Negro de carbono.

Negro de gas o negro de canal, caracterizado porque el valor OAN, medido en el negro de carbono perlado, es inferior a 100 ml/100 g.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E04023767.

Solicitante: Orion Engineered Carbons GmbH.

Inventor/es: MANGOLD, HELMUT, DR., GOLCHERT, RAINER, ROTH, HELMUT, KARL, ALFONS, DR., SCHUMACHER, KAI DR., FREUND, BURKHARD DR., WIESCHNOWSKY, UDO DR., KRAUSS,KAI DR.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • C09C1/48 SECCION C — QUIMICA; METALURGIA.C09 COLORANTES; PINTURAS; PULIMENTOS; RESINAS NATURALES; ADHESIVOS; COMPOSICIONES NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR; APLICACIONES DE LOS MATERIALES NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR.C09C TRATAMIENTO DE MATERIALES INORGANICOS, QUE NO SEAN CARGAS FIBROSAS, PARA MEJORAR SUS PROPIEDADES DE PIGMENTACION O DE CARGA (preparación de compuestos inorgánicos o elementos no metálicos C01; tratamiento de materias especialmente previsto para reforzar sus propiedades de carga, en los morteros, hormigón, piedra artificial o análogo C04B 14/00, C04B 18/00, C04B 20/00 ); PREPARACION DE NEGRO DE CARBON. › C09C 1/00 Tratamiento de materiales inorgánicos específicos distintos a las cargas fibrosas (materiales luminiscentes o tenebrescentes C09K ); Preparación de negro de carbón. › Negro de carbón.

PDF original: ES-2551000_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Negro de carbono La invención se refiere a un negro de carbono, a un procedimiento para su fabricación así como a su uso.

Por el documento DE 19650500 se conocen óxidos preparados de manera pirógena, dopados de metales y/u óxidos metálicos que están dopados con uno o varios componentes de dopaje en una cantidad del 0, 00001 % al 20 % en peso. Los óxidos preparados de manera pirógena y dopados se preparan añadiendo a la mezcla de gases, durante la hidrólisis a la llama de compuestos evaporables de metales y/u óxidos metálicos, un aerosol que contiene una solución acuosa de un metal y/o un óxido metálico.

Por los documentos EP1233042, US6231624, US6159275 y DE2403545 se conocen negros de horno con índice de DBP reducido.

Además se conoce un procedimiento de negro de gas (documentos DRP 29261, DE-PS 2931907, DE-PS 671739, Carbon Black, Prof. Donnet, 1993 por MARCEL DECCER, INC, New York, página 57 y siguientes) , en el que un gas de sustentación que contiene hidrógeno cargado con vapores de aceite se quema en numerosas aberturas de salida en exceso de aire. Las llamas golpean contra rodillos enfriados con agua, lo que interrumpe la reacción de combustión. Una parte del negro de carbono formado en el interior de las llamas se deposita sobre los rodillos y se separa por raspado de éstos. El negro de carbono que permanece en el flujo de gas de escape se separa en filtros.

Además se conoce el procedimiento de negro de canal (Carbon Black, Prof. Donnet, 1993 por MARCEL DECCER, INC, New York, página 57 y siguientes) , en el que una multiplicidad de llamas pequeñas alimentadas con gas natural arden contra anillos de hierro (canales) enfriados con agua. El negro de carbono depositado en los anillos de hierro se separa por raspado y se recoge en un embudo.

Los negros de carbono fabricados según estos procedimientos presentan numerosos grupos con funcionalidad oxígeno en la superficie y están altamente estructurados de manera condicionada por el procedimiento, es decir los negros de carbono están compuestos de agregados amplios y ramificados.

Un inconveniente de los negros de carbono conocidos es que su estructura es muy alta de manera condicionada por el procedimiento y no hay posibilidad de reducir ésta directamente en el proceso de fabricación. El objetivo de la presente invención es poner a disposición un negro de carbono que presente una estructura baja, tenga en el barniz una viscosidad más baja e intensidad de color más alta y posibilite una concentración de negro más alta en sistemas de aglutinante con viscosidad constante, en comparación con negros de carbono sin estructura reducida. Otro objetivo de la presente invención es ajustar la estructura del negro de carbono de manera dirigida en el procedimiento de fabricación de negro de carbono.

Es objeto de la invención un negro de gas o negro de canal, que está caracterizado porque el valor OAN, medido en el negro de carbono perlado es inferior a 100 ml/100 g.

El negro de carbono puede tener un valor COAN, medido en el negro de carbono perlado, inferior a 90 ml/100 g, preferentemente inferior a 85 ml/100 g, de manera especialmente preferente inferior a 80 ml/100 g.

El negro de carbono puede tener una diferencia, medida en el negro de carbono perlado, entre el valor OAN y el valor COAN inferior a 30 ml/100 g, preferentemente inferior a 25 ml/100 g, de manera especialmente preferente inferior a 20 ml/100 g.

El contenido en potasio del negro de carbono, medido en el negro de carbono en polvo, puede ser superior a 5 mg/g, preferentemente superior a 10 mg/g, de manera especialmente preferente superior a 50 mg/g. El potasio puede estar distribuido estadísticamente en todas las partículas de negro de carbono.

La superficie BET del negro de carbono puede ser de 50 m2/g a 500 m2/g, preferentemente de 100 m2/g a 400 m2/g.

El negro de carbono de acuerdo con la invención puede estar no tratado o puede tratarse posteriormente, por ejemplo oxidado, funcionalizado o perlado.

Otro objeto de la invención es un procedimiento para la fabricación del negro de carbono de acuerdo con la invención, que está caracterizado porque se transfiere a un aerosol una solución salina con un gas, preferentemente aire, nitrógeno, hidrógeno y/o hidrocarburo, en un segmento de calentamiento se calienta la niebla de aerosol hasta que la solución salina ya no se condense y a continuación se introduce en la zona de formación de negro de carbono.

El aerosol puede introducirse mediante mezclado en la materia prima de negro de carbono delante del quemador. En particular, en caso del procedimiento de negro de gas puede introducirse mediante mezclado el aerosol en el gas de sustentación/mezcla de vapores de aceite delante del quemador.

La solución salina puede ser una solución de sal en agua, alcohol o aceite.

La solución salina puede estar compuesta de cualquier sal que sea soluble en agua, alcohol o aceite y pueda transferirse a un aerosol. Esta puede ser por ejemplo una solución de sal alcalina o alcalinotérrea, preferentemente solución de sal de potasio, de manera especialmente preferente una solución de carbonato de potasio.

El aerosol puede prepararse atomizando una solución salina con una boquilla pulverizadora por el aire de la boquilla y se transporta la niebla de aerosol que se forma mediante el aire lateral desde el recipiente de atomización a un segmento de calentamiento.

La boquilla pulverizadora puede estar constituida por dos boquillas dirigidas una sobre otra, a través de las cuales se conduce el líquido junto con el aire de la boquilla.

La solución salina en el recipiente de atomización no transferida al aerosol puede acceder desde el recipiente de atomización hacia abajo a un recipiente de recirculación.

La temperatura del segmento de calentamiento puede ascender a de 50 ºC a 400 ºC. El dispositivo para la preparación del aerosol puede estar compuesto de vidrio, cerámica o acero inoxidable.

Los negros de carbono de acuerdo con la invención pueden usarse para la fabricación de tintas, pinturas, barnices, tintas de impresión y tintas ink-jet, así como para la tinción de plásticos.

Los negros de carbono de acuerdo con la invención presentan las ventajas de que la estructura está reducida y tienen en el barniz una baja viscosidad e intensidad de color más alta. Éstos posibilitan también concentraciones de negro de carbono más altas en sistemas de aglutinante en comparación con negros de carbono sin estructura reducida con viscosidad constante.

Ejemplo:

La figura 1 muestra la estructura esquemática de la instalación de ensayo.

En un evaporador de capa delgada habitual en el comercio se evapora materia prima de negro de carbono I GN de la empresa Rütgers Chemicals AG a las temperaturas indicadas en la tabla 1. El vapor de aceite se conduce desde el flujo de gas de hidrógeno indicado en la tabla 1 hacia un aparato de negro de gas. Directamente delante del quemador (documento DE-PS 671739) se añaden mediante mezclado al gas las cantidades de aerosol y aire indicadas en la tabla y se alimentan a las llamas. El aerosol se genera en un aparato (documento DE 19650500) que está constituido por una zona de atomización y un segmento de calentamiento. En la zona de atomización se alimenta solución de carbonato de potasio con concentraciones indicadas en la tabla a dos boquillas dirigidas una sobre otra, que generan con ayuda del aire de la boquilla una fina niebla. La solución condensada se descarga del aparato. La niebla se conduce con el aire transportador al segmento de calentamiento y allí se estabiliza a 180 ºC. El negro de carbono generado se deposita en instalaciones de filtro habituales en el comercio. El negro de carbono perlado se prepara a partir del negro de carbono en polvo en unidades de perlado habituales en el comercio.

En la tabla 1 están expuestos las condiciones de preparación y los resultados de los ejemplos 1-4.

Tabla 1:

Ejemplo Ejemplo comparativo 1 2 3 4

concentración de potasa en g/l - 3, 0 10, 0 50, 0

caudal de hidrógeno en m3/h 4, 0 4, 0 4, 0 4, 0

cantidad de vapor de aceite en kg/h 5, 8 5, 8 5, 7 5, 6

temperatura de evaporación en ºC 268, 7 268, 7 269, 6 269, 5

caudal de aire en m3/h 19, 0 17, 0 17, 0 17, 0

temperatura de aire en ºC 298 280 291 294

caudal de aire para la atomización en m3/h 0, 0 0, 5 0, 5 0, 5

caudal de aire para el transporte del aerosol en m3/h 0, 0 1, 5 1, 5 1, 5

flujo másico de solución de aditivo en g/h 0, 0 100, 0 100, 0 100, 0

Temperatura del segmento de calentamiento de la instalación de aerosol en ºC - 180, 0 180, 0 180, 0

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Reivindicaciones:

1. Negro de gas o negro de canal, caracterizado porque el valor OAN, medido en el negro de carbono perlado, es inferior a 100 ml/100 g.

2. Negro de gas o negro de canal de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el valor COAN, medido 5 en el negro de carbono perlado, es inferior a 90 ml/100 g.

3. Procedimiento para la fabricación de negro de carbono según las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque con un gas se transforma una solución salina en un aerosol, la niebla de aerosol se calienta en un segmento de calentamiento hasta que la solución salina ya no se condensa y a continuación se introduce en la zona de formación de negro de carbono.

4. Uso del negro de carbono de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 2 en tintas, pinturas, barnices, tintas de impresión y tintas ink-jet, así como para la tinción de plásticos.


 

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