DE1916267B2 - Verfahren zum Einbringen von Zusatzstoffen in thermoplastische Kunststoffe - Google Patents
Verfahren zum Einbringen von Zusatzstoffen in thermoplastische KunststoffeInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Einbringen von Zusatzstoffen in thermoplastische
Kunststoffe, bei dem man die in fester Form vorliegenden Kunststoffteilchen in Anwesenheit einer
Flüssigkeit unter ständigem Rühren mit dem Zusatzstoff überzieht und die Mischung anschließend vom Hauptanteil
der flüchtigen Bestandteile befreit und hohen Scherkräften unterwirft.
In thermoplastische Harze werden Zusätze einverleibt, um die physikalischen und chemischen Eigenschaften
wesentlich zu modifizieren. Die Zusätze können dem Harz unmittelbar oder in Form von Harz/Zusatzmittel-Konzentraten
zugegeben werden. Solche Konzentrate finden eine weite Verwendung in der Kunststoffindustrie
zum schnellen und einheitlichen Einmischen der Zusätze in das Grundpolymerisat. Die üblichsten
Beispiele solcher Zusätze umfassen antistatische Mittel, Gleitschutzmittel, Stabilisatoren gegen Zersetzung
durch Wärme und UV-Licht und Pigmente.
Es sind bisher verschiedene Verfahren zum Dispergieren von Zusätzen in der Grundmasse eines
thermoplastischen Harzes angewendet worden. Bei den üblichsten Verfahren erfolgt die Einverleibung der
gewünschten Zusatzmittelmenge zur Herstellung des fertigen Polymerisates oder die Einverleibung einer
relativ großen Zusatzmittelmenge zur Herstellung von Harz/Zusatz-Konzentraten durch Mischen oder Vermählen
des trockenen Zusatzes im pulverisierten Harz. Ein schwieriges Problem dieser bekannten Verfahren
besteht in der Neigung der in Form fein zerteilter Materialien vorliegenden Zusätze, zu großen Klumpen
zu agglomerieren, was bei der anschließenden Verarbeitung zu ernsten Schwierigkeiten führte.
Ein anderes Verfahren zum Dispergieren von Zusätzen in einer Harzgrundmasse besteht im Vermählen
bzw. Verwalzen der Zusätze in das geschmolzene Polymerisat in einem Banbury-Mischer oder Zweiwalzenstuhl.
Polymerisate, wie Polyolefine, benetzen die trockenen, fein zerteilten Zusätze nicht richtig und
entwickeln während des Verwalzens aufgrund ihrer niedrigen Schmelzviskositäten keine geeigneten Scherkräfte.
Daher ist es schwierig, Zusatzmittelklumpen auf eine ausreichende Kleinheit zu verringern, um ein
Verstopfen der während des Strangpressens unmittelbar vor den Düsen angebrachten Siebe durch das
2)
4") geschmolzene Harz zu verhindern und einen prohibitiven Druckaufbau über die Siebe zu vermeiden. Diese
Probleme sowie das eines Reißens der stranggepreßten Stränge ist besonders deutlich beim Strangpressen
pigmentierter Fasern einfaseriger und mehrfaseriger Natur.
Ein sich auf die obigen Probleme beziehendes Verfahren ist in der GB-PS 9 91 584 beschrieben. Dabei
werden Pigmentzusätze mit einem wasserlöslichen Salz eines kationischen, oberflächenaktiven Mittels in eine
wäßrige Phase dispergiert und mit einem niedrigmolekularen,
in einem Kohlenwasserstofflösungsmittel gelösten Polyolefin gemischt Das Verfahren erfordert als
entscheidende Stufe die Umwandlung der Zusätze aus der wäßrigen Phase in die Kohlenwasserstoffphase.
Dies erfolgt z. B. durch Zugabe von Natriumhydroxyd zur Umwandlung des wasserlöslichen Salzes in eine
polyolefin-lösliche, wasserunlösliche, freie Base. Dann kann ein pulverisiertes, hochmolekulares Polyolefin
zugefügt werden, und die gesamte Mischung wird getrocknet und stranggepreßt und ergibt die Pigmentdispersion
in einer Mischung aus niedrig- und hochmolekularen Polyolefinen. Ein solch komplexes Verfahren
zur Lösung des Problems der einheitlichen Dispergierung von Zusätzen in einer Polymerisatgrundmasse
bringt viele neue Probleme mit sich. Es ist ersichtlich, daß durch Erhöhung der Anzahl von Verfahrensstufen
und der Anzahl der in jeder Stufe einzuverleibenden Komponenten sich die Probleme des gesamten
Verfahrens erhöhen.
Weiterhin ist aus der GB-PS 10 49 773 ein Verfahren zum Einbringen von Zusatzstoffen in eine thermoplastische
Harzgrundmasse bekannt, bei dem man eine flüssige Formulierung der Zusatzstoffe in einem
Verdünnungsmittel gelöst oder dispergiert herstellt, das geschmolzene thermoplastische Harz mit der flüssigen
Formulierung in einer Mischzone unter ständigem Rühren kombiniert, den größten Teil der flüchtigen
Bestandteile aus der Schmelze entfernt und eine Mischung aus thermoplastischem Harz und Zusatzstoff
gewinnt.
Schließlich ist aus der GB-PS 8 56 314 ein Verfahren zum Dispergieren von Ruß in Polyäthylen bekannt, bei
dem man das Polyäthylen mit einer Mischung aus Ruß und Wasser überzieht und das so erhaltene Gemisch
einer Scherbeanspruchung unterwirft, wobei das Wasser aus der Schmelze entfernt wird.
Dabei werden große Harzteilchen (1,6—12,7 mm) zusammen mit Ruß und Wasser in eine Mischzone
gegeben, in welcher das Auftreffen der großen Harzteilchen eine Größenverminderung des Rußes
bewirkt, d. h. die Verwendung großer Harzteilchen ist ein notwendiges Merkmal dieses Verfahrens, da diese
Teilchen die notwendige Schlagkraft zur Größenverminderung des Zusatzes in ähnlicher Weise wie die
Kugeln in einer Kugelmühle liefern. Die Verwendung großer Harzteilchen hat jedoch die Wirkung einer sehr
stark verminderten Oberfläche, die der Mischung von Wasser und Ruß ausgesetzt ist, was bei jedem
Verhältnis von Zusatz zu Harz in dem bekannten Verfahren zu einem verhältnismäßig dicken und daher
wenig stabilen Überzug führt.
Außerdem ist das aus der GB-PS 8 56 314 bekannte Verfahren auf ein mit Ruß pigmentiertes Polyäthylen
beschränkt. Obgleich das Verfahren zum Überziehen großer Polyäthylenteilchen mit Ruß zu einem Produkt
mit annehmbarer Qualität zu führen scheint, ist die Anwendbarkeit dieses Verfahrens auf andere Harze und
weniger spröde Zusätze fraglich, insbesondere bei der Herstellung von Faserstoffen mit feiner Denier-Zahl.
Die zuletzt genannten Verfahren sind aus den ausgeführten Gründen hinsichtlich der einheitlichen
Dispergierung der Zusatzstoffe in der thermoplaste sehen Harzgrundmasse nicht vollkommen zufriedenstellend.
Aufgabe der Erfindung ist somit die Schaffung eines einfachen und wirksamen Verfahrens zum Einbringen
von Zusatzstoffen in thermoplastische Kunststoffe, bei ι ο dem die Zusatzstoffe einheitlich über dir gesamte
Harzgrundmasse dispergiert werden und das eine leichte Entfernung der flüchtigen Bestandteile erlaubt.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß man während des
Rührens eine flüssige Dispersion des Zusatzstoffes in einem Verdünnungsmittel auf den als Pulver mit einer
durchschnittlichen Teilchengröße von 74 bis 840 μηι vorliegenden Kunststoff aufsprüht und die Entfernung
des Hauptanteils der flüchtigen Bestandteile durch Trocknen der so erhaltenen Mischung unter weiterem
Rühren vornimmt.
Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Zusatzstoffe gleichmäßiger als bei den
bisherigen Verfahren in der Grundmasse des thermo- 2>
plastischen Harzes dispergiert und die erhaltenen Massen können fast ohne Druckaufbau und ohne
Reißen der stranggepreßten Stränge zu vielfaserigen Fasern stranggepreßt werden. Außerdem lassen sich die
flüchtigen Bestandteile aus dem frei fließenden, jo überzogenen Harzpulver wesentlich leichter entfernen
als von den viskosen Harzschmelzen nach den bekannten Verfahren.
Bei dem erfindungsgernäßen Verfahren wird zunächst eine flüssige Dispersion der Zusätze in einem Verdün- π
nungsmittel mit einem oberflächenaktiven Mittel hergestellt.
Als thermoplastisches Harz kann jedes verformbare Kunststoffmaterial verwendet werden, wie z. B. Polyäthylen,
Polypropylen, Polymerisate aus Λ-Olefinen mit
4—8 Kohlenstoffatomen, wie Buten-1, Penten-1 und
Hexen-1; Polyvinylchlorid und andere Vinylpolymerisate; Polymethylmethacrylat und andere Acrylharze;
Acrylnitril/Butadien-Styrol-(ABS)-Polymerisate; Mischpolymerisate dieser Substanzen usw. sowie Mischungen 4
> dieser Materialien.
Das im erfindungsgemäßen Verfahren verwendete thermoplastische Harz liegt in pulverisierter Form vor.
Die durchschnittliche Teilchengröße des thermoplastischen Harzes, d. h. der mittlere Durchmesser eines ">o
hypothetischen Teilchens einer Größe, so daß eine Hälfte aller Teilchen kleiner und die andere Hälfte
größer als das hypothetische Teilchen ist, liegt zwischen 0,074—0,840 mm. Das Pulver hat vorzugsweise eine
durchschnittliche Teilchengröße nicht über 0,147 mm. r>r>
Die kleineren Teilchen werden gewöhnlich bevorzugt, da sich das der flüssigen Formulierung ausgesetzte
Oberflächengebiet mit verminderter Teilchengröße erhöht.
Im Rahmen der Erfindung ist es sehr wichtig, die w>
flüssige Dispersion einheitlich über die Oberfläche des Harzes ohne irgendeine Akkumulierung von überschüssiger
Flüssigkeit auf der Oberfläche zu verteilen, so daß das Harz während dem Überziehen und in der
anschließenden Trocknungsstufe frei fließend bleibt, μ
Dies wird durch Aufsprühen der Dispersion des Zusatzstoffes auf das ständig gerührte thermoplastische
Harz sowie dadurch erreicht, daß ein relativ großes Harzoberflächengebiet der flüssigen Formulierung
ausgesetzt wird. Dieses große Oberflächengebiet erhält man durch Verwendung von Harzpulvern mit der
angegebenen Teilchengröße.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt das Trocknen ohne Schmelzen des Harzes, es bleibt dabei
frei fließend, und die Verringerung flüchtiger Materialien im überzogenen Produkt kann leicht auf jedes
gewünschte Maß im getrockneten Produkt überwacht werden. Da bei der Herstellung dünner Filme und
Fasern mit feiner Denier-Zahl das Harz keine wesentlichen Mengen an flüchtigen Materialien enthalten
sollte, die Blasen und Brüche während des Verformungsverfahrens verursachen, ist es von äußerster
Bedeutung, daß der Gehalt an flüchtigen Materialien sorgfältig kontrolliert wird.
Nach Entfernung des Verdünnungsmittels wird das erhaltene, getrocknete, mit dem Zusatzmittel überzogene
thermoplastische Harz einer Stufe hoher Scherkraft unterworfen. Das aus der Scherstufe erhaltene Produkt
ist eine Mischung aus thermoplastischem Harz und Zusatzmittel mit etwa 1 —80 Gew.-% Zusatzmittel.
Produkte mit etwa 1 —10 Gew.-% Zusatzmittel werden unmittelbar als fertige Mischung verwendet. Produkte
mit etwa 10—80 Gew.-%, und vorzugsweise etwa 20—75 Gew.-% Zusatzmittel werden als Konzentrate
aus thermoplastischem Harz und Zusatzmittel verwendet.
Die im erfindungsgemäßen Verfahren verwendbaren Zusätze umfassen antistatische Mittel, UV-Stabilisatoren,
Wärmestabilisatoren, Antioxydationsmittel, Gleitmittel, Antiblockmittel, Weichmacher, Mittel zur Verminderung
des Glanzes, Flammverzögerungsmittel, Füllmittel, Pigmente usw. Die Zusätze werden im
erfindungsgemäßen Verfahren als fein zerteilte Feststoffe, d. h. in Form eines Pulvers oder Flocken,
verwendet. Insbesondere die Pigmente oder Färbemittel können in Form einer Pulpe oder eines wassernassen
Preßkuchens oder in Form eines trockenen Pulvers oder Staubes vorliegen. Die einzelnen, den Preßkuchen
darstellenden Pigmentteilchen sind von kleinster Größe und agglomerieren nach Zugabe des Verdünnungsmittels
nicht zu Kliimpen.
Die Füll- oder Streckmittel, die oft als zur Klasse der Pigmente gehörend angesehen werden, umfassen z. B.
Tonerde, Calciumcarbonat, Kieselsäure, Diatomeenerde, Tone usw.
Im erfindungsgemäßen Verfahren können sowohl organische als auch anorganische Pigmente verwendet
werden. Bevorzugte organische Pigmente gehören zur Azo-, Anthrachinon- und Phthalocyaninreihe. Solche
organischen Pigmente umfassen z. B. Phthalocyaninblau, Phthalocyanin-grün, Naphtholscharlach (diazotiertes
2-Methyl-5-nitroanilin, auf Naphthol AS gekuppelt), Toluidin-Rottöner (diazotiertes m-Nitro-p-toluidin, auf
j3-Naphthol gekuppelt), Hansa Gelb (diazotiertes 4-Amino-2-nitrotoluol, auf Acetoacetanilid gekuppelt),
Pigment Grün B (ein Nitrose-ß-Naphthol-Eisen-Komplex),
Rubinrots, Benzidingelbs, Lithole, Benzidinoranges, Carbazolviolett usw. und Mischungen dieser
Pigmente. Anorganische Pigmente umfassen z. B. Titandioxyd, Eisenblau, Ultramarinblau, Chromgelb,
Cadmiumsulfid und Ruß sowie Mischungen derselben.
Das in der erfindungsgemäßen, flüssigen Zusatzmittelformulierung verwendete Verdünnungsmittel kann
entweder ein Lösungsmittel für den Zusatzstoff oder einfach ein Trägermedium für den mittels eines
oberflächenaktiven Mittels dispergierten Zusatzstoff
sein. Es kann jedes Lösungsmittel verwendet werden, das nicht als Lösungsmittel für das verwendete
thermoplastische Harz wirkt. Lösungsmittel, die ein Erweichen oder Klebrigwerden des Harzes verursachen,
sind unzweckmäßig, weil die einzelnen Harzteilchen in der erhaltenen Mischung aus Harz und flüssiger
Formulierung zum Agglomerieren zu großen Klumpen neigen wurden. Geeignete Verdünnungsmittel umfassen
Wasser, aliphatische Kohlenwasserstoffe mit etwa 1 —8 Kohlenstoffatomen, Lackbenzine, Petroläther, Kerosin,
Aceton, Methyläthylketon, Methylpropylketon, Methylisopropylketon, Methyiisobutylketon, Acetatestcr mit
etwa 4—8 Kohlenstoffatomen, Alkohole mit etwa 1—8 Kohlenstoffatomen, Benzol, Xylole, Toluol, Äthylbenzol,
Trichloräthylen, Tetrachloräthylen usw. sowie Mischungen dieser Verdünnungsmittel.
Im allgemeinen wird die Verwendung von Wasser als Verdünnungsmittel bei der Einverleibung der Zusätze in
die Grundmassen aus Polyvinylchlorid, Polystyrol, ABS-Poiymerisaten und anderen Styrolpolymerisaten
und -mischpolymerisaten bevorzugt. Bei Verwendung von Wasser liegt der Pigmentzusatz vorzugsweise in
Form eines wassernassen Preßkuchens vor, weil das Pigment in dieser Form einheitlicher und schneller in
der flüssigen Dispersion dispergiert wird.
Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen, flüssigen Dispersion können kationische, nichtionische und
anionische dispergierende oder oberflächenaktive Mittel oder eine Kombination solcher oberflächenaktiven
Mittel verwendet werden.
Geeignete, kationische oberflächenaktive Mittel umfassen z. B. tertiäre Amine, insbesondere heterocyclische
tertiäre Amine, wie alkylsubstituiertes Imidazolin und Oxazolin. Andere verwendbare, substituierte
tertiäre Amine umfassen polyäthyloxylierte Amine der folgenden Formel:
R —N
(CH2CH2O)xH
(CH2CH2O^H
in welcher R für einen organischen Rest, d. h. einen Fettsäurerest mit etwa 12—20 Kohlenstoffatomen steht, -t
> und χ und /ganze Zahlen sind, deren Summe einen Wert
von 2 bis etwa 7 hat.
Nichtionische und anionische, oberflächenaktive Mittel umfassen z. B. Alkylarylpolyäthylalkohole und
Alkylarylsulfonate. Die nichtionischen Mittel können durch Kondensieren von Äthylenoxyd mit einem
Alkylphenol mit etwa 4—12 Kohlenstoffatomen in der Alkylgruppe hergestellt werden. Die anior.ischen Mittel
umfassen die gemischten Isopropylnaphthalinsulfonate, die in Form von Ammonium- oder Alkalimetallsalzen
verwendet werden können.
Zum Einbringen eines Pigments in einen thermoplastischen
Kunststoff wird z. B. eine flüssige Dispersion aus dem Pigmentzusatz, einem Dispergierungsmittel
und einem Verdünnungsmittel in einer Dispergierungs- ω zone hergestellt; die erhaltene flüssige Dispersion wird
filtriert oder zur Entfernung der Pigmentagglomerate behandelt. Unter ständigem Rühren des Harzes in einer
Mischzone wird die flüssige Dispersion auf ein pulverisiertes thermoplastisches Harz aufgesprüht. Es t.5
wird weiter für mindestens 15 Minuten gerührt, nachdem das pulverisierte thermoplastische Harz
gründlich mit der Dispersion überzogen ist. Dann wird das überzogene Harz allmählich unter ständigem
Rühren bei Bedingungen erhitzt, die den Gehalt an Verdünnungsmittel und anderen flüchtigen Materialien
im Harz auf weniger als et-va 4%, bezogen auf das Harzgewicht, verringern.
Jede Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann in einer üblichen Vorrichtung durchgeführt werden. Die
Dispergierungszone zur Herstellung der flüssigen Dispersion besteht z. B. aus einer hoch intensiven
Mischvorrichtung, wie eine Kugelmühle, Kieselmühle, Sandmühle, Sandstrahlvorrichtung, Kolloidmühle,
Steinmühle usw. Es kann jedoch jede bekannte Mischvorrichtung zur Erzielung einer homogenen
flüssigen Dispersion oder einheitlichen Verteilung von Zusatzmittel, Dispergierungsmittel und Verdünnungsmittel
unter einheitlicher Benetzung dieser Materialien im flüssigen System verwendet werden.
Zur Entfernung nicht dispergierter Teilchen und Agglomerate aus der Dispersion können geeignete
Maßnahmen, wie Filtrieren oder Zentrifugieren, angewendet werden. Es ist wichtig, daß alle Agglomerate
einer Größe über etwa 40 Mikron von der Dispersion entfernt werden. Die Entfernung der Agglomerate ist
insbesondere bei der Herstellung von Fasern mit feiner Denier-Zahl (<3 Denier) wichtig, wenn die Anwesenheit
von Agglomeraten während des Verspinnens und Streckens zu schlechten Fasern (Brüchen und Ungleichmäßigkeiten)
führt. Geeignete Vorrichtungen zur Entfernung solcher Materialien sind im Handel erhältlich.
Obgleich die Mischzone, in welcher das trockene Polymerisatpulver zur heftig gerührten flüssigen Formulierung
zugefügt wird, aus verschiedenen Arten hoch intensiver Schermischer bestehen kann, besteht sie
vorzugsweise aus einer Vorrichtung zur Verleihung einer Umwälzwirkung für das pulverisierte, thermoplastische
Harz. Die bevorzugte Vorrichtung enthält eine Flüssigkeitsleitung mit einem Düsenkopf zur einheitlichen
Abgabe der flüssigen Dispersion in Form eines feinen Sprühnebels auf die sich ständig verändernde
Oberfläche des umgewälzten, pulverisierten, thermoplastischen Harzes. Es ist wichtig, die Dispersion einheitlich
ohne irgendwelche Akkumulierung überschüssiger Flüssigkeit über die Harzoberfläche zu verteilen, so daß
das Harz während des Überziehens und in den anschließenden Trocknungsstufen frei fließend bleibt.
Zwecks Entfernung flüssiger Materialien sind Mittel vorgesehen, die Vorrichtung unter Vakuum zu bringen.
Weiterhin ist die Vorrichtung mit einem Dampfmantel oder anderen Mitteln zum Erhitzen der Mischung
innerhalb der Vorrichtung zwecks besserer Entfernung des Verdünnungsmittels versehen. Nach Aufsprühen der
flüssigen Dispersion auf das thermoplastische Harz wird das überzogene Harz weiter mindestens 15 Minuten,
insbesondere 20—40 Minuten, umgewälzt, worauf die Vorrichtung unter verminderten Druck und auf erhöhte
Temperatur gebracht wird, um Verdünnungsmittel und andere flüchtige Materialien vom überzogenen thermoplastischen
Harz zu verflüchtigen. Das erhaltene getrocknete, überzogene thermoplastische Harz sollte
höchstens 4 Gew.-% flüchtige Materialien, vorzugsweise weniger als 1 Gew.-°/o, bezogen auf das Gewicht des
Harzes, enthalten.
In der so hergestellten Zusatzmittel/Harz-Mischung bedeckt das Zusatzmittel die gesamte Oberfläche des
getrockneten Harzes mit einer oder mehreren Schichten diskreter Teilchen. Es ist zweckmäßig, daß das mit
Zusatzmittel überzogene Harz aus der Mischzone
sofort in eine Vorrichtung mit hoher Scherkraft übergeführt wird, damit die überschüssigen Zusatzmittelschichten
nicht von der Pulveroberfläche entfernt werden.
Die Vorrichtung mit hoher Scherwirkung kann ein Zweiwalzenstuhl oder eine Strangpresse sein. Das
Produkt aus dieser Vorrichtung ist in seiner Größe in üblicher Weise auf diskrete Teilchen vermindert. Das
Produkt aus dem 2',weiwalzenstuhl liegt in Form einer kontinuierlichen Folie oder eines Bandes des Konzentrates
aus thermoplastischem Harz und Zusatzmittel vor und kann zu Plättchen oder anderen diskreten Teilchen
zerkleinert werden. Das Produkt aus der Strangpresse wird anschließend in einer üblichen Schneidevorrichtung
tablettiert. Die Größe des fertigen Produktes hängt ab von seiner Verwendung. Wird das fertige Produkt
z. B. als Zusatzmittelkonzentrat verwendet und mit dem Grundpolymerisat in Form 1,6 bis 6 mm großer
Tabletten verwendet, so liegen die Plättchen oder Tabletten des Konzentrates in diesem Größenbereich.
Im aligemeinen wird das Zusatzmittelkonzentrat mit demselben Polymerisat-Typ gemischt, der zur Herstellung
des Konzentra tes verwendet wurde.
Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.
Die folgenden Komponenten wurden in eine Lösungsvorrichtung gegeben: 29,5 kg T1O2 Pigment,
13,6 kg Lackbenzin, 0,45 kg niedrig molekulares Polyäthylen und 1,8 kg einer Lösung aus 25% eines
anionischen Dispergierungsmittels, gelöst in Toluol. Die Komponenten wurden ausreichend lange zur Erzielung
einer homogenen Vormischung gemischt, d. h. etwa 30 Minuten. Zur Verdünnung der Vormischung wurden
weitere 4,5 kg Lackbenzin zugegeben und die verdünnte Vormischung 15 Minuten gemischt und anschließend
durch eine Sandmühle gepumpt. Die daraus austretende flüssige Dispersion hatte folgende Zusammensetzung:
Komponente
Gew.-Teile
Anionisches Dispergierungsmittel
Niedrigmolekularesi Polyäthylen
Lackbenzin
Toluol
65
1
1
1
1
40
3
3
110
Dann wurde die flüssige Dispersion durch einen 50 Mikron-Filter filtriert. Die filtrierte Dispersion zeigte
auf einer Hegman N. S. Vorrichtung, die zum Messen der Größe der größten Teilchen in einer gegebenen
Dispersion verwendet wird, einen Wert von mindestens 7. Der Wert 7 auf der Hegman Skala entspricht etwa
0,013 mm für den Durchmesser der größten Teilchen (vgl. ASTM D-1210-64 für dieses Verfahren). Einer aus
Mischer und Vakuumtrockner kombinierten Vorrichtung wurden 29,5 kg Polypropylenpulver zugeführt. Das
■3 Polypropylenpulver stammte aus einem Aufschlämmungs-Polymerisationsverfahren,
hatte eine Schmelzfließgeschwindigkeit von etwa 10—25 g/10 min bei
2300C (ASTM D-1238) und eine durchschnittliche
Teilchengröße im Bereich von etwa 0,074—0,42 mm Vorzugsweise werden Polymerisate mit hoher Schmelzfließgeschwindigkeit,
d. h. über 5 und vorzugsweise über 10 g/10 min, verwendet. Die anschließende Einverleibung
des Pigmentes in das Polymerisat ist bei Polymerisatschmelzfließgeschwindigkeiten unter
5 g/l 0 min sehr schwer.
45 kg der filtrierten flüssigen Dispersion wurden dann
auf das Polypropylenpulver aufgesprüht, das in einer
Mischer/Vakuumtrockner-Kombinations-Vorrichtung
umgewälzt wurde. Nach etwa einer Stunde wurde die Temperatur in der Vorrichtung allmählich auf 93°C
erhöht, und zur Trocknung des überzogenen Pulvers aul einen Gehalt an flüchtigem Material unter 1% wurde
allmählich ein Vakuum von 499—998 mbar über die Dauer von 1,5 Stunden angelegt. Das trockene
2~i überzogene Pulver wurde dann in einem aul
113—177°C erhitzten Zweiwalzenstuhl verarbeitet
herausgenommen, abgekühlt und zu diskreten Teilchen von 3—6 mm zerkleinert.
Das fertige Konzentrat aus Polypropylen und weißerr
m Pigment mit etwa 49 Gew.-% Pigment wurde mil
handelsüblichen Polypropylentabletten mit einei Schmelzfließgeschwindigkeit von 3,2—3,8 g/10 min be
2300C (gemessen gemäß ASTM D-1238) und einer
Unlöslichkeit in Heptan zwischen 94 und 96% (gemäE
j-> dem Hailey-Walker-Verfahren) gemischt. Das erhaltene,
gestreckte Harz enthielt 2 Gew.-% Konzentrat und wurde einem Strangpressensiebtest unterworfen. Be:
diesem Test wurden 3,9 kg gestrecktes Harz in der Einfülltrichter einer 2,5 cm Strangpresse gegeben und
4(i bei einer Schneckengeschwindigkeit von 100 Umdr7min bei einer anfänglichen Temperatur von
249° C mit allmählicher Einstellung auf die Schmelztemperatur von 2600C in die Strangpresse eingeführt. Am
Strangpreßzylinder war ein Manometer angebracht, um
4i den Rückdruck hinter einer Siebpackungshalterung
anzuzeigen. Die Siebpackungshalterung war so konstruiert, daß das geschmolzene Polymerisat von der
Strangpreßschnecke durch eine öffnung mit 6 mm Durchmesser, von dort durch eine aus zwei Sieben von
0,044 mm bestehende Siebpackung zur Entfernung von Gelen und Agglomeraten und 3 Sieben von 0,295 mm
zur Unterstützung der Siebpackung und schließlich durch eine weitere öffnung von 6 mm Durchmesser lief
Der Druckanstieg wurde in bestimmten Abständen festgestellt, bis insgesamt 3,9 kg Harz stranggepreßt
waren. Die Ergebnisse sind gemäß folgender Gleichung als prozentualer Druckanstieg ausgedrückt:
max. Druckanstieg
Druckanstieg nach 15 min Strangpressung
' 1(H) .
Druckanstieg nach 15 min Strangpressung
Die Ergebnisse des Strangpreßsiebtestes sind eine Funktion der Menge an Agglomeraten und anderen
Verunreinigungen in der getesteten Probe. Somit beruht der prozentuale Druckanstieg auf der Verstopfung, die
durch die im Grundharz enthaltenen Agglomerate plus den im Konzentrat enthaltenen Agglomeraten verursacht
wird. Die in der folgenden Tabelle 1 angegebener Werte sind der prozentuale Druckanstieg nach Strangpressung
von 1,8 und 3,2 kg gestrecktem Harz vor Beispiel 1. Die Tabelle enthält auch einen Wert für die
Kontrollprobe A, die dasselbe Grundharz enthält, das mit derselben Menge eines handelsüblichen Konzentra-
tes aus Polypropylen und weißem Pigment gemischt ist. Das handelsübliche Konzentrat wurde gemäß dem
Stand der Technik hergestellt.
Prozentualer Druckanstieg nach Strangpressung von
1,8 kg 3,2 kg
Beispiel 1
Kontrollprobe A
Kontrollprobe A
10
50
50
30
100
100
Das Grundpolypropylenharz zeigte nach Strangpres- ι ϊ
sung von 3,2 kg Harz einen durchschnittlichen prozentualen Druckanstieg zwischen 7 und 14. Daher war ein
Viertel bis die Hälfte des prozentualen Druckanstieges der Probe von Beispiel 1 durch die Agglomerate und
andere Verunreinigungen im Grundharz verursacht.
Beispiel 1 wurde zur Herstellung eines Konzentrates aus Polypropylen und schwarzem Pigment wiederholt,
wobei jedoch eine flüssige Dispersion in einer >~> Stahlkugelmühle anstelle einer Sandmühle hergestellt
wurde. Die flüssige Dispersion hatte folgende Zusammensetzung:
Komponente
Gew.-Teile
Schwarzes Pigment
(mit einem Molekulargewicht von etwa
350 und einem Siedepunkt von 235°C
bei 1,33 mbar)
350 und einem Siedepunkt von 235°C
bei 1,33 mbar)
Lactolbenzine
(aliphatische Kohlenwasserstoffe mit
einem Siedepunkt zwischen 93-107 C)
einem Siedepunkt zwischen 93-107 C)
Anionisches Dispergierungsmittel
Toluol
24
70
100
Das in Beispiel 1 verwendete Polypropylenpulver wurde der Mischer/Vakuumtrockner-Kombinations-Vorrichtung
in einem Verhältnis von 75 Gew.-Teilen Pulver zu 100 Gew.-Teilen der obigen flüssigen
Dispersion zugegeben.
Das erhaltene Konzentrat aus Polypropylen und schwarzem Pigment gemäß Beispiel 2 enthielt 24
Gew.-% Pigment und wurde mit dem in Beispiel 1 verwendeten Grundharz auf eine endgültige Konzentration
von 2 Gew.-% Konzentrat gestreckt und dann wie in Beispiel 1 dem Strangpreßsiebtest unterworfen.
Der Druckanstieg des gemischten Harzes von Beispiel 1 betrug nach Strangpressung von 1,8 und 3,2 kg 9% bzw.
17%.
Beispiel 1 wurde zur Herstellung eines Konzentrates aus Polypropylen und gelbem Pigment wiederholt,
wobei jedoch die flüssige Dispersion in einer Kieselmühle anstelle der Sandmühle hergestellt und durch ein
Sieb mit einer Maschenweite von 0,044 mm gesiebt wurde. Die Dispersion hatte folgende Zusammensetzung
W)
Komponente
Gew.-Teile
Cadmiumsulfid | 50,0 |
Anionisches Dispergierungsmittel | 1,6 |
Lackbenzine | 30,0 |
Toluol | 4,8 |
86,4
Das in Beispiel 1 verwendete Polypropylenpulver wurde in einem Verhältnis von 56 Gew.-Teilen Pulver zu
100 Gew.-Teilen der obigen Dispersion in die Mischer/ Vakuumtrockner-Kombinations-Vorrichtung gegeben.
Das auf 2 Gew.-% Konzentrat gestreckte Harz von Beispiel 3 und ein in ähnlicher Weise aus einem
handelsüblichen Polypropylen/Gelbes Pigment-Konzentrat hergestelltes, gestrecktes Harz, nämlich Kontrollprobe
B, wurden dem in Beispiel 1 beschriebenen Strangpreßsiebtest unterwor ren. Die Ergebnisse waren
wie folgt:
% Druckanstieg nach
Strangpressung von
Strangpressung von
1,8 kg 3,2 kg
Beispiel 3
Kontrollprobe B
Kontrollprobe B
7
50
15
100
100
Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei jedoch anstelle des in Beispiel 1 verwendeten anorganischen Pigmentes
r> ein organisches Pigment verwendet wurde. Die flüssige Dispersion hatte folgende Zusammensetzung:
Komponenten
Gew.-Teile
Phthalocyanin Grün | 20,0 |
Anionisches Dispergierungsmittel | 1,6 |
Lackbenzine | 73,6 |
Toluol | 4,8 |
4Ί 100,0
Das in Beispiel 1 verwendete Polypropylenpulver wurde in einem Verhältnis von 60 Gew.-Teilen Pulver zu
100 Gew.-Teilen der obigen flüssigen Dispersion in die kombinierte Mischer/Vakuumtrockner-Vorrichtung gegeben.
Der Strangpreßsiebtest mit einem auf 2 Gew.-% Konzentrat gestreckten Harz ergab nach Strangpressung
von 1,8 und 3,2 kg einen Druckanstieg von 26 bzw. 60%.
Beispiel 4 zeigt, daß selbst mit organischen Pigmenten, die bekanntlich im Polymerisat sehr schwer zu
dispergieren sind, das gemischte, mit dem erfindungsgemäßen Konzentrat hergestellte Harz einen wesentlich
geringeren Druckanstieg ergab als dies bei Materialien aus bekannten Verfahren der Fall ist.
Dieses Beispiel zeigt die Dispergierung von 3 verschiedenen Pigmenten in einer Polyäthylengrundmasse.
Die flüssige Dispersion hatte folgende Zusammensetzung:
Komponente | Gew.-Teile |
TiO2 | 32,1 |
Phthalocyanin Grün | 9,9 |
Benzidin Gelb | 7,7 |
Anionisches Dispergierungsmittel | 1,0 |
Lackbenzine | 20,0 |
Lactolbenzine | 32,3 |
Toluol | 3,0 |
105,9
Das pulverisierte Polyäthylen wurde in einem Verhältnis von 50 Gew.-Teilen zu 100 Gew.-Teilen der
obigen flüssigen Dispersion verwendet. Das Polyäthylen hatte eine nominelle Schmelzfließgeschwindigkeit von
etwa 14 g/l 0 min. Die Größenverteilung des pulverisierten Harzes war ähnlich wie bei dem in Beispiel 1
verwendeten Polypropylen.
Das fertige Konzentrat aus Polyäthylen und hellgrünem Pigment mit 50 Gew.-% Pigment wurde mit
handelsüblichem Polyäthylenharz mit einer Schmelzfließgeschwindigkeit von etwa 2—4 g/10 min und einer
Dichte von 0,917—0,923 gemischt. Dann wurde das auf
einen Konzentratgehalt von 2 Gew.-% gestreckte Harz einem modifizierten Siebtest gemäß Beispiel 1 unterworfen.
Dabei wurde das Polyäthylengrundharz durch die im Test von Beispiel 1 verwendete Strangpresse bei
konstantem Durchsatz von etwa 2 kg/Std. und einer Temperatur zwischen etwa 219 und 246° C geleitet. Die
Siebpackung bestand aus einem 0,25-mm-Sieb zur Entfernung großer Teilchen und anderen Fremdmaterials,
einem 0,074-mm-Sieb zur Entfernung von Agglomeraten und einem weiteren 0,25-mm-Sieb zur Unterstützung
der Siebpackung. Es wurde der Druckanstieg für das Grundharz festgestellt; dann wurde das
gestreckte Harz stranggepreßt. Der prozentuale Druckanstieg dieses modifizierten Tests entspricht der
Gleichung:
iax. Druckanstieg d. gestreckt. Harzes Druckanstieg d. Grundharzes
Druckanstieg des Grundharzes
100.
Nach Strangpressung von 3,2 kg ergab das gestreckte Harz von Beispiel 5 keinen merklichen Druckanstieg.
Dieses Beispiel zeigt die Verwendung von Wasser als Verdünnungsmittel bei der Herstellung der flüssigen
Dispersion. Die folgenden Komponenten wurden in die in Beispiel 1 verwendete Lösungsvorrichtung gegeben:
24,7 kg Rutil-TiO2, 2,7 kg eines nichtionischen Dispergierungsmittels,
0,32 kg eines anionischen Dispergierungsmittels, 0,136 kg eines Silicon-Entschäumers und
17,9 kg Wasser. Die Komponenten wurden 45 Minuten bei einer Rührergeschwindigkeit von 2200 Umdr./min
gemischt. Die Zusammensetzung der flüssigen Dispersion, die einmal durch eine Homogenisierungsvorrichtung
geleitet war, war wie folgt:
Komponenten Gew.-Teile
TiO2 54,5
Nicht-ionisches Dispergierungsmittel 6,0
Anionisches Dispergierungsmittel 0,7
Komponenten
Gew.-Teile
Silicon-Entschäumer
Wasser
Wasser
0,3
38,5
38,5
100,0
Die Agglomerate in der flüssigen Dispersion wurden mittels einer Siebmaschine entfernt. Die flüssige
Dispersion hatte auf der Hegman-Skala einen Wert von 7.
Dann wurde gemäß Beispiel 1 ein Polypropylen/weißes Pigment-Konzentrat hergestellt, wobei jedoch das
Verhältnis 18,5 Gew.-Teile Polypropylenpulver zu 34,5 Gew.-Teilen flüssiger Dispersion betrug; es wurde das in
Beispiel 1 beschriebene Polypropylenpulver verwendet.
Das erhaltene, auf 2 Gew.-% Konzentrat gestreckte Harz wurde wie in Beispiel 5 dem modifizierten Siebtest
unterworfen. Der Druckanstieg für dieses Harz betrug nach Strangpressung von 3,2 kg 20%.
Die Ergebnisse der obigen Beispiele im Vergleich zu den nach bekannten Verfahren hergestellten Kontrollproben
zeigen den mit dem Verfahren nach der Erfindung erzielten technischen Fortschritt.
Claims (1)
- Patentanspruch:Verfahren zum Einbringen von Zusatzstoffen in thermoplastische Kunststoffe, bei dem man die in fester Form vorliegenden Kunststoffteilchen in Anwesenheit einer Flüssigkeit unter ständigem Rühren mit dem Zusatzstoff überzieht und die Mischung anschließend vom Hauptanteil der flüchtigen Bestandteile befreit und hohen Scherkräften unterwirft, dadurch gekennzeichnet, daß man während des Rührens eine flüssige Dispersion des Zusatzstoffes in einem Verdünnungsmittel auf den als Pulver mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 74 bis 840 μίτι vorliegenden Kunststoff aufsprüht und die Entfernung des Hauptanteils der flüchtigen Bestandteile durch Trocknen der so erhaltenen Mischung unter weiterem Rühren vornimmt.20
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