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La présente invention est relative à un procède nouveau et perfectionne pour disperser des pigments dans des milieux liquides et/ou pour réduire la dimension des particules .de..pigments.
On a longtemps cherché à disperser des solides dans des liquides économiquement et efficacement de manière telle qu' .ils demeurent en suspension pendant de longues périodes de temps et', dans le cas de pigments dispersés dans des véhicules aptes à former une pellicule, de manière que leurs dimensions de particules permettent d'obtenir des pellicules lisses non-granuleuses, ayant de bonnes caractéristiques de couleur et de pouvoir couvrant.
De% procédés antérieurs pour incorporer des solides à des
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liques comprennent l'emploi de différente:; machines de broyage et de dispersion, telles que des broyeurs à meules, des broyeurs à boulets ou à galets, des broyeurs à cylindres ou à caoutçhouc, des broyeurs colloïdaux, des mélangeurs WERNER & PFLEIDERER et des mélangeurs Banbury. Dans ces machines, les matières solides .sont soumises au frottement, à des chocs, des cisaillements ou à l'usure ou à une combinaison de ces actions, d'ordinaire en présence d'un milieu de dispersion liquide.
Toutefois, 'chacune de ces machines, ou les procédés correspondants, offrent . un ou plusieurs inconvénients : par exemple, les importantes immobilisations exigées, un entretien coûteux, un faible volume *de production, un faible rendement, l'introduction d'impuretés indésirables ou de longues périodes de traitement. Certains procédés industriels adoptent l'emploi d'un certain nombre de ces machines, mais on a. toujours eu besoin d'un procédé qui réunisse les meilleurs aspects des machines mentionnées plus haut sans avoir besoin d'utiliser, des machines coûteuses et compliquées.
L'invention a pour buts de procurer : un procédé simple, peu coûteux et efficace de disper- sion de pigments dans des milieux liquides ou fluides; un appareil de broyage peu coûteux, et efficace pour disperser des pigments dans des. liquides ou fluides, dont le prix d'installation soit bas, qui soit facile à conduire et d'entretien peu coûteux; un procédé perfectionné de dispersion fournissant une dispersion intime avec une faible consommation de force mo- trice et un prix de revient peu élevé par unité de pigment dispersé, une grande capacité de broyage ou un nombre élevé de Kg de pigment dispersé par unité de temps, une amélioration de l'équilibre total prix de revient-qualité dans la composition finale ;
un procédé de dispersion perfectionné permettant d'ob- tenir une dispersion complète en un temps plus court que ce qui tait possible auparavant;
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un procédé perfectionné de dispersion rapide de pigments dans des compositions d'enduits; et un'procédé perfectionné pour briser les agglomérats et réduire les dimensions de particules de pigments.
Ces buts ainsi que d'autres qui apparaîtront au cours de la description, sont réalisés en agitant, dans un appareil .approprié du sable dit de 20 à 40 mailles, une substance de dis- persion apte à former une pellicule et le pigment à disperser.
Bien qu'on ait constaté que n'importe quelle qualité de sable agit efficacement dans cette opération, il est préférable d'utiliser du sable de qualité Ottawa.
'Le terme ''sable d'Ottawa" s'applique à du sable qu'on trouve aux environs d'Ottawa, dans l'Illinois;etil figure dans la spécification de l'AMERICAN SOCIETY FOR TESTING MATERIAL C-190 sous la dénomination de sable d'essai standard pour l'examen de béton, ,Il est vendu couramment dans le commerce sous cette dénc- mination. Il est caractérisé par une teneur élevée en silice (99% ou davantage), sensiblement la totalité des particules con- sistent en cristaux individuels ou parties de ces cristaux; il n'existe pratiquement aucune agglomération ou groupes de cristau liés par des substances étrangères, et les particules indivi- duelles ont des arêtes arrondies.
Le sable est ordinairement vendu avec indication du calibre, par exemple "20 à 30 mailles". Cela signifie que les particules de sable sont suffisamment petites pour passer au tra- vers d'un tamis n* 20 mais suffisamment grandes pour être rete- nues par un tamis n 30. La spécification de l'American Society of Testing Macterials E-11 pour les tamis donne les relations ¯ suivantes entre les numéres des tamip et erti @@@@@@@
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EMI4.1
<tb> Tamis <SEP> n <SEP> Ouvertures <SEP> des <SEP> tamis
<tb>
<tb> mm
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4 <SEP> 4,76
<tb>
<tb>
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<tb>
<tb>
<tb> 10 <SEP> 2,00
<tb>
<tb>
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<tb>
<tb>
<tb> 12 <SEP> 1,68
<tb>
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<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 16 <SEP> - <SEP> 1,19
<tb>
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<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 20 <SEP> 0,
84
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 30 <SEP> la,59
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 40 <SEP> 0,42
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 50 <SEP> 0,297
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 60 <SEP> 0,250
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 70 <SEP> 0,210
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 80 <SEP> 0,177
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 100 <SEP> 0,149
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 120 <SEP> 0,125
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 140 <SEP> 0,105
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 170 <SEP> 0,088
<tb>
Afin de décrire avec plus de clarté la présente in- vention,onsee référera au dessin annexa qui représente des réa- ' lisations d'appareils convenant l'application de l'invention.
La fig. 1 est une vue en coupe verticale d'un appareil simple et efficace pour un travail intermittent ou par charges séparées ;
Les figs. 2 et 3 sont des vues en coupeverticale représentant des variantes de l'appareil représenté sur la fig.1;
La fig. 4 est une vue en coupe verticale d'un appareil pour le travail continu;
Les figs. 5 et 6 sont des coupes horizontales respec- tiveraent suivant les ]lignes 5-5 et 6-6 de la fig. 4., et
La fig. 7 est une vue en coupe verticale représentant une variante de l'appareil représenté sur la fig. 4.
L'appareil représenté sur la fig. 1 comprend une cuve cylindrique 1 ouverte au sommet dans laquelle est suspendu axia- lement l'aribree vertical 2 d'un agitateur commandé par un moteur.
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L'arbre 2 porte un ou plusieurs agitateurs 3 de toute forme dsirée, tels que des disques circulaires plats ou courbes, des agitateurs à dentures, des palettes ou autres organes d' agitation.
L'appareil pour le travail continu représenté sur la fig. 4 comprend une cuve 1 portant des agitateurs 3 montes sur un arbre 2. La cuve 1 possède une ouverture appropriée 4 de toute forme désirée et recouverte par un tamis 5 én toute position ' désirée le long de ses coteau sommetouendessous,représentée dans le ' présent cas sur un côté voisin du fond. Une chemise circulaire 6 entouré la partie inférieure de la cuve 1 et est munie d'ouver- . tures 7 et, 8 qui servent au déchargement de la matière traitée et sont contrôlées respectivement par des vannes 9 et 10.
Le principaux buts' de cette chemise sont de maintenir humide la sur- face extérieure du tamis, de supporter la pression intérieure de la colonne de liquide de la cuve 1 à l'écart du tamis par la résistance à cette pression du liquide de la chemise et de consti- tuer un réservoir de manière à pouvoir maintenir un débit de déchargement uniforme. La partie supérieure de la cuve 1 est munie d'une chemise circulaire 11 munie d'ouvertures respectives d'entrée et de sortie 12 et 13 d'un fluide de réglage de la température, tel que de l'eau. ou. de la vapeur.
Le tamis' est monté au-dessus de l'ouverture 4 de la cuve 1 par tous moyens évitant des fuites autour des bords. La dimension des mailles du tamis doit être telle que la dispersion le traverse librement au cours de l'opération normale, sans per- mettre au sable de le traverser. Par. exemple, pour la production d'une charge d'un broyeur à émail, en utilisant du sable de 20-30 mailles (0,84 à 0,59 mm), un'tamis standard à mailles de 80 x 80 ayant des ouvertures de 0,177 mm convient.
Le dessin ne représente que des exemples simples des nombreuses réalisations possibles de la présente invention, et ne montre par conséquent que les éléments de base mis en jeu. Par
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exemple : 1) le sommet de la cuvelpeut être ouvert ou fermée 2) comme le représente la fig. 2, les agitateurs peuvent être mùnis de barres verticales 14 à l'extrémité extérieure: 3).comme le montre la fig. 3, la cuve de broyage peut renfermer des palettes 15 de construction désirée quelconque; et 4) comme on .le voit sur la fig. 7, la jaquette 11 peut entourer l'appareil tout entier, y compris la chemise 6.
En outre, les propulseurs 3 peuvent être montés au centre ou excentriquement et en formant ! un angle désiré quelconque avec l'arbre 2 mais ici, on les re- présente centrées.
Les dimensions réelles ne sont pas. critiques, mais les 'dessins donnent environ l'échelle d'un appareil 'qui pourrait être utilisé pour préparation d'une matière de' départ d'un broyeur ' émail.'
Les matériaux de construction sont de préférence de l'acier., bien que l'appareil puisse être revêtu de caoutchouc ou analogue, et les propulseurs peuvent être en verre ou autre matériau approprié.
Dans une opération par charges séparées, on ajoute les ingrédients en proportions convenables et on remue à une vitesse suffisamment rapide pour maintenir la concentration des composants raisonnablement uniforme dans toute l'étendue de l'appareil. On arrête le mélange au moment désiré de l'opéra- tion et on sépare, le sable du mélange par sédimentation, décan- tation, centrifugation, filtration ou autre moyen approprié.
Si on utilise l'appareil représenté sur la fige 4 à la préparation d'un produit de base pour broyeur- à émail, par une opération continue, on peut mélanger au préalable le pigment et le véhicule, en proportions convenables pour former une suspen- sion, ou bien on peut mesurer ou peser les ingrédients individuels dans l'appareil en les chargeant par le haut à la main ou par des moyens automatiques.
Ayant déterminé au préalable le rapport con- vandable en volume entre le sable et la suspension, (30% à 65% de
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sable pour 70% à 35% de suspension), et après avoir introduit la quantité convenable de sable et d'autres composants dans l'appareil de broyage, on maintient ce rapport en réglant le débit d'introduction de milieu dispersant et de matière à disperser de manière qu'il soit égal au débit de sortie de la matière complètement dispersée.
Pendant qu'on introduit les ingrédients dans la cuve
1, la vanne Inférieure 8 étant fermée et la vanne supérieure 10 ouverte, on fait tourner les propulseurs 3 à la vitesse désirée.
Les particules de sablé, qui se déplacent relativement. vite et sont distribuées uniformément dans tout le mélange, dispersent .. le pigment dans le véhicule brisant les agglomérats et produisent une dispersion fluide uniforme qui s'écoule à travers le tamis 5 pendant que ce dernier retient le sable. En remplissant la chemise ,
6, la;matière dispersée s'écoule de l'ouverture 8 à une vitesse réglée par la vanne 10. Si l'opération exige un chauffage ou un refroidissement, on peut faire circuler un fluide d'échange de chaleur approprié à travers la chemise 11 par l'intermédiaire des communications 12 et 13.
Quand l'opération est complète, l'appareil peut être vidangé et rincé par l'ouverture 7 et la vanne 9, ou bien il peut être laissé au repos en fermant les vannes 9-et 10,. chargeant l'appareil au niveau désire au moyen d'un solvant convenable,' et recouvrant le dessus de la cuve.
Du fai-t que la présence de particules dures, ou de particules rugueuses, dures dans une pellicule qui, sans cela, est lisse, est toujours associée à des agents de broyage souillés pour peintures, émaux et compositions d'enduits similaires, de grands efforts ont été faits, spécialement dans la fabrication .d'émaux, vernis et enduits de tissus de hautes qualités, pour éviter la présence de tout ingrédient de contamination de ce genre dans l'enduit final.
Il est par conséquent tout-à-fait surprenant que l'emploi délibéré de sable comme agent de broyage et de dis- persion dans la fabrication de compositions de ce genre, donne des
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produits satisfaisants, et il est encore plus surerenant au'il produise, dans beaucoup de cas, un matériau améliore aux points de vue de l'uniformité de la dispersion, de la finesse des parti- cules, de l'éclat, de la couleur et du caractère lisse de la pellicule finale, et de l'absence complète de particules dures. On ¯ne peut davantage s'attendre à la facilité résultant de l'opéra- tion et à l'efficacité absolue du -procédé, ou même à son efficacité relative, comparée à d'autres procèdes de broyage 'd'émaux.
Les exemples qui suivent donnent une représentation de l'invention.
EXEMPLE 1. -
Matière première pour broyeur d'émail aux résines alkydes.
EMI8.1
<tb>
Grammes
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Résine <SEP> de <SEP> Dhtalate <SEP> de <SEP> glycérine <SEP> modifiée <SEP> par
<tb>
<tb>
<tb> 52,7% <SEP> d'huile <SEP> de <SEP> lin <SEP> 15,1
<tb>
<tb>
<tb> Lécithine <SEP> de <SEP> soya(solution <SEP> à <SEP> 50%) <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> Suivant <SEP> hydrocarboné <SEP> 17,5
<tb>
<tb>
<tb> Inhibiteur <SEP> phénolique <SEP> (solution <SEP> à <SEP> 1%) <SEP> 2,8
<tb>
<tb>
<tb> Pigment <SEP> de <SEP> dioxyde <SEP> de <SEP> titane <SEP> 63.1
<tb>
<tb>
<tb> 100,0
<tb>
Dans le but d'une comparaison directe de différents types de sables, une suspension d'environ 1 gallon (3,78 1) de la composition'ci-dessus (matière première d'un'émail de haute qualité)' à été préparée pour chaque type de sable à examiner.
A chaque essai, cette suspension a été broyée avec 1000 grammes du .sable à examiner dans un appareil de broyage continu d'un quart de gallon, muni d'un tamis en fil métallioue à mailles de 100 x 100 et'muni de deux propulseurs constitués chacun d'un disque en verre de 62 mm (5/2 pouces de diamètre, espacés l'un de l'autre d'environ 65/2 mm (3/2 pouce ) sur l'arbre qu'on fait tourner à - -2350 tours par minute. On ajoute une Quantité suffisante de suspension pour amener le niveau, au cours de l'agitation, à une distance d'environ 12 mm (1/2 pouce) du sommet de la cuve, ce qui correspond à un rapport en volume qntre le sable et le mélange total (sable et suspension) d'environ 50%.
Pendant qu'on agite de
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façon continue, on ajoute de la suspension supplémentaire (jusqu'à ce que pratiquement la totalité de la charge ait été traitée), à un débit égal au débit de déchargement de la matière disperse, dans le but de maintenir un rapport en volume sub stan- tiellement constant centre le sable et le mélange total.
Les résultats de ces essais ont donné les renseigne- ments suivants sur 3'utilité des différents types de sable 'dans cette opération.
1.- Comme on- ne disposait pas de sable de dimensions de particules de 4 mailles (4..76 mm), et comme le verre possède dans une large mesure les propriétés du sable, des billes de - verre de 5 mm de diamètre ont été examinées au lieu de sable.
On a réalisé un débit de production moyen de 6 gallons par heure, mais la dispersion produite ne donne pas de résultat satisfaisant pour des émaux, ou même pour des peintures de bonne qualité pour
Habitations parce qu'elle fournit des mesures de finesse dépassant
0,05 mm (0,0002 pouces), sur un appareil d'essai de finesse de broyage du type à râteau base sur les "North Fineness Standards" (avec une finesse de 0,050 à 0,0000 mm d'intervalle provenant de l'existence d'agglomérations de pig ments qui ne sont pas brisées.
2.-- Un sable de 12 mailles de New Jersey donne une production moyenne de 2,5 gallons par heure. La finesse est légèrement supérieure à 0,0005 et est satisfaisante pour des peintures de bonne qualité pour habitations* mais pas pour des émaux.
3. - Du sable d'Ottawa -de 20-30 mailla fournit un débit, de production moyen de 0,833 gallons par heure à une finesse de 0,0004, qui est satisfaisante pour des émaux.
4.- Du sable du cap May de 30-40 mailles fournit un débit de production moyen de 0,79 gallons par heure une fi- nesse de 0,0002.
5.- Du sable d'Ottawa de 70-90 mailles fournit un débit
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moyen de production de 0,313 gallons par heure à une finesse convenable. L'onération est plus rapide, que colle des appareeils de broyage ordinaires, mais suffisamment plus lente celle des essais précédents pour la rendre moins utile dans une opération industriel,le.
6. - Du sable d'Ottawa de 115-150 mailles prépare par classification de sable ayant été pulvérisé dans ce but dans un moulin à broyer,, demande un tamis à mailles de 200 x 200 'pour retenir le sable, mais l'expérience prouve qu'une quantité substantielle de sable encore plus fin existe dans la dispersion obtenue, et montre qu'il est impossible de séparer ces particules 'de sable excessivement fines dans l'opération de classifica- tion. On aboutit à un débit de production très lent de 0,068 gallon' par heure, et la matière première'de broyage résultante est inutilisable parce qu'elle est graveleuse pa.r suite de la présence de petites particules de sable.
EXEMPLE 2.-
Matière première pour broyeur à émail aux résines alkydes.
EMI10.1
<tb>
Parties <SEP> en <SEP> poids
<tb>
<tb> Résine <SEP> de <SEP> phtalate <SEP> de <SEP> glycérine <SEP> modifiée
<tb> par <SEP> 52,7% <SEP> d'huile <SEP> de <SEP> lin <SEP> 45,0
<tb> Solvant <SEP> d'hydrocarbure <SEP> de <SEP> pétrole <SEP> 45,8
<tb> Pigment <SEP> de <SEP> noir <SEP> de <SEP> carbone <SEP> en <SEP> perles <SEP> 9,2
<tb> 100,0
<tb>
On introduit séparément la solution de résine alkyde et le pigment dans un appareil de broyage continu de 5 gallons, semblable à celui représenté sur la fig. 4 mais ne possédant pas de éhemise entourant la région du taris, dans un rapport de 90,8 parties de solution pour 9,2'parties de pigment. L'appareil renferme environ 50 livres de sable d'Ottava de 20-30 mesh.
-L'opération est réglée de manière à maintenir le niveau du licuide à environ 4,5gallons. L'agitation s'effectue à environ 600 tours par minute pendant environ 20 minutes en disposant une plaaue formant couvercle au-dessus du ternis pour éviter son écoulement.
On enlevé ensuite la plaque, on continue l'agitation et on ajoute
<Desc/Clms Page number 11>
les ingrédients dans le rapport ci-dessus à un débit égal à celui de la production, qui est d'environ 8 gallons par heure.
Cette matière première de broyage noire convient pour être transformée en un émail noir par addition de substances formatrices de pellicules produisant un émail ordinaire, siccatifs convenables, et solvants. On peut également l'utiliser pour con- ' férer une teinte noire à d'autres émaux.
EXEMPLE 3 . -
EMI11.1
<tb> Email <SEP> Grammes
<tb>
<tb> Solution <SEP> de <SEP> résiné <SEP> urée-formaldéhyde <SEP> modifiée
<tb> par <SEP> du <SEP> butanol <SEP> à <SEP> 60% <SEP> de <SEP> matières <SEP> solides
<tb> dans <SEP> le <SEP> butanol <SEP> 15
<tb> Solution <SEP> de <SEP> résine <SEP> de <SEP> phtalate <SEP> de <SEP> glycérine
<tb> modifiée <SEP> par <SEP> 55% <SEP> d'huile <SEP> de <SEP> ricin, <SEP> dans <SEP> un
<tb> mélange <SEP> 20-80 <SEP> d'hydrocarbure <SEP> de <SEP> pétrole <SEP> et
<tb> de <SEP> butanol <SEP> (65% <SEP> de <SEP> matières <SEP> solides)
<SEP> 17
<tb> Solvants <SEP> hydrocarbonés <SEP> 130
<tb> Pigment <SEP> de <SEP> dioxyde <SEP> de <SEP> titane' <SEP> 392
<tb> 554
<tb>
On broie cette composition dans un bidon d'un quart de galion avec 1000 grammes de sable d'Ottawa de 20-30 mesh pen- dant 15 minutes et on obtient une charge de broyeur qu'on broie avec des résines additionnelles et des solvants pour produire un . émail industriel dur, du type au four.
En plus des produits d'émaux aux résines alkydes des exemples 1, 2 et 3, on peut produire d'autres masses à broyer pour émaux de résines alkydes ou des maux finis en utilisant d'autres résines alkydes préparées -au moyen de différents alcools polyhydriques, acides polycarboxyliques et huiles ou acides d'huiles, en faisant varier dans de larges limites les rapports des composants. La nature de l'huile ou de l'acide huileux servant de modificateur dans la résine, n'est pas critique.
Des huiles siccatives telles que l'huile de lin, l'huile de bois de Chine et l'huile de ricin déshydratée, donnent des résultats satisfa.i- sants tout comme des huiles semi-siccatives telles que l'huile de soya, et des huiles non-siccatives telles que l'huile de ricin, aussi bien que leurs acides d'huiles.
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EXEMPLE 4.-
Composition d'enduit pour des tissus.
EMI12.1
<tb>
Parties <SEP> en <SEP> poids
<tb>
<tb> Polyéthylène <SEP> chlorosulfoné <SEP> (dispersion
<tb> à <SEP> 25% <SEP> dans <SEP> le <SEP> toluène) <SEP> ' <SEP> 200
<tb> Toluène <SEP> i <SEP> 95
<tb> Alcool <SEP> éthylicue <SEP> ( <SEP> 2 <SEP> B <SEP> dénature) <SEP> 5
<tb> Pigment <SEP> de <SEP> barytine <SEP> 100
<tb> 400
<tb>
On prépare le polyéthylène chlorosulfoné conformément !au procédé décrit dans le brevet américain 2.212.786.
On mélange les ingrédients ci-dessus, on ajoute un volume de sable d'Ottawa de 20-30 mailles correspondant environ à 50% du volume du mélange ci-dessus et on remue la masse dans un bidon ordinaire d'un quart de g.allon, par un agitateur ordi- naire à palettes propulsives, pendant 15 minutes à 2000 tours par minute. On laisse alors la masse au repos pendant environ 5 minutés, pendant lesquelles le sable se dépose complètement, en retenant une partie de la matière dispersée, La dispersion qui surnage se décante aisément du résidu avec un rendement d'environ
80%. On obtient un rendement de 100% sur des charges suivantes, en- utilisant des charges additionnelles de la même composition et le mené sable, dont on supprime l'épuration et le lavage.
Le degré de dispersion de pigment obtenu pendant ce broyage de 15 minutes, équivaut à un broyage de 24 heures dans un broyeur à boulets ordinaire, 'et la dispersion est exempte d'impuretés de particules dures ou de particules de sable.
Pour d'autres compositions d'enduits pour tissus conte-, nant des constituants plus variés et,complexes, cette-opération de broyage donne des résultats aussi bons,- Le nombre et la nature .de nombreux pigments différents, huiles, plastifiants, résines et .solvants présents dans des combinaisons préparées pour recouvrir des tissus, n'ont pas d'influence sur l'amélioration fondamentale dans le cas de cette composition de base, qui ne renferme qu'un seul ingrédient formant des pellicules, .1 un.pigment, un solvant et un autre constituant..
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EXEMPLE 5.-
Composition d'enduit pour tissus.
Certaines compositions d'enduits pour tissus sont préparées par un procédé dit "à pâte" dans,lequel on broie tout d'abord des pigmentsi secs dans un plastifiant sur un broyeur à cylindres ou dans un broyeur à boulets. On ajoute alors au mélange pigement-plastifiant, une résine en poudre sèche telle que du , chlorure de .polyvinyle, en même temps que de ,petites quantités de liquides volatils qui sont des solvants du plastifiant mais non de la résine. On, broie de neuveau ce mélange sur un broyeur à cylindres ou à boulets pour disperser la résine insoluble dans la composition fluide.
Des compositions de ce genre renferment 85 à 100% de composants non-volatils* Le procédé de la présente invention est particulière- ment utile dans la préparation de compositions de ce genre en une seule opération, en supprimant ainsi le procédé ordinaire à plusieurs stades.
Un exemple de cette opération perfectionnée est le suivant :
EMI13.1
<tb> Parties <SEP> en <SEP> poids
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Poudre <SEP> de <SEP> chlorure <SEP> de <SEP> polyvinyle <SEP> 33,68
<tb>
<tb>
<tb> Huile <SEP> de <SEP> ricin <SEP> soufflée <SEP> 1,11
<tb>
<tb>
<tb> Phtalate <SEP> de <SEP> dibutoxy <SEP> éthyle <SEP> 19,10
<tb>
<tb>
<tb> Naphte <SEP> V.M.P.
<SEP> 8,84
<tb>
<tb>
<tb> Lécithine <SEP> de <SEP> soya <SEP> 0,68
<tb>
<tb>
<tb> Orthophényl <SEP> phénol <SEP> 0,87
<tb>
<tb>
<tb> Alcool <SEP> éthylique <SEP> (2 <SEP> B <SEP> dénaturé) <SEP> 5,69
<tb>
<tb>
<tb> Stabilisateur <SEP> 1,01
<tb>
<tb>
<tb> Pigment <SEP> de <SEP> sulfure <SEP> de <SEP> cadmium <SEP> 9,70
<tb>
<tb>
<tb> Pigment <SEP> de <SEP> barytine <SEP> 19.32
<tb>
<tb>
<tb> 100,00
<tb>
Les dimensions des particules de la poudre de chlorure de poly- vinyle, sont de 0,5-1,0 micron.
On remue l'ensemble des ingrédients, excepté le chlo- rure de polyvinyle, comme dans l'exemple 1, avec un volume égal de sable d'Ottawa de 20-30 mailles pendant 10 minutes à un nombre de tours de 1760 par minute. On ajoute alors la poudre de chlorure de polyvinyle et on continue le mélange pendant 10 minutes de plus. Finalement, on filtre le mélange à travers un tamis de 80
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mailles pour séparer le sable. On obtient un rendement de 72,5%.
On obtient un rendement de 100% au cours de broyages ultérieurs de charges additionnelles de la même composition, en utilisant le même sable sans l'épurer.
EXEMPLE 6. -
Dispersion de pigmenta
Cet exemple représente un des buts du procédé à savoir détruire.les agglomérats de pigment et à disperser les ' particules dans. un liquide sans réduire de façon notable les dimensions des particules primaires.
EMI14.1
<tb>
Grammes
<tb>
<tb> Résine <SEP> de <SEP> silicone <SEP> 39
<tb> Pigment <SEP> de <SEP> dioxyde <SEP> de <SEP> titane <SEP> 198
<tb> Xylène <SEP> 54
<tb> 291
<tb>
La résine de silicone consiste en un squelette molé- culaire stable d'atomes de silicium alternant avec des atomes d'oxygène, portant des radicaux organiques fixés à chacun des atomes de silicium, et on la désigne sous le nom de Silicone Dow-Corning BC-802.
On prépare une suspension de'ces trois ingrédients dans un bidon ordinaire d'une pinte, on ajoute 500 grammes de sable d'Ottawa de 20-30 mailles et on remue le mélange pendant 15 minutes à 2000 tours par minute. Le produit séparé est une dis- persion sans grumeaux pouvant être utilisée comme composition d'enduit ou comme ingrédient dans une composition d'enduit conte- nant d'autres substances compatibles aptes à former une pellicule.
EXEMPLE 7. -
Charge de broyape pour vernis nitrocellulosique.
On prépare une base nitrocellulosique de la manière suivante ;
EMI14.2
<tb> Grammes
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Acétate <SEP> de <SEP> butyle <SEP> 9,2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Acétate <SEP> de <SEP> méthyl <SEP> isopropyl <SEP> carbinol <SEP> 6,8
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Méthyl <SEP> isobutyl <SEP> cétone <SEP> 15,7
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Méthyl <SEP> isobutyl <SEP> carbinol <SEP> 7,2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Alcool <SEP> isopropylique <SEP> 28,8
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> éthyl <SEP> thyl <SEP> cétone <SEP> 28,4
<tb>
<Desc/Clms Page number 15>
EMI15.1
<tb> Toluène <SEP> 8,3
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Naphte <SEP> de <SEP> pétrole <SEP> 9,9
<tb>
EMI15.2
XylÀne 12,4
EMI15.3
<tb> Nitrocellulose <SEP> (µ,de <SEP> seconde) <SEP> 53,3
<tb>
<tb> 180,
0
<tb>
On utilise comme suit cette matière de charge à broyer :
EMI15.4
<tb> Grammes
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Base <SEP> de <SEP> nitrocellulose <SEP> 180
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Huile <SEP> de <SEP> ricin <SEP> soufflée <SEP> 29
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Alcool <SEP> isopropylique <SEP> 22
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Méthyl <SEP> isobutyl <SEP> carbinol <SEP> 15
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Toluène <SEP> 51
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 'Xylène <SEP> 12
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Méthyl <SEP> éthyl <SEP> cétone <SEP> 71
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Acétate <SEP> de <SEP> butyle <SEP> 18
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Acétate <SEP> de'méthyl <SEP> isobutyl <SEP> carbinol <SEP> 12
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Méthyl <SEP> isobutyl <SEP> cétone <SEP> 11
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Pigment <SEP> bleu <SEP> de <SEP> Milori <SEP> 67
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Pigment <SEP> d'oxyde <SEP> de <SEP> zinc <SEP> 6
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 494
<tb>
On mélange une charge de 494 grammes de la masse de base ci-dessus et 1000 grammes de sable d'Ottawa à 20-30 mailles dans un bidon de peinture d'un quart de gallon pendant 5/4 heure à 2350 tours par minute. On sépare le sable par filtration. On produit ainsi une dispersion exempte de grumeaux, convenant pour être ensuite mélangée à du solvant additionnel à un plastifiant et à de la nitrocellulose pour produire un vernis. Le plus rapide des procédés antérieurs de dispersion de pigment dans le vernis, demande 6-8'heures, pour produire une dispersion de qualité comparable.
D'autres applications utiles de la présente invention à la fabrication de vernis, comprennent la dispersion du pigment dans un plastifiant en l'absence de nitrocellulose, et ensuite la..réduction de la masse en un vernis ou bien la dispersion du piment en présence de la totalité des ingrédients du vernis fini.
Si un broyage plus fin est nécessaire dans un cas particulier quelconque, on peut le réaliser comme suit :
1.- dans une opération à charges séparées l'agitation peut être prolongée;
2.- Dans une opération continue, le produit obtenu peut être remis en circulation dans le moine appareil ou dans un second appareil Identique;
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3.- Dans une opération continue, les surfaces du tamis de décharge peuvent être restreintes; 4.- Dans une opération continue, les débits de charge- ment et de déchargeaient peuvent être réduits.
L'opération de la présente invention n'est pas limitée .aux pigments dispersés ou aux milieux de dispersion décrits dans les exemples précédente. Par exemple, tous les pigments utilisés habituellement dans des compositions d'enduits d'adaptent au broyage ou à la dispersion suivant le présent procédé. De tels pigments comprennent' des pigments blancs et colorés, organiques et inorganiques, naturels et synthétiques, et des diluants. Une 'substance quelconque apte.à former une pellicule sous forme .raisonnablement fluide (viscosité relativement basse) sert de milieu de dispersion pour des pigments sélectionnés.
Ces formateurs de pellicules comprennent des huiles brutes et traitées (siccatives, semi-siccatives et non-siccatives) des vernis oléorésineux, et-des résines naturelles et synthétiques, des résines modifiées à l'huile, des matières cellulosiques, des émulsions de ces substances et des plastifiants.
Bien que le sable d'Ottawa de 20-40 mailles repré- sente la 'qualité de sable préférée devant être utilisée dans la pratique de :La présente invention, comme il a été discuté plus haut, l'emploi de sable quelconque de grosseur de grains comprise dans cet intervalle, produit des dispersions satisfaisantes en des périodes de broyage relativement courtes, comparativement aux procédés antérieurs. Pans le cas d'émaux de haute qualité, le sable utilisé doit d'ailleurs être exempt de toutes impuretés friables, et c'est pour cette raison qu'on préfère le sable d'Ottawa ou - son équivalent.
En d'autres termes, si on se réfère dans ce texte à un intervalle de dimensions de grains donné, tel que 20 à 40 mailing, cela signifie que le sable demeure environ dans cet in- tervalle de dimensions de grains pendant toute la durde de l'opé- ration de broyage.
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Pour la plupart des buts de la présent invention, des perles de verre ou de certaines matières plastiques, ayant des dimensions correspondantes, sont l'équivalent dusable, parce qu'elles ne sont pas seulement .dures et relativement non- friables, mais inertes au point de vue de leur action sur la .. couleur des matières à disperser. Quand on utilise des perles de matières plastiques, elles ne peuvent évidemment se ramollir , aux températures que l'on rencontre dans l'opération de disper- sion.
Le ^rapport en volume entre le sable et le mélange total de sable, liquide, et matières solides à disperser, est important au point de vue de la réalisation d'une mise en oeuvre efficace de la. présente invention. Une concentration trop faible en s '-le ,entraîne de longues périodes d'agitation ou de broyage. Une concentration trop élevée fait perdre évidemment de l'espace dans l'appareil, diminue la fluidité du mélange, et, en général, limite Inefficacité. La concentration préférée est de 45% à 60% en volume de sable, bien qu'une concentration de 30% à 65% en volume fonctionne de façon efficace.
L détermination de la viscosité des mélanges de départ est difficile, parce qu'ils sont hétérogènes (non homogènes, mais à grumeaux), mais les produits finals sont exempts de gru-
Meaux et leur viscosité peut être déterminée par des procédés standards. Les conditions préférées fournissent des produits ayant une viscosité de 1-250. poises à la. fin de la période de broyage.
Il résulte de la description qui précède que la pré- sente invention représente un progrès notable dans l'art de préparer des dispersions. Auparavant, les procédés étaient lents ou coûteux et nécessitaient des appareils coûteux et compliqués.
Une grande partie de cette complication dans le métier provient de tentatives de préparation de produits exempts de grumeaux propre et uniformes, exempts de souillures et de particules dures.
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Pour produire des compositions de haute qualité des soins considérables ont été apportés à la purification et à l'épura- tion des ingrédients et à leur emploi exclusivement dans les meilleurs appareils. Actuellement, on a constaté de façon tout-à- fait surprenante, que du sable, constituant une des substances dont on a auparavant évité la présence avec le plus grand soin dans le métier, peut être utilisé dans l'appareil le plus simple pour produire de façon efficace et à bon marcha des compositions d'enduits de haute qualité. On peut par exemple utiliser ces compositions d'enduits dans le cas où un examen critique est d'usage - sur des tissus enduits, réfrigérateurs, automobiles, , mobiliers et autres articles analogues.
Les économies réalisées en temps, investissement de capital dans l'appareillage, fr is d'entretien, et efficacité de l'opération, comparées indivi- duellement ou collectivement aux procédés ordinaires de broyage et de dispersion, prouvent que ce nouveau procédé est nettement avantageux.
Il apparaît que de nombreuses réalisations largement différentes de la présente invention peuvent être obtenues sans sortir de son esprit ni de son domaine, et par conséquent, il n'y a pas lieu .de. la limiter, excepté suivant les indications des revendications -qui suivent.
REVENDICATIONS.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
<Desc / Clms Page number 1>
The present invention relates to a new and improved process for dispersing pigments in liquid media and / or for reducing the size of pigment particles.
It has long been sought to disperse solids in liquids economically and efficiently so that they remain in suspension for long periods of time and, in the case of pigments dispersed in film-forming vehicles, in such a manner. that their particle sizes make it possible to obtain smooth non-granular films, having good color characteristics and covering power.
% Of previous methods for incorporating solids into
<Desc / Clms Page number 2>
liques include the use of different :; grinding and dispersing machines, such as burr mills, ball or roller mills, roller or rubber mills, colloid mills, WERNER & PFLEIDERER mixers and Banbury mixers. In these machines, the solids are subjected to friction, impact, shear or wear or a combination of these actions, usually in the presence of a liquid dispersing medium.
However, each of these machines, or corresponding methods, offer. one or more drawbacks: for example, large downtime required, expensive maintenance, low production volume *, low yield, introduction of unwanted impurities or long processing times. Certain industrial processes adopt the use of a certain number of these machines, but we have. always needed a process which brings together the best aspects of the machines mentioned above without needing to use expensive and complicated machines.
The invention aims to provide: a simple, inexpensive and efficient method of dispersing pigments in liquid or fluid media; an inexpensive grinding apparatus, and effective for dispersing pigments in. liquids or fluids, which have a low installation price, which is easy to operate and inexpensive to maintain; an improved dispersion process providing an intimate dispersion with a low consumption of driving force and a low cost price per unit of pigment dispersed, a large grinding capacity or a high number of kg of pigment dispersed per unit of time, an improvement in the total cost-quality balance in the final composition;
an improved dispersing process making it possible to obtain complete dispersion in a shorter time than was previously possible;
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an improved process for the rapid dispersion of pigments in coating compositions; and an improved method for breaking up agglomerates and reducing particle sizes of pigments.
These objects and others which will become apparent from the description are achieved by stirring, in a suitable apparatus of so-called 20 to 40 mesh sand, a dispersing substance capable of forming a film and the pigment to be dispersed. .
Although any grade of sand has been found to work effectively in this operation, it is best to use Ottawa grade sand.
'The term "Ottawa sand" applies to sand found in the vicinity of Ottawa, Illinois; and it appears in the specification of the AMERICAN SOCIETY FOR TESTING MATERIAL C-190 under the designation of standard test sand for examining concrete,, It is commonly sold commercially under this denomination. It is characterized by a high silica content (99% or more), substantially all of the particles con- They exist as individual crystals or parts of them; there are hardly any agglomerations or groups of crystals bound by foreign substances, and the individual particles have rounded edges.
Sand is usually sold with an indication of the size, for example "20 to 30 mesh". This means that the sand particles are small enough to pass through a No. 20 sieve but large enough to be retained by a No. 30 sieve. The American Society of Testing Macterials E-11 specification for the sieves gives the following relations ¯ between the numbers of tamip and erti @@@@@@@
<Desc / Clms Page number 4>
EMI4.1
<tb> Sieve <SEP> n <SEP> Openings <SEP> of the <SEP> sieves
<tb>
<tb> mm
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4 <SEP> 4.76
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 10 <SEP> 2.00
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 12 <SEP> 1.68
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 16 <SEP> - <SEP> 1.19
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 20 <SEP> 0,
84
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 30 <SEP> la, 59
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 40 <SEP> 0.42
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 50 <SEP> 0.297
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 60 <SEP> 0.250
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 70 <SEP> 0.210
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 80 <SEP> 0.177
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 100 <SEP> 0.149
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 120 <SEP> 0.125
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 140 <SEP> 0.105
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 170 <SEP> 0.088
<tb>
In order to describe the present invention more clearly, reference will be made to the accompanying drawing which shows embodiments of apparatus suitable for the application of the invention.
Fig. 1 is a vertical sectional view of a simple and efficient apparatus for intermittent work or in separate loads;
Figs. 2 and 3 are vertical sectional views showing variants of the apparatus shown in Fig.1;
Fig. 4 is a vertical sectional view of an apparatus for continuous work;
Figs. 5 and 6 are horizontal sections respectively taken along lines 5-5 and 6-6 of FIG. 4., and
Fig. 7 is a vertical sectional view showing a variant of the apparatus shown in FIG. 4.
The apparatus shown in FIG. 1 comprises a cylindrical tank 1 open at the top in which is axially suspended the vertical shaft 2 of a stirrer controlled by a motor.
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The shaft 2 carries one or more agitators 3 of any desired shape, such as flat or curved circular disks, toothed agitators, paddles or other agitation members.
The apparatus for continuous work shown in fig. 4 comprises a vessel 1 carrying agitators 3 mounted on a shaft 2. The vessel 1 has a suitable opening 4 of any desired shape and covered by a sieve 5 in any desired position along its hilltop or below, shown herein. case on an adjacent side of the bottom. A circular jacket 6 surrounded the lower part of the tank 1 and is provided with openings. tures 7 and, 8 which serve to unload the treated material and are controlled respectively by valves 9 and 10.
The main purposes of this jacket are to keep the outer surface of the sieve moist, to withstand the internal pressure of the liquid column of the tank 1 away from the sieve by the resistance to this pressure of the liquid of the jacket. and to form a reservoir so as to be able to maintain a uniform discharge rate. The upper part of the tank 1 is provided with a circular jacket 11 provided with respective inlet and outlet openings 12 and 13 of a temperature control fluid, such as water. or. steam.
The screen 'is mounted above the opening 4 of the tank 1 by any means avoiding leaks around the edges. The mesh size of the sieve should be such that the dispersion passes through it freely during normal operation, without allowing sand to pass through it. Through. example, for the production of a charge of an enamel grinder, using sand of 20-30 mesh (0.84-0.59 mm), a standard 80 x 80 mesh screen having openings of 0.177 mm is suitable.
The drawing represents only simple examples of the many possible embodiments of the present invention, and therefore shows only the basic elements involved.
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example: 1) the top of the tank can be opened or closed 2) as shown in fig. 2, the stirrers can be fitted with vertical bars 14 at the outer end: 3) .as shown in fig. 3, the grinding vessel may contain pallets 15 of any desired construction; and 4) as seen in FIG. 7, the jacket 11 may surround the entire apparatus, including the jacket 6.
In addition, 3 thrusters can be mounted centrally or eccentrically and forming! any desired angle with shaft 2 but here they are shown centered.
Actual dimensions are not. reviews, but the 'drawings are about the scale of an apparatus' which could be used to prepare an' enamel crusher starting material '.'
The materials of construction are preferably steel, although the apparatus may be coated with rubber or the like, and the propellants may be of glass or other suitable material.
In a batch operation, the ingredients are added in proper proportions and stirred at a rate fast enough to maintain the concentration of the components reasonably uniform throughout the apparatus. The mixing is stopped at the desired time of operation and the sand is separated from the mixture by sedimentation, decantation, centrifugation, filtration or other suitable means.
If the apparatus shown in Fig. 4 is used in the preparation of a base product for an enamel grinder, by a continuous operation, the pigment and the vehicle can be premixed in suitable proportions to form a suspension. or the individual ingredients can be measured or weighed in the apparatus by top loading by hand or by automatic means.
Having previously determined the convertible ratio by volume between the sand and the suspension, (30% to 65% of
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sand for 70% to 35% of suspension), and after having introduced the suitable quantity of sand and other components into the grinding apparatus, this ratio is maintained by adjusting the rate of introduction of dispersing medium and material to disperse so that it is equal to the output rate of the fully dispersed material.
While we put the ingredients in the bowl
1, the Lower valve 8 being closed and the upper valve 10 open, the thrusters 3 are rotated at the desired speed.
Shortbread particles, which move relatively. quickly and are distributed evenly throughout the mixture, disperse the pigment in the agglomerate breaking vehicle and produce a uniform fluid dispersion which flows through the sieve 5 while the sieve retains the sand. By filling the shirt,
6, the dispersed material flows from opening 8 at a rate controlled by valve 10. If the operation requires heating or cooling, a suitable heat exchange fluid can be circulated through the jacket. 11 through communications 12 and 13.
When the operation is complete, the appliance can be drained and rinsed through the opening 7 and the valve 9, or it can be left at rest by closing the valves 9-and 10 ,. charging the apparatus to the desired level with a suitable solvent, and covering the top of the vessel.
Because the presence of hard particles, or rough, hard particles in a film which otherwise is smooth is always associated with soiled grinding agents for paints, enamels and similar coating compositions, of great efforts have been made, especially in the manufacture of high quality enamels, varnishes and fabric coatings, to avoid the presence of any such contaminating ingredient in the final coating.
It is therefore quite surprising that the deliberate use of sand as a grinding and dispersing agent in the manufacture of such compositions results in
<Desc / Clms Page number 8>
satisfactory products, and it is even more surerent to produce, in many cases, an improved material from the points of view of uniformity of dispersion, fineness of particles, luster, color. and the smoothness of the final film, and the complete absence of hard particles. The resulting ease of operation and absolute efficiency of the process, or even its relative efficiency, cannot be expected any more when compared to other enamel grinding methods.
The examples which follow give a representation of the invention.
EXAMPLE 1. -
Raw material for enamel grinder with alkyd resins.
EMI8.1
<tb>
Grams
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Resin <SEP> of <SEP> Dhtalate <SEP> of <SEP> glycerin <SEP> modified <SEP> by
<tb>
<tb>
<tb> 52.7% <SEP> oil <SEP> from <SEP> lin <SEP> 15.1
<tb>
<tb>
<tb> Soy lecithin <SEP> <SEP> (solution <SEP> at <SEP> 50%) <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> Next <SEP> hydrocarbon <SEP> 17.5
<tb>
<tb>
<tb> Phenolic <SEP> inhibitor <SEP> (solution <SEP> to <SEP> 1%) <SEP> 2.8
<tb>
<tb>
<tb> Pigment <SEP> of <SEP> dioxide <SEP> of <SEP> titanium <SEP> 63.1
<tb>
<tb>
<tb> 100.0
<tb>
For the purpose of a direct comparison of different types of sands, a suspension of about 1 gallon (3.78 L) of the above composition (raw material of a 'high quality enamel)' was prepared. for each type of sand to be examined.
In each test, this suspension was ground with 1000 grams of the sand to be tested in a quarter-gallon continuous grinding apparatus fitted with a 100 x 100 mesh wire sieve and two propellants. each consisting of a 62 mm (5/2 inch diameter) glass disc spaced approximately 65/2 mm (3/2 inch) apart on the shaft which is rotated at - -2350 revolutions per minute. A sufficient quantity of suspension is added to bring the level, during agitation, to a distance of approximately 12 mm (1/2 inch) from the top of the tank, which corresponds to a volume ratio of sand and total mixture (sand and suspension) of about 50%.
While we are shaking
<Desc / Clms Page number 9>
Additional slurry is added continuously (until substantially all of the feed has been processed), at a rate equal to the discharge rate of the dispersed material, in order to maintain a sub standard volume ratio. - very constant centers the sand and the total mixture.
The results of these tests gave the following information on the usefulness of the different types of sand in this operation.
1.- As sand with particle sizes of 4 mesh (4..76 mm) was not available, and as glass has to a large extent the properties of sand, glass beads of 5 mm in diameter were examined instead of sand.
An average production rate of 6 gallons per hour has been achieved, but the dispersion produced does not give a satisfactory result for enamels, or even for paints of good quality for
Homes because it provides fineness measurements exceeding
0.05 mm (0.0002 inch), on a rake type grinding fineness tester based on the "North Fineness Standards" (with a fineness of 0.050 to 0.0000 mm intervals from the existence of agglomerations of pigments which are not broken.
2 .-- A 12 mesh New Jersey sand gives an average production of 2.5 gallons per hour. The fineness is slightly greater than 0.0005 and is satisfactory for good quality home paints * but not for enamels.
3. Ottawa sand 20-30 mesh provides an average output rate of 0.833 gallons per hour at a fineness of 0.0004 which is satisfactory for enamels.
4.- Cape May sand of 30-40 mesh provides an average production rate of 0.79 gallons per hour at a fineness of 0.0002.
5.- Ottawa sand of 70-90 mesh provides a flow
<Desc / Clms Page number 10>
Production average of 0.313 gallons per hour at a suitable fineness. The oneration is faster than the glue of ordinary grinding equipment, but slower enough than in previous tests to make it less useful in an industrial operation.
6. - 115-150 mesh Ottawa sand prepared by classification of sand which has been pulverized for this purpose in a grinding mill, requires a 200 x 200 'mesh sieve to retain the sand, but experience shows that a substantial amount of even finer sand exists in the resulting dispersion, and shows that it is impossible to separate these excessively fine sand particles in the classifying process. This results in a very slow production rate of 0.068 gallons per hour, and the resulting grinding raw material is unusable because it is gritty due to the presence of small particles of sand.
EXAMPLE 2.-
Raw material for enamel grinder with alkyd resins.
EMI10.1
<tb>
Parts <SEP> in <SEP> weight
<tb>
<tb> Resin <SEP> of <SEP> phthalate <SEP> of <SEP> glycerin <SEP> modified
<tb> by <SEP> 52.7% <SEP> oil <SEP> from <SEP> lin <SEP> 45.0
<tb> Solvent <SEP> of hydrocarbon <SEP> of <SEP> petroleum <SEP> 45.8
<tb> Pigment <SEP> of <SEP> black <SEP> of <SEP> carbon <SEP> in <SEP> pearls <SEP> 9.2
<tb> 100.0
<tb>
The alkyd resin solution and pigment are separately charged to a 5 gallon continuous grinding apparatus similar to that shown in FIG. 4 but lacking an ehemise surrounding the dry region, in a ratio of 90.8 parts of solution to 9.2 parts of pigment. The apparatus contains approximately 50 pounds of 20-30 mesh Ottava sand.
-The operation is adjusted so as to maintain the level of the licuid at about 4.5 gallons. Stirring is carried out at about 600 revolutions per minute for about 20 minutes, placing a plate forming a cover above the tarnish to prevent it from flowing.
Then remove the plate, continue stirring and add
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the ingredients in the above ratio at a rate equal to that of production, which is about 8 gallons per hour.
This black grinding raw material is suitable to be made into a black enamel by the addition of film-forming substances producing an ordinary enamel, suitable siccatives, and solvents. It can also be used to impart a black tint to other glazes.
EXAMPLE 3. -
EMI11.1
<tb> Email <SEP> Grams
<tb>
<tb> Solution <SEP> of <SEP> resinated <SEP> urea-formaldehyde <SEP> modified
<tb> by <SEP> of <SEP> butanol <SEP> to <SEP> 60% <SEP> of <SEP> materials <SEP> solids
<tb> in <SEP> the <SEP> butanol <SEP> 15
<tb> Solution <SEP> of <SEP> resin <SEP> of <SEP> phthalate <SEP> of <SEP> glycerin
<tb> modified <SEP> by <SEP> 55% <SEP> oil <SEP> from <SEP> castor, <SEP> in <SEP> a
<tb> mixture <SEP> 20-80 <SEP> of hydrocarbon <SEP> of <SEP> petroleum <SEP> and
<tb> of <SEP> butanol <SEP> (65% <SEP> of <SEP> materials <SEP> solids)
<SEP> 17
<tb> Solvents <SEP> hydrocarbon <SEP> 130
<tb> Pigment <SEP> of <SEP> dioxide <SEP> of <SEP> titanium '<SEP> 392
<tb> 554
<tb>
This composition is ground in a quarter galleon can with 1000 grams of 20-30 mesh Ottawa sand for 15 minutes and a grinder charge is obtained which is ground with additional resins and solvents. produce one. hard industrial enamel, baked type.
In addition to the alkyd resin enamel products of Examples 1, 2 and 3, other grinding compounds for alkyd resin enamels or finished paints can be produced using other alkyd resins prepared using different alcohols. polyhydric, polycarboxylic acids and oils or acids of oils, varying within wide limits the ratios of the components. The nature of the oil or oily acid serving as a modifier in the resin is not critical.
Drying oils such as linseed oil, Chinese wood oil, and dehydrated castor oil give satisfactory results, as do semi-drying oils such as soybean oil, and non-drying oils such as castor oil, as well as their oil acids.
<Desc / Clms Page number 12>
EXAMPLE 4.-
Coating composition for fabrics.
EMI12.1
<tb>
Parts <SEP> in <SEP> weight
<tb>
<tb> Chlorosulfonated <SEP> polyethylene <SEP> (dispersion
<tb> to <SEP> 25% <SEP> in <SEP> the <SEP> toluene) <SEP> '<SEP> 200
<tb> Toluene <SEP> i <SEP> 95
<tb> Alcohol <SEP> ethylicue <SEP> (<SEP> 2 <SEP> B <SEP> denature) <SEP> 5
<tb> Barite <SEP> Pigment <SEP> <SEP> 100
<tb> 400
<tb>
Chlorosulfonated polyethylene is prepared according to the process described in US Pat. No. 2,212,786.
Mix the above ingredients, add a volume of Ottawa sand of 20-30 mesh corresponding to approximately 50% of the volume of the above mixture and stir the mass in an ordinary 1/4 g can. allon, by an ordinary propellant paddle stirrer, for 15 minutes at 2000 revolutions per minute. The mass is then left to stand for about 5 minutes, during which the sand settles completely, retaining a part of the dispersed material, The dispersion which floats easily settles from the residue with a yield of approximately
80%. A yield of 100% is obtained on the following charges, using additional charges of the same composition and the lead sand, from which the purification and washing are omitted.
The degree of pigment dispersion obtained during this 15 minute grinding is equivalent to 24 hour grinding in an ordinary ball mill, and the dispersion is free of hard particle impurities or sand particles.
For other coating compositions for fabrics containing, containing more varied and complex constituents, this grinding operation gives equally good results, - The number and nature of many different pigments, oils, plasticizers, resins and .solvents present in combinations prepared for coating fabrics, have no influence on the fundamental improvement in the case of this base composition, which contains only one skin-forming ingredient, .1 a. pigment, a solvent and another component.
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EXAMPLE 5.-
Coating composition for fabrics.
Some fabric coating compositions are prepared by a so-called "paste" process in which pigments are first ground if dry in a plasticizer on a roller mill or in a ball mill. A dry powder resin such as polyvinyl chloride is then added to the pigment-plasticizer mixture, together with small amounts of volatile liquids which are solvents for the plasticizer but not for the resin. This mixture is further ground on a roller or ball mill to disperse the insoluble resin in the fluid composition.
Such compositions contain 85 to 100% non-volatile components. The process of the present invention is particularly useful in the preparation of such compositions in a single operation, thus eliminating the ordinary multi-step process.
An example of this improved operation is as follows:
EMI13.1
<tb> Parts <SEP> in <SEP> weight
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Powder <SEP> of <SEP> polyvinyl <SEP> <SEP> <SEP> 33.68
<tb>
<tb>
<tb> Castor oil <SEP> <SEP> blown <SEP> 1.11
<tb>
<tb>
<tb> <SEP> dibutoxy <SEP> ethyl <SEP> phthalate <SEP> 19,10
<tb>
<tb>
<tb> Naphte <SEP> V.M.P.
<SEP> 8.84
<tb>
<tb>
<tb> Soy <SEP> <SEP> Lecithin <SEP> 0.68
<tb>
<tb>
<tb> Orthophenyl <SEP> phenol <SEP> 0.87
<tb>
<tb>
<tb> <SEP> ethyl alcohol <SEP> (2 <SEP> B <SEP> denatured) <SEP> 5.69
<tb>
<tb>
<tb> Stabilizer <SEP> 1.01
<tb>
<tb>
<tb> Pigment <SEP> of <SEP> sulphide <SEP> of <SEP> cadmium <SEP> 9.70
<tb>
<tb>
<tb> Barite <SEP> <SEP> Pigment <SEP> 19.32
<tb>
<tb>
<tb> 100.00
<tb>
The particle sizes of the polyvinyl chloride powder are 0.5-1.0 microns.
All of the ingredients, except the polyvinyl chloride, were stirred, as in Example 1, with an equal volume of 20-30 mesh Ottawa sand for 10 minutes at a number of revolutions of 1760 per minute. Polyvinyl chloride powder is then added and mixing is continued for an additional 10 minutes. Finally, the mixture is filtered through an 80 sieve.
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mesh to separate the sand. A yield of 72.5% is obtained.
A 100% yield is obtained during subsequent grinding of additional charges of the same composition, using the same sand without purifying it.
EXAMPLE 6. -
Pigment dispersion
This example represents one of the aims of the process, namely to destroy pigment agglomerates and to disperse the particles therein. a liquid without significantly reducing the size of the primary particles.
EMI14.1
<tb>
Grams
<tb>
<tb> <SEP> silicone <SEP> resin <SEP> 39
<tb> Pigment <SEP> of <SEP> dioxide <SEP> of <SEP> titanium <SEP> 198
<tb> Xylene <SEP> 54
<tb> 291
<tb>
Silicone resin consists of a stable molecular skeleton of silicon atoms alternating with oxygen atoms, carrying organic radicals attached to each of the silicon atoms, and is referred to as Dow-Corning BC Silicone. -802.
Prepare a suspension of these three ingredients in an ordinary one quart can, add 500 grams of 20-30 mesh Ottawa sand and stir the mixture for 15 minutes at 2000 rpm. The separated product is a lump free dispersion suitable for use as a coating composition or as an ingredient in a coating composition containing other compatible film forming substances.
EXAMPLE 7. -
Grinding charge for nitrocellulose varnish.
A nitrocellulosic base is prepared as follows;
EMI14.2
<tb> Grams
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Butyl <SEP> acetate <SEP> <SEP> 9.2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> <SEP> methyl <SEP> isopropyl <SEP> carbinol <SEP> acetate <SEP> 6.8
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Methyl <SEP> isobutyl <SEP> ketone <SEP> 15.7
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Methyl <SEP> isobutyl <SEP> carbinol <SEP> 7.2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> <SEP> isopropyl alcohol <SEP> 28.8
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> ethyl <SEP> thyl <SEP> ketone <SEP> 28.4
<tb>
<Desc / Clms Page number 15>
EMI15.1
<tb> Toluene <SEP> 8.3
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Naphtha <SEP> from <SEP> petroleum <SEP> 9.9
<tb>
EMI15.2
Xylane 12.4
EMI15.3
<tb> Nitrocellulose <SEP> (µ, of <SEP> second) <SEP> 53.3
<tb>
<tb> 180,
0
<tb>
This feed material to be ground is used as follows:
EMI15.4
<tb> Grams
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Base <SEP> of <SEP> nitrocellulose <SEP> 180
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Blown <SEP> Castor Oil <SEP> <SEP> <SEP> 29
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Isopropyl alcohol <SEP> <SEP> 22
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Methyl <SEP> isobutyl <SEP> carbinol <SEP> 15
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Toluene <SEP> 51
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 'Xylene <SEP> 12
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Methyl <SEP> ethyl <SEP> ketone <SEP> 71
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Butyl <SEP> acetate <SEP> <SEP> 18
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Acetate <SEP> de'methyl <SEP> isobutyl <SEP> carbinol <SEP> 12
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Methyl <SEP> isobutyl <SEP> ketone <SEP> 11
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Pigment <SEP> blue <SEP> of <SEP> Milori <SEP> 67
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Pigment <SEP> of <SEP> zinc <SEP> <SEP> 6 6
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 494
<tb>
A charge of 494 grams of the above base mass and 1000 grams of 20-30 mesh Ottawa sand was mixed in a quarter gallon paint can for 5/4 hours at 2350 rpm. The sand is separated by filtration. A lump-free dispersion is thus produced, suitable for then being mixed with additional solvent, plasticizer and nitrocellulose to produce a varnish. The fastest of the prior methods of dispersing pigment in the varnish, takes 6-8 hours, to produce a dispersion of comparable quality.
Other useful applications of the present invention in the manufacture of varnish include dispersing the pigment in a plasticizer in the absence of nitrocellulose, and then reducing the mass to a varnish or dispersing the pepper in the presence. of all the ingredients of the finished varnish.
If finer grinding is required in any particular case, it can be done as follows:
1.- in a separate batch operation the agitation can be prolonged;
2.- In a continuous operation, the product obtained can be put back into circulation in the single device or in a second identical device;
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3.- In continuous operation, the surfaces of the discharge screen may be restricted; 4.- In continuous operation, the charging and discharging rates can be reduced.
The operation of the present invention is not limited to the dispersed pigments or the dispersing media described in the preceding examples. For example, all pigments commonly used in coating compositions are suitable for grinding or dispersing according to the present process. Such pigments include white and colored, organic and inorganic, natural and synthetic pigments, and diluents. Any film-forming substance in reasonably fluid (relatively low viscosity) form serves as a dispersing medium for selected pigments.
These film formers include raw and processed oils (drying, semi-drying and non-drying), oleoresinous varnishes, and natural and synthetic resins, oil-modified resins, cellulosics, emulsions of these substances. and plasticizers.
Although the 20-40 mesh Ottawa sand represents the preferred grade of sand to be used in the practice of: The present invention, as discussed above, the use of any sand size grains within this range, produces satisfactory dispersions in relatively short grinding times, compared to prior processes. In the case of high quality enamels, the sand used must also be free of all friable impurities, and it is for this reason that Ottawa sand or - its equivalent is preferred.
In other words, if one refers in this text to a given grain size range, such as 20 to 40 mailing, it means that the sand remains in approximately that grain size range for the entire duration of the operation. the grinding operation.
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For most purposes of the present invention, beads of glass or certain plastics, having corresponding dimensions, are the sand equivalent, because they are not only hard and relatively non-friable, but inert to the surface. point of view of their action on the .. color of the materials to be dispersed. When plastic beads are used, they obviously cannot soften at the temperatures encountered in the dispersing process.
The ratio by volume of the sand to the total mixture of sand, liquid, and solids to be dispersed is important from the point of view of achieving efficient operation of the process. present invention. Too low a concentration of s' -le results in long periods of agitation or grinding. Too high a concentration obviously wastes space in the apparatus, decreases the fluidity of the mixture, and, in general, limits inefficiency. The preferred concentration is 45% to 60% by volume of sand, although a concentration of 30% to 65% by volume works effectively.
Determination of the viscosity of the starting mixtures is difficult, because they are heterogeneous (not homogeneous, but lumpy), but the end products are free from grease.
Meaux and their viscosity can be determined by standard methods. Preferred conditions provide products having a viscosity of 1-250. poises to the. end of the grinding period.
It follows from the foregoing description that the present invention represents a significant advance in the art of preparing dispersions. Previously, the processes were slow or expensive and required expensive and complicated apparatus.
Much of this complication in the art arises from attempts to prepare clean and uniform lump-free products free of soils and hard particles.
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To produce high quality compositions considerable care has been taken in purifying and purifying the ingredients and using them exclusively in the best equipment. Currently, it has been found, quite surprisingly, that sand, constituting one of the substances which has previously been avoided with the greatest care in the trade, can be used in the simplest apparatus to produce cost effective and efficient high quality plaster compositions. These coating compositions can, for example, be used where critical examination is in use - on coated fabrics, refrigerators, automobiles, furniture and the like.
The savings in time, capital investment in the equipment, maintenance costs, and operational efficiency, compared individually or collectively with ordinary grinding and dispersing processes, prove that this new process is clearly advantageous. .
It appears that many widely different embodiments of the present invention can be achieved without departing from its spirit and its scope, and therefore, there is no need to. limit it, except as indicated in the following claims.
CLAIMS.
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