DE2749241A1 - Verfahren zur herstellung von gefaerbten, stranggepressten produkten - Google Patents

Description

Reed Plastics Corp.

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gefärbten, stranggepreßten Produkten aus einem thermoplastischen Material.

In der KunststoffIndustrie und insbesondere im Hinblick auf stranggepreßte bzw. extrudierte Kunsstoffe ist es sowohl wichtig als auch schwierig, färbende Materialien in gleichmäßig verteilter und fein dispergierter Form in das Kunststoffmaterial einzuarbeiten. Im allgemeinen werden Kunststoffmaterialien mit Hilfe von Pigmenten oder feinteiligen, festen, teilchenförmigen Färbematerialien gefärbt, wenngleich man bestimmte Kunststoffe mit Hilfe von Farbstoffen oder Mischungen aus Farbstoffen und Pigmenten anfärben kann. In allen Fällen ist es von Bedeutung, das färbende Material gleichmäßig zu verteilen, um eine gleichmäßige Färbung des Kunststoffs zu erreichen. Weiterhin ist es wesentlich, die färbenden Materialien in feinverteilter Form in dem Kunststoff zu dispergieren, so daß die färbenden Materialien im allgemeinen in Form von Teilchen mit einer Teilchengröße von weniger als 1 μπι vorliegen und im wesentlichen keine größeren Agglomerate von Farbstoff teilchen vorhanden sind. Wenn man ein Pigment in Form von feinverteilten kleinen Teilchen in einem Kunststoff dispergiert, kann man den gewünschten Farbton in wirksamerer Weise und unter Anwendung einer geringeren Menge des Pigments erreichen. Gleichzeitig wird eine größere Gleichmäßigkeit der Färbung erreicht und die physikalischen und mechanischen Eigenschaften des Kunststoffs werden verbessert oder zumindest nicht beeinträchtigt.

809820/0765

Reed Plastics Corp.

Die Herstellung von feinen Kunststoffendlosfäden durch Strangpressen ist eines der Anwendungsgebiete, bei denen Farbstoffe oder Pigmente, die zum Färben von Kunststoffen oder Harzen verwendet werden, scharfen Anforderungen unterworfen werden. Diese Endlosfäden können eine relativ große Faserstärke besitzen, können jedoch auch sehr dünn sein und beispielsweise einen Durchmesser von 1 μΐη oder weniger besitzen, was zur Folge hat, daß Agglomerate des Pigmentmaterials ebenso groß oder sogar um ein Mehrfaches größer sein können als der Durchmesser des Endlosfadens. Diese Agglomerate können den Endlosfaden erheblich schwächen oder können die Siebpackung, die Spinndüse, den Strangpreßkopf oder die Düsen und dergleichen verstopfen. Im allgemeinen bedeutet dies, daß das zur Herstellung von stranggepreßten Endlosfäden verwendete gefärbte Harz im v/esentlichen oder vollständig frei sein sollte von Teilchen, die eine Teilchengröße besitzen, die größer ist als etwa die Hälfte des Durchmessers des Endlosfadens. Ein besonderes und wichtiges zu lösendes Problem ist daher die Bildung einer vollständigen Dispersion und eine Teilchengrößenverkleinerung eines Pigmentmaterials, das in einem Kunststoff für die Herstellung von Endlosfäden nach dem Strangpreßverfahren vorliegt.

Es ist seit langem bekannt, daß feinteilige Teilchen, wie Pigmentteilchen, sich unterschiedlich verhalten und schwierig zu dispergieren sind. Wenn man solche Teilchen mit einem suspendierenden Medium, wie einem Kunststoffmaterial, vermischt, neigen sie dazu, in Form von Klumpen oder in Form von größerer Agglomeraten und/oder Aggregaten vorzuliegen. Es ist bekannt, daß die durch die Agglomeration verursachten Schwierigkeiten sehr kräftige Mischmethoden erforderlich machen, die mit dem Erfordernis, das Kunststoffmaterial schnell und gleichmäßig in eine Verarbeitungsvorrichtung einzuspeisen, unverträglich sind, wobei durch diesen Mischvorgang auch

809820/0765

Read Plastics Corp.

die Eigenschaften des Kunststoffmaterials als solchem beeinträchtigt werden können. Dieses Problem wurde bei bekannten Verfahren teilweise dadurch gelöst, daß man das Mischen in zwei Stufen durchführt. In der ersten Stufe bereitet man eine Mischung aus dem Kunststoffmaterial und dem färbenden Material, wie einem oder mehreren Pigmenten, unter Bildung eines Produkts, das im allgemeinen als Farbstoffkonzentrat oder Stammansatz bezeichnet wird. Der extrem schwierige erste Schritt der vollständigen Dispergierung des Pigments in dem Kunststoff wird von dem Strangpreßverfahren getrennt. Im allgemeinen wird das Farbstoffkonzentrat von einem anderen Hersteller oder Verarbeiter bereitet und an die Firmen vertrieben, die das Strangpressen oder die andersartigen Verarbeitungsmaßnahmen durchführen, üblicherweise verwendet man ein Farbstoffkonzentrat und bereitet dies nach den einzelnen Farbspezifikationen, die der Kunde angibt. Anschließend wird das Farbstoffkonzentrat durch Vermischen mit dem "natürlichen" Material oder dem ungefärbten Kunststoffmaterial verdünnt, wobei man im allgemeinen ein Verhältnis von etwa 10:1 bis etwa 100:1 anwendet. Ein sehr übliches Verfahren besteht darin, das Farbstoffkonzentrat im Verhältnis von 25:1 zu verdünnen. Das Farbstoffkonzentrat und das natürliche Material können ohne weiteres vermischt werden und man kann die beiden Materialien gleichzeitig in die Strangpreßvorrichtung einführen und mit Hilfe der Schnecke vermischen, die das Material dem Strangpreßkopf zuführt oder man kann die Materialien in der Heise vermischen, wie es für den Anwender am günstigsten ist.

In der Tat sind die Probleme, die darin bestehen, das Pigment gleichmäßig und frei von Agglomeraten zu dispergieren, nicht gelöst worden, sondern wurden lediglich von der Strangpreßmaßnahme auf eine vorausgehende Stufe verlagert, in der ein zufriedenstellendes Farbstoffkonzentrat hergestellt werden soll. Das schwierige Problem

809820/0768

Plastics Corp.

wurde daher lediglich umgangen und jemand anderem zur Lösung überlassen.

Ein typisches Verfahren zur Herstellung eines Farbstoffkonzentrats ist in der US-PS 3 755 244 beschrieben. Nach der Verfahrensweise dieser Patentschrift werden ein Pigment und ein Polyolefin gut vermählen, wonach das Polyolefin granuliert und gewonnen wird. Das gewonnene Polyolefin wird dann als Farbstoffkonzentrat verwendet.

Bei den bislang angewandten Methoden ist es üblich, das Pigment entweder in trockener Pulverform, die auch als Trockenfarbstoff bezeichnet wird, oder in Form eines Preßkuchens zu verwenden, bei dem es sich um eine Mischung aus dem Pigment und Wasser oder einer anderen Flüssigkeit handelt, die zu einem feuchten Kuchen oder einer Paste gepreßt ist. Man kann sowohl den Trockenfarbstoff als auch den Preßkuchen mit üblichen Hilfsstoffen versetzen, um dem Pigment spezifische Eigenschaften oder ein besonderes Verhalten zu verleihen. Das Pigment, das in Form eines Trockenfarbstoffs oder eines Preßkuchens vorliegt, wird mit einem Polymeren unter Bildung einer Suspension oder Dispersion vermischt. Diese Stufe des Dispergierens des Pigments wird üblicherweise durch kräftiges Durchmischen, beispielsweise unter Anwendung starker Scherkräfte, erreicht, wozu man eine Kugelmühle, eine Sandmühle, eine Banbury-Mischeinrichtung oder dergleichen verwendet. Das mit Hilfe solcher Mischtechniken üblicherweise erhaltene Produkt vermischt sich ohne weiteres mit dem ungefärbten Material in der Strangpreßvorrichtung. Jedoch ist es selbst bei solchen kräftigen Mischvorgängen schwierig, Klumpen oder Agglomerate des Pigments aufzubrechen, so daß ein Farbstoffkonzentrat häufig relativ viele Agglomerate mit einem Durchmesser von einigen μπι und in einigen Fällen sogar im Bereich von 25 bis 300 μπι enthalten kann.

809820/0765

Reed Plastics Corp.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren zur Herstellung von Farbstoffkonzentraten oder zur Bildung von Dispersionen der verschiedenartigsten Materialien anzugeben, mit dem es gelingt, die Agglomerate erheblich zu verringern.

Es hat sich nunmehr gezeigt, daß man Farbstoffkonzentrate mit einem hohen Dispersionsgrad herstellen kann, die annähernd den Zustand einer perfekten Suspension der einzelnen Teilchen, wie der Pigmentteilchen, anderer Teilchen oder Farbstoff teilchen, aufweisen, die in dem Harzmaterial eingekapselt oder dispergiert sind. Die dispergierten Pigmentteilchen enthalten im allgemeinen keine Agglomerate mehr und zeigen Teilchengrößen von etwa 1 μπι oder weniger. Natürlich besteht eine Teilchengrößenverteilung, wobei zu sagen ist, daß die Qualität der Dispersion der Agglomerate durch die maximale Teilchengröße bewertet wird, wobei Dispersionen, die im wesentlichen keine Teilchen mit einer Teilchengröße von mehr als 1 μπι enthalten, ohne weiteres gebildet werden können und für die Herstellung von stranggepreßten Endlosfäden besonders wertvoll sind. Weiterhin können Teilchen mit einer maximalen Teilchengröße von bis zu 0,5 μπι erreicht werden. Die Konzentrate können einen höheren Prozentsatz des Farbstoffs enthalten und dennoch die Qualitätsstandards erreichen oder sogar übertreffen.

Zur Herstellung des gewünschten Produkts wird ein färbendes Material, wie ein Farbstoff oder ein Pigment, in Form eines Preßkuchens, eines Trockenfarbstoffs oder in anderer Form, mit einer inerten suspendierenden Flüssigkeit vermischt, die bei der Mischtemperatur stabil ist und weder das Pigment noch das Trägermaterial, wie das Polymere oder das Harz, löst noch mit diesen Materialien reagiert. Wenn die Suspension in der Flüssigkeit nicht das Endprodukt darstellt, zeigt das dispergierte Pigment oder das dispergierte andere Material eine größere Affinität für das

809820/0765

Reed Plastics Corp.

Trägermaterial als für die inerte suspendierende Flüssigkeit, mit dem Ergebnis, daß das Pigment oder das andere Material anschließend aus der suspendierenden Flüssigkeit in das Trägermaterial überführt werden kann. Das Pigment kann in Wasser oder einer anderen Flüssigkeit, wie Glycerin oder dergleichen, suspendiert werden und kann dann in ein Harz eingeführt oder einaeschläntnt (flush) werden, wobei weder das Pigment noch das Harz mit dieser Flüssigkeit reagieren. Gewünschtenfalls kann man als suspendierende Flüssigkeit ein Material verwenden, das bei Raumtemperatur fest und bei der angewandten Betriebstemperatur entweder flüssig oder zumindest weich ist.

Das Pigment wird dann mit der suspendierenden Flüssigkeit und einem Dispergiermittel unter kräftigem Durchmischen, beispielsweise unter Anwendung von hohen Scherkräften, vermischt. Erfindungsgemäß wird das Vermischen unter Anwendung starker Scherkräfte bevorzugt, wenngleich man auch andere übliche Mischmethoden anwenden kann und bei dem Durchmischen unter Einwirkung starker Scherkräfte auch Ultraschallenergie zur Anwendung bringen kann.

Die erhaltene Suspension des Pigments oder eines anderen Materials in der inerten Flüssigkeit kann dann bei einer Temperatur, bei der das Kunststoffmaterial ausreichend erweicht ist, mit einer Menge des gewünschten Kunststoffmaterials vermischt werden. Das Vermischen und Einkapseln der Pigmentteilchen mit dem Kunststoff bzw. in dem Kunststoff wird durch übliches Rühren oder Vermischen oder durch Vermischen unter Anwendung starker Scherkräfte erreicht. Alternativ kann man die Suspension der Teilchen in der ersten Flüssigkeit als solche als Farbkonzentrat verwenden.

809820/0765

Reed Plastics Corp.

Bei dem Vermischen zum Dispergieren der Teilchen und zur Zerkleinerung der Aggregate und/oder Agglomerate der Teilchen in der ersten Flüssigkeit und gegebenenfalls zum Einarbeiten der Teilchen in das Harz kann man einen Generator für HochfrequenzSchallenergie anwenden, den man möglichst in die Nähe der Stelle des Durchmischens anordnet. Nach Ablauf einer relativ kurzen Zeitdauer, die im allgemeinen weniger als 1 Stunde beträgt, erhält man ein Produkt, in dem die Pigmentteilchen, die die gewünschte geringe Teilchengröße besitzen, die gegebenenfalls weniger als 1 μπι beträgt, gleichmäßig in dem Harzmaterial dispergiert und in dieses eingekapselt sind, wobei das Einkapseln im wesentlichen vollständig ist, so daß die Teilchen während einer angemessenen Lagerzeit in suspendiertem Zustand verbleiben. Nach dem Suspendieren und Einkapseln wird die inerte Flüssigkeit entfernt, beispielsweise durch Abtropfen und Waschen oder Spülen des gefärbten Harzes. Wenn es sich bei der inerten Flüssigkeit um Wasser oder eine mit Wasser mischbare Flüssigkeit, wie Glycerin, handelt, kann man sie mit Wasser auswaschen, wodurch ein Farbstoffkonzentrat aus Kunststoffkörnchen und eingekapselten Pigmentteilchen zurückbleibt, das im wesentlichen keine Verunreinigungen enthält. Die Konzentratkörnchen werden dann zur Entfernung der Feuchtigkeit getrocknet und können gewünschtenfalls geringfügig vermählen werden, um die Teilchengröße von einigen der größeren Körnchen zu vermindern. Man kann die Farbstoffkonzentratkörnchen als Konzentratprodukt verwenden oder kann sie zu Pellets verarbeiten. Man kann das Farbstoffkonzentrat in Form von Pellets ohne weiteres dadurch herstellen, daß man das Konzentrat strangpreßt und das stranggepreßte Produkt in kurze Abschnitte zerschneidet.

809820/0765

Reed Plastics Corp.

Das erfindungsgemäß gebildete Farbstoffkonzentrat kann neben der Anfärbung von stranggepreßten Folien oder Endlosfäden aus Kunststoffen auch für andere Anwendungszwecke verwendet werden. Beispielsweise kann es dazu dienen, gefärbte Elastomere, gefärbte Harze für die Herstellung von Anstrichmitteln oder Überzugszubereitungen, Druckfarben und dergleichen zu bilden und kann ganz allgemein zur Herstellung von spritzgeformten, blasgeformten oder stranggepreßten Kunststoffprodukten verwendet werden. Weiterhin kann das Pigment ein färbendes Pigment oder ein Farbstoff sein oder es kann sich hierbei um einen Füllstoff, ein inneres Schmiermittel, ein Flammschutzmittel, einen Stabilisator, einen Ultraviolettlichtabsorber oder dergleichen handeln.

Bei der Herstellung von Farbstoffkonzentraten für Kunststoffe oder Harze kann man eine große Vielzahl von Pigmenten oder färbenden Materialien verwenden. Auf diesem Fachgebiet ist es für den Lieferanten von Farbstoffkonzentraten üblich, den Farbton entsprechend den Anforderungen des Benutzers einzustellen, indem man ausgewählte Anteile des Pigments oder der Pigmente vermischt. Bei der Herstellung solcher farbmäßig angepaßter Farbstoffkonzentrate kann man verschiedene einzelne und gemischte Pigmente und Farbstoffe verwenden, wobei sich sämtliche Pigmente erfindungsgemäß als zufriedenstellend erwiesen haben. Es wird derzeit angenommen,daß die in der Kunststoff Industrie üblicherweise verwendeten Pigmente und Farbstoffe für das erfindungsgemäße Verfahren geeignet sind.

Bei den üblichen Verfahren wurden die Pigmente unter Anwendung von Dispergiermitteln dispergiert oder wurden in spezieller Weise beschichtet oder in anderer Weise behandelt, um ihre Dispergierbarkeit zu begünstigen. Erfindungsgemäß kann man solche Pigmente oder solche Methoden

809820/0765

Reed Plastics Corp.

anwenden, wenngleich sie für die Mehrzahl der Pigmente nicht notwendig sind, da das erfindungsgemäße Verfahren ohne die Anwendung zusätzlicher Hilfsstoffe gute Dispersionen ergibt. Wenn die Pigmente beschichtet oder in anderer Weise behandelt worden sind, kann es erwünscht sein, die durch die Behandlung erzielten Effekte zu modifizieren, um die relative Affinität des Pigments für das Harz oder das Trägermaterial sicherzustellen oder zu steigern.

Erfindungsgemäß erhält man wesentlich bessere Dispersionen von Pigmenten, Farbstoffen und anderen feinteiligen Materialien, die in Harzen, Elastomeren oder dergleichen verwendet werden. Man kann die Größe der Teilchen und der Agglomerate auf Teilchengrößen von μΐη und darunter bringen, wobei diese verminderte Teilchengröße oder Agglomeratgröße beibehalten wird. Die einzelnen Teilchen oder Agglomerate sind in der kontinuierlichen Phase der Zubereitung, beispielsweise der Harzfaser eines Farbstoffkonzentrats, eingekapselt oder zumindest zum Teil davon ungeben. Dadurch, daß man bessere Dispersionen in kürzeren Zeiten, beispielsweise in 1 Stunde oder weniger, bilden kann, ist es möglich, Zeit und Geld zu sparen, was im Gegensatz zu den herkömmlichen Methoden steht, mit denen man schlechtere Dispersionen selbst bei längeren Behandlungszeiten von 24 Stunden oder mehr erhält.

Bei den langen Mischzeiten wird das Harz oder das Kunststoff material nicht zersetzt.

Erfindungsgemäß ergibt sich eine erheblich gesteigerte Flexibilität sowohl hinsichtlich der Auswahl der Pigmente, der Farbstoffe und der anderen Teilchen, die in ein Harz oder ein ähnliches Produkt eingearbeitet werden können, als auch hinsichtlich der Auswahl der Materialien, die gefärbt oder behandelt werden können. Man kann nicht nur thermoplastische Harze färben und formen oder strang-

809820/0765

Reed Plastics Corp.

pressen, sondern man kann auch Farbstoffe und andere Bestandteile in Monomere zur Herstellung von thermoplastischen und hitzehärtbaren Harzen einarbeiten oder man kann diese Bestandteile auch in andere Materialien einführen, die im Zusammenhang mit Oberflächenüberzügen, Druckfarben, Anstrichmitteln und dergleichen verwendet werden.

Im folgenden sei die Erfindung weiter anhand der beigefügten Zeichnung erläutert, die die erfindungsgemäße Herstellung verschiedener Farbstoffkonzentrate verdeutlicht.

Wie aus der einzigen Figur der Zeichnung zu ersehen ist, wird eine erste Flüssigkeit 11 und ein zu dispergierendes und einzukapselndes Material, das als dispergiertes Material 12 angegeben ist, in eine kombinierte Dispergiereinrichtung 10 überführt und mit Hilfe einer Mischeinrichtung 13 und unter Anwendung von Ultraschallenergie 14 vermischt, wobei eine entsprechende Verfahrenssteuerung, wie die Temperatursteuerung 15, angewandt werden. In der Praxis handelt es sich bei der kombinierten Dispergiereinrichtung 10 um einen Tank, einen Bottich oder ein anderes Gefäß oder einen anderen Behälter, der mit einer Mischeinrichtung 13, beispielsweise einer Mischeinrichtung, mit der starke Scherkräfte ausgeübt v/erden können, wie einem Rührer, einer Kneteinrichtung, wie einer Banbury-Mischeinrichtung, oder einer Kugelmühle, einer Sandmühle oder einer anderen Mischvorrichtung ausgerüstet ist, welche Mischvorrichtungen mit einer Ultraschallenergie zuführenden Einrichtung 14 kombiniert werden können. Die Temperatursteuerung 15 oder andere Steuerungseinrichtungen dienen dazu, den Mischvorgang oder die Mischbedingungen in der gewünschten Weise zu steuern.

Bei der ersten Flüssigkeit 11 kann es sich um eine Flüssigkeit, wie Glycerin oder Wasser, das erfindungsgemäß bevorzugt ist, oder eines der anderen Materialien handeln, in das das dispergierte Material 12, wie ein Pigment, ein Farbstoff oder dergleichen, eingemischt werden soll.

809820/0765

Reed Plastics Corp.

Nachdem das Material 12 in der ersten Flüssigkeit dispergiert oder suspendiert worden ist, wird die Dispersion in Abhängigkeit von der Art des gewünschten Produkts in eines von mehreren verschiedenen Systemen überführt. Beispielsweise kann die Dispersion als flüssiges Konzentratprodukt 17 in Behälter abgefüllt werden. So kann beispielsweise ein Material, wie ein Pigment, das in geeigneter Weise in einer Flüssigkeit, wie Wasser dispergiert ist, als solches ein flüssiges Konzentratprodukt darstellen.

Alternativ kann die in der kombinierten Dispergiereinrichtung 10 gebildete Dispersion in eine Mischeinrichtung (FIush-Einrichtung) 19 überführt werden, in der sie mit einer zweiten Flüssigkeit 20 vermischt wird. Gewünschtenfalls kann es sich bei der Mischeinrichtung 19 um das Gefäß oder den Tank der ursprünglichen kombinierten Dispergiereinrichtung 10 handeln. In der Mischeinrichtung 19 wird die Dispersion des Materials 12 in der ersten Flüssigkeit 11 mit einer zweiten Flüssigkeit 20 vermischt, was zur Folge hat, daß das dispergierte Material in die zweite Flüssigkeit 20 überführt wird. Nach dem Vermischen oder Flushen werden die Flüssigkeiten mit Hilfe einer Flüssigkeitsabtrenneinrichtung 21 abgetrennt. In der Flüssigkeitsabtrenneinrichtung 21 können die Flüssigkeiten abfiltriert oder absitzen gelassen und dekantiert oder in anderer Weise voneinander getrennt werden. Wenn eine der Flüssigkeiten bei geringer Temperatur völlig oder teilweise fest wird, kann man das Material abkühlen und filtrieren.Die erste Flüssigkeit wird zurückgewonnen und kann gewünschtenfalls wieder verwendet werden. Die das dispergierte Material enthaltende zweite Flüssigkeit stellt ein flüssiges oder halbfestes pastenförmiges Konzentratprodukt 22 dar.

809820/0765

Reed Plastics Corp.

Gemäß einem dritten System wird die in der kombinierten Dispergiereinrichtung 10 gebildete Dispersion mit einem Harz 24, wie einem Kunststoff oder dergleichen, in der Mischeinrichtung oder Flush-Einrichtung 25 vermischt, die gegebenenfalls mit einer geeigneten Temperatursteuereinrichtung 26 ausgerüstet ist. Auch in diesem Fall kann die Mischeinrichtung 25 gewünschtenfalls das Gefäß sein, das als kombinierte Dispergiereinrichtung verwendet wird. Gemäß einer typischen und erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsform des beanspruchten Verfahrens wird ein thermoplastisches Harz 24 des Typs, wie es später gefärbt oder in ähnlicher Weise gehandelt werden soll, zusammen mit der Dispersion eines Pigments 12 in der ersten Flüssigkeit 11 in die Mischeinrichtung 2 5 eingeführt. Die Temperatur wird bis zum Erweichungspunkt des Harzes erhöht, wodurch das dispergierte Pigment in das Harz eingearbeitet und in dieses eingekapselt wird. Wenn diese Temperatur oberhalb des Siedepunkts eines der Bestandteile der Mischung liegt, verwendet man ein Druckgefäß. Nach dem Vermischen wird die Mischung abgekühlt und in eine Flüssigkeitsabtrenneinrichtung 27 überführt, um die erste Flüssigkeit abzutrennen, die zurückgewonnen und erneut verwendet oder verworfen werden kann. Das dabei erhaltene Produkt wird in der Wasch- und Trocknungseinrichtung 28 gereinigt und kann in Form eines Granulatprodukts 30 gewonnen werden.

Das Granulatprodukt enthält das ursprüngliche dispergierte Material 12, wie ein Pigment, einen Farbstoff oder ein anderes teilchenförmiges Material, das in dem Harz 24 dispergiert und in dieses eingekapselt ist. Das Produkt liegt im allgemeinen in Form von Körnchen vor, die gewünschtenfalls vermählen werden können, um die großen Teilchen zu zerkleinern.Das Material kann gegebenenfalls in der Verarbeitungseinrichtung 31 zu Tabletten, 5 Pellets oder ähnlichen Produkten verarbeitet werden. Es

809 8 20/0765

Reed Plastics Corp.

kann auch direkt der Harzverarbeitung 32, beispielsweise einer Kunststoffstrangpresse oder dergleichen, zugeführt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren liefert bessere Ergebnisse als die herkömmlichen Verfahren. Die Agglomerate werden in wirksamerer Weise aufgebrochen und ergeben kleinteiligere Teilchen in dem gewünschten Größenbereich. Durch Anwendung von Hochgeschwindigkeitsmischern, Mischern, die starke Scherkräfte ausüben, oder anderen Dispergiereinrichtungen und unter Verwendung von oberflächenaktiven Mitteln und Dispergiermitteln werden die Agglomerate aufgebrochen und bilden eine stabile Dispersion in der ersten Flüssigkeit. In dieser Weise werden Agglomerate, die sonst der die Agglomerate aufspaltenden Wirkung widerstehen würden, zerteilt und bleiben in entagglomeriertem Zustand, bis sie in das Harzmaterial überführt werden.

Bei einer technischen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bildung eines Farbstoffkonzentrats oder eines ähnlichen Produkts führt man das Verfahren im allgemeinen absatzweise durch, so daß sich das gewünschte Gleichgewicht aus den Bestandteilen oder Materialien mit den geringsten Problemen und Schwierigkeiten erreichen läßt, wenngleich man auch kontonuierlich arbeiten kann.

Im allgemeinen ist es bevorzugt, zwei oder mehrere Behandlungseinrichtungen unterschiedlicher Größe zur Verfügung zu haben, beispielsweise ein erstes System, das Bottiche oder Gefäße mit einem Fassungsvermögen von 3785 1 (1000 Gallonen) umfaßt, ein zweites System, das Bottiche oder Gefäße mit einem Fassungsvermögen von 1893 1 (500 Gallonen) umfaßt, und ein drittes System, das Bottiche oder Gefäße mit einem Fassungsvermögen von 378,5 1 (100 Gallonen) einschließt. Zum Zwecke der Erläuterung der Erfindung wird jedoch eine Laboratoriums-

809820/0765

Reed Plastics Corp.

vorrichtung verwendet, die ein Fassungsvermögen von 9,84 1 (2,6 Gallonen) besitzt, so daß man zu Vergleichszwecken eine Anzahl von Ansätzen in geringem Maßstab durchführen kann.

Die verwendete Vorrichtung umfaßt eine Ultraschallreinigungseinrichtung (Branson) mit einem Heiztank aus rostfreiem Stahl, über den die Ultraschallenergie zugeführt wird (Modell 610-6 ATH (40 kHz)), der folgende Innenabmessungen besitzt: 15,2 χ 25,4 χ 25,4 cm (Tiefe) (6 χ 10 χ 10 inch). Die Branson-Reinigungsvorrichtung ist mit einer starke Scherkräfte ausübenden Mischeinrichtung variabler Geschwindigkeit ausgerüstet. Als zusätzliche Wärmequelle wird ein Quarzglas-Tauchsieder verwendet.

5 Beispiel 1

Dieses Beispiel verdeutlicht die Herstellung eines Pigmentfarbstoffs, der als Farbstoffkonzentrat zum Färben von thermoplastischen Harzen geeignet ist. Man beschickt den Heiztank (Branson) mit 4 1 Glycerin. Dann schaltet man die homogenisierende Mischeinrichtung ein und setzt die Ultraschalleinrichtung bei 40 kHz in Betrieb. Dann gibt man die gewünschte Menge des Pigments in Form eines Preßkuchens zu dem Glycerin. Man kann irgendwelche üblichen färbenden Materialien für Harze und Kunststoffe verwenden. In diesem besonderen Beispiel wird Phthalocyaninblau G.S. in einer Menge verwendet, die ein Endprodukt mit einem Feststoffgehalt von 25% in der Mischung ergibt. Das Vermischen und Dispergieren unter Anwendung starker Scherkräfte und Ultraschallenergie wird während 1 Stunde bei Raumtemperatur durchgeführt.

Nachdem die Temperatur in dem Tank etwa 66°C (150°F) erreicht hat, wird der pH-Wert auf etwa 11 eingestellt und man gibt 375 g Polyäthylen zu. Dann führt man den Misch-

809820/0765

Reed Plastics Corp.

Vorgang unter Anwendung starker Scherkräfte und unter Einwirkung von Ultraschallenergie fort, währenddem man die Mischung auf 98,9°C (21O⁰F) erhitzt. Man setzt das Erhitzen fort, bis ein Granulieren bei etwa 102 bis 1O4°C (215 bis 22O°F) erfolgt.

Man läßt das Produkt abkühlen, bis sich das Granulat bei etwa 77°C (170°F) verfestigt. Dann gießt man den Inhalt des Tanks auf ein Sieb und wäscht mit Wasser. Die das Pigment enthaltenden Polyäthylenkörnchen werden von dem Sieb zurückgehalten und werden nach dem Waschen in Schalen getrocknet. Die Teilchengröße des Granulats ist ziemlich gleichmäßig; trotzdem wurde das Produkt vermählen, um einige Körnchen des Granulats, die größer als die durchschnittlichen Klümpchen sind, aufzubrechen. Die Granulatkörnchen zeigen eine statistische Formverteilung, sind jedoch nicht genau sphärisch und besitzen einen mittleren Durchmesser von 1,6 bis 2,38 mm (1/16 bis 3/32 inch) und werden von einem Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,149 bis 0,177 mm (80/100 mesh) zurückgehalten.

Beispiel 2

Man verformt das gemäß Beispiel 1 gebildete Granulat durch Strangpressen zu Endlossträngen mit einem Durchmesser von 4,76 mm (3/16 inch) und Zerschneiden der Stränge nach dem Abkühlen zu Pellets üblicher Teilchengröße. Die Pellets sind nach der Auffassung einiger Kunststoffverarbeiter die bevorzugte physikalische Form eines Farbstoffkonzentrats. Die nach diesem Beispiel gebildeten Pellets besitzen eine gleichmäßige Größe und eine gleichmäßige Färbung. Die Teilchengröße des Pigments in den Pellets beträgt 1 μΐη oder weniger. Die Pellets können ohne weiteres in einer Folienstrangpresse mit Polyäthylen verschnitten und gleichmäßig vermischt werden und können mit Vorteil dem in die Strangpresse eintretenden ungefärbten Material oder vor der Schneckenzuführung zugesetzt werden. Eine Probe von

809820/0765

Reed Plastics Corp.

nach diesem Beispiel gebildeten Pellets wird in einem Mischungsverhältnis von 25:1 mit ungefärbtem Polyäthylen vermischt, worauf das gefärbte Kunststoffmaterial zu Endlosfäden stranggepreßt wird. Die mikroskopische Untersuchung bei einer 400fachen Vergrößerung zeigt, daß die Teilchen relativ gleichmäßig dispergiert sind und die maximale Teilchengröße für den angestrebten Verwendungszweck geeignet ist. Die Polyäthylenpellets können auch in Kombination mit Polypropylen zur Herstellung von Folien oder Endlosfäden verwendet werden.

Beispiel 3

Nach diesem Beispiel bereitet man ein Pigmentkonzentrat in halbflüssiger Form. Man beschickt den in Beispiel 1 beschriebenen Behälter mit 4 1 Glycerin. Dann gibt man Phthalocyaninblau G.S. in Form eines Preßkuchens zu dem Glycerin, wobei man nicht rührt oder mischt, und eine 30%ige Pigmentdispersion bildet. Während der Zugabe des Pigments rührt man die Mischung lediglich mit der Hand. Nachdem das gesamte Pigment zugesetzt worden ist, schaltet man die homogenisierende Mischeinrichtung ein und setzt die Ultraschalleinrichtung (bei 40 kHz) in Betrieb. Dann erhitzt man die Mischung zur Entfernung von Wasser. Man verpackt einen Teil des Gefäßinhalts als Farbstoffkonzentratprodukt. Eine Probe des Materials wird mikroskopisch untersucht und läßt erkennen, daß die Teilchengröße im allgemeinen weniger als 1 μΐη beträgt. Nach Ablauf von 30 Tagen ist keine merkliche Trennung des Pigments von dem Glycerin festzustellen.

Man wiederholt die Maßnahmen dieses Beispiels unter Ver-Wendung von Phthalocyaninblau G.S. in Form eines trockenen Farbstoffs, wozu jedoch eine längere Mischdauer erforderlich ist, um die Aggregate zu zerkleinern und Pigmentteilchen zufriedenstellender Teilchengröße zu erhalten, als es bei der Behandlung des Farbstoffs in Form

809820/0765

Reed Plastics Corp.

eines Preßkuchens erforderlich ist.

Beispiel 4

Man wiederholt die Maßnahmen des Beispiels 1, verwendet jedoch als Harz Polyamid (Nylon). Man gibt das Harz bei Raumtemperatur zu der dispergierten Mischung aus Pigment und Glycerin. Anschließend verschließt man den Behälter und bildet in dem geschlossenen Gefäß eine inerte Atmosphäre (Stickstoff) aus. Dann vermischt man das Produkt bei der Temperatur, die erforderlich ist, um das Harz zu schmelzen bzw. zu erweichen.

Die inerte Flüssigkeit, in der das Pigment anfänglich suspendiert wird, ist eine Flüssigkeit, die mit dem entweder in Form eines trockenen Pulvers oder eines Preßkuchens vorliegenden Pigment vermischt werden kann. Die Flüssigkeit ist im wesentlichen bei den Bedingungen, bei denen der Kunststoff behandelt oder verarbeitet wird, nicht flüchtig, wobei zu sagen ist, daß die meisten Kunststoffe derzeit bei einer Temperatur zwischen etwa 121 und etwa 288°C (250 bis 55O°F) stranggepreßt werden. Die Pigmentteilchen müssen in der inerten Flüssigkeit dispergierbar sein und sollten in der Suspension gehalten werden. Die Teilchen sollten in der Flüssigkeit nicht löslich sein und sollten sich von der Flüssigkeit trennen lassen oder in das gewünschte Harz überführen bzw. flushen lassen.

Die Flüssigkeit sollte ohne weiteres von dem Harz abgetrennt werden können und sollte somit in dem Harz weder löslich sein noch ein gutes Lösungsmittel für das Harz darstellen. Wünschenswerterweise kann die Flüssigkeit mit Wasser mischbar sein, so daß sie sich ohne weiteres aus dem Harz herauswaschen läßt, wobei mit Wasser mischbare Flüssigkeiten zum Suspendieren von Pigmenten gut geeignet sind, die man in Form eines Preßkuchens erhält.

809820/0765

Reed Plastics Corp.

- 22 -

Neben Wasser kann man als inerte Flüssigkeit Glycerin und andere Materialien, wie Ä'thylenglykol, Caprolactam, Stearinsäure und deren Salze, Silikonfluide und dergleichen, Materialien auf der Grundlage von Cellulose, öle, wie Mineralöl, Rizinusöl, Erdnußöl und dergleichen, und verschiedene öle auf Erdölgrundlage verwenden. Wenn Wasser nicht schädlich ist, verwendet man vorzugsweise Wasser in Kombination mit Hilfsstoffen oder Dispergiermitteln. Insbesondere sind Materialien dieser Art für spezielle Anwendungszwecke geeignet. Wenn die suspendierende Flüssigkeit bei der Behandlungstemperatur flüssig ist, kann man ein geschlossenes Druckgefäß anwenden, um die höhere Temperatur zu erreichen. Beispielsweise kann man Wasser bei Temperaturen im Bereich von 104 bis 121⁰C (220 bis 250⁰F) und bei einem mäßigen Druck und bei Temperaturen von bis zu 260 bis 316°C (500 bis 600⁰F) bei wesentlich höheren Drücken anwenden. Im allgemeinen stellt Glycerin die bevorzugte Flüssigkeit zur Herstellung von Farbstoffkonzentraten für stranggepreßte Kunststoffe dar. In Abhängigkeit von dem letztendlich angestrebten Anwendungszweck können diese Flüssigkeiten Zwischenproduktflüssigkeiten sein oder können Bestandteile der Endprodukte darstellen. Weiterhin kann man für viele Anwendungszwecke, beispielsweise auf dem Gebiet der Keramik, einen mechanisehen Mischvorgang mit der Anwendung von Ultraschallenergie kombinieren, um die Mischzeit und die Benetzzeit zu verkürzen und/oder das Endprodukt zu verbessern.

809820/0765

Claims (14)

1. Patentanwälte Dipl.-Ing. H. Weickmann, D1PL.-PHYS. Dr. K. Fincke

   Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

   I MÖNCHEN 16, DEN

   POSTFACH 160120

   MOHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 9139 21/22

   Case RS-169 HtM/th

   Reed Plastics Corporation, Holden, Massachusetts 01520 / USA

   Verfahren zur Herstellung von gefärbten, stranggepreßten Produkten.

   PATENTANSPRÜCHE

   [1.J Verfahren zur Herstellung eines gefärbten, stranggepreßten Produkts aus einem thermoplastischen Material mit bestimmten Querschnittsabmessungen, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Farbstoffkonzentrat bildet, das Parbstoffteilchen einer Teilchengröße enthält, die im wesentlichen geringer ist als die kleinste dieser Abmessungen, indem man einen Farbstoff bestandteil, der in Form von Teilchen dieser Grösse dispergiert werden soll, durch mechanisches Vermischen mit einer Flüssigkeit, in der der Farbstoffbestandteil unlöslich ist, unter Bildung einer Suspen-

   809820/0765

   Reed Plastics Corp.

   sion des Farbstoffbestandteils in der Flüssigkeit dispergiert;

   die Suspension mit Teilchen eines strangpreßbaren, thermoplastischen Harzes bei einer Temperatur vermischt, die mindestens dem Erweichungspunkt des thermoplastischen Harzes entspricht, um in dieser Weise den Farbstoffbestandteil in das Harz einzuarbeiten; die Flüssigkeit von dem Harz abtrennt und dieses unter Bildung eines Konzentrats des Farbstoffbestandteils in dem Harz trocknet; und

   anschließend das Konzentrat mit einer vorbestimmten Menge des thermoplastischen Harzes vermischt und die erhaltene Mischung durch Strangpressen zu dem gefärbten, stranggepreßten Produkt verformt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß man als stranggepreßtes Produkt eine stranggepreßte Folie herstellt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß man als stranggepreßtes Produkt einen stranggepreßten Endlosfaden bildet.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzei chnet, daß man als Flüssigkeit Wasser verwendet, das mindestens ein Dispergiermittel enthält.
5. 5. Verfahren zur Herstellung eines Farbstoffkonzentrats

   zum Färben von Kunststoffmaterialien, die stranggepreßt oder in ähnlicher Weise verarbeitet werden sollen, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Farbstoffmaterial und ein demgegenüber inertes suspendierendes Medium unter Einwirkung starker Scherkräfte vermischt;

   das Vermischen derart durchführt, daß man das Farbstoffmaterial unter Bildung einer feinteilige Teilchen enthaltenden Dispersion in dem suspendierenden Medium dispergiert

   809820/0765

   Reed Plastics Corp.

   und in seiner Teilchengröße vermindert; die gebildete Dispersion mit einem strangpreßbaren thermoplastischen Harz bei einer Temperatur vermischt, die mindestens der Erweichungstemperatur des Harzes entspricht, um in dieser Weise das Farbstoffmaterial in das Harz einzuarbeiten; und

   das suspendierende Medium von dem Harz und dem Farbstoffmaterial abtrennt.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekenn· zeichnet, daß man als Farbstoffmaterial ein Pigment verwendet.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man als Farbstoffmaterial ein Pigment verwendet.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Endlosfaden bildet, dessen Querschnitt weniger als 1 μπι beträgt und man als Farbstoffmaterial ein Pigment einsetzt, dessen Teilchengröße geringer ist als der Querschnitt des Fadens.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man als Farbstoffmaterial ein Pigment verwendet, das eine größere Affinität für das strangpreßbare thermoplastische Harz als für die Flüssigkeit zeigt.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man als Farbstoffmaterial ein Pigment und als Flüssigkeit Hasser verwendet, das ein D i sperg iermittel enthält.

    809820/0765

    Reed Plastics Corp.
11. 11. Verfahren zur Herstellung eines FarbstoffKonzentrats, das zum Färben von Kunststoffmaterialien, die durch Strangpressen oder in ähnlicher Weise verarbeitet werden sollen, verwendet werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Farbstoffbestandteil zum Zwecke des Dispergierens und der Teilchengrößenverminderung mit einer Flüssigkeit, in der sich der Farbstoffbestandteil nicht löst, mechanisch vermischt und gleichzeitig während des Vermischens des Farbstoffbestandteils mit der Flüssigkeit eine elastische Wellenenergie an der Stelle, an der das mechanische Mischen erfolgt, auf die Mischung einwirken läßt.
12. 12. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch g e -

    kennzeichnet, daß man als Farbstoffbestandteil ein Pigment verwendet.
13. 13. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß man als Flüssigkeit Glycerin verwendet.
14. 14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß man als elastische Wellenenergie Ultraschallenergie anwendet.

    809820/0765