DD151465A1

DD151465A1 - Verfahren zur herstellung von pigmentdispersionen

Info

Publication number: DD151465A1
Application number: DD21723479A
Authority: DD
Inventors: Rainer Noack; Klaus Schwetlick; Helmut Ermer; Margit Heinrich; Peter Herrmann
Original assignee: Rainer Noack; Klaus Schwetlick; Helmut Ermer; Margit Heinrich; Peter Herrmann
Priority date: 1979-11-29
Filing date: 1979-11-29
Publication date: 1981-10-21

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Pigmentdispersionen in organischen Loesungsmitteln.Ziel der Erfindung ist es, geeignete Pigmenttraeger zu finden, die ueber ein entsprechend hohes Molekulargewicht, gute Vertraeglichkeit und eine hervorragende stabilisierende und dispergierende Wirkung verfuegen. Erfindungsgemaesz werden als Pigmenttraeger Oligoether- und Oligoesterurethane des Molekulargewichtsbereiches 1000 bis 30000 verwendet,die in einfacher Weise aus Polyestern, Polyethern, Mono-, Di- und Polyisocyanaten sowie Monoalkoholen zugaenglich sind. Die erfindungsgemaesz hergestellten Pigmentdispersionen werden zum Pigmentieren von Polyurethanlacken und anderen Anstrichsystemen verwendet.

Description

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Titel der Erfindung

Verfahren zur Herstellung von Pigmentdispersionen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Dispersionen von Peststoffen und insbesondere Pigmente in organischen Flüssigkeiten können in einfacher Form zum Anfärben und Pigmentieren von Kunststoffen, in Beschichtungsmaterialien, Anstrichfarben und ähnlichen Anwendungsgebieten eingesetzt werden« Sie besitzen im allgemeinen dort eine erhebliche Bedeutung, wo es nicht möglich beziehungsweise unwirtschaftlich ist, die Pigmente direkt in das organische Material einzuarbeiten«

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, daß stabilere Pigaientdispersionen dann hergestellt werden, wenn als Pigmentträger hochsiedende organische Flüssigkeiten aus der Klasse der Weichmacher benutzt werden» Andere bekannte Pigmentpräparationen enthalten neben Pigment und üblichen Zusätzen wie Lösungsmitteln Bindemittel auf Basis von Polyvinylchlorid-Polyvinylalkohol bzw« -acetat, vorwiegend unter Zusatz üblicher Weichmacher und anderer Hilfsmittel. In diesen Systemen kann man zwar Pigmente flockungsfrei dispergieren und erhält relativ stabile Dispersionen, der Einsatz ist aber vorwiegend auf Polyvinylchloridkunststoffe beschränkt, da bei anderen Polymeren z. B« bei Polyurethanen die Eigenschaften ungünstig beeinflußt werden bzw« Unverträglichkeitserscheinungen auftreten» Das ist vor allem dadurch verursacht, daß die

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Pigmentkonzentrationen kaum über 50 % gesteigertnwerden können, so daß erhebliche Mengen an Weichmacher und Pigmentträger in . den zu pigmentierenden Produkte eingeschleppt werden· Pigmentträger, die eine breite Verträglichkeit mit beliebigen organischen Polymeren besitsen, die flockungsfreie, stabile Pigmentdispersionen und anderen Pigmentpräparationen herzustellen erläutern und die gleichzeitig noch durch ihre Wirkung als Dispergiermittel die Wirtschaftlichkeit des Dispergiervorganges erhöhten, führten zu einer Reihe von speziellen Produkten, die sich von aromatischen^ aliphatischen oder cycloaliphatisehen Isocyanaten ableiten« So sind Umsetzungsprodukte von Diisocyanaten mit längerkettigen Aminen zu Pigmentträgern mit Polyharnetoffstruktur besonders für Pigmentdispersionen in aromatischen oder aliphatischen Kohlenwasserstoffen geeignet« In analoger Weise sind Umsetzungsprodukte von Pettalkoholen mit Diisocyanates verwendbar· Niedermolekulare Urethanharze aus Triolen, wie 2rimethyIo!propan, Diolen, Monoalkoholen mit aromatischen Diisocyanaten besitzen durch ihre hohe Konzentration an Urethangrup» pen eine besonders gute Pigmentbenetzung, aber eine begrenzte Löslichkeit in Estern und aromatischen Kohlenwasserstoffen· Gute Verträglichkeit mit vielen Polymeren und insbesondere Polyurethanen, -weisen Carbodiimidharze auf. Von den aufgeführten Pigmentträgern sind vor allem letztere für die Herstellung von Pigmentpräparationen für Polyurethanlacke verwendbar, wegen ihrer komplizierten Herstellung aber nur bedingt zugänglich« Die anderen Typen besitzen auf Grund ihrer niedrigen Molekulargewichte, ihrer speziellen Struktur z_e B· Weichmachereigenschaften und wegen der bevorzugten Fettalkoholkomponenten und der damit verbundenen Löslichkeiten sowieso andere Einsatzgebiet©,

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Pigmentdispersionen zu entwickeln, die in Polyurethanlacken und gegebenenfalls anderen Anstrichsystemen zum Einsatz kommen, wobei Pigmentträger verwendet werden, die über ein

entsprechend hohes Molekulargewicht, gute Verträglichkeit und eine hervorragende stabilisierende, sowie dispergierende Wir- · kung verfügen· ^z

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Pigmentdispersionen mit geeignöten Pigmentträgern zu finden, die in einfacher Weise aus den in der Polyurethanchemie zugänglichen Produkten hergestellt werden können» -

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß Pigmentdispersionen aus nichtwäßrigen Lösungsmitteln, organischen und/oder anorganischen Pigmenten, Füllstoffen und einem Pigmentträger hergestellt werden, wobei als Pigmentträger Stoffe die der Klasse der Oligoester- und Oligoetherurethane angehören und Molekulargewichte zwischen 1000 und 30 000 besitzen, verwendet werden. Unter Oligoester- und Oligoetherurethanen sind hierbei Reaktionsprodukte von Di- oder Polyisocyanaten mit den in der Polyurethancheinie üblichen Polyester- und/oder Polyetheralkoholen des Molekulargewichtsbereiches 400 bis 5000 zu verstehen, die durch aliphatische, cycloaliphatische, aralipfaatische Monoalkohole begrenzt werden. Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Pigmentdispersionen können beliebige ECO-gruppenhaltige Präpolymere mit monofunktionellen Alkoholen umgesetzt werden. Andererseits ist es auch möglich, HO-begrenzte Polyurethane mit Monoisocyanaten und/oder Reaktionsprodukten von Biisocyanaten mit Monoalkoholen im Molverhältnis 1:1 zu begrenzen* Es werden vorzugsweise monofunktionelle Alkohole mit Molekulargewichten unter 200 mit Poly-, Di- oder Monoisocyanaten mit Molekulargewichten vorzugsweise unter 2000 verwendet* Die erfindungsgemäßen Pigmentdispersionen unterscheiden sich von den Fettalkoholurethanen des Standes der Technik durch geringere Löslichkeit in aliphatischen Kohlen-Wasserstoffen. Im Gegensatz zum Stand der Technik wird auf die Verviendung von Fettalkoholen verzichtet, da dies zu einer unerwünschten Plastifizierung der Polyurethansysteme des bevorzugten Einsatzes führen würde» Bevorzugte Monoalkohole sind

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im erfindungsgemäßen Verfahren aliphatische Alkohole mit 1 bis 12 C-Atomen, cycloaliphatische Alkohole mit 5 bis 8 C-Atomen, araliphatische Alkohole, wie Benzylalkohol, Glykolmonoether und -ester, etc·

Ganz besonders bevorzugt·ist Cyclohexanol. Es ist hervorzuheben, daß die erfindungsgemäßen Pigmentträger die gleiche gute Pigmentbenetzung aufweisen, die den Urethanharzen des Standes der Technik eigen ist, obwohl sie über eine wesentlich geringere Konzentration an Urethangruppierungen verfügen· Eine zusätzliche Verwendung von Dispergierhilfsmitteln, Netzmitteln, etc·j macht sich deshalb nicht erforderlich« Die Löslichkeit der erfindungsgemäßen Pigmentträger in Alkoholen, Ethern, Estern, Ketonen und aromatischen Kohlenwasserstoffen und deren Mischungen ist vorzüglich bis ausreichend, so daß sich in einer Vielzahl von organischen Lösungsmittelsystemen Pigmentdispersionen herstellen lassen· Je nach Struktur und Molgewicht können Produkte mit unterschiedlichsten Verdünnungskurven erhalten werden. Bevorzugte Produkte besitzen Viskositäten (57 % in Ethylglykolacetat bei 20 ⁰C) von 50 bis 5000 cP, vorzugsweise von 100 bis 3000 cP. Die Auswahl der Lösungsmittel richtet sich nach den Eigenschaften der zu pigmentierenden Systeme, nach den Eigenschaften des einzuarbeitenden Pigments und wird so gewählt, daß stabile, gieß- oder fließfähige Systeme entstehen. Im allgemeinen wird das erreicht, wenn die Pigmentdispersionen 5 bis 85 % Pigment, 2,5 bis 50 % des Pigmentträgers und 25 bis 85 % Lösungsmittel enthalten, lieben Pigmenten können gegebenenfalls noch Füllstoffe wie Kaolin, Talkum oder Schwerspat, Verdickungsmittel und andere feste Zusätze eingearbeitet werden« Die Herstellung der Pigmentdispersionen kann in den Dispergiervorrichtungen erfolgen, die für lösungssiittelhaltige Systeme üblich sind. Die Auswahl der Pigmente erfordert im wesentlichen keine Einschränkungen« Bedeutung besitzen Pigmentdispersionen auf der Basis von anorganischen Pigmenten, z. B_e von Titandioxid, von Eisenoxiden, Chromoxiden und Chromatpigmenten, Ultramarin, Cadmiumsulfid, Ruß, etc,, sowie von organischen Pigmenten aus den Stoffklassen der Azo- und Azomethinpigmente, Anthrachinone, Phthalocy» anine sowie Derivate verschiedener kondensierter Heterocyclen,

gegebenenfalls auch in Pο im ihrer Farblacke oder Metallkomplexe· Bei der speziellen Verwendung in Polyurethankunststoffen ist es dabei häufig wünschenswert, daß reaktive oder katalytisch wirksame Bestandteile nicht vorhanden sind«

Die Erfindung soll nachstehend an einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert werden:

Ausfuhrungsbeispiel 1

40 Teile Permanentrot R extra, 105 Teile eines Bsterurethanes (57%ig in Ethylglykolacetat), 80 Teile Xylol und 25 Teile Ethylglykolacetat werden 8 h in einer Laborkugelmühle angerieben. Man erhalt eine fluide (Auslaufzeit = 4-0 s) gut entflockte stabile Pigmentdispersion·

Vermischt man 41 Teile der erhaltenen Pigmentdispersion mit 54,5 Teilen einer Lösung eines stark verzweigten Polyesteralkohols mit 8,4 % OH und eines schwach verzweigten Polyesteralkohols mit 1,5 % OH im Verhältnis 5 : 1 (55#ig in Xylol/Ethylglykolacetat) sowie 50 Teile Desmodur L 67, erhält man einen roten Reaktionslack mit einer Anfangsviskosität von 40 s und einem Feststoff von 55 %. Die TGL ergibt 143 s (1 Tag), 180 s (7 Tage).

In analoger V/eise eignet sich die Pigmentdispersion zur Herstellung von roten'Nitro- und Alkydharzlacken« Das verwendete Esterurethan wurde wie folgt hergestellt: 174 Teile Toluylendiisocyanat gelöst in 467 Teilen Ethylglykolacetat, werden bei 80 ⁰C nacheinander mit 250 Teilen eines Polyesteralkohols aus Adipinsäure, Neopentylglykol und Trimethylolpropan (6,5 % OH) und 184 Teilen Laurylalkohol umgesetzt.

25 Teile Acetylenspaltruß, 90 Teile eines Esterurethanes (57%ig in Ethylenglykolacetat), 55 Teile Xylol, 14 Teile Ethylglykolacetat, 5 Teile Triethylorthoformiat werden 8 h in einer Laborkugelmühle angerieben. Man erhält eine vis-

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kose, fließfähige Rußpaste mit 17,5 % Ruß.

146 Teile der Rußpaste werden mit 272 Teilen eines 50 % HCO-begrenzten Präpolymers auf der Grundlage von Isophorondiisocyanat, Trimethy!propan und Polypropylenglykol (ECO: 3,2 %), (i} 20 ⁰C): 280 cP) vermischt, wobei ein tiefschwarzer feuchtigkeitstrocknender Polyurethanlack mit folgenden Trocknungseigenschaften erhalten wird: Pendelhärte: 42 s (1 Tag), 80 s (3 Tage), 130 s (7 Tage).

Das verwendete Esterurethan wurde wie folgt hergestellt: 222 Teile Isophorondiisocyanat, gelöst in 494 Teilen Ethylglykolacetat werden in Gegenvjart von 0,5 Teilen Dibutylzinnbis-(2-hydroxyethylphthalat) nacheinander bei 35 ⁰C mit 184 Teilen laurylalkohol und 260 g des Polyesteralkohols aus Beispiel 1 umgesetzt (η 20 ⁰C): 150 cP für die 57%ige Lösung in Ethylglykolacetat),

Ausführungsbeispiel β

245 Teile Eisenoxidrot, 135 Teile Talkum, 228 Teile eines Esterurethans (57%ig in Ethylglykolacetat), 125 Teile Xylol, 25 Teile Ethylglykolacetat werden in einer laborkugelmühle 8 h zu einer gut entflockten Pigmentdispersion angerieben (Viskosität: 120 s)· Die Pigmentdispersion eignet sich zum Herstellen von Farblacken auf Grundlagen von Alkyd-, Uitro- und Polyurethansystemen, zum Anfärben und Pigmenten von Polyurethanschaum, -gießharzen und -elastomeren sowie anderen Kunststoffen· Das verwendete Esterurethan wurde wie folgt hergestellt:

37.3 Teile Toluylendiisocyanat, gelöst in 202 Teilen Ethylglykolacetat werden bei 80 ⁰C mit 200 Teilen eines schwach verzweigten Polyesteralkohols (OH : 1,82 %, M = 2400) und

29.4 Teilen Octanol umgesetzt, wobei eine hochviskose Lösung entsteht·

Ausführungsbeispiel 4

210 Teile Rutil, 45 Teile Talkum und 45 Teile Bariumsulfat werden mit 130 Teilen des Esterurethans aus Beispiel 2,

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60 Teilen Xylol, 5 Teilen Ethylglykolacetat, 5 Teilen Triäthylorthoformiat und 0,1 Teilen Siliconöl auf einer Laborkugelmühle 8 h dispergiert. Man erhält eine vorzügliche, ergiebige Weißdispersion mit einer Viskosität von 45 s, die zur Herstellung eines Polyurethanlackes benutzt werden kann· Dazu mischt man 370 Teile eines Polyesteralkohols mit 8,6 % OH auf der Grundlage von Phthalsäure/Trimethylolpropan (60%ig in Ethylacetat) 550 Teile der obigen'Pigmentdispersionen, 140 Teile Xylol/Ethylglykolacetat und 320 Teile Desmodur H 75. Der erhaltene Y/eißlack mit 63 % Feststoff, 39 % Bindemittel und einer Pigmentierung von 61 % hat folgende Trocknungsdaten: Pendelhärte: 64 s (1 Tag), 110 s (2 Tage), 150 s (7 Tage bzw. 14 Tage)·

Claims

„ 8 - 2 17 2 3 4 Erfindungsansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Pigmentdispersionen zum Pigmentieren von Kunststoffen und anderen makromolekularen Materialien, insbesondere Polyurethanen und Polyurethanlacken, bestehend aus nichtwäßrigen Lösungsmitteln, organischen und/oder anorganischen Pigmenten und Füllstoffen und einem Pigmentträger dadurch gekennzeichnet, daß als Pigmentträger Stoffe, die der Klasse der Oligoester- und Oligoetherurethane angehören und Molekulargewichte zwischen 1000 und 30 000 besitzen, verwendet werden·

2« "Verfahren nach Punkt 1 dadurch gekennzeichnet, daß als Oligoester- und Oligoetherurethane Reaktionsprodukte von Di- oder Polyisocyanaten mit den in der Polyurethancheinie üblichen Polyester- und/oder Polyetheralkoholen des Molekulargewicht sbereiches 400 bis 5000, begrenzt durch aliphatische, cycloaliphatische, araliphatische Monoalkohole verwendet werden«

3© Verfahren nach Punkt 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß beliebige KCO-gruppenhaltige Präpolymere mit monofunktionellen Alkoholen umgesetzt werden·

4* Verfahren nach Punkt 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß HO-begrenzte Polyurethane mit Monoalkoholen im Molverhältnis 1 ί 1 begrenzt werden«

5« Verfahren nach Punkt 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise monofunktionelle Alkohole mit Molekulargewichten unter 200 mit Poly-, Di- oder Monoisocyanaten mit Molekulargewichten unter 2000 verwendet werden.

6. Verfahren nach Punkt 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß als Monoalkohole vorzugsweise aliphatische Alkohole mit 1 bis 10 C-Atomen, cycloaliphatische Alkohole mit 5 bis 8 C-Atomen, araliphatische Alkohole, wie Benzylalkohol, Glykolmonoester- und ether usw_e, insbesondere Cyclohexanol verwendet

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7* Verfahren nach Punkt 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß die Pigmentdispersion aus 5 bis 85 % Pigment, 2,5 bis 50 % Pigmentträger und 25 bis 85 % Lösungsmittel hergestellt wird«

8« Verfahren nach Punkt 1 und 7 dadurch gekennzeichnet, daß Pigmente im wesentlichen ohne Einschränkung aber beispielsweise anorganische Pigmente, v>ie von Titandioxid, Eisenoxiden, Chromoxiden und Chromatpigmenten, Ultramarin, Cadmiumsulfid, Ruß usw., sowie organische Pigmente ans:" den Stoffklassen der Azo- und Azomethinpigmente, Anthrachinone, Phthalocyanine sowie Derivate verschiedener kondensierter Heterocyclen, gegebenenfalls auch in Fons ihrer Farblacke oder Metallkomplexe verwendet werden·

S» Verfahren nach Punkt 1 dadurch gekennzeichnet, daß neben Pigmenten gegebenenfalls noch Füllstoffe wie Kaolin, Talkum oder Schwerspat, Verdickungsmittel und andere feste Zusätze eingearbeitet werden.