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DE2846978A1 - Verfahren zur herstellung eines kristallinen pigmentartigen cr tief 2 o tief 3 - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines kristallinen pigmentartigen cr tief 2 o tief 3

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Publication number
DE2846978A1
DE2846978A1 DE19782846978 DE2846978A DE2846978A1 DE 2846978 A1 DE2846978 A1 DE 2846978A1 DE 19782846978 DE19782846978 DE 19782846978 DE 2846978 A DE2846978 A DE 2846978A DE 2846978 A1 DE2846978 A1 DE 2846978A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
carbon
solid composition
pigment
atmosphere
alkali
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE19782846978
Other languages
English (en)
Inventor
William Worth Carlin
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
PPG Industries Inc
Original Assignee
PPG Industries Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by PPG Industries Inc filed Critical PPG Industries Inc
Publication of DE2846978A1 publication Critical patent/DE2846978A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G37/00Compounds of chromium
    • C01G37/02Oxides or hydrates thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/51Particles with a specific particle size distribution
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/60Particles characterised by their size
    • C01P2004/61Micrometer sized, i.e. from 1-100 micrometer
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/60Particles characterised by their size
    • C01P2004/62Submicrometer sized, i.e. from 0.1-1 micrometer

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Pigments, Carbon Blacks, Or Wood Stains (AREA)

Description

Chromoxid der Formel Cr5O-, das auch als Chromoxid-grün bekannt ist, wird als keramischer Farbstoff und als die Korrosion inhibierendes Pigment verwendet. Es eignet sich besonders in denjenigen Fällen, bei denen chemische Beständigkeit und Temperaturbeständigkeit erforderlich ist, z.B. bei dem Anfärben von Zement und von Dachmaterialien. Außerdem ist es als Pigment dort erwünscht, wo das Reflexionsspektrum einer grünen Oberfläche sich dem Blattgrün nähern soll. Grobkörniges Chrompigment läßt sich nach der Gleichung
Na Cr O7 + 2C > Na2CO3 + Cr2°3 + C0
herstellen, wobei als Kohlenstoffquelle Holzkohle oder Holzmehl verwendet wird. Nach einem anderen Verfahren wird ein derartiges Pigment durch Umsetzung mit Schwefel und Erwärmen auf hohe Temperaturen gewonnen.
Bei besonderen Anwendungsgebieten von Pigmenten ist es aber wesentlich, ein feinteiliges Pigment zu haben, das in der Masse eine mittlere Teilchengröße von weniger als 1 Mikron hat, wo z.B. mehr als 75 Gew.% der Teilchen eine Teilchengröße von weniger als 1 Mikron haben.
Aufgabe der Erfindung ist deshalb, ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Pigments aufzuzeigen.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines kristallinen pigmentartigen Cr-O- mit einer mittleren Teilchengröße von mindestens 75 Gew.% der Teilchen von weniger als 1 Mikron, wobei dieses Verfahren gekennzeichnet ist durch die Stufen: (a) Herstellung einer im wesentlichen trocknen festen Zusammensetzung, im wesentlichen aus Alkalichromat und
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mindestens etwa 40 Mol% Kohlenstoff, bezogen auf gesamtes Alkalichromat und Kohlenstoff,
(b) Erwärmen der festen Zusammensetzung in einer inerten Atmosphäre auf eine Temperatur oberhalb von 500 C, bis sich im wesentlichen das gesamte Alkalichromat zersetzt hat, und
(c) Kühlen der festen Zusammensetzung in einer inerten Atmosphäre und danach Abtrennung des pigmentartigen Cr2O3.
Das so hergestellte pigmentartige Cr„0- ist im wesentlichen frei von Hydratwasser und hat eine grüne Farbe.
Bei der Durchführung der Erfindung wird in der Regel ein Alkalibichromat der Formel M-Cr-O7, in der M Alkali und bevorzugt Natrium oder Kalium ist, mit einer festen Quelle von anorganischem Kohlenstoff in einer inerten Atmosphäre erwärmt. Das Bichromat kann Kristallwasser enthalten, wie z.B. M2Cr O7-2H2O, und die Kristalle sind feinteilig und haben in der Regel eine Teilchengröße zwischen 60 und 100 Mikron.
Der Kohlenstoff ist in der Regel ebenfalls feinteilig und hat bevorzugt eine Teilchengröße von 60 bis 100 Mikron. Der Kohlenstoff ist in der Regel ein anorganischer Kohlenstoff, wie Graphit oder ein durch langsame Verbrennung von pflanzlichen oder tierischen Materialien entstandener Kohlenstoff. Bevorzugt ist als Kohlenstoff Holzkohle oder andere durch langsame Verbrennung von natürlich vorkommenden Produkten entstandene Kohlenstoffarten. Es lassen sich mit gutem Erfolg aber auch Koks oder Graphit verwenden.
Vor dem Erwärmen der Zusammensetzung aus dem Alkalibi-
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chromat und dem Kohlenstoff werden diese Ausgangsstoffe sorgfältig gemischt.
Wenn die Ausgangsstoffe feucht sind, werden sie vor der Erwärmung bevorzugt getrocknet. Die zu erwärmende Zusammensetzung besteht im wesentlichen aus Alkalibichromat und Kohlenstoff, wobei der Kohlenstoffgehalt bevorzugt bei 40 bis 60 Mol%, bezogen auf das Bichromat und den Kohlenstoff zusammen, liegt. Im allgemeinen ist die feste Mischung der Ausgangsstoffe frei von Schwefel und im wesentlichen auch frei von Mineralsäuren, wie Schwefelsäure oder Salzsäure. Außerdem ist die Mischung vor der thermischen Zersetzung im wesentlichen auch frei von Wasser.
Die thermische Zersetzung wird in einer inerten Atmosphäre durchgeführt. Eine bevorzugte inerte Atmosphäre ist Kohlendioxid. Das Kohlendioxid kann auch gemeinsam mit Stickstoff für die inerte Atmosphäre verwendet werden. Das Verfahren wird in der Regel bei atmosphärischem Druck durchgeführt.
Die Reaktionstemperatur liegt oberhalb 500 C, bevorzugt oberhalb etwa 580 C, obwohl höhere Temperaturen als 600 C im allgemeinen nicht erforderlich sind. Die Umsetzung wird deshalb bevorzugt bei einer Temperatur zwischen 580 und 600°C durchgeführt.
Die Umsetzungszeit hängt vom Zerkleinerungsgrad des Bichromats und des Kohlenstoffs, der Intensität der Mischung und der Erwärmungstemperatur ab. Im allgemeinen schwankt sie zwischen etwa 20 Minuten und etwa 2 Stunden. Als allgemeine Regel gilt, daß die Mischung der Ausgangsstoffe
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so lange erwärmt wird, bis im wesentlichen das gesamte Alkalichromat zu Chromoxid reduziert worden ist. Die im Einzelfall erforderlichen Zeiten lassen sich durch Testversuche in einfacher Weise ermitteln.
Danach wird die feste Zusammensetzung, die im wesentlichen aus Chromoxid besteht, in einer inerten Atmosphäre, z.B. in einer Kohlendioxidatmosphäre auf eine Temperatur unterhalb der Reaktionstemperatur, z.B. auf 100 C oder niedriger, gekühlt. Dann wird in der Regel das feste Material abgeschreckt, z.B. durch Berührung mit Wasser. Dadurch können die löslichen Komponenten des Reaktionsproduktes, wie Alkalicarbonat und Alkalioxid extrahiert werden. Die nach der Abschreckung mit Wasser erhaltene Aufschlämmung kann dann filtriert werden, wobei man als Feststoff das pigmentartige Chromoxid und als wäßrige Lösung eine Lösung einer Alkaliverbindung, wie Alkalicarbonat oder Alkalihydroxid, erhält.
Die Ausbeute an pigmentartigem Chromoxid, das im wesentlichen frei von Hydratationswasser ist, liegt in der Regel oberhalb von 90% und sogar höher als 95%. Das Chromoxid hat im allgemeinen eine Reinheit von höher als 98,5% und häufig so hoch wie 99%.
Bei dem Abschrecken mit Wasser löst das Wasser auch die Natrium- oder Kaliumverbindungen, wie M9Cr7O7 und M_Cr 0,, wobei M die bereits definierte Bedeutung hat. Das erhaltene feste Cr„0~, das etwas eingeschlossenes Wasser enthalten kann, wird dann zur Entfernung von eingeschlossenem Wasser erwärmt, z.B. auf 110 C, wobei man dann das pigmentartige grüne Chromoxid erhält. Die zuvor genannte wäßrige Lösung kann im Kreislauf geführt werden.
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Für die Trocknung der Mischung der Ausgangsstoffe erwärmt man diese Mischung bevorzugt auf 60 bis 110 C unter vermindertem Druck. Man erhält dabei eine trockne feste Zusammensetzung, die im wesentlichen aus Alkalichromat und Kohlenstoff besteht.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird feinteiliges Na9Cr-O7 mit einer Teilchengröße von etwa 60 Mikron mit feinteiliger Knochenkohle mit einer Teilchengröße von etwa 60 Mikron in einem Molverhältnis von 0,7 Mol Kohlenstoff pro gesamte Mole Na-Cr7O7 gemischt. Die erhaltene Mischung von Natriumbichromat und Knochenkohle wird dann auf eine Temperatur von etwa 500 C in einer Atmosphäre von Kohlendioxid bei einem Gesamtdruck von einer Atmosphäre und eine Kohlendioxiddruck von etwa 1 Atmosphäre erwärmt. Die Mischung wird dann bei einer Temperatur oberhalb etwa 500 C in einer Kohlendioxidatmosphäre für etwa 1,5 Stunden gehalten. Danach wird das Material auf etwa 100 C abgekühlt und es wird ein pigmentartiges Cr_O„ mit einer Massenteilchengröße von weniger als 1,0 Mikron abgetrennt.
Beispiel
Es wurde Natriumbichromat (Na-Cr-O7) in einer Kohlendioxidatmosphäre mit und ohne feinteiligem Kohlenstoff erwärmt. Die erhaltenen Chromoxidprodukte (Cr_0~) wurden verglichen.
Natriumbichromat (Na-Cr-O7) wurde auf eine Teilchengröße von 60 Mikron zerkleinert und dann bei einem Druck von 30 o
^6*-mm Hg bei 80 C 8 Stunden getrocknet. Eine 10 g-Probe des getrockneten Natriumbichromats wurde in einem Platin-
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schiffchen in einem Quarzrohr mit einem Durchmesser von 2,54 cm eines Ofens angeordnet. Der Ofen wurde mit CO,
gespült und wurde dann auf eine Temperatur zwischen 580 und 600 C für 1 Stunde erwärmt. Dann wurde das Rohr aus dem Ofen entnommen und in einer C0„-Atmosphäre auf Raumtemperatur abgekühlt. Das feste Cr_0„-Produkt wurde dann zweimal mit destilliertem Wasser gewaschen. Das danach erhaltene Produkt enthielt mehr als 99,3 Gew.% Cr?0~ und hatte eine Teilchengröße im Bereich von 5 bis 40 Mikron für 70 Gew.% und im Bereich von 0,5 bis 5 Mikron zu 30 Gew.%.
Eine andere Probe von Natriumbichromat (Na Cr.OJ wurde ebenfalls auf eine Teilchengröße von 60 Mikron zerkleinert. 10 g dieses Bichromats wurden mit 2 g feinteiliger Knochenkohle (-400 Maschen US-Standard-Siebreihe) gemischt, Das Natriumbichromat und die Knochenkohle wurden in ein Platinschiffchen gegeben, getrocknet und in einer Kohlendioxidatmosphäre wie vorstehend angegeben erwärmt. Danach wurde die Reaktionsmasse unter Kohlendioxid auf Raumtemperatur abgekühlt und zweimal mit destilliertem Wasser gewaschen. Das erhaltene Chromoxid (Cr„0,-) war ein kristalliner Feststoff mit einer Teilchengrößenverteilung von 25 Gew.% im Bereich von 1 bis 3 Mikron und 75 Gew.% unterhalb 1 Mikron.
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Claims (4)

Dr. Michael Harm Patentanwalt Ludwigstr. 67 6300 Gießen/Lahn (1172) H/He PPG Industries, Inc., Pittsburgh, Pa., U.S.A. Verfahren zur Herstellung eines kristallinen pigmentartigen Cr3O3 Priorität: 3. November 1977, USA Serial No. 848,044 Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung eines kristallinen pigmentartigen Cr_0_ mit einer mittleren Teilchengröße von mindestens 75 Gew.% der Teilchen von weniger als 1 Mikron, gekennzeichnet durch die Stufen:
(a) Herstellung einer im wesentlichen trocknen festen Zusammensetzung, im wesentlichen aus Alkalichromat und mindestens etwa 40 Mol% Kohlenstoff, bezogen auf gesamtes Alkalichromat und Kohlenstoff,
(b) Erwärmen der festen Zusammensetzung in einer inerten Atmosphäre auf eine Temperatur oberhalb von 500 C-,- bis sich im wesentlichen das gesamte Alkalichromat zersetzt hat, und
(c) Kühlen der festen Zusammensetzung in einer inerten Atmosphäre und danach Abtrennung des pigmentartigen
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ORIGINAL INSPECTED
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Alkalichromat Natriumbichromat oder Kaliumbichromat ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die feste Zusammensetzung des Alkalichromats und des Kohlenstoffs auf eine Temperatur zwischen 60 und 110 G unter erniedrigtem Druck erwärmt wird, um die Zusammensetzung im wesentlichen zu trocknen, und daß dann die getrocknete feste Zusammensetzung auf eine Temperatur oberhalb von 500 C in einer inerten Atmosphäre erwärmt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die inerte Atmosphäre eine Kohlendioxidatmosphäre ist.
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DE19782846978 1977-11-03 1978-10-28 Verfahren zur herstellung eines kristallinen pigmentartigen cr tief 2 o tief 3 Pending DE2846978A1 (de)

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