangés à des encres de façon satisfaisante par de tels procédés parce qu'ils ne peuvent être suffisamment dispersés dans le véhicule.
Le procédé de pastillage, exécuté à l'état humide ou à sec, rend
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le noir de fumée suffisamment compact pour que des agglomérés durs se forment dans les pastilles et certains de ces agglomérés ne se décomposent pas pendant le broyage des ingrédients de l'encre. Ces agglomérés résiduels, même s'ils ne sont présents que dans une mesure assez faible, sont encore trop nombreux et l'encre qui les contient ne répond pas aux prescriptions en vigueur dans le commerce. C'est pourquoi des pastilles tout à fait satisfaisantes pour des compositions de caoutchouc sont inutilisables dans les encres, même si la qualité du noir de fumée lui-même donne toute satisfaction.
Vu les avantages bien connus aux points de vue manu- tention, expédition et travail du noir de fumée sous forme pratiquement exempte de poussière, on a déjà essayé de fabriquer des pastilles convenant pour la fabrication des encres. Un exem- ple de ces essais sont les pastilles pour encres d'imprimerie du brevet américain n 2.635.057, au de nom de la Demanderesse, qui donnent toute satisfaction au point de vue fabrication mais sont généralement plus coûteuses à préparer, expédier et stocker que les pastilles ordinaires à cause de leur teneur relativement élevée en liquides et particulièrement en eau.
Les pastilles de la présente invention constituent donc un important progrès technique puisqu'elles peuvent être fabriquées dans des appareils ordinaires, sans frais supplémentaire et peuvent être mises en dispersion de façon,satisfaisante dans les enc-res par les procédés habituels en donnant un produit corres- pondant largement aux normes établies.
Le but principal de l'invention est de procurer des pastilles de noir de fumée résistantes, denses, et pratiquement exemptes de poussière, pouvant servir à la fabrication des encres par les procédés habituels.
Un autre but de l'invention est de procurer un nouveau procédé pour préparer ces pastilles sans utiliser d'eau et sans forner une quantité inadmissible d'agglomérés durs non dispersibles
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Un autre but de l'invention est de procurer des pastilles de noir de fumée convenant pour la préparation des encres, qui aient approximativement les mêmes dimensions et la même forme que les pastilles existant dans le commerce pour les compositions de caoutchouc, c'est-à-dire une granulométrie d'environ 200-4 et une forme pratiquement sphérique.
Les divers buts de l'invention sont atteints de la manière suivante :' on répartit uniformément un liquide organique non évaporable et non polymérisable dans le noir de fumée floconneux, type four' raison d'environ 2 à 15%, de préférence 2 à 10% du poids du noir de fumée. Le noir de fumée est alors soucis à un mouvement tourbillonnant par un dispositif connu quelconque, par exemple un tambour tournant ou une machine de pastillage du type à pointeau, par exemple la machine décrite dans les brevets américains n 2.120.540 et 2.306.698, jusqu'à ce que des pastilles de la densité désirée soient formées.
Ce sont les conditions critiaues du procédé qui font que les pastilles obtenues conviennent pour la préparation des encres. C'est ainsi par exemple que la quantité de liquide organique utilisé doit être comprise entre les limites indiquées et qu'elle ne peut être ajoutée au noir de fumée qu'avant que celui-ci ait été agité dans une mesure appTéciable. En d'autres mots, le liquide doit être bien réparti sur les parti- cules distinctes du noir de fumée floconneux avant de commencer l'agglomération parce qu'on obtiendrait sans cela une propor- tion trop élevée d'agglomérés durs, non dispersibles, de noir de fumée.
D'autre part si l'on n'ajoute pas au moins 2% de liquide environ, la proportion d'agglomérés sera trop élevée, et si l'on ajoute plus de 15% de liquide environ les pastilles seront trop tendres et spongieuses pour être manipulées facile- ment en vrac.
Le liauide organique employé suivant la présente in- vention peut être n'importe quelle huile non aqueuse compatible
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à l'encre qui soit stable c'est-à-dire insensible à une poly- mérisation par oxydation et qui ne soit pas facilement évapora- ble, c'est-à-dire qui ait un point d'ébullition moyen normal à la pression atmosphérique d'au moins 350F (177 C) environ.
Le liquide préféré est l'huile minérale ou de l'huile minérale. modifiée du type généralement utilisé dans les véhicules des encres qui doivent durcir, se vulcaniser ou sécher principale- ment par d'autres processus physiques que l'évaporation, par exemple les véhicules d'encres d'imprimerie qui sèchent principalement par ab sorption.
Dans la gamme spécifiée, la quantité optimum d'huile ajoutée au noir de fumée est déterminée dans une certaine mesure par le type de noir de fumée qu'on désire pastiller. Comme on le sait, de nombreux noirs de fumée peuvent entrer dans la fabri- cation des encres, depuis ceux qui ont une coloration nette- ment grisâtre jusqu'aux noirs de fumée couleur jais. En général les noirs de fumée noirs présentent les rapports de surface les plus élevés tandis que les noirs de fumée gris ont de faibles rapports de surface. On a trouvé que la quantité d'huile requise pour obtenir les meilleurs résultats est en relation directe avec le rapport de surface. Par exemple, pour des noirs de fumée ayant des rapports de surface de 20 à 30 m2 par gramme, il suffit de 2% d'huile environ pour obtenir d'excellentes pastilles.
D'autre part pour des noirs de fumée dont le rapport de surface atteint et dépasse 100 m2 par gramme, il est préférable d'utili- ser au moins 3% d'huile et plus, bien que les pastilles formées avec le minimum de 2 satisfassent encore aux normes exigées.
Pour obtenir le produit de l'invention on répartit uniformément sur'le noir de fumée un fluide ou une huile organique comme indiqué ci-dessus, de préférence sous la forme d'un brouillard finement divisé . Il est généralement avantageux de préchauffer l'huile à une température de 120-200 F (49-93 C) pour faciliter sa dispersion, particulièrement lorsque l'huile
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est visqueuse et/ou lorsqu'on en utilise des quantités très proches de la limite inférieure. On mélange ensuite soigneuse- ment l'huile au noir de fumée avant le pastillage ou au début de l'opération de pastillage.
Comme on l'a dit plus haut l'essentiel de l'invention est de revêtir les inarticulés distinctes de noir de fumée encore à l'état floconneux d'une couche d'huile raisonnablement uniforme avant qu'il soit suffisamment agité pour devenir compact et former des agglomères durs.
Pour que ce revêtement soit uniforme, il est préfé- rable d'utiliser un excès d'huile relativement à la quantité réellement nécessaire pour obtenir des pastilles satisfaisantes.
Par conséquent, l'emploi d'huile à raison de 10 à 15% du poids du noir de fumée'entre dans le cadre de l'invention même si cet emploi n'est pas nécessaire pour obtenir des''pastilles de bonne aualité. Bien entendu, un spécialiste trouvera naturellement plus avantageux d'utiliser la. quantité minimum exacte d'huile pour obtenir les meilleures pastilles possibles puisou'il n'y a aucun avantage à utiliser plus d'huilé aue nécessaire. Les proportions préférées d'huile employées suivant la présente invention sont donc de 2 à 10% environ du @oids du noir de fumée car aucune amélioration appréciable de la qualité des pastilles n'est déterminée par des concentrations d'huile plus élevées.
L'huile peut être avantageusement pulvérisée sur le noir de fumée dans la machine de pastillage au début de l'agi- tation et avant aucune agitation importante ne se soit produite.
Toutefois, comme l'uniformité de la répartition de l'huile sur les narticules de noir de fumée est d'autant plus grande que le noir est plus floconneux, il sera dans certains cas préférable de mélanger l'huile au noir avant de l'introduire dans l'apnareil de pastillage ou avant que celui-ci ait été mis en mouvement.
Comme on l'a déjà fait remarquer, le liquide peut être ajouté au noir de fumée au début de l'agitation, et le terme "avant l'agitation" utilisé dans la présente description signifie avant
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une agitation suffisante pour rendre le noir de fumée dense ou aggloméré à un degré tel que le liquide ne puisse plus être uniformément réparti dans la masse du noir à pastiller.
L'huile de pastillage utilisé dans le procédé de l'invention peut être un fluide organique non aqueux, stable à l'égard de la polymérisation par oxydation et d'une évapora- tion exagérée, compatible ou miscible à l'encre à laquelle les pastilles sont destinées L'huile peut être également un mé- lange de différents fluides de cette nature et, isolément ou en mélange, peut contenir divers additifs ou agents de dispersion à l'état dissous tels que des résines, des matières résineuses, des asphaltes etc...
Le fluide Préféré dans tous les cas est évidemment le véhicule huileux de t'encre !' que l'on désire fa- briquer ou un fluide constitué d'un ou plusieurs ingrédients de ce véhicule-
On trouvera ci*-dessous' des exemples qui montrent clairement les résultats intéressants de la mise en oeuvre de l'invention. Ces exemples ne sont donnés qu'à titre illustratif et ne peuvent limiter la portée de l'invention.
EXEMPLE 1.-
On étale dans un récipient ouvert du Sterling 99 R, un noir de fumée du type four ayant une densité apparente à l'état floconneux d'environ 15 livres/pied cube (240 kg/m2) et contenant environ 2% d'humidité en équilibre et 1% de matières volatiles, et on pulvérise uniformément une huile minérale contenant en solution 2% de gilsonite. Le noir de fumée est légèrement agité pour exposer les surfaces inférieures et on poursuit la pulvérisation jusqu'à ce au'on ait ajouté environ 6% d'huile eur la base du poids du noir de fumée. On place en- suite le noir de fumée dans un tambour rotatif du type générale- ment utilisé pour le pastillage.
Après 15 à 20 minutes d'une agitation du genre barattage dans le tambour tournant lentement on obtient d'excellentes pastilles ayant une densité apparente
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d'environ 24 livres/pied cube (384 kg/m3). Ce noir de fumée en pastilles est pratiquement exempt de poussière et peut être manipulé en vrac sans difficulté.
Pour établir les propriétés de ce prodùit dans la fabrication des encres en l'a soumis à un essai èn comparant des encres d'imprimerie préparées à partir de Sterling 99 R 'avec 17% de.noir de fumée, en utilisant (A) 3 lots différents de pastilles préparées comme ci-dessus (B) du Sterling 99 R floconneux et (C) des pastilles formées dans le tambour sec sans huile- Dans chaque cas on prépare de la même manière la dispersion d'encre avec 17% en poids de noir de fumée dans l'huile, dans un broyeur Eppenbach à grande vitesse. L'efficacité de chaque dispersion est ensuite mesurée par les essais du résidu au crible de 325 mailles et l'essai de finasse NYPC, deux essais standard dans l'industrie des encres.
Le résidu au crible de 325 mailles est la proportion en poids de matières solid.es agglomérées dans une encre. Ce chiffre est calculé d'après le poids de la matière retenue sur un crible de 325 mailles après y avoir fait passer la plus grande partie possible d'une quantité mesurée de l'encre sou- mise à l'essai par lavage au xylol.
L'étalon de finesse NYPC est un bloc de métal présen- tant sur une de ses surfaces un canal, usiné avec précision, d'environ - pouce (13 mm) de largeur et 6 pouces (153 mm) de longueur, dont le profondeur diminue graduellement de 0,005 .pouce (1,2 mm) à une extrémité à 0 à l'autre. En commençant par le point où le canal a une profondeur de 0,004 pouces (1 mm) et en allant vers le point de profondeur 0, on a marqué une série de lignes réparties à distances égales le long du canal suivant une échelle arbitraire de 0 à 10.
Pour soumettre une encore à l'essaie on place une ou deux gouttes à l'extrémité profonde du canal et on la fait avancer avec un outil en acier à bords droits vers l'extrémité peu profonde- A mesure que la pellicule d'encre en- traïnée dans le canal devient de plus en plus mince vers l'extré-
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Elite peu profonde, des agglomérés de plus en plus Délits font saillie à la surface de la pellicule d'encre. L'indice de finesse NYPC d'une encre est le chiffre le plus bas de l'échelle arbitraire correspondant à l'apparition des taches dans la pellicule, les indices de finesse les plus élevés correspondant donc aux encres les plus finement dispersées.
Les résultats de ces essais sur les diverses encres préparées comme décrit ci-dessus sont indiquées dans le tableau suivant.
TABLEAU 1 Encres d'imprimerie contenant 17% de Sterling 99 R
EMI8.1
<tb> Description <SEP> du <SEP> noir <SEP> utilisé <SEP> Description <SEP> de <SEP> l'encre <SEP> obtenue
<tb>
<tb> Forme <SEP> Densité <SEP> de <SEP> Résidu <SEP> au <SEP> crible <SEP> Finesse <SEP> NYPC
<tb> tassement <SEP> 325 <SEP> % <SEP> ¯¯¯¯¯¯
<tb>
EMI8.2
(Al)Pastilles de 251b s pied cube 0,008 6-7 .
EMI8.3
<tb> ' <SEP> l'invention
<tb>
<tb> (A2)Pastilles <SEP> de
<tb>
EMI8.4
l' invention 23, .
' 0030 li,-6
EMI8.5
<tb> (A3) <SEP> Pastilles <SEP> de
<tb>
<tb> 3 <SEP> l'invention <SEP> 23.,3 <SEP> 0,023 <SEP> 4-5
<tb>
<tb> (B) <SEP> Floconneux <SEP> 15 <SEP> 0,007 <SEP> 5-6
<tb>
<tb>
<tb> (C) <SEP> Pastilles <SEP> sè-
<tb>
<tb> ches <SEP> normales <SEP> 27 <SEP> 0,249 <SEP> @ <SEP> 0
<tb>
Ces chiffres démontrent la large supériorité des pastilles de l'invention sur celles aue l'on obtient par les procédés habituels au point de vue dispersion dans les véhicules des encres. C'est ainsi par exemple que le résidu au crible de 325 mailles des encres fabriquées avec les pastilles de l'invention est moins important que celui de la même encre fabriquée avec des pastilles normales et n'est qu'un peu,plus important que celui d'une encre fabriquée avec du noir floconneux.
En plus de l'essai décrit ci-dessus, on a également comparé les différentes encres au point de vue couleur des épreu- ves, viscosité, etc.. On n'a remarqué que peu de différence entre les encres au point de vue viscosité, usure des carac- tères- etc,.. mais l'encre fabriquée avec les pastilles normales
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est moins noire que les encres qui contiennent des noirs flo- conneux ou des pastilles de l'invention, équivalentes au point de vue couleur des épreuves.
On obtient pratiquement les mêmes résultats en reprenant le même exemple avec 3% d'huile minérale contenant 2% de gilsonite au lieu des 6% d'huile utilisée la première fois.
'EXEMPLE 2.-
On introduit par petits lots d'environ 25 livres (11 kg) chacun dans un appareil de pastillage du type à pointeau, de l'Elftex 5, un noir de four provenant d'un hydrocarbure liquide, ayant une densité apparente à l'état floconneux d'environ 11 livres/pied cube (176 kg/m3) et contenant enviro. 3% d'humidité en équilibre et environ 5% de matières volatiles. Penuant 1 à 2 minutes de rotation lente de l'agitateur, on pulvérise uniformé- ment sur la surface de chaque lot de noir de fumée 1,5 livre ou environ 6% en poids d'huile minérale.
Aussitôt après on arrête
1'agitateur, on retire le noir de fumée traité à l'huile et on reprend le même procédé -cour un nouveau ' lot de ' noir de '' fumée '*
Le noir, floconneux Elftex 5 mouillé d'huile decette manière est ensuite introduit dans un tambour de pastillage tournant. Après formation d'un lit d'amorçage approprié dans le tambour de 5 pieds sur 8 pieds, (1,5 x 2,4 m) on fait passer continuellement le noir de fumée floconneux huilé par l'extrémité d'entrée du tambour rotatif à raison d'environ 200 livres/heure (90 kg/h), tout en retirant les pastilles obtenues à la même vitesse à l'autre extrémité ou extrémité de sortie.
Les pastilles obtenues ont une densité de tassement d'environ 21 livres/pied ,cube (336 kg/m3) sont sans poussière, s'écoulent facilement et sont semblables au point de vue dimensions et forme aux pastilles habituelles de noir de fumée. Bien au'un peu plus tendres que la plupart des pastilles pour caoutchouc, elles sont suffisamment résistantes et meubles pour satisfaire aux condi- tions de manutention en vrac-
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Un essai pour établir les propriétés de ces pastilles dans la fabrication des encres a été effectué en comparant des encres à journaux contenant 10% de noir de fumée provenant de (A) les pastilles de cet exemple, (B) le noir de fumée floconneux Elftex 5 et (C) les pastilles de noir de fumée floconneux Elftex 5 obtenues par traitement normal dans un tambour sec.
Les dispersions sont préparées comme dans l'exemple 1 à l'aide d'un broyeur Eppenbach à grande vitesse, et l'effi- cacité de chaque dispersion est éprouvée de la façon habituelle.
Les résultats sont indiqués dans le tableau II ci- dessous.
TABLEAU II
Encres à journaux contenant 10% de noir Elftex
EMI10.1
<tb> Description <SEP> du <SEP> noir <SEP> utilisé <SEP> Propriétés <SEP> de <SEP> l'encre
<tb>
<tb> Forme <SEP> Densité <SEP> de <SEP> tassement <SEP> Viscosité <SEP> Résidu <SEP> au <SEP> crible
<tb> liveres <SEP> pied <SEP> cube <SEP> relative* <SEP> f325 <SEP> %
<tb> (A)Pastilles <SEP> de
<tb> l'invention** <SEP> 21 <SEP> 44 <SEP> 0,03%
<tb>
<tb> (B) <SEP> Floconneux <SEP> 11 <SEP> 46 <SEP> . <SEP> 0,01%
<tb>
<tb> (C) <SEP> Pastilles
<tb> normales <SEP> 22 <SEP> 5Q <SEP> 0,44%
<tb>
Viscosité Stormer en secondes par cent tours avec un poids de cent grammes.
Toutes les valeurs numériques indiquées sont \ des moyennes de' plusieurs échantillons prélevés à différents \moments pendant un essai de plusieurs heures.
EXEMPLE 3.-
On reprend leprocédé 'de l'exemple 2 en utilisant ' du noir Sterling 99 R ayant une densité apparente d'environ
14 à 15 livres/pied cube (220-240 kg/m3) mais la vitesse -, d'alimentation du noir de fumée floconneux huilé dans le tam- bour de pastillage de 5 pieds sur 8 pieds est 1200 livres/heure (540 kg) au lieu de 200 livres/heures parce que ce noir permet une formation plus rapide des pastilles. Les pastilles obtenues ont une densité apparente d'environ 24 à 28 livres/pied cube (384-448 kg/m3) et sont d'une qualité au moins égale à cellesqui sont préparées à partir d'Elftex 5 dans l'exemple 2.
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Le tableau ci-dessous donne une comparaison entre les propriétés d'encres contenant (A) les pastilles avec le même noir de fumée (B) à l'état floconneux et (C) des pastilles produites dans le même appareil mais sans huile.
TABLEAUIII
Encres à journaux contenant 10% de noir Elftex
EMI11.1
<tb> Description <SEP> du <SEP> noir <SEP> utilisé <SEP> Propriétés <SEP> de <SEP> l'encre
<tb> Formel <SEP> Densité <SEP> de <SEP> tassement <SEP> Viscosité <SEP> rela- <SEP> Résidu <SEP> au <SEP> cri-
<tb>
EMI11.2
(A)Pastilles livres/pied cube tive aN ble 325 cg
EMI11.3
<tb> l'invention** <SEP> 26 <SEP> 32 <SEP> 0,03
<tb>
<tb> (B) <SEP> Floconneux <SEP> 14,5 <SEP> 31 <SEP> 0,04
<tb>
<tb> (C)Pastilles
<tb> normales <SEP> 29,8 <SEP> 31 <SEP> 0,86
<tb>
* Stormer *-*Les valeurs numériques sont les moyenne,
s de plusieurs détermina- tions séparées- EXEMPLE 4.-
On effectue un autre essai semblable à celui de l'exemple 1 mais avec de lhuile miriérale contenant 5%.de gilsonite tant comme fluide de pastillage,que comme véhicule pour l'encre. On pulvérise 7% de cette huile sur le noir de fu- mée avant de pastiller ce noir et on utilise les pastilles à raison de 25% pour préparer l'encre* L'encre obtenue est comparée à des produits analogues préparés dans le même broyeur Eppenbach avec 25% de noir floconneux et 25% du même noir sous la forme de pastilles obtenues par traitement au tambour sec. Les essais sur ces encres sont indiqués dans le tableau 4 ci-dessous.
TABLEAU IV
Encres à journaux contenant 10% de noir Elftex
EMI11.4
<tb> Description <SEP> du <SEP> noir <SEP> utilisé <SEP> Propriétés <SEP> de <SEP> l'encre
<tb>
<tb> Forme <SEP> Densité <SEP> de <SEP> tassement <SEP> Couleur <SEP> des <SEP> Résidu <SEP> au <SEP> crilivres/Died <SEP> cube <SEP> épreuves <SEP> ¯¯¯¯ <SEP> ble <SEP> 325. <SEP> %
<tb> Pastilles <SEP> de
<tb> l'invention <SEP> 23 <SEP> 97 <SEP> 0,026
<tb>
<tb> Floconneux <SEP> 15 <SEP> 100 <SEP> 0,066
<tb>
<tb> Pastilles
<tb> normales <SEP> 27 <SEP> 95 <SEP> 0,351
<tb>
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Dans cette expérience les pastilles de la présente invention sont même plus efficacement dispersées que le noir floconneux.
R E V E N D I C A T 1 O N S. l.- Pastilles de noir de fumée type four, caractérisées en ce qu'elles contiennent environ 2 à 15% du poids du noir d'un fluide organique défini dans la description.