DE102017131437A1

DE102017131437A1 - Verwendung einer Pigmentpräparation zur Herstellung von Lackfarben sowie die danach hergestellte Lackfarbe

Info

Publication number: DE102017131437A1
Application number: DE102017131437.7A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: HEUBACH GmbH
Current assignee: HEUBACH GmbH
Priority date: 2017-12-29
Filing date: 2017-12-29
Publication date: 2019-07-04
Also published as: DE102017131437A8

Abstract

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Pigmentpräparation zur Herstellung von Lackfarben, wobei die Pigmentpräparation Pigmente mit einer Umhüllung aus Wachs-basierten Polymeren mit Pigment-affinen Gruppen enthält, wobei das polymere Umhüllungsmaterial einen Schmelzpunkt von 40 bis 130°C aufweist, die Pigmente einen zahlengemittelten Durchmesser D50 von 0,5 bis 5 µm aufweisen (gemessen durch statische Lichtstreuung mit einem Laseranalysator, trocken und bei 3,5 bar), insbesondere 0,7 bis 3 µm, und die Pigmentpräparation mindestens 60 Gew.-% Pigment(e), bezogen auf das Gesamtgewicht der Pigmentpräparation, enthält. Darüber hinaus betrifft die Erfindung vorteilhafte Lackfarben, die durch die obige Verwendung erhalten werden.

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Pigmentpräparation zur Herstellung von Lackfarben sowie Lackfarben, die unter Verwendung dieser Pigmentpräparation hergestellt werden.
Unter Lackfarben oder Anstrichmitteln versteht man in der Regel flüssige und pulverförmige Zubereitungen, die, in dünner Schicht auf Oberflächen aufgebracht werden. Lackfarben und Anstrichmittel sind synonyme Begriffe. Lackfarben enthalten in der Regel zahlreiche Komponenten, die sich in folgende Gruppen einteilen lassen, d.h., flüchtige Bestandteile, d.h., Lösungsmittel, nicht-flüchtige Bestandteile, d.h., Filmbildner oder Harze und/oder Weichmacher (Bindemittel) sowie Hilfsstoffe, Farbstoffe, Pigmente, Füllstoffe.
Als Filmbildner werden sowohl makromolekulare Stoffe als auch niedermolekulare Verbindungen verwendet, die erst im Verlaufe der Lackhärtung in hochmolekulare Stoffe übergehen. Die meisten filmbildenden Lackrohstoffe werden auch als Harze bezeichnet, zum Beispiel Alkydharz, Acrylharz, Epoxidharz usw.
Weichmacher, die im Rahmen der Lackfarben eingesetzt werden, sind in der Regel schwer flüchtige organische Flüssigkeiten von öliger Konsistenz. Meist werden Ester von mehrbasischen Säuren, wie Dioctylphthalat, als Weichmacher verwendet. Der Effekt der Weichmacher ist rein physikalischer Natur.
Pigmente und Füllstoffe verleihen dem Anstrich Farbigkeit, Deckkraft und in bestimmten Fällen stark verbesserte Beständigkeit, zum Beispiel gegen Korrosion. Sie bestehen aus fein zerteilten, meist kristallinen Fettstoffen, die in der Lackfarbe und im Überzug dispergiert werden. Die Deckfähigkeit im Lack und die Farbstärke hängen entscheidend vom Zerteilungsgrad des jeweiligen gewählten Pigments ab. Die angestrebte Feinteiligkeit von 0,1 bis 2,0 µm hat eine hohe Oberflächenenergie zur Folge.
Unter dem Begriff „Lackhilfsstoffe“ werden die verschiedenen Zusatzmittel verstanden, die man jeweils in geringer Menge anwendet, um die lacktechnischen Eigenschaften der Überzugsmittel oder der Beschichtung oft entscheidend zu verbessern. Man teilt diese nach ihrer Wirkung ein.
Lösemittel sind flüchtige, bei der Filmbildung aus dem Überzugsmittel verdampfende Stoffe. Sie stellen einen wichtigen Rezepturbestandteil der flüssig zu verarbeitenden Lackfarben dar. Die Lacklösemittel haben die Aufgabe, feste oder hochviskose Bindemittelkomponenten ohne chemische Umsetzung aufzulösen und in eine verarbeitbare Konsistenz zu überführen, d.h., die Lackviskosität auf das jeweilige Verarbeitungsverfahren optimal einzustellen. Durch spezielle Auswahl der Lösemittelzusammensetzungen werden darüber hinaus die Pigmentbenetzung und -dispergierbarkeit verbessert. Ferner wird der rasche Austritt von eingeschlossener Luft und den bei der Trocknung entstehenden Abspaltprodukten aus dem Nassfilm gewährleistet sowie Verlauf und Glanz der Lackierungen erhöht.
Ersichtlich zeigen die Lackfarben eine spezielle komplexe Struktur, die eine vorteilhafte abgestimmte Auswahl der Komponenten erforderlich macht. Es hat sich gezeigt, dass die Herstellung der existierenden Lackfarben verbesserungsbedürftig ist. Dies gilt insbesondere für die Einarbeitung von Pigmenten in die Lackfarben. Auch wäre eine Verbesserung im Hinblick auf die homogene Einarbeitung der Pigmente und Füllstoffe sowie anderer pulverförmiger Zuschlagstoffe wünschenswert.
Im Hinblick auf die oben angesprochenen Nachteile des dargestellten technischen Bereichs gibt es im Stand der Technik verschiedene Verbesserungsvorschläge: Die Verfahrenstechnik für die Herstellung von Farbkonzentraten für Kunststoffe und für Lacke weist Ähnlichkeiten auf. Insofern enthalten die nachfolgend skizzierten Verfahren Ansätze für die Herstellung von Farbkonzentraten zum Einfärben von Kunststoffen sowie Lackfarben:
Die kanadische Patentschrift 1332198-1994 betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Farbkonzentraten (Mono-Master Batches) für Kunststoffeinfärbungen. Hierbei wird der Zweistufenprozess zur Herstellung von Farbkonzentraten für Kunststoffmaterialien (High Energy Blender + Extruder/Kneter) durch einen Einstufenprozess unter Verwendung eines Hochenergieeintragsmischers ersetzt, indem ein Polymer durch extrem hohen Energieeintrag und daraus resultierender Friktionswärme bei etwa 135°C zu einem Bond mit eingebrachtem Farbpigment umgewandelt wird. Das so hergestellte Farbkonzentrat wird bei 135°C in einen einfachen Extruder überführt und pelletisiert.
Eine Weiterentwicklung dieses Verfahrens ergibt sich aus der WO 98/01498 A1 : Auch diese betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Farbkonzentraten (Mono-Master Batches) für Kunststoffeinfärbungen. Die aus der WO-Schrift bekannte technische Lehre legt zugrunde, dass Farbkonzentrate (Mono-Master Batches) für Kunststoffeinfärbungen über ein zweistufiges Verfahren (1. Hochenergieeintragsmischer + 2. Kneter oder Extruder) unter Verwendung sehr hoher Anteile von Polymeren hergestellt werden. Dies soll ein teures und energieintensives Verfahren sein und den Nachteil aufweisen, dass ein zu hoher Anteil an Polymeren für die Herstellung solcher Farbkonzentrate benötigt wird.
Ein weiterer Nachteil liegt darin, dass diese Präparationen durch einen Zweistufenprozess hergestellt werden müssen. Das aus der WO-Schrift ersichtliche verbesserte Verfahren hat demgegenüber verschiedene Vorteile aufzuweisen: Der Zweistufenprozess wird durch einen Einstufenprozess durch Einsatz eines einfachen Mischers mit hohem Energieeintrag ersetzt. Durch den hohen Energieeintrag des Mischers entsteht ausreichend Friktion, um die Wachskomponente in der Mischung aus Pigment und Wachs so weit zu erhitzen, dass eine Temperatur zwischen Erweichungs- und Schmelzpunkt erzielt wird. Dadurch werden die fein verteilten pulverigen Komponenten (z.B. Pigmente) durch die Wachsadditive zusammengehalten, so dass staubarme Granulate erzeugt werden, die sich in der Weiterverarbeitung und Einfärbung von Polymeren leicht wieder auflösen und in verschiedene Kunststoffe einarbeiten lassen. Die durchschnittliche Teilchengröße liegt bei 300 µm. Die pulverigen Substanzen, die auf diese Weise erfolgreich behandelt werden, sind insbesondere Pigmente und Farbstoffe, aber auch Antioxidantien, Hitze- und Lichtstabilisatoren, Flammschutzmittel, Antiblockierungsmittel und andere Plastikadditive. Als bevorzugtes Wachspolymer werden in der WO-Schrift Polyester benannt. Vorzugsweise haben diese Substanzen Schmelzpunkte zwischen 40 und 150°C, insbesondere zwischen 40 und 120°C. Die WO-Schrift weist darauf hin, dass anorganische Pigmente mit 80% Pigmentanteil, Farbstoffe mit 75% und organische Pigmente mit 70% Pigmentanteil auf diese Weise hergestellt werden können. Der Nachteil dieses bekannten Verfahrens liegt in dem immer noch relativ hohen Anteil an Zusatzstoffen und der zu großen Bandbreite der Kornverteilung der Granulate, die eine automatische Dosierung im Rahmen eines automatisierten Farbmischsystems ausschließen.
Herstellung von Farbkonzentraten für Farben und Lacke: Hier erfolgt gemäß dem Stand der Technik die Einfärbung von Farben und Lacken mit farbigem, weißem und schwarzem Pigment, analog der Einfärbung von Polymeren in Plastik. Der Hauptunterschied besteht darin, dass vor Einfärbung von Plastikpolymeren diese zuvor durch Schmelzen in einen flüssigen Zustand überführt werden müssen, um die pulverförmigen Substanzen einarbeiten zu können. Hierzu sei auf den oben beschriebenen Stand der Technik verwiesen.
Die meisten Farben und Lacke sind dagegen bei Raumtemperatur flüssig (Ausnahme: Pulverlacke) und können dementsprechend wie folgt eingefärbt werden: Mit pulverförmigen Pigmenten, flüssigen Farbkonzentraten (Pasten) oder Farbkonzentraten in Form von Granulaten, Mikrogranulaten und/oder Pulvern.
Lackeinfärbung mit pulverförmigen Pigmenten: Die Einfärbung mit pulverigen Pigmenten ist die preiswerteste und meistverwendete Option, verursacht aber viel Staub und wird dadurch erschwert, dass sich die meisten Pigmente schlecht benetzen und damit schlecht in den Basislack einarbeiten lassen. Farbliche Variationen erfolgen dadurch, dass man verschiedene Basispigmente (reine Monopigmente) so kombiniert, dass dadurch praktisch ein Spektrum von vielen tausend Farbtönen erzielt werden kann (Systemfarben). Dieses traditionelle und in der Lackindustrie immer noch meistangewendete Verfahren zur Einfärbung von Lacken hat den Vorteil günstiger Rezepturkosten (Rohstoffkosten), aber auch den Nachteil qualitativer Einschränkungen sowie hoher Prozesskosten.
Lackeinfärbung mit flüssigen Farbkonzentraten: Als Alternative zur Einarbeitung trockener Pigmente hat sich über die Zeit die Herstellung flüssiger Farbkonzentrate durchgesetzt, mit deren Hilfe die Farbgebung von Farben und Lacken wesentlich erleichtert wird. Insbesondere für farbbasierende Architekturfarben haben sich derartige flüssige Farbpasten inzwischen weltweit durchgesetzt und die Endfertigung derartiger Farben - also deren Einfärbung von der Farbenfabrik in den sogenannten Point of Sale, den Supermarkt oder den Baumarkt, verlagert. Dabei zeichnen sich derartige Farbpasten durch den besonderen Vorteil aus, dass mit wenigen Monobasisfarbpasten tausende von klar definierten Endfarbtönen vollautomatisch über Dispensersysteme hergestellt werden können. Derartige Farbpasten-Systeme gibt es für Wasser-basierende Farben, Lösungsmittel-basierende (KW) Lacksysteme und auch als universelle Systeme. Zunehmend sollen derartige Farbpasten auch als Inplant-Systeme zur Herstellung industrieller Farben und Lacke verwendet werden. Diese Technologie leidet allerdings unter dem Nachteil, dass sich Pigmente in dieser Lieferform in ihrer Preisstellung wesentlich verteuern, in der Regel um 200 bis 400%. Ein weiterer Nachteil dieser Technologie liegt darin, dass zahlreiche Zuschlagstoffe und Additive benötigt werden, um diese Farbpasten bis zu ihrer Einarbeitung stabil zu halten. Dazu zählen insbesondere Rheologie-Additive und Fungizide, die zum Teil giftig sind und oft auch VOCs enthalten. Aus diesem Grunde wird die Forderung nach trockenen Farbkonzentraten immer lauter, insbesondere für die Inplant-Einfärbung von industriellen Farben (B to B) und Lacken, um die vorgenannten Nachteile zu umgehen.
Lackeinfärbung mit hochkonzentrierten Farbgranulaten: In diesem Zusammenhang ist auf die US 8 802 752 B1 sowie die US 2010/0081745 A1 hinzuweisen. Das darin beschriebene Verfahren bezieht sich auf die Herstellung von Systemfarbgranulaten für Lacke, orientiert sich prozesstechnisch an den oben dargestellten Verfahren zur Herstellung von Master Batches für Kunststoffe in einem Drei-Stufen-Verfahren: Stufe 1: Vormischen einer Mischung von etwa 50% Pigment + ca. 45% Harz + 5% Dispersionshilfsmittel (Atmer 116) in einen Hochenergieeintragsmischer; Stufe 2: Kalt-Extrusion in einem Doppelschneckenextruder (Leistritz) unterhalb des Schmelzpunktes des Harzes; Stufe 3: Heiß-Extrusion. Hierbei werden die Pigmente und andere pulverförmige Substanzen in die Polymermatrix inkorporiert. Dieses dreistufige und aufwändige Verfahren führt zu Monofarbkonzentraten mit hervorragenden Verarbeitungseigenschaften, allerdings zu sehr hohen Kosten. Weitere Nachteile dieses Verfahrens bestehen darin, dass der Gebrauch von Extrudern aus verfahrenstechnischen Gründen einen sehr hohen Anteil von Polymeren voraussetzt, so dass der Pigmentanteil solcher Monokonzentrate bei maximal 60% liegt. Ferner wirkt sich nachteilig aus, dass vorzugsweise verwendete Dispergierwachse einen sehr niedrigen Schmelzpunkt haben, so dass sie bei Lagerung bei höheren Temperaturen die Tendenz zum Zusammenkleben haben, was die Verarbeitung erschwert oder sogar unmöglich macht.
In dem Zusammenhang der Einfärbung mit hochkonzentrierten Farbgranulaten ist zudem auf die US 2013/0213268 A1 zu verweisen. Das daraus bekannte Verfahren ist zwei- statt dreistufig und kommt ohne Nacharbeitung der im Hochenergieeintragsmischer hergestellten Farbkonzentrate im Extruder aus. Die hergestellten Produkte lassen sich je nach Verwendung der Dispergiermittel und anderer Additive als Monofarbkonzentrate und Systemfarbkörper für die verschiedenen Lackeinsatzgebiete herstellen, wie z.B. wässrige Architekturfarben, Lösungsmittel-basierende Architekturfarben, wässrige Industriefarben, Lösungsmittel-basierende Industriefarben und auch Powder Coatings. Die Umwandlung der Farbkonzentrate zu Tabletten über eine Tablettiermaschine hat sich als nachteilig erwiesen, nicht nur wegen der daraus resultierenden Kosten, sondern insbesondere auch wegen der aufgrund der Größe der Tabletten verschlechterten Dispergiereigenschaften der damit hergestellten Lackfarben.
Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehend bezeichneten Nachteile des Standes der Technik zu beheben. Insbesondere stehen daher die Nachteile der aufwändigen Verfahrensführung im Vordergrund. Diese sollen demzufolge erfindungsgemäß vermieden werden, ohne dass die Qualität des erhaltenen Produkts bei der Verwendung in Lackfarben beeinträchtigt wird. Dieses erweisen die nachfolgend im Einzelnen näher dargestellten Vorteile, die mit der vorliegenden Erfindung verbunden sind.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Verwendung einer Pigmentpräparation zur Herstellung von Lackfarben, wobei die Pigmentpräparation Pigmente mit einer polymeren Umhüllung aus Wachs-basierten pulverigen Polymeren mit Pigment-affinen Gruppen enthält, wobei das polymere Umhüllungsmaterial einen Schmelzpunkt von 40 bis 130°C, insbesondere von 50 bis 120°C, besonders bevorzugt von 50 bis 90°C, aufweist, die Pigmente einen zahlengemittelten Durchmesser D50 von 0,5 bis 5 µm aufweisen (gemessen durch statische Lichtstreuung mit einem Laseranalysator, trocken und bei 3,5 bar), insbesondere 0,7 bis 3 µm, und die Pigmentpräparation mindestens 60 Gew.-% Pigment(e), bezogen auf das Gesamtgewicht der Pigmentpräparation, enthält.
Im Zusammenhang mit dem Begriff „polymere Umhüllung aus Wachs-basierten pulverigen Polymeren mit Pigment-affinen Gruppen“ ist noch darauf hinzuweisen, dass diese Umhüllung durchaus nur partiell sein kann, ohne dass die angestrebten Effekte bzw. Vorteile ausgeschlossen sind. Darüber hinaus könnte man unter dem polymeren Umhüllungsmaterial auch ein Dispersions- und/oder Dispergiermittel verstehen. Diese Begriffe werden auch nachfolgend verwendet.
Besonderes Kennzeichen der vorliegenden Erfindung ist ein Pigment mit einer polymeren Umhüllung vorzugsweise aus Polyester und/oder Polyacrylat, wobei diese Polymeren jeweils mit Pigment-aktiven Gruppen versehen sind.
Besonders bevorzugt ist es, dass das polymere Umhüllungsmaterial ein zahlengemitteltes Molekulargewicht von 4000 bis 33000 g/mol, insbesondere von 7000 bis 25000 g/mol aufweist.
Technologisch lässt sich die Erfindung, wie sie oben abstrakt dargestellt wurde, insbesondere im Hinblick auf die gelöste Aufgabe, wie folgt darstellen:
Die Erfindung löst obige Aufgabe durch die Verwendung von Pigmentpräparationen, die, ausgehend von pulverförmigen Pigmenten bzw. Farbstoffen, Füllstoffen und anderen pulverförmigen Zuschlagstoffen durch Benetzung mit Pigment-affinen Polymeren bzw. Benetzungs- bzw. DispergierHilfsmitteln zu freifließenden, staubarmen und leicht dispergierbaren Mikrogranulaten umgearbeitet werden. Diese weisen vorzugsweise einen Schmelzpunkt von 40 bis 130°C , insbesondere von 50 bis 120°C und besonders bevorzugt von 50 bis 90°C. Diese werden auf die zu benetzenden, pulverförmigen Substanzen unter Einwirkung hoher Scherkräfte aufgebracht. Die dafür erforderlichen Temperaturen werden durch die Dank des hohen Energieeintrags des Mischers bewirkte Friktion und/oder durch zusätzliches indirektes Beheizen des Hochenergie-Eintragsmischers mit Dampf oder Heißöl bewirkt. Dank der hohen Scherkräfte werden während des Prozesses die pulverförmigen Agglomerate zerschlagen und zugleich mit unten näher bezeichneten Polymeren und/oder Dispergierhilfsmitteln so weit benetzt, dass eine Reagglomeration unterbunden wird. Unter Beibehalten der Agitation bei geringerem Energie Eintrag und/oder durch Außenkühlung über den Doppelmantel des Mischers erstarren die zugegebenen Polymere und/oder Dispergier-Hilfsmittel und erlauben so die Ausformung von Mikrogranulaten durch langsames Abkühlen des Mischers.
Bei der Wahl der Pigmente, Farbstoffe, Füllstoffe und von anderen pulverförmigen Zuschlagsstoffen unterliegt die Erfindung keiner relevanten Einschränkung. Es kann sich um anorganische Pigmente, organische Pigmente, aber auch um Ruß sowie Farbstoffe handeln, sofern diese im Rahmen der erfindungsgemäßen Verwendungslehre ihre physikalische Integrität bewahren, d.h., sich nicht auflösen. Das Nichtauflösen von Farbmitteln, bei denen es sich insbesondere um klassische Pigmente handelt, bedeutet deren Eignung für die erfindungsgemäßen Zwecke. Dass hier keine relevante Einschränkung bei den Pigmenten existiert, ergibt sich daraus, dass eine große Zahl von Pigmenten im Rahmen der Erfindung Eignung zeigt. Dies ergibt sich auch aus der nachfolgenden Aufzählung (Pigmente nach Farbe, Pigmentgrad und Colour-Index):
Blau (Idanthron, P. Blu 60; Phthalo Blue Alfa, P. Blu 15:0; Phthalo Blue Alfa, P. Blu 15:1; Phthalo Blue, P. Blu 15:2; Phtalo Blue Beta, P. Blu 15:3; Phthalo Blue, P. Blu 15:4), Braun (Chromtitanat, P. Br. 24), Gelb (Antrachinion, P. Yellow 199; Benzimidazolon, P. Yellow 151; Benzimidazolon, P. Yellow 180; Chinoftalon, P. Y. 138; Diarilid, P. Yellow 83; Diarylid, P. Yellow 17; Disazo-Kondensation, P. Yellow 128; Disazo-Kondensation, P. Yellow 93-94-95; Gemischtes Metalloxid, P. Yellow 216; Irgalite, P. Yellow 13; Irgalite, P. Yellow 14; Irgalite, P. Yellow 62; Irgalite, P. Yellow 83; Isoindlinon, P. Yellow 109; Isoindlinon, P. Yellow 110; Isoindolin, P. Y. 139; Monoazo, P. Yellow 168; Monoazo, P. Yellow 62; Monoazoico, P. Y. 74; Monoazoico, P. Yellow 65; Wismuthvanadat, P. Yellow 184; Yellow Iron Oxide, P. Yellow 119; Yellow Iron Oxide, P. Yellow 42), Grün (Phthalo Green, P. G. 7; Phthalo Green, P. G. 36), Orange (Azo, P. Orange 83; Benzimidazolon, P. Orange 64; Dianisidin, P. Orange 16; Dichetopirrolpirolo (DPP), P. Orange 71; Dichetopirrolpirolo (DPP), P. Orange 73; Disazopirazolon, P. Orange 34; Isoindolin, P. Orange 61), Rot (Antrachinon, P. Red 177; Azo, P. Red 60; Azoico-Naftol AS, P. Red 170; Azoico-Naftol AS, Pig. Red. 146; Azo-Kondensation, P. Red 214; Benzidin, P. Red 38; Chinacridon, P. Red 122; Chinacridon, P. Red 207; Cinquasia Magenta, P. Red 202; Dichetopirrolpirolo (DPP), P. Red 254; Dichetopirrolpirolo (DPP), P. Red 255; Disazo-Kondensation, P. Red 144; Disazo-Kondensation, P. Red 166; Perylen, P. Red 179; Red Iron Oxide, P. Red 101; Single Azo, P. Red 185), Schwarz (Carbon Black, P. B. 6; Carbon Black, P. B. 7), Violett (Chinacridon, P. Violet 19; Dioxazine, P. Violet 23; Dioxazine, P. Violet 37) und Weiß (Titandioxid, P. White 6).
Damit sich auf den Pigmenten anhand des nachfolgend beschriebenen Verfahrens eine feste polymere Umhüllung ausbildet, ist es insbesondere wichtig, dass die eingesetzten polymeren Materialien, insbesondere in Form von Polyestern und/oder Polyacrylaten, Pigment-affine Gruppen aufweisen. Die wünschenswerten Pigment-affinen Gruppen sind insbesondere aromatische Ringe, Polyether, Wasserstoff bindende Gruppen, Stickstoff enthaltende Gruppen, zum Beispiel primäre, sekundäre und tertiäre Amin- und Amid-, Imid- und Imin-haltige Gruppen, Carbonsäure-, Hydroxy-, Carbonyl- und Carboxylgruppen. Auch können sich die Pigment-affinen Gruppen als Teil eines Polymergerüsts oder einer inkorporierten Seitenkette darstellen. Die derartig definierten Polymeren mit Pigment-affinen Gruppen zeigen bei der Herstellung der erfindungsgemäß herangezogenen Pigmentpräparation benetzende und gleichzeitig dispergierende Eigenschaften, demzufolge eine wünschenswerte Doppeleigenschaft. Dies bedeutet, dass sie im Stande sind, die Grenzflächenbindungskräfte der Agglomeration von primären Pigmentpartikeln zu reduzieren, d.h., die primären Pigmentteilchen derartig zu stabilisieren, dass eine Re-Agglomeration weitgehend vermieden wird.
Ergänzend ist noch darauf hinzuweisen, ohne hierin eine bindende Theorie zu sehen, dass die erfindungsgemäß herangezogenen polymeren Umhüllungsmaterialien mit Pigment-aktiven Gruppen, insbesondere Polyester und/oder Polyacrylate mit Pigment-affinen Gruppen, in ihrer besonders vorteilhaften Ausführungsform Wachse bzw. wachsähnliche Substanzen bzw. Wachs-basierte pulverige Verarbeitungsadditive darstellen. Zwar gibt es keine konkrete Definition von Wachs und wachsähnlichen Stoffen. So findet man in der Fachliteratur den Hinweis, dass aufgrund der zahlreichen Stoffgruppen, die wachsartiges Verhalten zeigen (welche in der Praxis zudem häufig als Stoffgemische auftreten), bis heute keine exakte Definition für Wachse gefunden werden kann. Hier könnte man sich an folgende Wachsdefinition anlehnen: „Ein Stoff wird als Wachs bezeichnet, wenn er bei 20°C knetbar, fest bis brüchig-hart ist, eine grobe bis feinkristalline Struktur aufweiset, farblich durchscheinend bis opak, aber nicht glasartig ist, ohne Zersetzung schmilzt, wenig oberhalb des Schmelzpunktes leicht flüssig (wenig viskos) ist, eine stark temperaturabhängige Konsistenz und Löslichkeit aufweist sowie unter leichtem Druck polierbar ist“, wobei hier der bevorzugte Bereich für den Schmelzpunkt von 50°C bis 120°C gilt. Demzufolge hat diese Definition im Rahmen der praktischen Verwirklichung vorliegender Erfindung eine gewisse Bedeutung.
Im Hinblick darauf, dass die erfindungsgemäß eingesetzten Polyester und/oder Polyacrylate in Einzelfällen vorteilhaft Wachse sind bzw. wachsartig sind, demzufolge der obigen Definition von Wachsen mehr oder weniger folgen, ist es denkbar, als Ersatz der vorteilhaften polymeren Umhüllungsmaterialien mit Pigment-affinen Gruppen, insbesondere die entsprechenden Polyester bzw. Polyacrylate andere Verbindungen, wenngleich nicht gleichermaßen erfolgreich, einzusetzen. Hierbei kann es sich um Polyether, Copolymere von Styrol und Polyethern, Amiden von Maleinsäure, amphiphile Copolymere, Polyester-basierte Blockcopolymere sowie modifizierte Polysiloxane mit Epoxid- oder UrethanGruppen sowie Polyurethane mit Pigment-affinen Gruppen handeln, wobei die obigen Verbindungen jeweils mit Pigment-affinen Gruppen modifiziert sind.
Unter Polyester im Rahmen der Erfindung sollen auch Polyester-basierte BlockCopolymere sowie Polyester-Polyamin-Polyol-Terpolymere fallen. Als zusätzlich geeignete Umhüllungsmaterialien können noch benannt werden: säuremodifizierte Polyester, insbesondere Fettsäure-modifizierte Polyester (CliQSPERSE 126, CliQSPERSE 132-2 und CliQSPERSE 133), Polyetherphosphat (TEGO DISPERS 651 oder TEGO DISPERS 653), Natriumpolyacrylat (TEGO DISPERS 715W), modifiziertes Polyacrylat (Dispex Ultra PA4560). Darüber hinaus sind noch folgende Handelsprodukte anzugeben: (NUOSPERSE FN 260), (SILCO SPERSE HLD-9/A), (SILCO SPERSE HLD-9/M), (SILCO SPERSE HLD-11/C) und (SILCO SPERSE HLD-18/AJ).
Ferner sind, dies auch unter Angabe von Handelsbezeichnungen, im Rahmen der Erfindung als geeignet zu bezeichnen, wobei die in Klammern angegebenen Abkürzungen „W“ und „S“ darauf hinweisen, in welcher Lackpräparation diese vorteilhafterweise eingesetzt werden. „W“ bedeutet „wässrig“ und „S“ „organisches Lösungsmittel“:

Keton-Polyether (W) (Ego:Vari+EP-UC und T ADD Bond LDH, von Evonik,
Ligninsulfonat (N75D von Avebene Aquitane),
Acryl-Harz (W) (Tegalan 1035 F-DEG. VPTW) von Evonik/Röhm,
Joncryl 682-690-678-HDP 671 (BASF),
Styrol-Maleinsäureanhydrid-Copolymerester (SMA1440-17352-2625-3840),
(S)-Aldehyd (Laropal A101-A81 (BASF),
Ketone (Laropal K80-LR9008 (BASF),
Keton-Harze (Laropol A110-A81-K80-UK 100),
Acrylharz (Joncryl 67-690-586-611),
Acrylharze (Neocryl D817-D731, Macrynal, Ladur, Maprenal),
Styrol-Maleinsäureanhydrid (SMA 1000-2000-3000),
Styrol-Maleinsäureanhydrid.-Ester (SMA 1440-2625-3840-17352),
Alkyd (Aklkyday),
Cellulosepolyester (Nitrocellulose (SIPS-N-P-E von Wolf),
Celluloseacetatbutyrat (Kodak),
Vinylharze (Inylite/Unicarbide),
Harnstoff- oder Melamin-Harze (Plastopal-Cebamin-Cymel-U-Resin (Cyanamid),
Epoxy- oder Kohlenwasserstoff-Harze (Necires),
Silikonharze (Silikophen (Teger) oder Rodorsil (Ropulan),
chlorierter Gummi (Pergut oder Aluprene),
reine oder Urethan-Polyester oder Mischungen davon,
Polyester „Kristalline 5000 g/Mol-86C-Second: 2000 g/Mol, ethoxylierte Sorbitanester, z.B. Atmer 116-Atmer 216 (von der Fa. Unichema), Spezialadditive, die auf Polymeren aufbauen, aber von ihren Herstellern nicht näher bezeichnet werden: wie z.B. Disperbyk 163-181-190-9076 (von der Fa. BYK (oder FK4330-7744 (von der Fa. EFKA) oder Ircogel 906 bzw. Nuosperse FA196.

Zur Frage der Funktion des „Umhüllungsmaterials“ ist noch anzumerken, dass die Umhüllung als solche in Einzelfällen auch nur teilweise vorliegen kann, ohne dass der angestrebte technische Erfolg beeinträchtigt wird. Man könnte im Einzelnen auch davon ausgehen, dass das erfindungsgemäße polymere Umhüllungsmaterial eine Benetzungsfunktion ausübt und diese letztlich zu dem erfindungsgemäß erzielbaren technischen Erfolg führt. Bei der Weiterverarbeitung der erfindungsgemäß eingesetzten Pigmentpräparation in Lackfarben kommt dem polymeren Umhüllungsmaterial noch die zusätzliche Funktion der Begünstigung der Dispergierung zu. Demzufolge könnte man darin auch ein Dispersionsmittel sehen.
Im Rahmen der erfindungsgemäßen Lehre der Verwendung einer Pigmentpräparation zur Herstellung von Lackfarben ist es bevorzugt, wenn die Pigmentpräparation in Form a) eines freifließenden Minigranulats einer Partikelgröße von 80 bis 350 µm, insbesondere von 120 bis 250 µm, und/oder b) eines freifließenden Mikrogranulats einer Partikelgröße von 10 bis 80 µm, insbesondere von 20 bis 70 µm, vorliegt.
Gleichermaßen bevorzugt ist es, wenn der mittlere Partikeldurchmesser D10 mindestens eines Pigments 0,5 bis 1 µm beträgt.
Für die erfolgreiche Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ist es zweckmäßig, dass die Pigmentpräparation mindestens 60 Gew.-% Pigment(e), bezogen auf das Gesamtgewicht der Pigmentpräparation, enthält. Es hat sich gezeigt, dass es vorteilhaft ist, wenn in den umhüllten Pigmenten auf 1 Gewichtsteil polymeres Umhüllungsmaterial etwa 3 bis 12 Gewichtsteile Pigment, insbesondere 5 bis 10 Gewichtsteile Pigment, entfallen. Die Erfindung wird besonders erfolgreich praktiziert, wenn die Pigmentpräparation mindestens 70 Gew.-%, insbesondere mindestens 85 Gew.-% und besonders bevorzugt mindestens 90 Gew.-% Pigmente enthält.
Der erfindungsgemäß verwendeten Pigmentpräparation können im Hinblick auf den jeweiligen Verwendungszweck in zielgerichteter Weise Additive beigefügt werden. Dabei steht dem Fachmann eine Gruppe von vorteilhaften Additiven zur Verfügung, so insbesondere in Form von Hitzestabilisatoren, Antioxidantien, Lichtstabilisatoren, insbesondere UV-Stabilisatoren, antistatischen Mitteln, thermisch leitenden Additiven, Anti-Blockierungsadditiven, Anti-Kollaps-Additiven, Füllstoffen, Antifibrillierungsmitteln, Verarbeitungshilfsmitteln, Expandiermitteln, Trocknungsadditiven, Kompatibilitätsadditiven, Schmiermitteln, Keimbildungsadditiven, Klärungsadditiven, Flammschutzmitteln, optischen Aufhellern, Markeradditiven und Gleitmitteln besteht. Es hat sich gezeigt, dass die Füllstoffe insbesondere in Form von Calciumcarbonat, Kaolin, Bariumsulfat, Talk, Wollastonit, Siliziumdioxid, Rauchquarz und/oder Glimmer vorliegen.
Zu den vorstehend abstrakt bezeichneten Additiven sollen nachfolgend einige bevorzugte Materialien, die darunter fallen, bezeichnet werden. Hierbei handelt es sich um bevorzugte Ausgestaltungen. Hitzestabilisatoren: Organophosphite und phenolische Antioxidantien; thermisch leitende Additive: thermisch leitende Kunststoffe, Graphit, Aluminiumnitrit und Bornitrit; Anti-Blockierungsadditive: Siliziumdioxid, Talk, Calciumcarbonat, Aluminiumoxid-Silikatkeramiken, Glimmer, Bis-Amide, primäre und sekundäre Amide, organische und metallische Stearate: antistatische Mittel: Gylcolmonostearat, ethoxylierte Fettsäureamine, elektrisch leitende Füllstoffe; UV-Stabilisatoren: Benzophenone, Benzotriazole; Antifibrillierungsmittel: Calciumcarbonat und natürlicher und synthetischer Gummi; Verarbeitungshilfsmittel: ausgefälltes Calciumcarbonat und Metallstearate; Expandiermittel: aliphatische Kohlenwasserstoffe; Kompatibilitätsadditive: Stearinsäure, Benzoesäure, Schmiermittel, Molybdänsulfid und Graphit; Keimbildungsadditive, Isophthal- und Terephthalsäure, Natriumbenzoat; Flammschutzmittel: halogenierte organische Verbindungen; optische Aufheller: Derivate vom Bis-Benzoxazol-Typ; Gleitmittel: ungesättigte Fettsäureamide, sekundäre Amide und Wachse; Antioxidantien (phenolische Verbindungen), sterisch gehemmte Phenole, Phosphite; Lichtstabilisatoren: gehemmte Amine, Benzophenon und Benzotriazol. Es hat sich gezeigt, dass die Füllstoffe insbesondere in Form von Calciumcarbonat, Kaolin, Bariumsulfat, Talk, Wollastonit, Siliziumdioxid, Rauchquarz und/oder Glimmer vorliegen.
Es gibt auch die aus der praktischen Anwendung der Erfindung gewonnene Erkenntnis, wonach bestimmte Bestandteile möglichst nicht vorliegen sollten. Es handelt sich dabei beispielsweise um Wasser. Vorzugsweise enthält die erfindungsgemäß verwendete Pigmentpräparation weniger als 3 Gew.-% Wasser.
Es gibt eine Anzahl weiterer vorteilhafter Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Verwendungslehre. So ist es bevorzugt, dass für die Herstellung der Lackfarben ein Färbesystem herangezogen wird, das eine Vielzahl von Pigmentpräparationen des gewünschten Farbtons umfasst, erhältlich durch trockenes Mischen von zwei oder mehreren Pigmentpräparationen nach mindestens einer der vorstehenden Ausbildungen der erfindungsgemäßen Verwendungslehre. Der Gedanke des universellen Färbesystems soll wie folgt erläutert werden: Durch eine begrenzte Zahl von Grundfarben, entsprechend einem begrenzten Satz von nur 10 bis 30 Mono-Pigmentpräparationen mit unterschiedlichen Farbtönen, die zur Herstellung von Lackfarben geeignet sind: Diese geringe Anzahl von Mono-Pigmentpräparationen der Erfindung erlaubt die Herstellung einer unbegrenzten Anzahl von Farbtönen durch einfaches trockenes Mischen der freifließenden Mono-Pigmentpräparationen der Erfindung (z.B. 15-21) oder aber auch durch getrennte, genau dosierte Zugabe der einzelnen Mono-Pigmentpräparationen zur noch unigefärbten weißen Basisfarbe.
Die physische Form der erfindungsgemäß verwendeten Pigmentpräparationen in Form von freifließenden Mini- oder Mikrogranulaten eignet sich besonders, wenn diese in automatischen Farbsystemen eingesetzt werden.
Endgültiges Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, anhand der angesprochenen Verwendungslehre Lackfarben zu gewinnen, insbesondere flüssige Lackfarben sowie Pulverlacke für die nachfolgend angesprochenen Verwendungszwecke. Unabhängig davon, welche Lackfarben durch die erfindungsgemäße Verwendungslehre anfallen, könnte der erfindungsgemäße Grundgedanke, der sich in den Lackfarben als solche erweist, wie folgt dargestellt werden: Lackfarben, erhältlich mit einer Pigmentpräparation nach irgendeiner der vorhergehenden Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verwendungslehre in Verbindung mit üblichen Bestandteilen von Lackfarben, insbesondere in Form von Bindemitteln, flüchtigen Lösemitteln und gegebenenfalls Füllstoffen.
Eine vorteilhafte Weiterbildung dieser erfindungsgemäßen Lackfarben besteht darin, dass das Bindemittel auf Filmbildnern, Harzen und/oder Weichmachern beruht. Unter den Filmbildnern bzw. Bindemitteln können beispielhaft bzw. auch bevorzugt herausgestellt werden: Alkydharze, Epoxidharze, Polyester, Polyurethane, Cellulosenitrat, Bitumen, Polystyrol, Polyacrylate sowie sonstige acrylpolymere Pulverlacke, Silikat-basierende Bindemittel, Leim-basierende Bindemittel, Silikonharze und sonstige synthetische Polymere sowie natürliche Polymere. Fachmännisch sind hier noch anzugeben, wobei der Marktanteil in Prozent bezeichnet ist: Vinyl/Styrol-Copolymer (etwa 25%), Acrylate (etwa 24%), Alkyd-Polymere (etwa 20%), Epoxide (etwa 9%), ungesättigte Polyester (etwa 6%) und Polyurethane (etwa 6%).
Ferner sei auf in Frage kommende Lösemittel verwiesen: Lösemittel sind der flüssige Träger der übrigen Lackbestandteile, die es erlauben, den späteren Lackfilm flüssig aufzutragen und nach Farbauftrag das Lösemittel zu verdunsten. Die wichtigsten Vertreter sind Wasser und Kohlenwasserstoffe.
Werden Füllstoffe einbezogen, so handelt es sich hierbei insbesondere um Calciumcarbonat, Aluminiumsilikat, sonstige Silikate, wie Kaolin und Talg, Kreide, Dolomit, Baryt, kristalline Kieselsäure, Aluminium-Magnesium-Hydroxide, Metalloxide, Glasfasern und/oder Glimmer.
Da es sich bei den erfindungsgemäßen Lackfarben insbesondere um flüssige Lackfarben handelt, enthalten diese demzufolge ein Lösungsmittel. Das Lösungsmittel muss so gewählt werden, dass es den erfindungsgemäßen Grundgedanken, nämlich Pigmente mit polymerer Umhüllung, nicht unterläuft. Demzufolge muss die Grundstruktur der erfindungsgemäß eingesetzten Pigmentpräparation erhalten bleiben und nicht dadurch gestört werden, dass die polymere Umhüllung, insbesondere aus Polyester und/oder Polyacrylat, aufgehoben wird. Daher hat sich als Lösungsmittel Wasser als besonders geeignet erwiesen. Dieses ist unter Umweltschutzgesichtspunkten besonders wertvoll.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Lackfarben unterliegt die Erfindung ebenfalls keinen wesentlichen Beschränkungen. So kann beispielsweise das erfindungsgemäß in Betracht zu ziehende Vorprodukt in Form der Pigmentpräparation mit ca. 40 bis 60 Gew.-% Bindemittel in einem Extruder, insbesondere Doppelschneckenextruder, extrudiert werden. Bei der Festlegung des Gehalts der erfindungsgemäßen Lackfarben an der erfindungsgemäßen Pigmentpräparation unterliegt der Fachmann keinen kritischen Einschränkungen. Hier wird er, dies in Abhängigkeit von dem Verwendungsbereich sowie unter Berücksichtigung des jeweiligen Lösungsmittels, einen optimalen Gehalt einstellen. In der Regel weisen die erfindungsgemäßen Lackfarben einen Pigmentgehalt (ohne Umhüllung) von etwa 10 bis 40 Gew.-%, insbesondere 20 bis 35 Gew.-%, auf.
Bei der Wahl des für die Herstellung der erfindungsgemäßen verwendeten Pigmentpräparation herangezogenen Verfahrens unterliegt der Fachmann nur insofern einer kritischen Anforderung, als hier hohe Scherkräfte beim Vermischen der Pigmente mit den polymeren Umhüllungsmaterialien mit Pigment-affinen Gruppen, insbesondere den Polyestern und/oder Polyacrylaten, jeweils mit Pigment-aktiven Gruppen, zur Einwirkung kommen müssen. Daher wird lediglich beispielhaft bzw. bevorzugt auf folgende geeignete Verfahren eingegangen. Herangezogen wird stets ein Hochenergie-Eintragsmischer: Es handelt sich vorzugsweise um einen zylindrischen Mischer mit vertikal eingerührter Misch/Mahlwerksapparatur mit mehr als zwei Flügeln. Wie alle derartigen Hochenergie-Eintragsmischer hat diese auch eine gewisse Mahlwirkung, allerdings weniger als auf Vermahlung spezialisierte Stift-Turbo- oder Strahlmühlen. In jedem Fall reicht das Aufwirbeln und die Schlagwirkung aus, um in Gegenwart der zugesetzten Polymere bei Erhitzung eine Belegung der Pigmente mit den insbesondere bei 40 bis 130°C, insbesondere 50 bis 120°C, besonders bevorzugt 50 bis 90°C flüssigen Polymeren zu bewirken und zugleich die Agglomerate so weit auseinanderzuhalten, bis eine Umhüllung der Pigmente mit den Polymeren erfolgt ist, welche eine Re-Agglomeration nach den Van der Waal'schen Kräften unterbinden. Die anschließende Granulation erfolgt dadurch, dass man bei gleicher oder auch reduzierter Drehzahl und sinkenden Temperaturen die Schlagwirkung und die Temperaturführung so einstellt, dass kleinere bis zu etwa 10 µm oder größere Mikrogranulate bis zu etwa 350 µm entstehen. Anwendungstechnisch sind kleinere Mikrogranulate vorzuziehen, weil sie eine bessere Dispergierung erbringen, d.h., dass sich diese an sich bereits relativ „weichen“ Granulaten in der Verarbeitung zu flüssigen Farben besser zerteilen lassen als größere. Dieses Verfahren soll nur beispielhaft sein.
Dem Fachmann ist es ohne Weiteres klar, wie er im Sinne der vorliegenden Erfindung verfahren muss, um hier insbesondere im Hinblick auf den Bestandteil „umhülltes Pigment“ erfolgreich vorzugehen.
Somit kann demzufolge ein weiteres vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung eines Masterbatches ohne Extrusion wie folgt dargestellt werden, umfassend: Zugeben eines festen teilchenförmigen Pigments und eines teilchenförmigen Umhüllungsmaterials zu einem Hochenergieeintragsmischer, Zumischen des Pigments und des Umhüllungsmaterials, während die Mischung bei einer Temperatur zwischen dem Erweichungspunkt und dem Schmelzpunkt des Umhüllungsmaterials gehalten wird, bis Agglomerate von Umhüllungsmaterial und Pigment gebildet werden und Abkühlen der Mischung. Das Besondere dieser technischen Verfahrenslehre besteht darin, dass ein ausgezeichnetes Produkt, das eine Leistung aufweist, die mindestens derjenigen der besten bekannten Masterbatches Farbkonzentrate entspricht, durch ein Verfahren hergestellt werden kann, das sehr einfach und energieeffizient durchzuführen ist. Jede Vorrichtung, die demzufolge ein einfaches erforderliches Mischen der Bestandteile ermöglicht, kann herangezogen werden. Derartige Vorrichtungen sind in der Technik gut bekannt. Eine geeignete Vorrichtung kann demzufolge leicht ausgewählt werden. Die Vorrichtung kann Heiz- und/oder Kühleinrichtungen aufweisen, um die Temperatur der Mischung auf einem geeigneten Niveau zu halten. Es kommt zudem oft vor, dass die Reibung zwischen den Teilchen als Ergebnis des Mischens allein genügend Wärme erzeugt, um die Temperatur auf das gewünschte Niveau anzuheben. Tatsächlich kann es in einigen Fällen sinnvoll sein, abzukühlen, um die Temperatur unter dem Schmelzpunkt des Umhüllungsmaterials zu halten. Alternativ kann die Geschwindigkeit des Mischens verringert werden, um ein Schmelzen des Trägers zu vermeiden.
Zu den Vorteilen, die mit der vorliegenden Erfindung verbunden sind, ist Folgendes festzuhalten: Die erfindungsgemäß verwendete Pigmentpräparation lässt sich in höchst einfacher Form herstellen, nämlich unter Verwendung einer im Stand der Technik ohne Weiteres verfügbaren Mischeinrichtung der oben bezeichneten Art. Der besondere Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, dass die erfindungsgemäße Pigmentpräparationen in vorteilhafter Weise in Lacke, welcher Art auch immer, eingebracht werden können.
Darüber hinaus können den Lacken zusätzlich Dispergierhilfsmittel bzw. die erfindungsgemäß bezeichneten polymeren Umhüllungsmaterialien mit Pigment-affinen Gruppen beigegeben werden: Dispergierhilfsmittel sind Brückenbildner zwischen den pulverigen Bestandteilen eines Lacksystems und dessen Bindemittel, also dem späteren Hauptbestandteil des Lackfilms. Im Wesentlichen geht es darum, dass diese Dispergierhilfsmittel eine ebenso hohe Affinität zu den pulverigen Rohstoffen, wie Pigmenten und Füllstoffen, haben, wie zu den endgültigen Bindemitteln als Trägermaterial des Lacks. Vorzugsweise dienen diese Dispergierhilfsmittel als Substanzen zur Benetzung der Oberflächen pulveriger Materialien, wie z.B. Pigmenten, oder zur Reduzierung der van der Waal'schen Kräfte während der Herstellung der Präparation, um die Tendenz zur Re-Agglomeration der pigmentären Primärteilchen auf ein Minimum zu reduzieren, zumindest so lange, bis sie durch Dispergiermittel in Form von Wachsen weniger re-agglomerationsanfällig geworden sind. Die optimale, auf pulverige Zuschlagstoffe aufbauende Präparation kommt mit einem Minimum der zuvor genannten Dispergiermittel aus, weil diese in der Regel außer ihrer Funktion als Dispergiermittel keinen weiteren funktionalen Beitrag zur Verbesserung eines Lacksystems leisten. Die Kunst besteht also darin, aus pulverigen Zuschlagstoffen für Lacke - im Fall von Pigmenten werden diese als Farbkonzentrate bezeichnet - mit möglichst wenig Einsatz von Dispergierhilfsmittel herzustellen, die zudem eine möglichst hohe Kompatibilität mit dem für die Lackkomposition bestimmenden Bindemittel aufweisen. Unter Dispergierhilfsmitteln, welche primär der Tendenz zur Re-Agglomeration pulveriger Zuschlagstoffe bei Entwicklung hoher Scherkräfte (Misch/Mahlprozess) entgegenwirken, sei auf die vorstehend angegebenen Auflistungen von polymeren Umhüllungsmaterialien im Sinne der erfindungsgemäßen Lehre verwiesen. Besonders bevorzugt ist der Einsatz von Wachsen, die nicht nur mit Bindemitteln aus der gleichen chemischen Familie kompatibel sind, sondern darüber hinaus auch mit anderen Polymeren bzw. Bindemitteln, weil dadurch die Einsatzbreite der daraus hergestellten Farbkonzentrate bzw. Funktionalpräparationen erweitert wird.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung sind insbesondere darin zu sehen, dass die polymeren Wachse als Dispergierhilfsmittel bzw. Benetzungsmittel, im Sinne der Erfindung polymeres Umhüllungsmaterial, zu einem Schmelzpunkt von 40 bis 130°C, vorzugsweise von 50 bis 120°C, insbesondere von 50 bis 90°C, aufweisen. Die Nachteile des Standes der Technik werden zudem durch eine gezielte Temperaturverlaufsführung des Hochenergieeintragsmischers behoben. Dies ermöglicht nach Abschluss der Benetzung der pulverigen Substanzen mit den Polymeren und Dispergierhilfsmitteln eine gezielte Granulation von Mikrogranulaten mit einer durchschnittlichen Teilchengröße, die von 20 bis 200 µm reicht, je nach Anwendungsgebiet und Qualitätsanforderung. Derartige Farbkörper eignen sich hervorragend als Systemcolorants, weil sie sich erheblich leichter dosieren lassen als Pulverpigmente oder Tabletten. Für die erfindungsgemäße Lehre sind im Prinzip alle marktgängigen Hochenergieeintragsmischer, wie Plough Share L 10 von Lödige oder der Mixaco CM 30 (Labormaschine) oder Mixaco CM 60 (Betriebsmaschine) geeignet. Entscheidend für die Herstellung leicht dispergierbarer und freifließender und dosierbarer Monofarbkonzentrate sind die Zuschlagstoffe und die Temperaturführung bei der Herstellung der Farbkonzentrate.
Abschließend soll darauf hingewiesen werden, dass der Gegenstand der Erfindung sich nicht nur aus den nachfolgenden Ansprüchen ergibt. Vielmehr soll diesem Gegenstand auch die im Rahmen der erfindungsgemäßen Verwendungslehre definierte Pigmentpräparation zugeordnet sein, dies auch mit ihren vielfältigen vorteilhaften Ausgestaltungen, auf die in den Ansprüchen, wie auch vorstehend, eingegangen wurde. Das heißt, dass hierbei auch der Kerngedanke der vorliegenden Erfindung Berücksichtigung findet, dass Pigmente in der beschriebenen Weise mit einer polymeren Umhüllung versehen sind.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Beispielen noch näher erläutert werden:
Beispiele 1 bis 16
In einer Hochenergieeintragsmühle werden verschiedene Weiß-, Schwarz- und Farbpigmente mit wachsartigen Polymeren und/oder weiteren Dispergierhilfsmitteln gemäß der erfindungsgemäßen Lehre unter Einwirkung hoher Scherkraft in Hochenergieeintragsmischern verarbeitet. In Abhängigkeit von der jeweiligen Mühlenkonstruktion werden unterschiedliche Umfangsgeschwindigkeiten und Zeitsequenzen gefahren. Ziel-Kriterium für diese Verfahrensweise sind die maximal zu erzielenden Temperaturen durch die einwirkenden Scherkräfte, wobei grundsätzlich einige Minuten bei geringer Drehzahl angefahren wird, dann über 5 bis 10 Minuten auf etwa mittlerer Maximalleistung der Maschine gefahren wird, gefolgt von einem kurzen Laufintervall von etwa 2 bis 5 min bei voller Leistungskraft und abschließend Rückführung auf 1/3 bis 1/2 Leistungskraft während eines abschließenden Endlaufs, währenddessen das Material langsam abkühlt und granuliert.
Verschiedene für die Lackindustrie typische Pigmente werden unter Einsatz verschiedener Mengen an Bindemitteln, an Polymeren und Dispergierhilfsmitteln verarbeitet. Grundsätzlich ist zu beobachten, dass bei einer Erhöhung der Spitzentemperatur die resultierenden Mikrogranulate eine höhere durchschnittliche Teilchengröße aufweisen als bei der Fahrweise mit niedrigeren Temperaturen. Ferner war zu beobachten, dass die Dispergier-Eigenschaften von Mikrogranulaten in Lackfarben zu besseren koloristischen Eigenschaften führen als der Einsatz von Minigranulaten, die einen größeren Teilchendurchmesser haben.

In den nachfolgenden Tabellen 1 und 2 werden die jeweiligen Rezepturen bei den verschiedenen Versuchen (jeweils 8 Versuche) näher bezeichnet. Tabelle 1

Beispiel	1	2	3	4	5	6	7	8
Lösungsmittel-basiert/ Pulverbeschichtunq	PBI 7	PBI 7	PY 42	PR 101	PW 6	PY 184	PY 138	PR 254
Pigment Laropal 81 Disperplast 1018 (BYK)	75% 10% 15%	75% 25%	90% 5% 5%	90% 10%	90% 3% 7%	85% 15%	80% 10% 10%	85% 15%
Maximale Temperatur ∅ Teilchengröße	70 °C 30 µm	70 °C 30 µm	90 °C 40 µm	105 °C 50 µm	100 °C 100 µm	100 °C 100 µm	70 °C 30 µm	70 °C 30 µm

Tabelle 2

Beispiel	9	10	11	12	13	14	15	16
Wasserbasierend	PBI 7	PBI 7	PY 42	PR 101	PW 6	PY 184	PY 138	PR 254
Pigment	75%	75%	90%	90%	90%	85%	80%	85%
Joncryl-Harz	10%		5%		5%	5%	5%
Disperplast 1018 (BYK)	10%	20%	5%	10%		10%	10%	15%
Maximale Temperatur	70 °C	70 °C	95 °C	100 °C	110 °C	100 °C	90 °C	85 °C
∅ Teilchengröße	20 µm	30 µm	30 µm	100 µm	100 µm	80 µm	40 µm	40 µm

Die in obiger Weise erhaltenen Produkte bzw. auch die Verfahrensführung zeigen die angesprochenen Vorteile der Erfindung in vollem Umfang:
In allen Fällen wird staubarmes, rieselfähiges und damit leicht dosierbares und dispergierbares Monofarbkonzentrat erzielt. Der Pigmentgehalt der Präparationen liegt in allen Fällen sehr hoch, so dass die Kompatibilität der so hergestellten Farbkonzentrate in verschiedenen Lacksystemen unerreicht hoch liegt. Das alles ist von Vorteil für den Einsatz zur vereinfachten Herstellung von Farben und Lacken und insbesondere ein Vorteil für den Einsatz dieser Farbkonzentrate in Form von Systemfarben. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die erste Gruppe der Beispiele belegt, dass derartig formulierte Farbkonzentrate universell für Lösungsmittel-haltige Farben und zugleich auch für Powder Coatings eingesetzt werden können.
Beispiel 17: Präparationen für lösemittelhaltige Beschichtungen
6000 g Rußschwarz-Pigment (PBk 7, Carbon Black N326 der Firma Omsk Carbon Group OOO) und 2000 g des Hartharzes TEGO VariPlus TC (der Firma Evonik Resource Efficiency GmbH) werden mittels eines diskontinuierlichen Heiß-Kalt-Mischers mit Schnellläufer-Rotoren vermischt und vermahlen und durch An/Aufschmelzen mit nachfolgender Abkühlung zu frei fließenden Granulaten verbunden. Als Prozessparameter wurde eine Minute bei geringer Scherung (ca. 5 m/s) vermischt, 12 Minuten bei mittelhoher Scherung (ca. 12 m/s) vermahlen und anschließend für fünf Minuten bei hoher Scherung (ca. 20 m/s) aufgeschmolzen. Hierbei wurde eine maximale Temperatur von 80 °C erreicht.
Die erhaltenen staubfreien Mikrogranulate zeigten eine mittlere Granulatgröße von 30 µm.
Beispiele 18 bis 25

Weitere Ansätze (jeweils 8) ähnlicher Natur sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst: Tabelle 3

Beispiel	18	19	20	21	22	23	24	25
Lösungsmittel-basiert/ Pulverbeschichtunq	PBk 7	PBk 7	PY 42	PR 101	PW 6	PY 184	PY 138	PR 254
Pigment	75%	75%	90%	90%	90%	85%	80%	85%
TEGO® VariPlus	15%	25%	10%	10%	10%	15%	10%	10%
TC Disperplast 1018 (BYK)	10%						10%	5%
Maximale Temperatur	80 °C	80 °C	90 °C	90 °C	90 °C	90 °C	80 °C	80 °C
∅ Teilchengröße	30 µm	20 µm	40 µm	50 µm	100 µm	100 µm	20 µm	20 µm

Beispiel 26: Präparationen für wässrige Beschichtungen
5400 g Titanweiß-Pigment (PW 6, KRONOS 2190 der Firma KRONOS Titan GmbH) und 300 g des Dispergierharzes Joncryl ECO 694 (der Firma BASF SE) und 300 g des Dispergiermittels TEGO Dispers 740 W (der Firma Evonik Resource Efficiency GmbH) werden mittels eines diskontinuierlichen Heiß-Kalt-Mischers mit Schnellläufer-Rotoren wie in den vorangegangenen Beispielen verarbeitet. Als Prozeßparameter wurde eine Minute bei geringer Scherung (ca. 5 m/s) vermischt, 15 Minuten bei hoher Scherung (ca. 22 m/s) vermahlen und anschließend für fünf Minuten bei sehr hoher Scherung (ca. 30 m/s) aufgeschmolzen. Hierbei wurde eine maximale Temperatur von 90°C erreicht. Die erhaltenen staubfreien Mikrogranulate zeigten eine mittlere Granulatgröße von 50 µm.
Die obige Pigmentpräparation lässt sich im Industrielack- und Bautenschutzbereich einsetzen, wobei hierbei folgende Bindemittelsysteme eine Rolle spielen: lösemittelhaltige Vinyl-/Styrol-Copolymere, lösemittelhaltige Acrylate sowie lösemittelhaltige Alkyde.
Beispiele 27 bis 34

Weitere Ansätze ähnlicher Natur sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst: Tabelle 4

Beispiel	27	28	29	30	31	32	33	34
Wasserbasiert	PBk 7	PBk 7	PY 42	PR 101	PW 6	PY 184	PY 138	PR 254
Pigment	75%	75%	90%	90%	90%	85%	80%	85%
Joncryl Harz	15%	20%	5%	5%	5%	5%	10%	10%
Tego Dispers 740W	10%	5%	5%	5%	5%	10%	10%	5%
Maximale Temperatur	80 °C	80 °C	90 °C	90 °C	90 °C	90 °C	80 °C	80 °C
∅ Teilchengröße	20 µm	30 µm	30 µm	50 µm	50 µm	80 µm	40 µm	40 µm

Die oben bezeichneten Pigmentpräparationen können Einsatz in vielen Anwendungen im Industrielackbereich und in Fassadenfarben sowie sonstigen Bautenfarben finden. Hier sind folgende Bindemittelsysteme zu bezeichnen: wässrige Acrylat- sowie wässrige Silikonacrylat-Dispersionen sowie wässrige Alkydsysteme.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

CA 13321981994 [0010]
WO 9801498 A1 [0011]
US 8802752 B1 [0017]
US 2010/0081745 A1 [0017]
US 2013/0213268 A1 [0018]

Claims

Verwendung einer Pigmentpräparation zur Herstellung von Lackfarben, wobei die Pigmentpräparation Pigmente mit einer Umhüllung aus Wachs-basierten Polymeren mit Pigment-affinen Gruppen enthält, wobei das polymere Umhüllungsmaterial einen Schmelzpunkt von 40 bis 130°C, insbesondere von 50 bis 120°C, aufweist, die Pigmente einen zahlengemittelten Durchmesser D50 von 0,5 bis 5 µm aufweisen (gemessen durch statische Lichtstreuung mit einem Laseranalysator, trocken und bei 3,5 bar), insbesondere 0,7 bis 3 µm, und die Pigmentpräparation mindestens 60 Gew.-% Pigment(e), bezogen auf das Gesamtgewicht der Pigmentpräparation, enthält.
Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das polymere Umhüllungsmaterial auf Polyester und/oder Polyacrylat basiert.
Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in den umhüllten Pigmenten auf 1 Gewichtsteil polymeres Umhüllungsmaterial etwa 3 bis 12 Gewichtsteile Pigment, insbesondere 5 bis 10 Gewichtsteile Pigment, entfallen.
Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pigmentpräparation mindestens 70 Gew.-%, insbesondere mindestens 85 Gew.-% und besonders bevorzugt mindestens 90 Gew.-% Pigment enthält.
Verwendung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Pigmentpräparation in Form a) eines freifließenden Minigranulats einer Partikelgröße von 80 µm bis 350 µm und b) eines freifließenden Mikrogranulats einer Partikelgröße von 10 µm bis 80 µm vorliegt.
Verwendung nach Anspruch 5, wobei die Pigmentpräparation in Form a) eines freifließenden Minigranulats einer Partikelgröße von 120 bis 250 µm und b) eines freifließenden Mikrogranulats einer Partikelgröße von 20 bis 70 µm vorliegt.
Verwendung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Partikeldurchmesser D10 mindestens eines Pigments 0,5 bis 1 µm beträgt.
Verwendung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Pigmentpräparation weniger als 3 Gew.-% Wasser enthält.
Verwendung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Pigmentpräparation des Weiteren mindestens ein Additiv enthält, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Hitzestabilisatoren, Antioxidantien, Lichtstabilisatoren, insbesondere UV-Stabilisatoren, antistatischen Mitteln, thermisch leitenden Additiven, Anti-Blockierungsadditiven, Anti-Kollaps-Additiven, Füllstoffen, Antifibrillierungsmitteln, Verarbeitungshilfsmitteln, Expandiermitteln, Trocknungsadditiven, Kompatibilitätsadditiven, Schmiermitteln, Keimbildungsadditiven, Klärungsadditiven, Flammschutzmitteln, optischen Aufhellern, Markeradditiven und Gleitmitteln besteht.
Verwendung nach Anspruch 9, wobei die Füllstoffe Calciumcarbonat, Kaolin, Bariumsulfat, Talk, Wollastonit, Siliziumdioxid, Rauchquarz und/oder Glimmer darstellen.
Verwendung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das polymere Umhüllungsmaterial ein zahlengemitteltes Molekulargewicht von 4000 bis 33000 g/mol, insbesondere von 7000 bis 25000 g/mol aufweist.
Verwendung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Herstellung der Lackfarben ein Färbesystem herangezogen wird, das eine Vielzahl von Pigmentpräparationen des gewünschten Farbtons umfasst, erhältlich durch trockenes Mischen von zwei oder mehreren Pigmentpräparationen, nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche.
Verwendung nach Anspruch 12, wobei das Färbesystem 0,5 bis 1 Gew.-% Pigment enthält und die Farbstärke um 20% höher als bei einer Mischung der gleichen Zusammensetzung liegt, die durch individuelle Zugabe jedes Bestandteils zu einem Mischapparat und Kombinieren der Bestandteile in einer gleichmäßigen Mischung hergestellt wird.
Lackfarben, erhältlich mit einer Pigmentpräparation nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lackfarben Lösungsmittel-basiert sind oder Pulverlacke darstellen, dies in Verbindung mit üblichen Bestandteilen von Lackfarben, insbesondere in Form von Bindemitteln, flüchtigen Lösemitteln und gegebenenfalls Füllstoffen.
Lackfarben nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel auf Filmbildnern, Harzen und/oder Weichmachern beruht.
Lackfarben nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Lösungsmittel Wasser ist.