DE1948165B

DE1948165B - Verfahren zur Herstellung einer Pigmentmasse

Info

Publication number: DE1948165B
Authority: DE
Inventors: Floyd Bernard Midland; Hock Kenneth Richard Gladwin; Haynes jun. Winfield Scott Freeland; Mich. Nagle (V.StA.)
Original assignee: The Dow Chemical Co., Midland, Mich. (V.StA.)

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Pigmcntimssen, die in einfacher Weise in thermoplastischen Polymeren zur Herstellung gleichmäßig gefärbter oder pigmentierter Formkörper dispergiert werden können.

Beim Färben von thermoplastischen Polymeren mit Pigmenten ist es üblich, ein Pigment oder eine Pigmenimischung mit dem körnigen Polymeren zu vermischen und anschließend die Mischung zu verformen. Man kann auch in der Weise vorgehen, die Mischung einem Mischer oder einer Kunststoff-Strangpresse zuzuführen, wobei die Mischung in dem Mischer oder in der Strangpresse auf den Erweichungspunkt des Polymeren oder auf eine Temperatur darüber erhitzt wird. Auf diese Weise erfolgen eine Verarbeitung und Vermischung zu einer gleichmäßigen Masse, die anschließend beispielsweise durch Strangpressen entfernt, abgekühlt und in eine zum Verformen geeignete körnige Form zerschnitten oder vermählen wird. Dii bishi r zur Herstellung von Pigmeutmussen oder -konzeniratcii. welche zur Herstellung von gefärbten thermoplastischen Polymeren eingesetzt werden, angewendeten Methoden besitzen den Nachteil, daß sie mit einer Staubbildung verbunden sind und mehrere VenahrcnssUifen erfordern.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Pigmentmasse mit verbesserter Dispergierbarkcit in Thermoplasten unter Vermischen von 60 bis 90 Gewichtsprozent eines unlöslichen, feinteiligen Pigments und 5 bis 40 Gewichtsprozent eines Metallsalzes einer Fettsäure mit 12 bis 2;> Kohlenstoffatomen, bei dem man aus den obigen Bestandteilen und 0 bis 20 Gewichtsprozent einer Fettsäure mit 12 bis 26 Kohlenstoffatomen ei ¹U innige Mischung herstellt, die Mischung verdichtet und die verdichtete Mischung zu einem Granulat zerkleinert.

Durch da.·» Verfahren nach der Erfindung ist die Herstellung nichlstaubcnder Pigmentmassen möglich. Diese Massen lassen sich in einfacher Weise in thermoplastischen Polymeren verteilen.

Zur Herstellung der verdichteten Pigmentmassen ist es von Bedeutung, daß das Mctallsalz der Fettsatir»· sowie das Pigment in feiniciligcr Form vorliegen, wobei außerdem eine innige Vermischung durchgeführt werden muß. damit die einzelnen Teilchen frei vorliegen und sich nicht zu Agglomerate aus den einzelnen Bestandteilen vor der Verdichtung der Mischung zusammcnlagern. Werden diese Bedingungen eingehalten, dann erhält man nichtstaubende und in einfacher Weise dispergierbarc Pigmentmassen. Ein derartiges Vermischen kann in der Weise erzielt werden, daß die Bestandteile verrührt oder in einer Trommel zusammengemischt werden. Am einfachsten ist jedoch das Vermählen einer Mischung der Bestandteile in einer Kugelmühle, einer Hammermühle, einer Pulverisierimgseinrichtung oder einer Feinzerkleincrungseinnchttmg, wobei diese Einrichtungen eine scherende Wirkung auf die Teilchciiagglomerate ausüben sollen oder in anderer Weise die Agglomerate zu einzelnen Teilchen aufbrechen sollen, welche gleichmäßig zu einer frei llicßenden Masse verteilt werden. Derartige Mischungen lassen sich in verdichletcm Zustand leicht unter Bildung von Granulaten zerbrechen, wobei diese Granulate staubfrei oder im wesentlichen frei von staubähnlichen Teilchen sind. Sie können in thermoplastischen organischen Polymeren in einfacher Weise /ur Gewinnung gleichmäßig gefärbter Produkte verteilt werden.

Die Verdichtung kann in üblicher Weise durchgeführt werden. Dabii kann man beispielsweise Verdichtungswalzen verwenden, wobei diese Walzen den Walzen ähneln, wie sie zur Verdichtung von Metallpulvern eingesetzt werden. Dabei wird die Mischung aus dem Pigment und zugesetzten Mitteln dem Walzenspalt der Verdichtungswalzen zugeführt. Vorzugsweise wird die Mischung Verdichtungsdrücken unter Bildung einer brüchigen zusammenhaltenden Masse mit einer

»o Dicke von nicht mehr als 6,25 mm unterzogen. Zum Vermischen mit thermoplastischen Polymeren wird das verdichtete Material zu einem Granulat zerstoßen oder vermählen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform enthalten die Pigmentmassen 5 bis 40 Gewich ^nrozcnt des Metallsalzes der Fettsäure, 5 bis 20 Gewichtsprozent einer Fettsäure mit 12 bis 26 Kohlenstoffatomen und als Rest das Pigment pro 100 Gewichtsteile der Masse, unter der Voraussetzung, daß 10 bis 40 Gcwichtsprozent und vorzugsweise wenigstens 15 Gewichtsprozent der Masse aus dem Mctallsalz der Fettsäure oder aus einer Kombination aus dem Salz und der Fettsäure bestehen und sich der Rest in entsprechender Weise zu 90 bis 60 und vorzugsweise zu 85 bis 60% aus dem Pigment zusammensetzt.

Die besten Ergebnisse werden dann erhalten, wenn die Pigmentmassen 10 bis 40 Gewichtsprozent des Metallsalzes der Fettsäure und 5 bis 20 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der Masse, einer Fettsäure mit 12 bis 26 Kohlenstoffatomen enthalten und sich der Rest aus Pigment zusammensetzt. Die Fettsäure kann die gleiche Säure wie diejenige des Metallsalzes sein, es kann sich jedoch auch um eine andere Säure handeln.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform enthalten die Fettsäuren 14 bis 24 Kohlcnstoffatome. Von geeigneten Fettsäuren seien Myristinsäure, Palmitinsäure, Stearinsäure, Archidinsäure, Behensäure sowie Lignocerinsäure erwähnt. Geeignete Metalle, aus denen die Metallsalze bestehen können, sind beispielsweise Li. Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Zn, Sr, Cd, Ba. Al, Sn, Pb und vorzugsweise Zink, Calcium, Aluminium, Magnesium, Blei oder Lithium.
Die verdichteten Pigmentmassen bestehen imwesentlichen aus dem unlöslichen feintciligen organischen oder anorganischen Pigment oder aus einer Mischung aus zwei oder mehreren derartigen Pigmenten, der Fettsäure sowie dem Metallsalz der Fettsäure oder einer Mischung aus zwei oder mehreren Metallsalzen der Fettsäuren zusammen mit einer oder mehreren Fettsäuren.

Der Vorteil der erfindungsgemäß herstellbaren verdichteten Pigmentmassen besteht in der Einfachheit, mit welcher das Pigment in thermoplastischen PoIymeren durch übliches Vermischen, Vermengen oder mechanisches Bearbeiten der körnigen Pigmentmasse mit einem durch Wärme erweichten oder geschmolzenen thermoplastischen Polymeren in Mühlen, Banbury-Mischcrn, Kunststoffextrudern oder in einer

Schneckeneinspritz-Formmaschinc verteilt werden kann. Andere Vorteile sind darin zu sehen, daß das Pigment nicht staubt und eine gleichmäßigere Verteilung des Pigmentes frei von Streifen und Aderungen in Kunststoffen im Vergleich zu bisher bekannten

Methoden möglich ist.

Die verdichteten Pigmentmassen können in thermoplastische organische Polymere aller Arten sowie in syntiK..μ Iu: I I.istointre eingemengt werden. Von der-

artigen Polymeren und Elastomeren seien folgende erwähnt: Polystyrol, Copolymere aiii Styrol und Acrylnitril, Copolymere aus Styrol, Acrylnitri! und einem Polybutadienkautschuk oder kautschukartige Copolymere aus Äthylen und Phenylacetat, Copolymere aus Äthylen und Äthylacrylat, Polyvinylchlorid, Copolymere aus Vinylchlorid und Vinylacetat, Copolymere aus Vinylidenchlorid und Vinylchlorid, Polymethylmethacrylai. Copolymere aus Styrol und Methacrylal, Polybutadien, elastomere Copolymere aus Butadien und Styrol, Blockcopolymere aus Styrol und Butadien, Polyisopropen, Copolymere aus Butadien und Isopren, Polycarbonate, Polyester, Polyethylenterephthalat sowie Polyamidharze.

Die verdichteten Piginenimasscn werden in Mengen »5 von ungefähr 0,5 bis 5 Gewichtsleile der verdichteten Pigmentmasse pro 100 Gewichtsteile des zu färbenden organischen Polymeren eingesetzt, wobei jedoch ai;ch größere oder kleinere Mengen verwendet werden können.

Kleine Mengen an löslichen organischen Farbstoffen, Färbemitteln, Lichtslabilisierungsmitteln.Wärmestabilisierungsniittdn, Antioxydationsmitteln oder Weichmachern können ebenfalls zugesetzt werden, sind jedoch nicht erforderlich.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiel 2

Line Piginent/tibereilung wird in der Weise hergestellt, daß Teile der einzelnen Pigmente, welche mit Zinkstearat in den angegebenen Mengen vordispergiert oder vermählen worden sind, vermischt werden, v/obci foluerider Ansät/, verwendet wird:

Art des l»iJ

Zink i(c;i rat

Titandioxyd	20
Amaplast Rubinol-Rot	0
Phthaloeyanin-Grur. ...	IS
Ultramarin-Blau	33.3
RuB	33.3

292,0 0,5 5,3 9.0

y.o

Die Mischung wird trocken mn 5% ihres Gewicht· an Stearinsäure durch Behandlung in einer Trommel vermischt und anschließend /wischen Verdichtingswal?en verdichtet, worauf das verdichtete Material aufgebrochen und auf einen» LS-Standardsicb Nr. IK (Sicböffniiiig 1.00 min) gesiebt wird. SiS"/,, des körnig ii Materials bleiben auf dem Sieb /uriiek, während 12% durch das Sieb hindurchgehen. Die verdichtete PigmciU/abereitung läßt sich in einfacher Weise in PoIystyrol in einer Konzentration von I Teil der verdichtes ten Pigmcnt/ub-jr.-itung pro 100 Teile des Poly-dymldtirch Schraubensprit Aerformei unter Bildung von Teststiieken mit einer gleichmäßig graucii i-arbe, welche frei von Streifen «>dcr Aderiingcn sind, verteilen.

35

Beispiel 3

Eine Pigmentzuhercitung wird durch Vermischen von einzelnen Pigmenten, die mit /inkstearat in den angegebenen Mengen vermählen worden sind, gemäß folgendem Ansatz hergestellt:

Art des Pigments

Zinkstoarjl

20

15

33.3

33,3

Gcwichisteile

86.5 3.1 6,06 9,5 0,352

Beispiel

(A) Eine Charge aus 80 Gewichtsteilen Titandioxydpigment (TiOj) und 20 Gewichtsteilen Zink.Uearat wird in einer Kugelmühle vermählen. Eine Charge aus 95 Gewichtsteilen der vermahlenen Mischung und 5 Gewichtsteilen Stearinsäure wird in einem Mischer vermischt. Die vermischte Mischung wird unter Verwendung eines Verdichters mit Walzen mit einem Durchmesser von 25 cm und einer Breite von 17,5 cm verdichtet, worauf das verdichtete Material zu einem Granulat zerstoßen oder /erbrochen wird. Dieses

Granulat wird anschließend durch US-Standardsiebe

gesiebt. Man erhält ein Produkt, das zu 91% durch 4° jj_tancjj_0XV(j

ein Sieb Nr. 8 (Sieböffnung 2,38 mm) hindurchgeht Cachiium-Geib

und auf einem Sieb Nr. 18 (Sieböffnung 1.00 mm) zu- Phthiloeyarin-Grün rückbleibt und zu 9% durch ein Sieb Nr. 18 (Sieb- uifamarin-'uiau Öffnung 1,00 mm) hindurchgeht. Ruß"

(B) Eine Charge aus 80 Gewichtsteilen Titandioxyd und 20 Teilen Zinkstearat wird in einer Kugelmühle vermählen und anschließend unter einem Druck von ungefähr 4200 kg/cm^ä verdichtet. Anschließend erfolgt ein Aufbrechen zu einem Granulat. 54% des Granulats bleiben auf einem Sieb Nr. 18 (Sieböffnung 5° wird. 74% des körnigen Produktes bleiben auf einem 1.00 mm) zurück, während 46% durch das Sieb hin- Sieb mit einer Öffnung von 1,00 min zurück, während durchgehen. 26% durch das Sieb hindurchfallen. 1 Teil der ver-

Jede der verdichteten, gemäß A und B hergestellten dichteten Pigmentzubereitung, die auf dem Sieb /t,-Pigmentmassen, die auf dem Sieb Nr. 18 (Sieböffnung rtickbleibt, wird mit 100 Teilen eines kernigen Copolv-1,00 mm) zurückbleibt, wird trocken in einer Menge 55 nieren aus 95% Styrol und 5% GR-S-Kautsehuk vervon 1 Gewichtsteil der verdichteten Pigmentmasse mit mischt und unter Bildung von Teststücken durch 100 Gewichtsteilen eines körnigen Polystyrols, das ftir eine Verformung geeignet ist, vermischt. Die Mischung wird zur Bildung von Teststücken mit einer Abmessung von 50 · 75 · 2,5 mm mittels einer Schneckensprit/- ^6o methode verformt. Die Teststücke besitzen eine gleichmäßige Farbe und sind frei von Streifen oder Aderungen.

Das Material, welches durch diis Sieb mit einer Öffnung von 1.00 mm hindurchgeht, kann erneut ver- ⁶S dichtet und unter Bildung einer weiteren Menge eines Die Mischung wird trocken mit 5% ihres Gewichts mit Stearinsäure vermischt und anschließend zsvischcn VerdiclHungivvalzcn verdichtet, worauf das verdichtete Material zu einem Granulat aufgebrochen und gesiebt

Schneckenspritzgießen verformt. Du geformten Teststücke bcsit/eii eine gleichmäßige Türkis-Farbe und sind frei von Streifen oder Aderupgcn.

in Form von Fin?r!teilehen vorliegenden Produktes nil den gewünschten Größen zerbrochen werden.

Beispiel 4

Zur Durchführung einer Reihe son Versuchen wird jeweils eine Charge aus 90 Gewichtsteilen einer Pigmantinischung aus 98 Gewichtsprozent Titandioxydpulver und 2 Gewichtsprozent Zinkstearat sowie K) Gewichtsteilen eines Metallsal/es einer Fettsäure gemäß folgender Tabelle vermischt. Die Mi.cluing wird zwischen Walzen einer Konurek-Greases-L.ibor-

vcrdichiungscinriel'limg (Modell L 405) bei einem Wal/cnabstand von ungefähr 1.15 mm sowie unter einer- Druck von 140 bis 175LgZCm- verdichtet. Das »vi\li:!ucte Pigment wird zu einem Granulat zerstoß II.

line Charge aus 2500 α eines körnigen Polystyrols, welches sich 7um Verformen eignet. 16,7 g der verdien ?tcn Pigmenlmischupg und 5 g Ultramarin-Blau wird vermischt. Die Mischung wird zur Bildung von Testplatten mit einer Abmessung \on 50 · 75 · 2,5 mm durch Schraubcnsprii/verformen ve»formt. Die ersten fünf geformten Stücke werden verworfen. Die sich anschließenden geformten Stücke werden auf die Gleichmäßigkeit ihrer Farbe, auf Pigmentstreifen und/oder -aderungen untersucht. In der Tabelle I sind die Versuche sowie die zur Herstellung der Massen \erwendclen Metallsalze zusammengefaßt. Ferner ist in der Tabelle die ermittelte Bewertung der Gleichmäßigkeit der Farbe zusammengestellt, wobei gleichzeitig aus dieser Tabelle zu ersehen ist. ob Streifen und/oder Aderungen in den Teilst iiekcn gefunden werden, und zwar unter der Überschrift »Bemerkungen«.

Tabelle I

Vor-	l'icmenl	I e(is;iurc-Mctuilsalz	Teile	Bemer
such Ni.	Teile	Alt	10	kungen
I	90	Zinksicmii		gut
	90	Zinkstearat (0.064 bis
		0.090 g'ecm) durch
		ein Sieb mit einer
		Öffnung \on	10
		0,044 mm		sehr gut
3	90	Zinkstearat (0.048 b^:
		0.080 g.'eeml di.r...
		ein Sieb mit einer
		Öffnung \on	10
		0.044 mm		sehr gut
4	90	Aluminiiimmono-	10
		stearat	10	gut
	90	Aluminiumdistearat	10	gut
6	90	Aluminiumtristeara;		gut
7	90	Aluminiumlndiow-	10
		stearat	10	gut
S	90	Natrium->tearat	10	gut
9	90	Lithiumsteanit	10	gut
10	90	Bariumstearat	10	gut
11	90	Calciumstcarat	10	gut
i:	90	Magnesitimstearat	10	gill
13	90	Aluminiumpalmitat	10	gut
14	90	Zinkpalniitat	10	gut
15	90	Zinkbelienat	gut

Beispiel 5

Zur Durchführung einer Reihe von Versuchen wird jeweils eine Charge aus 80 Gcwichlsteilen Titandioxyd und 20 GcwiciUsteüiii Zinkstearat in einer Hammermühle vermählen. Cine Cliargc aus 95 Gewichtsteilen der vcrmahlencn Mischung iir.d 5 Gewichtsteilen Stearinsäure wird vermischt. Die Mischung wird zwischen Walzen einer Komerak-Greaves-Verdichtung,-cinrichtung (Modell L 405) mit einem Walzenspalt

ίο von ungefähr 1.15 mm bei Drücken \on 63. 126 und 175kc/cm². \erdiciitet. Die verdichtete Pigmenlmischung wird zu einem Granulat oder zu einem Pulver zerstoßen, tine Charge aus 16 g der verdichteten Pigmenlmischung und 4 g eines Ultramarin-Blau-Pigments wird vermischt. Eine Charge aus 1 Gewichtsteil der erhaltenen Mischung wird mit 100 Gevvichtsteiien eines Polystyrolgraiuilats. das zum Verformen geeignet ist. vermischt. Diese Mischung wird zur Bildung von Teststücken unter Anwendung einer Methode, die der im Beispiel 1 angewendeten Methode ähnelt, spritz- \erformt. Die Teststücke besitzen eine gleichmäßige Farbe und sind frei von Streifen und Aderungen.

Beispiel 6

Zur Durchführung einer Reihe von Versuchen werden jeweils 10 Gewichtsteile eines Titaiuiioxydpigmcnts innig mit 2 Gewichtsprozent Zinkstearat vermischt, worauf eine weitere Stearatmcnge oder eine Menge aus Stearat und Stearinsäure in den Mengen zugeinischt wird, die in der folgenden Tabelle angegeben sind. Die Mischung wird durch eine Hammerrrühle geschickt, um die Bestandteile innig miteinander zu vermischen. Das aus der Hammermühle l.immende Material wird zwischen Walzen einer Komerak-Grea\es-Verdichtungseinrichtung (Modell L 405) bei einem Walzenabstand von 0.8 mm unter einem Druck von 126 kg/cm² verdichtet. Die verdichtete Mischung wird zu ci.iem Granulat zerstoßen und 'π Gewinnung der Teilchen, die durch ein Sieb Nr. 8 (Sicböffnung 2.38 mm) hindurchgehen und auf einem Sieb Nr. 18 (Sieböffnung 1,00 mm) zurückbleiben, gesiebt. Eine Charge aus 16 Gewichtsteilen aei verdichteten Pigmeniteilchen und 4 Gewichtsteiieii eines Ultramarin-Blau-Pigments wird mit 100 Gewichtsteilen eines Polystyrolgranulats, das zur Verformung geeignet ist, vermischt, und zwar durch Vermischen in einer Trommel. Diese Mischung wird zur Bildung von Teststücken von mit einer Abmessung von 50 · 75 · 2.5 mm spritzverformt. Die Teststücke werden auf ihre Farbe sowie auf Streifen oder Aderungen untersucht. In der Tabelle I! sind die Versuche zusammengefaßt, wobei ferner die Farbe der geformten Teststücke angegeben ist.

Tabelle Il

Versuch Nr.	TiO. Teile	Stearinsäure Teile	Zinkstearat Teile	Aluminium- tristearal Teile	Produkt Bemerkungen
I -> 3 4	10 IO IO 10	0 0 0,5 0	0 1 1 0	0 0 0 1	Streifen, gleichmäßige Farbe keine Streifen keine Streifen keine Streifen

Beispiel 7 g_{5 s}äure vermischt, und zwar durch Mischen in einer

Eine Charge aus 75 (ievvichtstcilcn eines mit Silikon Trommel. Die Mischung wird verdichtet, zerstoßen,

behandelten Ti(),-Pijrments wird innig mit 20 Gc- gesiebt und mit einem Ultramarin-Blau-Pigment \erwichlsprozenl Aluininiuintii-.tearat und 5"/« Stearin- mischt. \vor"if ein Teil der Mischung nut einem Poly-

styrolgranulat vermischt wird. Die erhaltene Mischung wird unter Anwendung der im Beispiel 6 beschriebenen Methode zu Teststücken verformt. Die Teststücke besitzen eine gleichmäßige Farbe und sind frei von Streifen und Aderungen. S

Beispiel 8

Eine Charge aus 80 Gewichtsteilen Titandioxyd in feinteiliger Form und 20 Gewichtsteilen Zinkstearat wird in einer Hammermühle vermählen. Eine Charge aus 95 Gewichtsteilen der vermahlenen Mischung wird mit 5 Teilen einer pulverisierten Stearinsäure vermischt. Die Mischung wird zwischen den Walzen einer Komerak - Greaves - Verdichtungseinrichtung (Modell L 405) bei einem Walzenabstand von ungefähr 0,8 mm unter einem Druck von 126 kg/cm² verdichtet. Das verdichtete Material wird zu einem Granulat zerstoßen und zur Abtrennung der Fraktion gesiebt, die durch ein Sieb Nr. 8 (Sieböffnung 2,38 mm) hindurchgeht und auf einem Sieb Nr. 18 (Sieböffnung 1,00 mm) ao zurückbleibt. Das gesiebte Material ist staubfrei und

läßt sich in einfacher Weise zwischen den Fingern zerreiben.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer Pigmentmasse mit verbesserter Dispergierbarkeit in Thermoplasten unter Vermischen von 60 bis 90 Gewichtsprozent eines unlöslichen, feinteiligen Pigments und 5 bis 40 Gewichtsprozent eines Metallsalzes einer Fettsäure mit 12 bis 26 Kohlenstoffatomen, dadurch gekennzeichnet, daß man aus den obigen Bestandteilen und 0 bis 20 Gewichtsprozent einer Fettsäure mit 12 bis 26 Kohlenstoffatomen eine innige Mischung herstellt, die Mischung verdichtet und die verdichtete Mischung zu einem Granulat zerkleinert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man durch die Verdichtung eine brüchige zusammenhaftende Masse mit einer Dicke von nicht mehr als 6,25 mm herstellt.

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