NL193268C - Werkwijze voor het bereiden van een pasta van deeltjesvormig titaandioxide. - Google Patents

Description

1 193268

Werkwijze voor het bereiden van een pasta van deeltjesvormig titaandioxide

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor de bereiding van een waterbevattende pasta van deeltjesvormig titaandioxide met een bepaalde viscositeit, waarbij een waterbevattende suspensie 5 van titaandioxide wordt onderworpen aan een tweestapsfiltratie.

Titaandioxide wordt algemeen als wit pigmentmiddel toegepast. Het is dan bij voorkeur in de vorm van een pasta beschikbaar. Een pasta is een waterbevattende suspensie met een bepaald vaste-stofgehalte en een bepaalde viscositeit. Deze pasta kan men vervolgens gebruiken voor het aanmaken van op water gebaseerde emulsieverven of andere producten waarin men een waterbevattende suspensie van het 10 pigment nodig heeft. Het Ti02 kan zowel anataas als rutiel zijn, welke beide bereid worden met een bekend sulfaat- of chlorideproces. Het pigment kan zowel bekleed als niet-bekleed zijn, hoewel het pigment gewoonlijk met één of meerdere metaalhydroxiden, -silicaten en/of -fosfaten bekleed is. Werkwijzen voor bekleden worden in het Britse octrooischrift 1.479.988 beschreven.

Een vorm Ti02 die bijzonder nuttig is gebleken bij de bereiding van waterige emulsieverven is rutiel van 15 pigmentkwaliteit met een bekleding van een hydroxide van aluminium en silicium, waarbij de hoeveelheden aluminium- en siliciumhydroxide samen meer dan 10 gew.% van het totale pigment uitmaken. Extra nuttig is dat pigment-Ti02 met een dergelijke bekleding waarin de hoeveelheid silicium-hydroxide groter is dan de hoeveelheid aluminiumhydroxide.

Een algemene bereidingswerkwijze voor Ti02-pigment is bekend uit het Britse octrooischrift 1.479.988.

20 De eindstap in die werkwijze is een filtratie van de Ti02-deeltjes. Daartoe wordt het Ti02 gefiltreerd, twee maal met water gewassen, en opnieuw gefiltreerd. Tenslotte wordt het verkregen product gedroogd.

Een doelstelling van de onderhavige uitvinding is een filtratie te verschaffen die in kortere tijd kan worden uitgevoerd, en waarbij een pasta wordt verkregen die geschikt is voor direct verder gebruik.

De uitvinding voorziet in een werkwijze zoals in de aanhef omschreven, daardoor gekenmerkt dat een 25 filterkoek die in de eerste filtratiestap wordt gevormd, wordt gemengd met voldoende alkalimetaal- of ammoniumpolyacrylaat als dispergeermiddel voor het titaandioxide om de koek vrij-vloeiend te maken, zonder dat daarbij een noemenswaardige hoeveelheid water wordt toegevoegd, waarna de vrij-vloeiende suspensie aan de tweede filtratiestap wordt onderworpen, waarbij gebruik wordt gemaakt van een drukfilter om een filterkoek te verkrijgen die daarna in een menger in aanwezigheid van een toegevoegde aanvul-30 lende hoeveelheid alkalimetaal- of ammoniumpolyacrylaat als dispergeermiddel wordt gehomogeniseerd totdat een waterbevattende pasta met de gewenste viscositeit is verkregen.

Opgemerkt wordt nog dat uit het Britse octrooischrift 1.400.067 een filtratiewerkwijze voor titaandioxide bekend is. Die werkwijze maakt bij het filtreren echter gebruik van een uitvlokmiddel, wat bij de onderhavige werkwijze niet het geval is, en heeft zeer lange filtratietijden nodig, ongeveer anderhalf uur.

35 De werkwijze volgens de uitvinding leidt tot een pasta van fijnverdeeld vast titaandioxide. Dergelijke, op water gebaseerde pigmentpasta’s worden voor de industrie steeds belangrijker doordat ze al met water geassocieerd zijn en dus geen verdere verwerking meer behoeven. Bijvoorbeeld is het mogelijk een dergelijke pigmentpasta direct toe te passen bij het aanmaken van waterverf, met name waterbevattende emulsieverven, in plaats van het tot nog toe gebruikelijke dispergeren van droog pigment in water, als 40 eerste stap.

De werkwijze volgens de uitvinding omvat een filtratie die in twee stappen wordt uitgevoerd, waarbij de tweede stap in een drukfilter plaatsvindt.

Een drukfilter is een filter waarbij men een druk groter dan de atmosferische op het te filtreren materiaal uitoefent, om de vloeistof uit de filterkoek te persen en aldus een filterkoek met een hoog vaste-stofgehalte 45 te krijgen. De druk kan op verschillende wijzen aangebracht worden, bijvoorbeeld met behulp van een buigzaam membraan of met verplaatsbare drukplaten of met rollers. De feitelijk toegepaste omstandigheden zijn afhankelijk van de aard van het gebruikte filter en van de aard van het te filtreren titaandioxide. De toegepaste overdruk kan variëren van 1 of 2 bar tot 1000 bar of meer. Een bepaalde soort membraan-drukfilter werkt al heel goed met een overdruk van 16 bar, terwijl een ander type wel zo’n 600 bar nodig 50 heeft. De dikte van de filterkoek hangt ook af van de aard van het drukfilter en van het deeltjesvormige titaandioxide waaruit die opgebouwd is. Met een bepaald membraan-drukfilter dat reeds bij 16 bar goed werkt kan de dikte van de filterkoek tot 35 mm gaan.

In het algemeen krijgt men een hoger vaste-stofgehalte naarmate de uitpersdruk hoger is. Het vaste-stofgehalte van de filterkoek zal gewoonlijk ten minste 60 gew.% bedragen, en met voordeel ligt dit boven 55 70 gew.%. Het allerbeste is het de werkwijze zo uit te voeren dat men een Ti02-pasta met een vaste-stofgehalte van 70 tot 76 gew.% krijgt.

In de eerste stap van de werkwijze volgens de uitvinding wordt een waterige suspensie van het vaste 193268 2 deeltjesvormige titaandioxide gefiltreerd, waarbij een filterkoek ontstaat. Desgewenst kan deze filterkoek uitgewassen worden en kan dit eerste filtreren een gebruikelijk filtreren voor het verkrijgen van vast deeltjesvormig titaandioxide zijn, maar het kan ook een extra filtratie zijn. Deze eerste filtratie kan op ieder geschikt filter gebeuren, zoals een platenfilter, een trommelfilter of een filterpers. Bij voorkeur gebeurt de 5 eerste filtratie door een drukfilter dat gelijksoortig met of identiek aan dat van de tweede stap kan zijn. Als dat gunstig uitkomt kunnen de eerste en tweede filtratie over hetzelfde drukfilter gebeuren.

De bij de eerste filtratie verkregen filterkoek zal ten minste 60% vaste stof hebben, zeg zo 60-68 gew.%, en bij voorkeur bevat hij ten minste 64 gew.%. vaste stof. Gewoonlijk zal dit eerste filtreren onder zodanige omstandigheden gebeuren dat het gewenste vaste-stofgehalte in één enkele bewerking bereikt wordt, 10 hoewel deze bewerking (zoals reeds gezegd) desgewenst ook een uitwassen kan omvatten.

De bij het eerste filtreren ontstane filterkoek wordt dan gemengd met een geschikte hoeveelheid alkalimetaal- of ammoniumpolyacrylaat als dispergeermiddel, zonder toevoeging van een noemenswaardige hoeveelheid water, zodat de filterkoek niet verdund wordt. De hoeveelheid alkalimetaal- of ammoniumpolyacrylaat moet althans genoeg zijn om de filterkoek vrij-vloeiend te maken, zodat men hem kan schenken.

15 Hoeveel alkalimetaal- of ammoniumpolyacrylaat men daarvoor nodig heeft hangt af van de aard van het te filtreren materiaal. Gevonden is dat toenemende hoeveelheden alkalimetaal- of ammoniumpolyacrylaat tot suspensies van steeds lagere viscositeiten leiden, maar dat de viscositeit tot een zekere minimumwaarde daalt en dat met nog meer alkalimetaal- of ammoniumpolyacrylaat de viscositeit weer omhoog gaat. Dus verdient het de voorkeur dat de hoeveelheid alkalimetaal- of ammoniumpolyacrylaat genoeg is om een 20 vrij-vloeiende suspensie te geven, maar niet meer dan die hoeveelheid die een suspensie met de minimale viscositeit geeft.

De bij het eerste filtreren ontstane filterkoek kan in iedere geschikte mengapparatuur met het alkalimetaal- of ammoniumpolyacrylaat gemengd worden, en desgewenst kan dit mengen gebeuren door de suspensie samen met het alkalimetaal- of ammoniumpolyacrylaat onder zodanige omstandigheden te 25 vermalen dat er afschuifkrachten op de suspensie uitgeoefend worden. Een dergelijk malen kan desgewenst in een ’’zandmolen” gebeuren.

Het vloeibare mengsel van filterkoek en alkalimetaal- of ammoniumpolyacrylaat wordt dan aan een tweede filtratie onderworpen, en de daarbij verkregen tweede filterkoek wordt in een menger gehomogeniseerd totdat men een waterbevattende pasta met de gewenste viscositeit heeft. Dit homogeniseren kan, 30 afhankelijk van de vorm die de filterkoek heeft, gebeuren in een eenvoudig mengapparaat zoals een snellopende roerder of anders in een molen. Bij voorkeur gebeurt dit homogeniseren van de pasta in een ’’zandmolen”.

Bij dit homogeniseren wordt een aanvullende hoeveelheid alkalimetaal- of ammoniumpolyacrylaat aan de filterkoek toegevoegd om de viscositeit van de suspensie te verminderen zonder dat het vaste-stofgehalte 35 daarbij noemenswaard omlaag gaat.

Dit homogeniseren kan uitgevoerd worden totdat de waterbevattende pasta de gewenste viscositeit heeft of vrij-vloeiend is. De aldus bereide waterbevattende pasta’s zijn, nadat men ze uit de homogenisator genomen heeft, stabiel en kunnen in tankauto’s e.d. vervoerd en gemakkelijk daaruit afgetapt worden.

Desgewenst kunnen tijdens het uiteindelijke homogeniseren van de suspensie nog andere bestanddelen 40 daarin verwerkt worden, zoals fungiciden, biociden, anti-schuimmiddelen en andere toeslagen die voor de stabiliteit, homogeniteit of thixotrope aard van de pasta van belang zijn.

De uitvinding wordt nu nader toegelicht door de volgende voorbeelden.

Voorbeeld I

45 In dit voorbeeld werd een membraan-drukfilter gebruikt van de firma Mosely Rubber Co. Ltd., bestaande uit twee filterplaten en één kamer, en voorzien van twee opblaasbare membranen. Het totale filtrerende oppervlak was 9,48 dm2. De dikte van de koekruimte kon met afstandstukken gevarieerd worden en het filter had een 3255 filterdoek van polyester ("Tervleen”). In het begin had de koekruimte van dit drukfilter een dikte van 35 mm.

50 Men voedde het drukfilter gedurende 3 minuten bij een inlaatdruk van 5,5 bar overdruk met een titaandioxydepigment, dat zich in de vorm bevond van een waterige suspensie die 603 g TiOz per liter bevatte en een temperatuur van 16°C had en aan een gebruikelijke werkwijze voor nat bekleden onderworpen was door op de pigmentdeeltjes een waterhoudend siliciumdioxide (1,3 gew.%, berekend als Si02 en betrokken op Ti02) en een waterhoudend aluminiumoxide (2,5 gew.%, berekend als Al203 en betrokken op 55 Ti02) af te zetten. Nu werd de aanvoer van de waterige suspensie gestopt en werden de membranen van het filter opgepompt tot een overdruk van 8,96 bar. Onder deze druk werd de eerder ontstane filterkoek gedurende 3 minuten ontwaterd, waarna men de membranen weer liet ontspannen, de pers opengemaakt 3 193268 en de filterkoek eruit genomen werd. Dit was een pasta van 64,8 gew.% droge stof.

Deze filtreerbewerking werd tweemaal herhaald met aanvullende hoeveelheden waterige pigment-suspensie, zodat er drie porties uitgenomen filterkoek verkregen werd.

Deze drie filterkoeken werden toen samen in een vat gebracht en met de hand opgebroken en met een 5 waterige ammoniumpolyacrylaatoplossing als dispergeermiddel opgeroerd. Deze waterige oplossing bevatte 40 gew.% ammoniumpolyacrylaat en hiervan werd zoveel gebruikt dat er 0,3 gew.% ammoniumpolyacrylaat op pigment toegevoegd werd. Waargenomen werd dat de filterkoek bij het roeren van het mengsel een vrij-vloeiende suspensie werd.

Deze vrij-vloeiende suspensie werd toen over hetzelfde membraan-drukfilter gefiltreerd, maar eerst werd 10 de dikte van de koekruimte tot 12 mm teruggebracht door een stel afstandhouders weg te nemen. De temperatuur van de suspensie was nu 17°C, en de inlaatdruk 5,5 bar. De vrij-vloeiende suspensie werd gedurende ongeveer 3 minuten op het filter geleid en daarna werd de aanvoer gestopt en werden de inwendige membranen opgepompt tot een druk van 9,3 bar overdruk. Deze druk werd gedurende 5 minuten aangehouden, waardoor de filterkoek ontwaterd werd, waarna de druk afgelaten, de pers geopend en de 15 koek uitgenomen werd. De filterkoek had 74,7 gew.% droge stof.

De filterkoek werd in een vat opgebroken, en een aanvullende hoeveelheid ammoniumpolyacrylaatoplossing werd toegevoegd, genoeg om het pigment 0,5% hiervan te doen bevatten. Door roeren van het mengsel werd de filterkoek weer vrij-vloeiend. Deze vrij-vloeiende suspensie werd vervolgens 30 minuten in een snellopende rotormolen (3.000 opm) gehomogeniseerd tot een stabiele, homogene pasta van Ti02.

20 Een monster van deze pasta werd vervolgens 60 minuten in een zandmolen op 1.170 opm vermalen. Na opname van deze vermalen pasta in een verf vertoonde deze een aanzienlijke verbetering van de glans, vergeleken met een verf aangemaakt uit een suspensie die aan het eind niet door een zandmolen gehaald was.

25 Voorbeeld II

In dit voorbeeld werd een Schenk-membraandrukfilter gebruikt, dat uit 16 filterplaten met elk twee opblaasbare membranen bestond en een totaal filtrerend oppervlak van 4,7 m2 had. Dit filter was voorzien van dubbelgeweven filterdoek uit de handel ("Marsintex 2436”). De dikte van de koekkamer was 25 mm en kon niet gevarieerd worden.

30 Men voedde het drukfilter met een titaandioxidepigment dat zich in de vorm van een waterige suspensie die ongeveer 200 g titaandioxide per liter bevatte, bevond en tot een temperatuur van 44°C was verwarmd en aan een gebruikelijke werkwijze voor nat bekleden met waterhoudend siliciumdioxide (1,3 gew.% Si02, betrokken op Ti02) en waterhoudend aluminiumoxide (2,5 gew.% Al203, betrokken op Ti02) onderworpen was. Dit gebeurde gedurende 8 minuten met een overdruk van 5 bar, waarna de aanvoer stopgezet werd 35 en de inwendige membranen opgepompt werden tot 2 bar overdruk, welke overdruk 4 minuten aangehouden werd om de filterkoeken te ontwateren. Nu liet men de membranen ontspannen en werd er gedurende 18 minuten met een overdruk van 5 bar waswater van 42°C door het filter geleid. Daarna werd de aanvoer van dit waswater stopgezet en werden de membranen gedurende 2 minuten op een overdruk van 13 bar gehouden. Vervolgens werden ze weer ontspannen, werd de pers geopend en de koek eruit genomen.

40 Deze had 65 gew.% droge stof.

Een monster van de opgebroken filterkoek werd op de in voorbeeld I beschreven wijze in een vat opgebroken en met het aldaar genoemde dispergeermiddel vermengd. De aldus verkregen, vrij-vloeiende suspensie werd aan een tweede filtratie onderworpen onder de in voorbeeld I beschreven omstandigheden en in het in voorbeeld I genoemde drukfilter van de tweede stap.

45 Deze laatste filterkoek werd uit het filter genomen en overeenkomstig voorbeeld I werd hieraan een aanvullende hoeveelheid dispergeermiddel toegevoegd, hetgeen na homogeniseren een vrij-vloeiende waterbevattende pasta gaf met eigenschappen overeenkomstig die van het product van voorbeeld I.

Voorbeeld III

50 Men voedde het drukfilter, dat in voorbeeld I beschreven wordt, onder omstandigheden die vergelijkbaar waren met die, welke in de in voorbeeld I beschreven eerste filtratiestap gebruikt werken, met een titaandioxidepigment, dat zich in de vorm van een waterige suspensie die ongeveer 550 g pigment per liter bevatte, bevond en aan een gebruikelijke werkwijze voor nat bekleden onderworpen was door op de pigmentdeeltjes een waterhoudend aluminiumoxide (3,0 gew.%, berekend als Al203 en betrokken op Ti02) 55 en een waterhoudend titaandioxide (0,75 gew.%, berekend op Ti02 en betrokken op Ti02) af te zetten.

De verkregen filterkoek had 65 gew.% droge stof. Net als in voorbeeld I werd deze eerste stap met drie verschillende monsters uitgevoerd, zodat men ook drie partijen filterkoek kreeg.

Claims (3)

193268 4 Deze werden in een vat gebroken en opgeroerd met een 40% ammoniumpolyacrylaatoplossing in water, en wel zoveel dat het pigment 0,4 gew.% ammoniumpolyacrylaat kreeg. Dit mengsel werd nu in een snellopende roerder gemengd, waarbij het geheel vrij-vloeiend werd. De aldus verkregen vrij-vloeiende suspensie werd toen opnieuw in hetzelfde membraanfilter gefiltreerd, 5 behalve dat de dikte van de kamer tot 12 mm teruggebracht werd en dat de temperatuur van de suspensie 20°C, de overdruk 5,5 bar en de totale duur 3 minuten was. Nu werd de aanvoer afgebroken en werden de interne membranen opgepompt tot een overdruk van 9,3 bar, welke overdruk 4 minuten gehandhaafd werd. Na ontspannen werd de pers geopend en de inhoud eruit genomen. De uitgenomen filterkoek had nu 75,7 gew.% droge stof. Deze koek werd in een geschikt vat opgebroken en hieraan werd een 40% waterige 10 ammoniumpolyacrylaatoplossing toegevoegd, in een hoeveelheid die 0,6 gew.% dispergeermiddel op pigment gaf. Vervolgens werd 30 minuten in een snellopende (3.000 opm) rotormolen gehomogeniseerd, wat een stabiele uniforme waterbevattende pasta gaf. Voorbeeld IV

15 Men voedde een gebruikelijk draaiend trommelfilter met een titaandioxidepigment, dat zich in de vorm bevond van een waterige suspensie die 500 g Ti02 per liter bevatte en een temperatuur van 50°C had en aan een gebruikelijke werkwijze voor nat bekleden onderworpen was door op de pigmentdeeltjes een waterhoudend siliciumdioxide (1,3 gew.%, berekend als Si02 en betrokken op Ti02) en een waterhoudend aluminiumoxide (2,5 gew.%, berekend als Al203 en betrokken op Ti02) af te zetten. Dit leverde een 20 filterkoek met ongeveer 60% droge stof op. Deze koek werd uit het filter genomen en gemengd met 0,225 gew.% ammoniumpolyacrylaat (als 40% oplossing in water). Door eenvoudig roeren van de koek in aanwezigheid van dit dispergeermiddel werd een vrij-vloeiende pasta verkregen. Deze vrij-vloeiende pasta werd nu gefiltreerd in het in voorbeeld I beschreven drukfilter. De dikte van de koekruimte werd nu op 33 mm ingesteld, en de suspensie werd gedurende 3 minuten bij een inlaatdruk van 25 5,5 bar overdruk op het filter geleid. Toen werd de aanvoer stopgezet en werden de inwendige membranen tot een overdruk van 9,3 bar opgepompt. De druk werd gedurende 12 minuten op deze waarde gehouden om de koek te ontwateren. Vervolgens werd de druk afgelaten, de pers geopend en de inhoud eruit genomen. De verkregen filterkoek had nu 71,2 gew.% droge stof. De filterkoek werd in een vat opgebroken en met 0,5 gew.% ammoniumpolyacrylaat (als 40% oplossing 30 in water) gemengd. Bij roeren werd de filterkoek geheel fluïde. De vrij-vloeiende filterkoek werd nu nog 30 minuten gehomogeniseerd in een snellopende (3.000 opm) rotormolen, wat een stabiele uniforme pasta gaf.

35 Conclusie Werkwijze voor de bereiding van een waterbevattende pasta van deeltjesvormig titaandioxide met een bepaalde viscositeit, waarbij een waterbevattende suspensie van titaandioxide wordt onderworpen aan een tweestapsfiltratie, met het kenmerk, dat een filterkoek die in de eerste filtratiestap wordt gevormd, wordt 40 gemengd met voldoende alkalimetaal- of ammoniumpolyacrylaat als dispergeermiddel voor het titaandioxide om de koek vrij-vloeiend te maken, zonder dat daarbij een noemenswaardige hoeveelheid water wordt toegevoegd, waarna de vrij-vloeiende suspensie aan de tweede filtratiestap wordt onderworpen, waarbij gebruik wordt gemaakt van een drukfilter om een filterkoek te verkrijgen die daarna in een menger in aanwezigheid van een toegevoegde aanvullende hoeveelheid alkalimetaal- of ammoniumpolyacrylaat als 45 dispergeermiddel wordt gehomogeniseerd totdat een waterbevattende pasta met de gewenste viscositeit is verkregen.