DE1494691A1

DE1494691A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Pigmentieren hochmolekularer Kunststoffe

Info

Publication number: DE1494691A1
Application number: DE19651494691
Authority: DE
Inventors: Hahn Dipl-Chem Wolf-Dieter
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1965-06-04
Filing date: 1965-06-04
Publication date: 1970-10-01
Also published as: GB1106167A; NL6603484A; LU50440A1; BE681533A

Description

Aktiengesellschaft Drla/HDr

6000 Frankfurt (Main) ...„ ... . .

Reuterweg "U

[Dr, Kxμ.

prov. Nr. 4672

Verfahren und Vorrichtung zum Pigmentieren hochmolekularer Kunststoffe

Es ist bekannt, pigmentierte Hochpolymere dadurch herzustellen, daß man die Pigmente den Monomeren vor der Polykondensation zusetzt. In der Regel werden die Pigmente im Monomeren durch Mischen fein verteilt oder in Form einer Dispersion in einem Dispergiermittel zugegeben. Bs ist ferner bekannt, die Pigmente während der Polykondensation oder, beispielsweise bei der Herstellung pigmentierter linearer Polyester, auch während der Umesterung von z. B. Dimethylterephthalat zuzufügen, wobei man so vorgeht, daß die erforderliche Pigmentmenge unter Rühren beispielsweise in Glykol verteilt und dann dem umzuesternden bzw. zu polykondensierenden Gut zusetzt. Ferner wurde vorgeschlagen, direkt in das geschmolzene Polymere das Pigment als Dispersion in einem flüssigen Polymeren einzurühren.

Nach einem anderen Verfahren gewinnt man, speziell zum Pigmentieren von Polyestern geeignete stabile Dispersionen, indem man beispielsweise synthetische lineare Polyester in Form feiner Partikel mit einem Pigment naß vermahlt.

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Ein weiteres Verfahren schlägt vor, feinverteilte Pigmente enthaltende Monomere bis zu einem gewissen Grad zu polykondensieren und dann in einer Schmelze eines anderen linearen Polykondensats zu verteilen. Die nach einem dieser bekannten Verfahren pigmentierten und geschmolzenen Polykondensate können auf übliche Weise zu Fäden und Pasern verarbeitet werden.

Das Mischen von Monomeren mit Pigmenten hat den Nachteil, daß die spezifisch schweren Pigmente sich im Lauf der Polykondensation in unkontrollierbarer Weise absetzen und Endprodukte mit ungleichmäßiger Pigmentierung erhalten werden.

Der gleiche Nachteil tritt ein, wenn die Pigmentdispersionen in einer beliebigen Stufe der Polykondensation dem Heaktionagut zugegeben werden. Schon das Herstellen stabiler Pigmentdispersionen ist recht schwierig, weil die Pigmentteilchen dazu neigen, sich zu agglomerieren. Meist sind solche Dispersionen nur kurz lagerfähig, weil sehr leicht Entmischungserscheinungen unter Absetzen der Pigmente auftreten. Man hat zwar versucht, durch besonders intensivea .Mischen, z. B. mehrtägiges Mischen des Pigments mit beispielsweise G-lykol in Kugelmühlen, Benutzung von Knetern anstelle von Rührvorrichtungen, eine besonders feine Verteilung des Pigment im Dispergiermittel zu erzielen, aber

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ee läßt aioh auch hier nicht völlig ausschließen, daß die schwer benetzbaren Pigmentteilchen sich zu größeren Agglomerat en zusammenschließen. Dieser Vorgang gibt ebenfalls wieder Anlaß zu einer ungleichmäßigen Verteilung des Pigmente im Kunststoff. Besonders nachteilig sind aber die gröberen Pigmentteilchen sowie Pigmentzusammenballungen bei der epäteren Verarbeitung der pigmentierten Polykondensate, beispielsweise beim Verspinnen zu Fäden, weil Betriebsstörungen durch Verstopfung von Filtern, Düsen, usw. hervorgerufen werden können.

Sine Verbesserung der Stabilität von Pigmentdispersionen gelingt zwar durch Zugabe von Hilfsmitteln, z. B. Emulgatoren, Metallseifen oder Kondensationsprodukten aus Sulfonsäuren und Formaldehyd oder Zugabe bestimmter löslicher Copolymerisate, aber abgesehen davon, daß durch das Zumisohen stabiler Dispersionen noch keine Gewähr für eine homogene Verteilung der Dispersion in dem zu polykondensierenden Reaktionsgemisch gegeben ist, erweisen sich solche Zusätze beim nachfolgenden Schmelzprozess des Polykondensate zwecks Herstellung von beispielsweise Fasern und Fäden als oft nioht beständig gegen die zum Schmelzen des Polykondensate erforderlichen hohen Temperaturen. Außerdem wird durch den Zusatz fremder Stoffe oft der Gebrauchswert des pigmentierten Produktes, z. 3. seine Stabilität,

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herabgesetzt·

Biesen Nachteil des Standes der Technik versuoht die Erfindung zu beseitigen.

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zum Pigmentieren hochmolekularer Kunststoffe im schmelzflüssigen Zustand, wobei zunächst mit einer an sich bekannten Vorrichtung der geschmolzene Kunststoff zu Fäden, Fasern oder schmalen Bändern verformt wird und diese in noch nicht erstarrtem Zustand mit dem Pigment in fein verteilter Form in Berührung gebracht werden.

Gemäß der Erfindung wird das Pigment in einem Gasstrom fein verteilt und den noch nicht erstarrten Fäden, Fasern oder schmalen Bändern zugeführt.

Nach der Erfindung wird als Trägergas für das fein verteilte Pigment Luft und/oder inerte Gase, wie beispielsweise Stickstoff, gegebenenfalls auch Gemische aus inerten Gasen und Luft verwendet.

Als Pigmente können nach der Erfindung anorganische, metallische und/oder organische Pigmente, beispielsweise Titandioxid, Zinkoxid, Cadmiumsulfid, Lithopone, Eisenoxide, Chromoxide, Ruß, Blei- oder Zinkpulver und Phthalocyanine

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sowie fluoreszierende Pigmente, gegebenenfalls im Gemisch mit anderen Pigmenten, z. B. Titandioxid, verwendet werden.

Als hochmolekulare Kunststoffe werden bevorzugt lineare, faserbildende Polykondensate verwendet, wie z. B. PoIyäthylenglykolterephthalat oder Polyamide, wie beispielsweise Polycaprolactam, Polyhexamethylenadipinamid, PoIyundecanamid und/oder Polylaurinlactam.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung werden neben Pigmenten dem Kunststoff noch andere Zusätze, wie beispielsweise optische Aufheller, Stabilisatoren gegen Licht und/oder Wärme, Mittel zum Schwerentflammbarmachen, Füll- oder Streckmittel, Hydrophobiermittel und dergleichen zugesetzt·

Das erfindungsgemäße Verfahren kann kontinuierlich durchgeführt werden, wobei der die Apparatur verlassene pigmentierte Kunststoff ganz oder teilweise einer erneuten Behandlung unterzogen werden kann.

f Das Verfahren gemäß der Erfindung kann im Kreislauf sowie unter Anwendung höherer Temperatur und/oder erhöhtem oder vermindertem Druck durchgeführt werden.

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Die gemäß der Erfindung benutzte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einer vorzugsweise aufrecht stehenden Apparatur, die oben eine düsenartige, zur Verformung des schmelzflüssigen Polymeren zu Fäden, fasern oder schmalen Bändern geeignete Anordnung aufweist und die am Fußende einen Einlaß für das in einem Gasstrom fein verteilte Pigment, am Kopfende einen Auslaß für diesen, die Apparatur verlassenden, eventuell noch überschüssiges Pigment enthaltenden Gasstrom und am Boden einen Sammelbehälter sowie einen Auslaß für das pigmentierte Gut besitzt.

Die Vorrichtung kann ganz oder teilweise beheizt und/oder gekühlt werden und sie kann unter Vakuum oder unter Druck betrieben werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die zur Durchführung dieses Verfahrens benutzte Vorrichtung hat den Vorteil, daß hochmolekulare Kunststoffe erhalten werden, die sich durch eine gleichmäßige Verteilung des Pigments auszeichnen. Durch die mittels der Vorrichtung erzeugten schmelzflüssigen Fäden, Fasern oder schmalen Bänder erhält der zu pigmentierende Kunststoff eine relativ große Oberfläche, die es ermöglicht, eine hohe Pigmentmenge in das Produkt einzuarbeiten. Dabei erwies es sich nicht als notwendig, völlig in ihren Abmessungen identische Fäden, Fasern «H»^rschmale Bänder

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herzustellen. Der Durchmesser kann beispielsweise zwischen 0,3 und 0,6 mm schwanken, ohne daß irgendwelche Nachteile auftreten· Die schmelzflussigen Fäden, Fasern und schmalen Bänder werden allseitig mit einer dünnen und gleichmäßigen Pigmentschicht übersogen· Beim Zusammenfließen dieser pigmentierten Fäden bzw. Bänder im Sumpf des Gefäßes tritt keine Trennung der Pigmentteilchen vom Kunststoff ein, so daß das abfließende Endprodukt völlig und gleichmäßig durchpigmentiert ist. Darüberhinaus wirkt der Sumpf als eine Art Puffersystem, das es ermöglicht, beispielsweise bei der Herstellung des Polykondensate auftretende Regelschwankungen auszugleichen, was besonders vorteilhaft ist, falls das pigmentierte Polymere nach dem Verlassen der Apparatur einer Spinnvorrichtung zugeführt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren vermeidet die Gefahr der mechanischen Schädigung des Kunststoffes beim Pigmentieren, denn bekanntlich werden durch intensives Rühren, z. B. mit Hilfe von sehneHäufenden Rührvorrichtungen oder Knetern Abbauerscheinungen der Polymerketten beobachtet.

Durch die Möglichkeit des Einverleibens des reinen Pigments in das Polymere, also ohne irgendwelche, beispielsweise bei der Anwendung von Pigmentdispersionen üblichen Zusätze von Emulgatoren, Netsmittel, usw., ist die Gewähr

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für ein hochreines Endprodukt gegeben, Eb ist bekannt, daß bestimmte Zusätze, beispielsweise die Stabilität oder die Farbe des Fertig«»gproduktes beeinträchtigen. Andererseits können aber zusammen mit dem Pigment in das schmelzflüssige Polymere Mittel eingebracht werden, die nicht zusammen mit üblichen Dispersionen, sondern oft nur mit Hilfe von Sonderverfahren einverleibt werden können.

Das Verfahren und die zu seiner Durchführung benutzte Vorrichtung zeichnet sich durch seine besondere Wirtschaftlichkeit aus. Das Verfahren ist einfach durchzuführen und erfordert keine komplizierten Apparaturen, wie z. B. Knetvorrichtuiigen zum Einarbeiten des Pigments in das zu poly— merisierende bzw. polykondensierende Gut, Abzugsvorrichtungen für giftige Lösungsmittel sowie Emulgatoren, Haftmittel .und andere Zusätze, die zum Teil recht kostspielig sind.

Die Abbildung zeigt schematisch und nicht maßstäblich einen Vertikalschnitt einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlichen technischen Ausführungsform der Apparatur, wobei auf das Einzeichnen von Einzelheiten wegen der besseren Übersicht verzichtet wurde.

Die Apparatur 1 wird bei 2 mit dem zu pigmentierenden Polymerisat beaufschlagt, das zunächst durch eine Vorrichtung 3

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geführt und zu Fäden, Fasern oder schmalen Bändern verformt .wird, die sich im Sumpf 4 wieder zu einer homogenen Schmelze vereinigen» Die Apparatur ist durch Heizvorrichtungen 5 heizbar. Das Trägergas wird einem Druckbehälter 6 entnommen, über ein Ventil 7, einen Strömungsmesser 8 und gegebenenfalls einem Trocknungs- bzw. Reinigungsturm 9 der Mischdüse 10 zugeführt. In dieser Mischdüse 10 wird gleichzeitig das Pigment aus einem Vorratsbehälter 11 kontinuierlich mittels einer Rinne 12 eingeführt. Der pigmentbeladene Gasstrom wird bei 13 in die Apparatur 1 eingeführt, strömt aufwärts, verläßt die Apparatur bei 14 und gelangt über ein Gebläse 15 wieder in die Mischdüse 10. Der fertig pigmentierte Kunststoff verläßt die Apparatur 1 am Auslaß 16.

Das erfindungsgemäße Verfahren sei anhand der folgenden Aasführungsbeispiele näher beschrieben.

Beispiel 1:

In einem Laboratoriumsextruder wurden mit einer Geschwindigkeit von ca. 1 kg/h käufliche Polyäthylenglykolterephthalat-Schnitzel aufgeschmolzen und kontinuierlich der Apparatur bei 2 zugeführt. Das Polykondensat gelangte in die Spinnvorrichtung 3· Die Düse der Spinnvorrichtung 3 besaß 24 löcher von je 0,5 mm Durchmesser, die gleichmäßig über den Durchmesser der Düse, der 200 mm betrug, verteilt waren.

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Die Spinnvorrichtung "befand sich in einem senkrecht stehenden Behälter 1 von 2000 mm Länge und 300 mm Durchmesser, der mit Diphenyl mit Hilfe von Heizvorrichtungen 5 auf die Spinntemperatur von 280° C beheizt wurde. Als Pigment wurden 100 g/h Titandioxid kontinuierlich der Düse 10 zu-

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geführt, die mit 2 ITm /h Reinstickstoff "betrieben wurde. Der mit Pigment beladene Stickstoffstrom wurde in den unteren Teil des Rohres bei 13 eingeblasen.

Es konnten auf diese Weise 95 ^cß> des eingesetzten Pigments in den Polyester eingebracht werden.

Die Prüfung der Pigmentverteilung wurde durch gravimetrieehe Analyse bestimmt. Eine nach dem Auslaß 16 angeordnete Spinnvorrichtung erzeugte einen Faden, von dem in Abständen von je einer Stunde Analyse-Proben entnommen wurden. In allen Fällen konnte eine ausgezeichnete Konstanz der Pigmentkonzentration ermittelt werden.

Beispiel 2;

Das Verfahren gemäß Beispiel 1 wurde insofern abgeändert, als Ruß als Pigment verwendet wurde„

Auch hier zeigte das Endprodukt eine ausgezeichnete und homogene Pigmentverteilung.

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Claims

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Patentansprüche

T) Verfahren zum Pigmentieren hochmolekularer Kunststoffe in schmelzflüssigem Zustand, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst mit einer an sich bekannten Vorrichtung der geschmolzene Kunststoff su Fäden, Fasern oder schmalen Bändern verformt wird und diese in noch nicht erstarrtem Zustand mit dem Pigment in fein verteilter Form in Berührung gebracht werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pigment in einem Gasstrom fein verteilt ...:.! den noch nicht erstarrten Fäden, Fasern oder schmalen Bändern zugeführt, wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und Z, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägergas für das fein verteilte Pigment Luft und/ oder inerte Gase, wie beispielsweise Stickstoff, gegebenenfalls Gemische a.is inerten Gasen und Luft verwendet werden.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Pigmente ■-anorganische, metallische und/oder organische Pigmente verwendet werden.

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5. Verfahren, nach den Ansprüchen 1 bis 4| dadurch gekennzeichnet, daß als anorganische Pigmente beispielsweise Titandioxid, Zinkoxid, Cadmiumsulfid, Lithopone, Eisenoxide, Chromoxide, Ruß, als metallische Pigmente beispielsweise Blei- oder Zinkpulver und als organische Pigmente beispielsweise Phthalocyanine verwendet werden.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Pigment fluoreszierende Pigmente, gegebenenfalls im Gemisch mit anderen Pigmenten, z. B. Titandioxid, verwendet werden.

7. Verfanren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als hochmolekulare Kunststoffe bevorsagt lineare, faserbildende Polykondensate verwendet werden.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als hochmolekulares PoIykondensat Polyäthylenglykolterephthalat verwendet wird_e

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7» dadurch 'gekennzeichnet, daß als hochmolekulare Polykondensate Polyamide verv/endet werden.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß als Polyamide beispielsweise Polycaprolactam

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tmd/oder Polyhexamethylenadipinamid und/oder Polyundecanamid und/oder Polylaurinlactam verwendet werden.

11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 "bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß neben den Pigmenten dem Kunststoff noch andere Zusätze, wie beispielsweise optische Aufheller, Stabilisatoren gegen Licht und/oder Wärme, Mittel zum Schwerentflammbarmachen, Püll- oder Streckmittel, Hydrophobiermittel und dergleichen zugesetzt werden.

12. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß es kontinuierlich durchgeführt wird.

13. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet,

daß der die Apparatur verlassende pigmentierte Kunststoff

gleichar-tigen

ganz oder teilweise einer erneuten/Behandlung unterzogen wird.

14. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 13» dadurch gekennzeichnet, daß es im Kreislauf durchgeführt wird.

15. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß es unter Anwendung höherer Temperatur und/oder erhöhtem oder vermindertem Druck durchgeführt wird.

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16. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 15, gekennzeichnet durch eine vorzugsweise aufrecht stehende Apparatur, die oben eine düsenartige, zur Verformung des schmelzflüssigen Polymeren zu Fäden, Jasern oder schmalen Bändern geeignete Anordnung aufweist, die am fußende einen Einlaß für das in einem Gasstrom fein verteilte Pigment, und am Kopfende einen Auslaß für diesen,

. · die Apparatur verlassenden, eventuell noch überschüssiges Pigment enthaltenden Gasstrom besitzt, und bei der am Boden ein Sammelbehälter sowie ein Auslaß für das pigmentierte Gut angebracht ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Apparatur ganz oder teilweise beheizt und/oder gekühlt werden kann.

18. Vorrichtung nach den Ansprüchen 16 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Apparatur unter Vakuum oder Druck betrieben werden kann.

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