DE1286502B

DE1286502B - Verfahren zur Herstellung von dispergierbaren Farbpigment-Konzentraten fuer die Einfaerbung von Kunststoffen

Info

Publication number: DE1286502B
Application number: DEC33361A
Authority: DE
Inventors: Schiffers; Dipl-Ing Heribert; Heller Karl Ernst; Koenig; Dipl-Ing Dr-Ing Helmut
Original assignee: Chemische Werke Huels AG
Current assignee: Huels AG
Priority date: 1964-07-09
Filing date: 1964-07-09
Publication date: 1969-01-09
Also published as: BE666601A; AT253088B; GB1105696A; NL6508802A

Description

1 2

Es ist bekannt, zum Einfärben von Kunststoffen Die Volumenverhältnisse und daraus resultierend

Farbpigmente zu verwenden. Diese Pigmente orga- die Gewichtsverhältnisse der jeweiligen Dispergier-

nischen oder anorganischen Ursprungs fallen je nach mittel und Pigmente sind durch Vorversuche (Korn-

ihrer Herstellung in unterschiedlichen Kornformen bestimmung) leicht zu ermitteln,

und Größen an. Sie. müssen daher vor ihrer Ver- 5 Als farbgebende Stoffe kommen sowohl anorga-

wendung auf bestimmte Feinheiten aufbereitet werden. nische als auch organische Pigmente in Frage. Ihre

Zur Verhinderung von Zusammenbackungen und verwendbare Korngröße liegt zwischen maximal 20 μπι

Agglomerationen empfiehlt es sich, darüber hinaus und der minimal erreichbaren, vorzugsweise kleiner

diese Pigmente auf besondere Weise zu präparieren. als 5 μτη.

So hat man bereits Pigmente z. B. in Misehpoly- io · Mit den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren

merisaten oder in mit Kunststoffen verträglichen öligen herstellbaren Farbpigment-Konzentraten lassen sich

bzw. harzartigen Verbindungen eingearbeitet und allgemein Kunststoffe, wie pulverförmige Thermo-

bzw. oder aufbereitet. plaste, vorzugsweise Polyvinylchlorid und Polyolefine,

Die so hergestellten Pigmente bzw. Pigment- einfärben.

Konzentrate lassen sich; meist nur bedingt homogen 15 Die Farbpigmente werden mit den Dispergiermitteln

und stippenfrei in Kunststoffe einarbeiten, wobei sich unter Anwendung von Reibungs- und bzw. oder

Farbabweichungen, SoMerenbildung oder Vergrauung Scherkräften miteinander vermischt. Solche Reibungs-

durch nichthomogene Verteilung der Pigment-Teilchen und bzw. oder Scherkräfte entstehen beispielsweise in

nicht vermeiden lassen. Mischvorrichtungen, in denen auf die erfindungsgemäß

Es wurde nun gefunden, daß sich dispergierbare 20 herzustellende Mischung eine möglichst minimale Farbpigment-Konzentrate mit erhöhtem Färbever- Schlag- und bzw. oder Druckwirkung ausgeübt wird, mögen und verbesserter Farbreinheit für die Ein- Solche Mischer sind rückstandsfrei arbeitende Mischer färbung von Kunststoffen durch Vermischen von Färb- mit schnell umlaufenden Mischwerkzeugen,
pigmenten mit Dispergiermitteln auf einfache Weise Die bei der Einwirkung der Reibungs- und bzw. herstellen lassen, wenn man Farbpigmente in orga- 25 oder Scherkräfte auftretende elektrostatische Aufnische und bzw. oder anorganische pulverförmige ladung der Farbpigmente und Dispergiermittel wirkt Dispergiermittel mit kapillarreicher Oberfläche mit fördernd auf die Einarbeitung der Pigmente in die Mischern mit schnellaufenden Mischwerkzeugen bei Kapillaren der Dispergiermittel.
Temperaturen vorzugsweise bis 150⁰C einarbeitet. Dadurch lassen sich unter anderem kürzere Auf-Ais Dispergiermittel kommen in erster Linie solche 30 arbeitungszeiten, höherer Ausnutzungsgrad der Mischin Betracht, die mit den zu färbenden Kunststoffen vorrichtung und höhere Rentabilität des erfindungsverträglich und selbst gut dispergierbar sind. Die gemäßen Dispergierverfahrens erzielen.
Korngröße dieser Dispergiermittel liegt dabei zweck- Bei Verwendung von thermoplastischen Kunstmäßig in der gleichen Größenordnung wie die der zu stoffen als Dispergiermittel muß die Aufarbeitungsfärbenden Kunststoffe. Unter diesen Dispergiermitteln 35 temperatur auf jeden Fall kleiner als der Erweichungssind insbesondere solche Stoffe zu verstehen, die aus punkt der verwendeten Kunststoffe sein, da sonst die porösen, oberflächenrauhen, Kapillaren enthaltenden Pigmente eingeschlossen werden oder durch das ZuKörnern bestehen. Auf diese Weise ist es möglich, die sammenschmelzen mehrerer Randzonen der Kapillaren Pigmente bzw. die Pigment-Mischung durch Reibungs- Pigment-Zusammenballungen entstehen, die zu sicht- und bzw. oder Scherkräfte in diese Kapillaren gleich- 40 baren Uneinheitlichkeiten der Färbung in den Fertigsam einzureiben, wobei sich die Kapillaren mit einem produkten führen.

oder mehreren Pigment-Körnern vollsetzen und die Bei Verwendung von Kunststoffen als Dispergier-

überschüssigen, aus den Kapillaren herausragenden mittel schmelzen bei der späteren Plastifizierung zuerst

Pigment-Mengen abgerieben werden. die Randzonen der Kapillaren und Krater auf, so daß

Die Randzonen der Kapillaren sollen vorzugsweise 45 die eingeriebenen Pigmente langsam freigegeben mindestens von der gleichen Härte wie die einzu- werden. Der Kunststoff als Dispergiermittel wird erarbeitenden Pigmente sein, damit sie gleichzeitig als findungsgemäß so gewählt, daß beim Plastifizieren Mahlkörper wirken und z. B. größere Pigment- seine Viskosität (bzw. relative Viskosität, z. B. bei Agglomerate oder aneinanderhaftende Kristalle unter Polyvinylchlorid, K-Wert nach Fikentscher) Auffüllung der Kapillaren mit Pigmenten zerreiben. 50 gleich oder höher als die der verwendeten Grund-Auf diese Weise werden die Kapillaren gleichmäßig rezeptur ist; d. h., die Gesamtviskosität wird nicht besetzt. herabgesetzt. Nicht schmelzbare pulverförmige, jedoch

Als Dispergiermittel eignen sich organische und an- mit Kunststoffen verträgliche Dispergiermittel, die

organische, pulverförmige Stoffe, vorzugsweise Kunst- über sehr kleine Kapillaren verfügen, wie Kreide oder

Stoffpulver, Kreide, Bariumsulfat und Calcium-Magne- ₅₅ Bariumsulfat, sind als Dispergiermittel vorteilhaft für

sium-Carbonat, einzeln oder als Mischung. sehr kleine Pigmente, z. B. Ruß oder Phthalocyanine,

Die Mengen der Dispergiermittel werden so gewählt, besonders geeignet.

daß die Gesamtvolumina aller verfügbaren Kapillaren Mit dem Verfahren nach der Erfindung ist es

mindestens gleich dem Volumen der einzumischenden möglich, durch die feine und gleichmäßige Verteilung

Pigment-Menge sind, wobei die größte in einer Achse 60 der Pigmente in den erfindungsgemäß hergestellten

liegende Längenausdehnung einer Kapillare nicht Farbpigment-Konzentraten die Farbkraft der Pig-

größer ist als das Auflösevermögen des menschlichen mente bei der Verarbeitung dieser Konzentrate voll

Auges (etwa 20 μηι), jedoch in seiner kleinsten in auszunutzen und auf diese Weise Farbtöne von großer

einer Achse liegenden Längenausdehnung größer als Reinheit und Einheitlichkeit im Fertigprodukt zu er-

die größte Längenausdehnung eines Pigment-Einzel- 65 zielen.

kornes. Im allgemeinen liegt das Gewichtsverhältnis Wie bereits bei der Schilderung des Standes der

von Pigment zu Dispergiermittel zwischen 1: 0,1 und Technik ausgeführt wurde, sind bereits Verfahren zur

1:20, vorzugsweise zwischen 1: 0,2 und 1:10. Herstellung von Farbpigment-Konzentraten bekannt,

Claims

2 3

bei denen die Pigmente in flüssige oder ölige Substan- . .
zen oder in die Schmelzen von Kunststoffen einge- Beispiel 2
arbeitet werden, d. h. eine feste Phase (das Pigment) 0,15 Gewichtsteile Cadmiumgelb (mittlere Teilchenin einer flüssigen Phase dispergiert wird (vgl. deutsche größe etwa 0,6 μιη) werden mit 0,05 Gewichtsteilen Patentschrift 949 284, britische Patentschriften 841519, 5 Phthalocyaninblau (mittlere Teilchengröße etwa 844 751). Dabei werden zur Dispergierung des Pig- 0,1 μΐη) in 0,80 Gewichtsteile Suspensionspolyvinylments in der flüssigen oder zähflüssigen Phase in der chlorid (K-Wert 55, mittlere Teilchengröße etwa Regel langsam laufende Mischer oder Knetvorrich- 95 μπα, kapillarreiche, oberflächenrauhe Körner, in tungen verwendet, was einen erheblichen Zeitaufwand einem Mischer entsprechend Beispiel 1, Absatz 1, bedingt. io aufbereitet.

Demgegenüber werden bei dem erfindungsgemäßen Das Pigment-Konzentrat und die mit 1 Teil Pigment-Verfahren feste, pulverförmige Pigmente in festes Konzentrat nach Absatz 1 dieses Beispiels gemischte Material ohne Zugabe von Flüssigkeiten eingearbeitet, Suspensionspolyvinylchlorid-Grundrezeptur (analog d. h., eine feste Phase wird in einer anderen festen Beispiel 1, K-Wert 65) entspricht in bezug auf Farb-Phase ohne Phasenänderung dispergiert. Dies ge- 15 Stoffeinarbeitung und Aussehen der im Beispiel 1 beschieht erfindungsgemäß mit Hilfe von Mischvor- schriebenen.

richtungen mit schnell umlaufenden Mischwerkzeugen, Nach dem Plastifiziervorgang aber zeigen sich wodurch die Qualität der Dispersionen erheblich Pigment-Anhäufungen und Farbschlieren. Beim Aufverbessert und die Einarbeitungszeit wesentlich ver- schmelzen wird das Dispergiermittel (K-Wert 55) kürzt wird; in der Regel ist bereits nach 5 bis 15 Minu- ao früher aufgeschlossen als das Polyvinylchlorid der ten eine vollständige Dispergierung des festen Pig- Grundrezeptur (K-Wert 65). Die Pigment-Körner ments im festen Dispergiermittel erreicht. werden in das Dispergiermittel eingeschmolzen. In-

Es war überraschend und nicht vorhersehbar, daß folge der niedrigen Viskosität werden die für die

sich durch das erfindungsgemäße Verfahren des Verteilung des Farbstoffes während des Plastifizier-

Dispergierens fester Pigmente in festen Materialien 25 Vorganges wesentlichen Scherkräfte reduziert,

mittels Mischern mit schnell umlaufenden Misch- . .

werkzeugen Farbpigment-Konzentrate mit so unge- Beispiel

wohnlich gutem Färbevermögen herstellen lassen, 0,15 Teile Cadmiumgelb (mittlere Korngröße etwa

die bei der Weiterverarbeitung dieser Konzentrate 0,6 μΐη) werden mit 0,05 Gewichtsteilen Phthalocyanin-

Fertigprodukte mit großer Farbreinheit ergeben. 30 blau (mittlere Korngröße etwa 0,1 μηι) in 0,80 Ge-

Das erfindungsgemäße Verfahren wird an Hand der wichtsteile Emulsionspolyvinylchlorid (K-Wert 65,

nachfolgenden Beispiele näher erläutert. mittlere Korngröße etwa 5 bis 20 μιη; feine, wenig

In die aus Polyvinylchlorid, Stabilisator und Gleit- zerklüftete und zusammenklebende Körner) einge-

mittel bestehende Grundrezeptur sind zur Herstellung arbeitet (vgl. Beispiele 1 und 2). Durch mikroskopische

eines eingefärbten Polyvinylchloridmaterials die je- 35 Untersuchungen läßt sich klar nachweisen, daß un-

weils angegebenen Gewichtsteile verschiedener Pig- eingefärbte Polyvinylchlorid-Zusammenballungen, An-

mente einzuarbeiten. Die zuzugebenden Pigment- häufungen von Cadmiumgelb und Phthalocyanin und

Mengen werden mit den jeweils angegebenen Ge- Zusammenballungen von Cadmiumgelb mit Phthalo-

wichtsteilen verschiedener Dispergiermittel (Poly- cyaninblau vorliegen. Diese Inhomogenitäten bleiben

vinylchlorid-Sorten und Kreide) aufgefüllt und auf- 40 in der Mischung aus 1 Teil Pigment-Konzentrat und

bereitet, wobei die Endrezeptur 100,00 Gewichtsteile der Grundrezeptur nach Beispiel 1 und 2 und nach dem

Grundrezeptur und die angegebenen Gewichtsteile Plastifiziervorgang erhalten.

Pigment-Konzentrat ergibt. _, . .

Beispiel4

45 0,05 Gewichtsteile Phthalocyaningrün (mittlere Teil-

Beispiel 1 chengröße etwa 0,1 μιη) werden mit 0,008 Gewichtsteilen Ruß (mittlere Teilchengröße etwa 0,01 μιη) in

0,15 Gewichtsteile Cadmiumgelb, mittlere Teilchen- 0,9 Gewichtsteile Kreide (mittlere Teilchengröße etwa

größe etwa 0,6 μπα, werden mit 0,05 Gewichtsteilen 3 bis 4 μιη; fein zerklüftetes Korn) nach Beispiel 1

Phthalocyaninblau, mittlere Teilchengröße etwa 50 bis 3 eingearbeitet. Durch mikroskopische Unter-

0,1 μηι, in 0,80 Gewichtsteilen Suspensionspolyvinyl- suchungen läßt sich klar nachweisen, daß die Pigmente

chlorid (K-Wert 65; mittlere Teilchengröße etwa in die Kapillaren eingerieben sind. Dabei sind weder

95 μιη, kapillarreiche, oberflächenrauhe Körner), mit ungefärbte Kreide-Körner noch reine Pigmentan-

einem schnellaufenden Mischer eingearbeitet. Die häufungen zu beobachten.

Einarbeitungszeit beträgt 6 Minuten. 55 Die mit 1 Teil Pigment-Konzentrat nach Absatz 1

Durch mikroskopische Untersuchungen läßt sich dieses Beispiels gemischte Suspensionspolyvinylchloridklar nachweisen, daß die Pigmente in die Kapillaren Grundrezeptur (K-Wert 65) ist analog zu Beispiel 1 eingerieben sind. Dabei sind weder ungefärbte Poly- farbschwach. Nach dem Plastifiziervorgang erhält man vinylchlorid-Körner noch reine Pigment-Anhäufungen einen Farbton von großer Reinheit und Einheitlichkeit, zu beobachten. Die mit 1 Teil Pigment-Konzentrat 60

nach Absatz 1 gemischte Suspensions-Polyvinylchlorid- Patentansprüche:
Grundrezeptur (K-Wert 65; mittlere Teilchengröße

etwa 95 μιη) ist farbschwach, da die pigmentgefüllten 1. Verfahren zur Herstellung von dispergierbaren kapillarreichen Körner des Suspensionspolyvinyl- Farbpigment-Konzentraten für die Einfärbung chlorids (K-Wert 65) mit dem Suspensionspolyvinyl- 65 von Kunststoffen durch Vermischen von Farbchlorid der Grundrezeptur weitgehend umgeben sind. pigmenten mit Dispergiermitteln, dadurch Nach dem Plastifiziervorgang erhält man einen Färb- gekennzeichnet, daß man Farbpigmente ton von großer Reinheit und Einheitlichkeit. in organische und bzw. oder anorganische pulver-

förmige Dispergiermittel mit kapillarreicher Oberfläche mit Mischern mit schnellaufenden Mischwerkzeugen bei Temperaturen vorzugsweise bis 150* C einarbeitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Mengen an Dispergiermittel jeweils so wählt, daß die Gesamtvolumina aller verfügbaren Kapillaren mindestens gleich dem VolumendereinzumischendenPigment-Menge sind, wobei das Gewichtsverhältnis von Pigment zu Dispergiermittel zwischen 1:0,1 und 1:20, vorzugsweise zwischen 1:0,2 und 1:10, liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man bei Verwendung eines Kunststoffes als Dispergiermittel einen Kunststoff auswählt, dessen Viskosität beim Plastifizieren gleich oder höher als die des verwendeten Grundmaterials ist.