CS274211B1

CS274211B1 - Black coloured plastics

Info

Publication number: CS274211B1
Application number: CS565388A
Authority: CS
Inventors: Jaroslav Rndr Csc Petruj; Tomas Ing Csc Sverak; Karel Prof Rndr Drsc Vesely; Lubos Ing Csc Balaban; Ladislav Rndr Pospisil; Jaroslav Ing Barta; Jozef Samuhel; Jaroslav Macicek; Eduard Poloucek
Original assignee: Petruj Jaroslav; Sverak Tomas; Vesely Karel; Balaban Lubos; Pospisil Ladislav; Barta Jaroslav; Jozef Samuhel; Jaroslav Macicek; Eduard Poloucek
Priority date: 1988-08-16
Filing date: 1988-08-16
Publication date: 1991-04-11
Also published as: CS565388A1

Abstract

The plastics are coloured black or with dark shades of 0.5 to 100 % by weight (related to the content of plastic) carbon black pigment consisting of 50 to 90 % by weight carbon black with specific surface of 300 to 1,300 m<2>/g coated with 10 to 50 % by weight inorganic foreign matter with average particle size of 0.5 to 15 μm, impregnated with 0.05 to 2 % by weight binding agents, such as higher fatty acids, their salts and esters, organic silanes and organic titanes. These plastics contain a smaller amount of carbon black than plastics coloured by carbon black only.

Description

Vynález se týká plastů s černým vybarvením nebo s odstíny temných barev. Černého vybarvení plastů a temných odstínů barev se dosahuje obvykle přímou pigmentací sazemi nebo koncentráty plastů saze obsahujícími. Obtíže spojené s přímou pigmentací plastů sazemi jsou všeobecně známy: Špatné sypné vlastnosti sazí, obtížné zpracování sazí do taveniny plastu, nesnadná jejich dispergace, úlet prachových podílů sazí, nutnost využít zpracovatelskou linku pouze pro saze a tmavé odstíny barev, protože vyčištění linky je prakticky nemožné, potenciální nebezpečí výbuchu vzdušné suspenze sazí - to všechno jsou vlastnosti způsobené fyzikální podstatou sazí - jejich velmi porézní křehkou strukturu s vysoce aktivním povrchem. Možnosti použít sazového koncentrátu v polymeru lze využít s výhodou pouze v těch případech, kde není požadována vysoká koncentrace sazí v polymeru, nebo není požadováno vybarvení plastů do sytých odstínů černě. Je nutné mít také na zřeteli cenu sazových koncentrátů, která vždy výrobu černě vybarvených plastů prodražuje. Výroba plastů obsahujících větší koncentraci než 15 % hmot. sazí je běžně používanými způsoby vždy nesnadná a při použití sazí s vyšším specifickým povrchem neschůdná. Možnost velmi kvalitního vybarvení plastů do syté černi při relativně nízkých koncentracích pigmentu a nízkých cenových nákladech nebo výrobu plastů s vysokými obsahy sazových pigmentů umožňuje předmět vynálezu.The invention relates to plastics having a black color or shades of dark color. Black dyeing of plastics and dark shades of color is usually achieved by direct pigmentation with carbon black or carbon black containing plastic concentrates. The problems associated with the direct pigmentation of plastics with soot are well known: Poor bulk properties of the carbon black, difficult processing of the carbon black into the plastic melt, difficult dispersion thereof, soot dust off, need to use the processing line only for soot and dark color shades , the potential danger of explosion of an airborne suspension of soot - all these are properties due to the physical nature of the soot - their very porous brittle structure with a highly active surface. The possibility of using a carbon black concentrate in the polymer can be used advantageously only in those cases where a high concentration of carbon black in the polymer is not required or the coloring of the plastics to deep shades of black is not required. It is also necessary to take into account the price of carbon black concentrates, which always makes the production of black colored plastics more expensive. Manufacture of plastics containing more than 15% by weight. the carbon black is always difficult to use by conventional methods and is not feasible when using carbon black with a higher specific surface area. The possibility of high-quality coloring of plastics to saturated black at relatively low pigment concentrations and low cost or production of plastics with high carbon black pigments is the object of the invention.

Předmětem vynálezu jsou plasty vybarvené černě sazemi, obsahující popřípadě stabilizátory, mazadla, antistatické přísady, pigmenty a plniva, které obsahují 0,5 až 100 % hmot. vztaženo na hmotnost plastu, sazového pigmentu tvořeného 50 až 90 % hmot. sazí o spe2 cifickém povrchu 300 až 1 300 m /g obalených 10 až 50 % hmot. anorganické příměsi s průměrnou velikostí částic 0,5 až 15 /um impregnovaných 0,05 až 2 % hmot. spojovacích prostředků jako jsou vyšší mastné kyseliny, jejich soli a estery, organosilany a organotitanáty.The present invention relates to black carbon black plastics, optionally containing stabilizers, lubricants, antistatic additives, pigments and fillers, which contain from 0.5 to 100% by weight. %, based on the weight of the plastic, a carbon black pigment of 50 to 90 wt. % of the carbon black having a specific surface area of 300 to 1300 m / g coated with 10 to 50 wt. inorganic impurities having an average particle size of 0.5 to 15 µm impregnated with 0.05 to 2 wt. binding agents such as higher fatty acids, their salts and esters, organosilanes and organotitanates.

Princip vynálezu využívá vysoké povrchové aktivity výše specifikovaných sazí, které vytvářejí s částicemi povrchově upraveného anorganického plniva v dané granulometrii a poměru homogenní stabilní směs s velmi dobrými sypnými vlastnostmi. Toto chování je způsobeno velmi pevným zakotvením asymetrických molekul povrchové úpravy minerálního mikromletého plniva na jedné straně na acidobazických centrech povrchu plniva a na straně druhé na aktivním povrchu sazí. Velmi pevná vazba plnivo - látka povrchové úpravy - saze usnadňuje výrazným způsobem dispergaci, takže vlastní kompaundování směsi je poměrně rychlé a účinné, při daném způsobu kompaundování, který je dán pohybovou dobou v daném silovém poli při specifickém teplotním režimu se dosáhne při stejném obsahu sazí sytějšího vybarvení, než jakého lze dosáhnout při kompaundování dosud obvyklých sazových pigmentů .The principle of the invention utilizes the high surface activities of the carbon blacks specified above, which form a homogeneous stable mixture with very good flow properties with the surface-treated inorganic filler particles at a given granulometry and ratio. This behavior is due to the very firm anchoring of the asymmetric mineral micronized filler surface molecules on the one hand on the acid-base centers of the filler surface and on the other hand on the active carbon black surface. The very strong bond of the filler - surface treatment substance - soot significantly facilitates dispersion, so that the actual compounding of the mixture is relatively fast and efficient, with the given compounding method given by the movement time in a given force field at a specific temperature regime. dyeing than can be achieved by compounding the conventional carbon black pigments.

Tohoto efektu lze s úspěchem využít především při výrobě sazových koncentrátů plastů, kde je možno připravit koncentráty s obsahem až 30 % sazí, které při výše uvedeném speciálním povrchu sazí na běžných zařízeních vyrobit jiným způsobem nelze. Nezanedbatelnou výhodou kompozitních materiálů podle vynálezu je skutečnost, že zpracování těchto materiálů není provázeno potenciální možností výbuchu prachových frakcí sazí, která všechny výroby tohoto typu provází, poněvadž anorganickými plnivy upravené saze jsou z hlediska výbušnosti bezpečné. Podobnou velmi významnou skutečností při výrobě kompozitů podle vynálezu je fakt, že manipulace s přípravou směsi před extruderem není provázena výrazným černěním všech manipulačních cest od sazí, protože sazová složka je dávkována ve formě, která prakticky nečerní. Proto přejezd kompaundovací linky na jiný typ kompozitního materiálu s jiným barevným odstínem je snadný, zatímco u linek zpracujících obvyklé sazové kompozity je změna sortimentu možná pouze v temných odstínech.This effect can be successfully used especially in the production of plastic carbon black concentrates, where it is possible to prepare concentrates containing up to 30% of carbon black, which cannot be produced in other ways on the conventional special carbon black surface. A significant advantage of the composite materials of the present invention is that the processing of these materials is not accompanied by the potential explosion potential of the carbon black dust fractions that accompany all productions of this type, since inorganic carbon black treated with carbon black is explosive. A similar, very important fact in the manufacture of the composites of the invention is that the handling of the blend preparation prior to the extruder is not accompanied by a significant blackening of all carbon black handling pathways since the carbon black component is dosed in a form that is virtually black. Therefore, switching the compounding line to another type of composite material with a different color shade is easy, while for lines processing conventional carbon black composites, the product range is only possible in dark shades.

Příklad 1 (srovnávací)Example 1 (comparative)

V dvojšnekovém extruderu WP 53 byl kompaundován 10% koncentrát sazí Chezacarb EC 2 o specifickém povrchu 900 m /g v polypropylenové matrici s 10 % běžných stabilizátorů a mazadel. Výroba musela probíhat pod ochrannou atmosférou s obsahem 0£ menším než 10 %,In a twin screw extruder WP 53, 10% Chezacarb EC 2 carbon black concentrate having a specific surface area of 900 m / g was compounded in a polypropylene matrix with 10% conventional stabilizers and lubricants. Production had to be carried out under a protective atmosphere with a content of £ 0 less than 10%,

CS 274 211 Bl struny taveniny bylo dost obtížné udržovat, trhaly se, dávkování sazí bylo provázeno mosto váním v násypce a celá manipulace byla provázena znečištováním jak zařízení, tak pracoviště i vzduchotechniky prachovými podíly sazí. Koncentrát sazí byl charakterizován sytou čeř ní specifikovanou údajem y = 3,9 % na přístroji Momcolor D 3098.CS 274 211 B1 melt strings were quite difficult to maintain, tear, the soot dosing was accompanied by bridging in the hopper, and the entire handling was accompanied by soiling of the equipment, workplace and air conditioning with soot dust. The carbon black concentrate was characterized by a rich clarification specified by y = 3.9% on a Momcolor D 3098.

Příklad 2Example 2

Na stejném kompaundovacím zařízení jako v předchozím případě byl připraven koncentrát sazí stejného specifického povrchu tak, že byla kompaundována směs obsahující 65 % polypropylenu, 10 % stabilizátorů a maziv, 5 % karbonátového plniva a 20 % anorganickými plnivy upravených sazí. Upravené saze byly připraveny homogenizací sazí Chezacarb EC o spec.A carbon black concentrate of the same specific surface area was prepared on the same compounding device as above by blending a mixture containing 65% polypropylene, 10% stabilizers and lubricants, 5% carbonate filler and 20% inorganic treated carbon black fillers. The treated carbon blacks were prepared by homogenizing the Chezacarb EC o spec.

povrchu 900 m /g s minerálním plnivem P 204 o granulometrii d_5Q = 4,5/:m a úpravou kyselinou stearovou v množství 0,3 %, přičemž saze byly homogenizovány s plnivem v hmotnostním poměru 1 : 1. Kompaundování sazového koncentrátu probíhalo bez krycí atmosféry a bez technických závad - struny se netrhaly, upravené saze se velmi dobře dávkovaly bez vytváření mostů v zásobníku, upravené saze neznečištovaly manipulační cesty, dispergace probíhala velmi klidně bez pulzací kroutícího momentu extruderu. Vybarvení koncentrátu podle údajů Momcolor bylo o 10 % sytější, než v příkladu 1.900 m / g with mineral filler P 204 with granulometry d _5Q = 4,5 / m and treatment with stearic acid in the amount of 0,3%, while the carbon black was homogenized with the filler in the weight ratio 1: 1. and without technical defects - the strings did not break, the treated carbon black was dosed very well without forming bridges in the reservoir, the modified carbon black did not pollute the handling paths, the dispersion proceeded very calmly without pulsating the extruder torque. Momcolor staining of the concentrate was 10% more saturated than in Example 1.

Příklad 3 (srovnávací)Example 3 (comparative)

15¾ sazový koncentrát sazí Chezacarb EC o speciálním povrchu 750 m^/g v polyetylénové matrici Liten BB 29 na extruderu Buss se nepodařilo z technologických důvodů vyrobit saze nebylo možno v matrici dispergovat.The 15¾ carbon black concentrate of Chezacarb EC with a special surface of 750 m ^ / g in a polyethylene matrix Liten BB 29 on a Buss extruder failed to produce soot for technological reasons, so the carbon black could not be dispersed in the matrix.

Příklad 4Example 4

15¾ sazový koncentrát v polyetylenové matrici na stejném zařízení jako v příkladu 3 byl připraven kompaundováním následující směsi: 50 ¾ polyetylénu, 7 ¾ stabilizátorů a dalších druhů běžných aditiv, 18 ¾ plniva Hydrocarb a 25 ¾ anorganickými plnivy upravených sazí. Upravené saze byly připraveny homogenizací 3 hmot. dílů sazí Chezacarb EC o 750 m /g a 2 dílů mikromletého mastku EK-I přetříděného na granulometrii d^g = 1,8 ,um, upraveného 1,5 ¾ sílánu Union Carbide typ Y 9771. Sazový koncentrát byl na daném zařízení bez problémů vyroben.A 15¾ carbon black concentrate in a polyethylene matrix on the same equipment as in Example 3 was prepared by compounding the following mixture: 50 ¾ polyethylene, 7 ¾ stabilizers and other conventional additives, 18 ¾ Hydrocarb filler and 25 ¾ inorganic treated carbon black fillers. The treated carbon black was prepared by homogenizing 3 wt. parts of Chezacarb EC soot of 750 m / g and 2 parts of EK-I micronized talc, screened for granulometry d ^ g = 1.8 µm, treated with 1.5 ¾ Union Silane type Y 9771. The carbon black concentrate was produced without problems on the equipment .

Příklad 5Example 5

Polyvinylchlorid a Neralit 652 byl kompaundován na extruderu Trusioma v následujícíh poměrech: Polymerní matrice 91 stabilizátory a další běžná aditiva 3 plniva 3 anorganickými plnivy upravené saze 3 Anorganickými plnivy upravené saze byly připraveny homogenizací sazí Chezacarb EC o 1 000 m /g a vývojového dolomitického hydratovaného plniva VÚSH o d^g = 2,2 /im s úpravou 0,7 ¾ směsi glycerinmonostearátu a kyseliny stearové v poměru 6 : 1. Hmotnostní poměr sazí k minerálnímu plnivu byl dán hmotnostními díly 3 : 1. Kompaundací se dosáhlo vybarvení plastu do odstínu syté černi, která v proměření přístrojem Momcolor byla o 15 ¾ sytější v porovnání s polymerem vybarveným obvyklým způsobem přímou aditivací stejného množství neupravených sazí o stejném specifickém povrchu .Polyvinyl chloride and Neralit 652 were compounded on a Trusioma extruder in the following proportions: Polymer matrices 91 stabilizers and other conventional additives 3 fillers 3 inorganic soot treated fillers 3 Inorganic soot treated fillers were prepared by homogenizing Chezacarb EC soot with 1000 m / g of hydrated dolomitic from g g = 2.2 µm with a 0.7: 3 adjustment of 6: 1 glycerol monostearate / stearic acid in a ratio of 6: 1. The weight ratio of the carbon black to the mineral filler was given by 3: 1 parts by weight. which, when measured by Momcolor, was 15 ¾ more saturated compared to polymer dyed in the usual way by directly adding the same amount of untreated carbon black with the same specific surface.

Příklad 6Example 6

Polystyren Kraston 562 byl kompaundován na vytlačovacím lisu WP na šedě vybarvený kompozit s následující recepturou: Polystyren 81 kapalné stabilizátory, mazadla a antistatika 0,5 plniva Durcal 2 10 ¾ a minerálními plnivy upravené saze 0,5 %.Polystyrene Kraston 562 was compounded on a WP extruder on a gray-colored composite with the following recipe: Polystyrene 81 liquid stabilizers, lubricants and antistatic agents, 0.5 fillers Durcal 2 10¾, and 0.5% treated carbon black fillers.

Minerálními plnivy upravené saze byla homogenizovaná směs sazí Chezacarb EC o spe4The treated carbon black mineral fillers were a homogenized mixture of Chezacarb EC soot spe4

CS 274 211 Bl cifickém povrchu 900 m /g, plniva na bázi hydroxidu horečnatého Kisuma o d^g = 2,1 /Jm s dodatečnou povrchovou úpravou 1¾ organotitanátu A 70 V fy Kenrich a práškových stabilizátorů v poměru 40 : 40 : 20.CS 274 211 B1 with a specific surface area of 900 m / g, Kisuma magnesium hydroxide filler of d = g = 2.1 µm with an additional coating of 1¾ organotitanate A 70 V by Kenrich and powder stabilizers in a ratio of 40: 40: 20.

Vybarvení kompozitu do odstínu kontrastní technické šedi, charakterizováno údajem y-nové souřadnice 8,3 % změřené na přístroji Momcolor, probíhalo bez obvyklého znečišíování linky sazemi. Porovnáním vybarvení kompozitu se stejným typem plastu vybarveným běžným způsobem přímou aditivací sazemi bylo zřejmé, že pro dosažení stejného odstínu technické šedi se u plastu vybarveného podle vynálezu ušetří téměř 30 % pigmentačních sazí.Coloring of the composite to a shade of contrasting technical gray, characterized by a 8.3% y-coordinate measured on the Momcolor, proceeded without the usual soot contamination of the line. By comparing the dyeing of the composite with the same type of plastic dyed in a conventional manner by direct carbon black additivation, it was apparent that to achieve the same shade of technical gray, nearly 30% of the pigmented carbon blacks were saved with the plastic dyed according to the invention.

Příklad 7Example 7

Polyetylén LLDPE Union Carbide byl použit jako polymerní matrice při výrobě kompozitu a hydroxidem hlinitým na hnětiči Buss za použití následující receptury: polymerní matrice 23 %, aditiva 2 %, plnivo P 20 ,um 60 % a minerálními plnivy upravené saze byly homogen2 ní směsí sazí Chezacarb EC o specifickém povrchu 900 m /g, plniva Micral 932 o d = 0,9/jm s doúpravou 0,6 % povrchového činidla na bázi kyseliny stearové a směsi stabilizátorů v hmotnostním poměru 5:3:1. Výsledný kompozit s extrémně vysokým plněním a vybarvením do syté černi odpovídající souřadnici y = 3,1 % bylo možno vyrobit pouze v receptuře podle vynálezu, kompozit se stejnou polymerní matricí, se stejným procentem plnění daného plniva a sazí se na použitém zařízení při využití dosud známých receptur vyrobit nepodařilo.Polyethylene LLDPE Union Carbide was used as a polymer matrix in the manufacture of composite and aluminum hydroxide on a Buss mixer using the following formula: polymer matrix 23%, additives 2%, filler P 20, um 60% and mineral fillers treated with carbon black were homogeneous mixtures of carbon black EC with a specific surface area of 900 m / g, Micral 932 filler from 0.9 / µm with 0.6% stearic surfactant and stabilizer mixture in a 5: 3: 1 weight ratio. The resultant composite with extremely high fill and deep black coloring corresponding to y = 3.1% could only be made in the recipe of the invention, a composite with the same polymer matrix, with the same filler percentage and soot on the equipment used using the prior art recipe to produce failed.

Příklad BExample B

Polypropylen Mosten 52 517 v množství 32 % společně s kaučukem Vestopren FH 1077 30 % byl na vytlačovacím lisu Buss kompaundován s 26,5 % mastkového plniva GT-40, 6 % antistatických přísad a mazadel, 5 % směsi barviv Sanylen braun, Sanylen gelb PP-48 a Pretiox RD 5T a 0,5 % minerálními plnivy upravených sazí. Minerálními plnivy upravené saze byla směs sazí Chezacarb EC o speciálním povrchu 900 m /g, plniva P 20_zum o d^g = 4,5/um a běžných stabilizátorů v poměru 45 : 35 : 20. Vybarvení kompozitu do odstínu syté hnědi s y-novou souřadnicí 9,1 % na přístroji Momcolor bylo rovnoměrně kontrastní, vlastní zpracování proběhlo bez obvyklého znečištění dávkovačích cest sazemi a porovnáním s pigmentací koncentrátu Sanylen schw. se pro dosažení stejného odstínu technické hnědi ušetřilo téměř 35 % černého pigmentu.Polypropylene Mosten 52 517 at 32% together with Vestopren FH 1077 30% was blended with 26.5% GT-40 talc filler, 6% antistatic additives and lubricants, 5% Sanylen braun, Sanylen gelb PP -48 and Pretiox RD 5T and 0.5% treated carbon black mineral fillers. The treated carbon black mineral fillers were a mixture of Chezacarb EC with a special surface area of 900 m / g, a P 20 _z µm filler from ≥ g = 4.5 µm and conventional stabilizers in a ratio of 45:35:20. -The new coordinate of 9.1% on the Momcolor was evenly contrasted, the actual processing was carried out without the usual soiling of the metering paths with soot and comparison with the pigmentation of the Sanylen schw concentrate. almost 35% of the black pigment was saved to achieve the same shade of technical brown.

Claims

Black colored carbon black plastics, optionally containing stabilizers, lubricants, antistatic additives, pigments and fillers, characterized in that they contain 0.5 to 100% by weight, based on the weight of the plastic, of a carbon black pigment of 50 to 90% by weight. 300 to 1300 m / g coated with 10 to 50 wt. inorganic impurities having an average particle size of 0.5 to 15 µm impregnated with 0.05 to 2 wt. binding agents such as higher fatty acids, their salts and esters, organosilanes and organotitanates.