DE4001222A1

DE4001222A1 - Dispersion von pigmenten in harzen und beschichtungssystemen

Info

Publication number: DE4001222A1
Application number: DE4001222A
Authority: DE
Inventors: David Crabbe; Jorge A Ayala; George A Joyce
Original assignee: Columbian Chemicals Co
Current assignee: Columbian Chemicals Co
Priority date: 1989-01-17
Filing date: 1990-01-17
Publication date: 1990-07-19
Anticipated expiration: 2010-01-18
Also published as: JPH02289661A; DE4001222C2; US4952617A

Description

Die Anmeldung ist eine teilweise Weiterführung der Anmeldung mit der Seriennummer 07/1 18 216, eingereicht am 16. November 1987.

Die Erfindung betrifft allgemein anorganische Pigmente, und insbesondere betrifft sie anorganische Pigmente für den Einsatz in Konzentraten für Kunststoffe und Dispersionen für Beschichtungssysteme.

Anorganische Pigmente, wie Eisenoxide, werden gewöhnlich beim Färben von Kunststoffen, wie z.B. von Polyethylen niedriger Dichte, verwendet, wobei man das Pigment in das Harz durch intensives Vermischen, wie durch Vermischen in einer Banbury- oder Zwei-Walzen-Mühle, oder durch weniger intensives Vermischen, wie durch Doppelschneckenvorplastifizieren, einarbeitet, und anschließend extrudiert, injektionsformt oder filmbläst. Eine Schlüsseleigenschaft des Pigments ist die Dispergierbarkeit des Pigments in dem Harz, die als ein Maß für die Leichtigkeit gilt, mit der das Pigment intensiv mit dem Harz vermischt werden kann. Große Aggregate an undispergiertem Pigment können Oberflächenflecken, Glanzverlust und Farbstreifen auf geformten Teilen verursachen, die auch leicht sichtbar sind, und sie können kleine Punkte und Löcher in geblasenen Filmen bewirken.

Ein Pigmentkonzentrat kann hergestellt werden, indem man ein Trägerharz, das üblicherweise das selber wie das schließliche Matrixharz ist, oder zumindest mit diesem verträglich ist, und das Pigment mit einer Beladung von typischerweise 40 bis 50% in einer Banbury- oder Zwei-Walzen-Mühle vermengt und anschließend pelletisiert. Später bei der Anwendung wird das Pigment von der obigen Pigmentbeladung auf eine Konzentration in dem Matrixharz von typischerweise 5% oder weniger herabgesetzt, indem man das Konzentrat mit dem Matrixharz während des Schmelzverfahrens, wie z.B. durch Extrusion oder Injektionsformen, vermengt.

Zusätzlich wird beim Vermischen und Verarbeiten der Kunststoffe das zu extrudierende Material normalerweise durch ein Sieb geführt, um grobe Teilchen zu entfernen. Große Mengen an Agglomeraten werden ein rasches Verstopfen des Siebes verursachen, was zu niedrigen Verfahrensdurchsätzen und einer teuren Ausrüstungsauszeit durch den Siebaustausch führt.

Verschiedene Tests werden verwendet, um die Pigmentdispersion in einem Trägerharz zu bestimmen. In dem Test zur Sieblebensdauer wird eine Verbindung durch ein Sieb mit typischerweise 150 oder 325 Mesh extrudiert, und es wird die Zeit gemessen, bis zu der ein vorbestimmter Druckabfall über das Sieb erreicht wird. Diese Zeit stellt die Sieblebensdauer dar, wobei eine zunehmende Zeit erwünscht wird.

Ein weiterer Pigmentdispersionstest ist der Test hinsichtlich der Filmqualität, der das Vermengen des Pigments mit dem Harz, anschließend das Verdünnen der konzentrierten Mischung in einem Extruder und schließlich das Blasen des Films aus dem Extrudat einschließt. Der Film mit einer typischen Dicke von von 1 bis 2 Milli-Zoll kann visuell auf Flecken von nicht dispergiertem Pigment geprüft werden.

Die X-Radiografie kann auch eingesetzt werden, um Plaquen von Pigmentkonzentraten zu prüfen, um Stellen unzureichender Pigmentdispersion nachzuweisen. Auf dem Radiograf zeigen sich Agglomerate von nicht-dispergiertem anorganischem Pigment, die ein vergleichsweise hohes spezifisches Gewicht haben, als dunkle Flecken.

Anorganische Pigmente, wie Eisenoxide und Ferrite, werden auch gewöhnlicherweise in Beschichtungssystemen eingesetzt. Beschichtungssysteme beinhalten sowohl Fertigbeschichtungen, wie Farben, als auch Pigmentdispersionen, wie Färbemittel oder Mahlgutformulierungen. Fertigbeschichtungen können direkt auf Holz-, Metall- oder keramische Oberflächen angewandt werden, und sie können auf Wasser oder Lösungsmittel basieren. Pigmentdispersionen für Beschichtungen umfassen im allgemeinen einen Pigmentträger und eine relativ hohe Konzentration an Pigment, das darin dispergiert ist. Hochkonzentrierte Pigmentdispersionen werden schließlich mit Beschichtungsgrundstoffen vermengt, um Fertigbeschichtungen zu bilden. Pigmentträger sind vorzugsweise von einer Art, die sowohl mit wasserbasierenden als auch mit auf organischen Lösungsmitteln basierenden Beschichtungssystemen kompatibel sind. Eine Pigmentdispersion, die sowohl mit wasserbasierenden als auch mit auf organischen Lösungsmitteln basierenden Beschichtungssystemen kompatibel ist, wird ein Universalpigmentfärbemittel genannt.

Ein spezielles Problem bei anorganischen Pigmenten besteht darin, daß anorganische Pigmente nicht gut in Beschichtungssystemen dispergieren. Ein Grund dafür, daß anorganische Pigmente in Beschichtungssystemen nicht gut dispergieren, besteht darin, daß die polaren Oberflächen der Metalloxidpigmente mit den meisten Pigmentträgern und Beschichtungsgrundstoffen nicht kompatibel sind. Die Dispergierfähigkeit von anorganischen Pigmenten in Beschichtungssystemen ist sehr wichtig, da ein Pigment, das in Beschichtungssystemen schwierig zu dispergieren ist, zu teureren Beschichtungssystemen, bedingt durch die zusätzliche Zeit und Energie, die erforderlich ist, um das Pigment in die Beschichtungssysteme geeignet einzumischen, führt.

Der Anstieg der Viskosität, der durch Pigmente den Beschichtungssystemen verliehen wird, ist auch wichtig. Metallische Oxidpigmente tendieren dazu, die Viskosität von Beschichtungssystemen bedeutend zu steigern. Pigmente, die die Viskosität von Beschichtungssystemen bedeutend steigern, lassen die Kosten für das Mischen der Beschichtungssysteme weiter steigen. Die Dispergierbarkeit der Pigmente und der Viskositätsanstieg, der durch die Pigmente bedingt ist, ist besonders wichtig, wenn Pigmentdispersionen für Beschichtungen hergestellt werden.

Eine maximale Beladung einer Dispersion mit dem Pigment ist hinsichtlich eines maximalen Nutzeffekts der Pigmentdispersion wünschenswert. Die Menge an Pigment, die wirksam mit einem Pigmentträger vermengt werden kann, hängt von der Dispergierbarkeit des Pigments in dem Pigmentträger und dem Anstieg in der Viskosität, der dem Pigmentträger durch das Pigment verliehen wird, ab. Eine hohe Beladung kann nicht mit Pigmenten, wie metallischen Oxiden, die schwer zu dispergieren sind und einen bedeutenden Anstieg in der Viskosität den meisten Pigmentträgern verleihen, erreicht werden.

Ein weiteres Problem bei anorganischen Pigmenten, wie metallischen Oxiden, liegt darin, daß sie nicht bei allen Temperaturen farbstabil sind. Beträchtliche Farbverschiebungen können bei metallischen Oxiden, wie Eisenoxiden, bei hohen Temperaturen beobachtet werden, was zu unerwünschten Verfärbungen der Beschichtungen und zu vollständigen Farbänderungen, wie z.B. von gelb nach rot, führt.

Oberflächenaktive Mittel wurden allgemein eingesetzt, um die Verarbeitung von anorganischen Pigmenten in verschiedener Hinsicht zu steigern. Die folgenden Patente sind hierfür typisch.

US-Patent Nr. 45 99 114, ausgegeben am 08. Juli 1986 an Atkinson für die "Behandlung von Titandioxiden und anderen Pigmenten zur Verbesserung der Dispergierbarkeit" offenbart die Verwendung des Reaktionsproduktes eines Diamins, einer Carbonsäure und einer Fettsäure als oberflächenaktives Mittel, um die Dispergierbarkeit von Titandioxidpigment in einem Harzmedium zu verbessern.

US-Patent 42 77 288, ausgegeben am 07. Juli 1981 an Lawrence für die "Fluidisierte Granulierung von Pigmenten unter Verwendung von organischen Granulierhilfsmitteln" offenbart die Verwendung von hochsiedenden, organischen oberflächenaktiven Mitteln zur Förderung der Agglomeration von Pigmentteilchen vor dem Dispergieren des Pigments in dem Endanwendungsmedium.

US-Patent 46 81 637, ausgegeben am 21. Juli 1987 und übertragen an Bayer AG für ein "Verfahren zur Herstellung gelb-brauner Zinkferritpigmente" offenbart die Verwendung von Trimethylolpropan und Methylwasserstoffpolysiloxan als Mahlmittel für Zinkferrite, um die Farbwerte und Dispergierbarkeit zu verbessern.

US-Patent 42 30 501, ausgegeben am 28. Oktober 1980 an Howard et al für "Pigmente, dispergierbar in Kunststoffen" offenbart Pigmente, die mit wachsartigen Materialien vermengt sind, um die Dispergierbarkeit des Pigmentkonzentrats in wärmehärtbaren und thermoplastischen Harzen zu fördern.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine oberflächenmodifizierende Behandlung für anorganische Pigmente zu schaffen, um die Dispergierbarkeit und die Wärmestabilität in Harzen und Beschichtungssystemen zu steigern.

Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Pigmentkonzentrat einer gesteigerten Dispergierbarkeit und Wärmestabilität in Kunststoffen zu schaffen, wobei das Pigmentkonzentrat eine Dispersion eines anorganischen Pigments mit einer hydrophilen Oberfläche in einem Harzträger und ein oberflächenaktives Mittel auf der Oberfläche des Pigments, das als Dispergiermittel fungiert und das in einer wirksamen Menge vorliegt, einschließt.

Eine weitere Aufgabe besteht darin, solche Pigmentkonzentrate mit einer wesentlich verbesserten Extrudiersieblebensdauer zu schaffen.

Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Eisenoxidpigmentkonzentrat mit solch gesteigerten Dispersionseigenschaften in thermoplastischen Kunststoffen zur Verfügung zu stellen.

Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein zweiwertiges Ferritpigmentkonzentrat mit solch gesteigerten Dispersionseigenschaften in thermoplastischen Kunststoffen zur Verfügung zu stellen.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Pigmentkonzentrat mit verbesserten Viskositäts und Hitzestabilitätseigenschaften für die Verwendung in Beschichtungssystemen bereitzustellen, wobei das Pigmentkonzentrat eine Dispersion eines organischen Pigments mit einer hydrophilen Oberfläche in einem Pigmentträger und ein oberflächenaktives Mittel auf der Oberfläche des Pigments, das als ein Dispergiermittel wirkt und das in einer wirksamen Menge vorliegt, einschließt.

Es ist schließlich eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Eisenoxidpigmentdispersion mit solch verbesserten Viskositäts- und Wärmestabilitätseigenschaften für die Verwendung in Beschichtungssystemen bereitzustellen.

Dementsprechend wird ein Pigmentkonzentrat geschaffen, das in Kunststoffen dispergierbar ist und das eine wesentlich verbesserte Extrudiersieblebensdauereigenschaft aufweist, das in einem Harzträger eine Dispersion eines anorganischen Pigments mit einer hydrophilen Oberfläche aufweist, das auf seiner Oberfläche in einer wirksamen Menge ein oberflächenaktives Mittel, das durch ein in Bezug auf die Oberfläche des Pigments gebundenes, polares Endteil und durch ein in Bezug auf das Trägerharz nicht gebundenes, nicht polares Endteil gekennzeichnet ist, oder ein oberflächenaktives Mittel, das durch ein hochmolekulargewichtiges Oberflächenblockiermittel gekennzeichnet ist, besitzt, umfaßt.

Solche Konzentrate für Kunststoffe sind weiterhin durch eine charakteristische Extrudiersieblebensdauer gekennzeichnet, die wesentlich über die eines im wesentlichen ähnlichen Vergleichskonzentrats, das aber nicht das oberflächenaktives Mittel aufweist, hinausgeht.

Solche Pigmente für Konzentrate, die in Kunststoffen dispergierbar sind, beinhalten Eisenoxidpigmente, Gelbeisenoxidpigment, Schwarzeisenoxidpigment, zweiwertige Ferritpigmente, Zinkferritpigment und Magnesiumferritpigment. Die Pigmente haben typischerweise eine BET-Oberfläche von ungefähr 3 bis 20 m²/g.

Solche oberflächenaktive Mittel für in Kunststoffen dispergierbare Konzentrate beinhalten Dimethylpolysiloxan, Isopropyltriisostearoyltitanat, Trimethylolethan, Trimethylolpropan und Polyethylen mit niedrigem Molekulargewicht. Entsprechende Verarbeitungsmengen liegen bei ungefähr 0,1 bis 1,0 Gewichtsprozent in Bezug auf das Pigment.

Bevorzugte Kunststoffharze schließen Polyethylen,
Polypropylen, Polystyrol,
Acrylnitril-Butadien-Styrolcopolymer, Polyvinylchlorid und
Polyethylenterephthalat ein.

In einem bevorzugten Konzentrat für Kunststoffe ist die Pigmentbeladung ungefähr 50%, das Pigment umfaßt rotes Eisenoxid, der Träger umfaßt Polyethylen niedriger Dichte, und das oberflächenaktive Mittel umfaßt Trimethylolpropan oder Trimethylolethan in einer Verarbeitungsmenge von ungefähr 0,5 Gewichtsprozent in Bezug auf das Pigment.

Es wird auch eine Pigmentdispersion mit verbesserten Viskositäts- und Wärmestabilitätseigenschaften für die Anwendung in Beschichtungssystemen geschaffen, wobei die Pigmentdispersion einen Pigmentträger, ein Pigment mit einer hydrophilen Oberfläche, das in dem Pigmentträger dispergiert ist, und ein oberflächenaktives Mittel, das als Dispergiermittel in einer vergleichsweise nicht polaren Matrix fungiert, und das auf der Oberfläche des Pigments in einer wirksamen Menge vorhanden ist und das Dispergiervermögen des Pigmentes steigert, umfaßt.

Solche Pigmentträger für Dispersionen zur Anwendung in Beschichtungssystemen schließen wasserbasierende Träger, wie mehrere Hydroxylgruppen enthaltende Alkohole, und auf organischen Lösungsmitteln basierende Träger, wie Acrylharze, Siliconharze, Alkydharze, Epoxyharze, Polyurethanharze, Phenolharze, Nitrocellulose, natürliche Öle, Celluloseacetat, Celluloseacetatbutyrat, ein.

Solche Pigmente für Dispersionen zur Anwendung in Beschichtungssystemen beinhalten Eisenoxidpigmente, wie rotes Eisenoxid, gelbes Eisenoxid und schwarzes Eisenoxid, und zweiwertige Ferritpigmente, wie Zinkferrit und Magnesiumferrit. Typischerweise haben die Pigmente eine BET-Oberfläche von ungefähr 3 bis ungefähr 20 m²/g.

Solche oberflächenaktive Mittel für Dispersionen zur Anwendung in Beschichtungssystemen schließen solche oberflächenaktiven Mittel ein, die einen in Bezug zur Oberfläche des Pigments gebundenen, polaren Endteil und einen in Bezug auf den Pigmentträger nicht gebundenen, nicht polaren Endteil umfassen, wie Trimethylolethan und Trimethylolpropan. Typische Verarbeitungsmengen liegen bei ungefähr 0,1 bis ungefähr 1 Gewichtsprozent in Bezug auf das Pigment.

Es wird weiterhin eine Fertigbeschichtung geschaffen, die eine verbesserte Viskosität und Wärmebeständigkeit aufweist, die einen Beschichtungsgrundstoff, ein Pigment mit einer hydrophilen Oberfläche, das in dem Beschichtungsgrundstoff dispergiert ist, und ein oberflächenaktives Mittel, das als Dispergiermittel in einer vergleichsweise nicht polaren Matrix fungiert, und das auf der Oberfläche des Pigments in einer wirksamen Menge vorhanden ist, umfaßt. Solch eine Fertigbeschichtung wird vorzugsweise hergestellt, indem man geeignete Pigmentdispersionen der vorliegenden Erfindung mit solchen Beschichtungsgrundstoffen vermengt. Solche Beschichtungsgrundstoffe schließen Latexsysteme, Alkydharze, Polyurethanharze, Silikonharze, Acrylharze, Phenolharze, Nitrocellulose, Epoxyharze, Celluloseacetat und Celluloseacetatbutyrat ein. Die gleichen Pigmente und oberflächenaktiven Mittel, die zuvor für die Verwendung in Pigmentdispersionen für Beschichtungssysteme als geeignet beschrieben wurden, sind auch für den Einsatz in Fertigbeschichtungen geeignet.

Darüber hinaus umfaßt die Erfindung solch derart behandelte Pigmente, die eine gesteigerte Dispergierfähigkeit in Kunststoffen und Beschichtungssystemen aufweisen, und Verfahren, durch die solche mit oberflächenaktiven Mitteln behandelten Pigmente hergestellt werden.

Die Pigmentteilchen, die mit oberflächenaktiven Mitteln behandelt sind, sind in Beschichtungssystemen der vorliegenden Erfindung leicht dispergierbar und neigen dazu, die Viskosität der Beschichtungssysteme in einem geringeren Ausmaß zu steigern als die unbehandelten Pigmente. Dementsprechend werden die Zeit und die Energie, die erforderlich sind, um die Beschichtungssysteme der vorliegenden Erfindung herzustellen, herabgesetzt, wodurch die Kosten für die Herstellung der Beschichtungssysteme der vorliegenden Erfindung gesenkt werden. Weiterhin können, da mit einem oberflächenaktiven Mittel behandelte Pigmentteilchen leicht dispergiert werden und dazu tendieren, die Viskosität in einem niedrigeren Ausmaß zu steigern, größere Mengen an mit oberflächenaktivem Mittel behandelten Pigmentteilchen in die Pigmentdispersionen im Vergleich zu den unbehandelten Pigmenten eingearbeitet werden. Dementsprechend schafft die vorliegende Erfindung eine effizientere Herstellung und Verwendung der Pigmentdispersionen. Darüber hinaus sind die Pigmentteilchen, die mit einem oberflächenaktiven Mittel behandelt sind, in den Beschichtungssystemen der vorliegenden Erfindung wärmestabiler im Vergleich zu den unbehandelten Pigmenten. Damit behalten die Beschichtungssysteme der vorliegenden Erfindung die ursprüngliche Farbe, die durch das Pigment verliehen wird, über einen weiten Temperaturbereich bei.

Weitere Merkmale, Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden, detaillierten Beschreibung, den Zeichnungen und Ansprüchen deutlich.

Fig. 1 stellt das Ergebnis eines Sieblebensdauertests für rotes Eisenoxidpigment ohne oberflächenmodifizierende Behandlung, das in Einklang mit der üblichen Praxis zu 50% mit Polyethylen niedriger Dichte vermischt wurde, dar,

Fig. 2 stellt einen Sieblebensdauertest für rotes Eisenoxidpigment dar, das mit 0,5% Trimethylolethan behandelt wurde, und das zu 50% mit Polyethylen niedriger Dichte vermischt wurde,

Fig. 3 stellt einen Sieblebensdauertest für rotes Eisenoxidpigment dar, das mit 0,5% Trimethylolpropan behandelt wurde, und das zu 50% mit Polyethylen niedriger Dichte vermischt wurde,

Fig. 4 stellt einen Sieblebensdauertest für rotes Eisenoxidpigment dar, das mit 1% eines oberflächenaktiven Silikons behandelt wurde und das zu 50% mit Polyethylen niedriger Dichte vermengt wurde,

Fig. 5 stellt einen Sieblebensdauertest für rotes Eisenoxidpigment dar, das mit 1% eines Polyethylens mit niedrigem Molekulargewicht behandelt wurde, und das zu 50% mit Polyethylen niedriger Dichte vermengt wurde,

Fig. 6 stellt einen Sieblebensdauertest für gelbbraunes Zinkferritpigment ohne oberflächenmodifizierende Behandlung, das in Einklang mit der üblichen Praxis zu 50% mit Polyethylen niedriger Dichte vermengt wurde, dar,

Fig. 7 stellt einen Sieblebensdauertest für gelbbraunes Zinkferritpigment, das mit 1% Trimethylolethan behandelt wurde, und das zu 50% mit Polyethylen niedriger Dichte vermengt wurde, dar,

Fig. 8 stellt einen Sieblebensdauertest für gelbbraunes Zinkferritpigment, das mit 1% eines oberflächenaktiven Titanats behandelt wurde, und zu 50% mit Polyethylen niedriger Dichte vermengt wurde, dar,

Fig. 9 stellt einen Sieblebensdauertest für gelbbraunes Zinkferritpigment, das mit 1% Pentaerythritol behandelt wurde und zu 50% mit Polyethylen niedriger Dichte vermengt wurde, dar.

Pigmentteilchen, die mit einem oberflächenaktiven Mittel in Einklang mit der vorliegenden Erfindung behandelt wurden, können in vorteilhafter Weise zu im wesentlichen jedem Kunststoff oder Harz, einschießlich Gummiverbindungen, hinzugegeben werden, indem man zum Beispiel die behandelten Pigmentteilchen zu dem Kunststoff hinzugibt, während der Kunststoff in einer flüssigen oder vermischbaren Form vorliegt. Pigmentteilchen, die mit einem oberflächenaktiven Mittel in Einklang mit der vorliegenden Erfindung behandelt wurden, können auch vorteilhaft zu Pigmentträgern unter Ausbildung von Pigmentdispersionen und zu Beschichtungsgrundstoffen unter Ausbildung von Fertigbeschichtungen, wie Farben, Lacken, filmbindenden Beschichtungen, Primern und Pulverbeschichtungen, hinzugegeben werden.

Harze für in Kunststoffen und elastomeren Zusammensetzungen dispergierbaren Konzentraten:

Geeignete Kunststoffe und Harze für die Verwendung in Konzentraten, die in Kunststoffen und elastomeren Zusammensetzungen dispergierbar sind, beinhalten thermoplastische und aushärtbare Harze, Gummiverbindungen und thermoplastische Elastomere. Diese Kunststoffe und Harze, die die behandelten Pigmentteilchen der Erfindung beinhalten, können in Formgebungsverfahren, wie Extrudieren, Injizieren, Kalandern, Gießen, Pressen, Laminieren, und Spritzpreßverfahren, und in Tinten, Farbstoffen, Tönungen, Imprägnierungen, Klebmitteln, Dichtungen, Dichtungsmassen, Gummiwaren und zellförmigen Produkten eingesetzt werden.

Geeignete Kunststoffe und Harze für die Verwendung in in Kunststoffen und elastomeren Zusammensetzungen dispergierbaren Konzentraten beinhalten zum Beispiel Alkydharze, ölmodifizierte Alkydharze, ungesättigte Polyester, natürliche Öle, Epoxide, Nylon, thermoplastische Polyester, Polycarbonate, Polyethylene, Polybutylene, Polystyrole, Styrol-Butadiencopolymere, Polypropylene, Ethylen-Propylen Co- und Terpolymere, Siliconharze, natürliche und synthetische Gummi, Acrylharze, Phenolharze, Polyoxymethylen, Polyurethane, Polysulfone, Polysulfidgummi, Nitrocellulose, Vinylbutyrate, Vinylharze, Ethylcellulose, Celluloseacetate und -butyrate, Viskosereyon, Schellack, Wachse, Ethylencopolymere, wie Ethylen-Vinylacetat, Ethylen-Acrylsäure, und Ethylen-Acrylatcopolymere.

Kunststoffe und Harze für den Einsatz in in Kunststoffen und elastomeren Zusammensetzungen dispergierbaren Konzentraten, die von besonderem Interesse sind, sind Polyethylene hoher und niedriger Dichte und lineare Polyethylene mit niedriger Dichte, Polypropylene, Polystyrole, Acrylnitril-Butadien-Styrolcopolymere, Polyvinylchlorid und Polyethylenterephthalat.

Pigmentträger und Beschichtungsgrundstoffe:

Geeignete Beschichtungsgrundstoffe für die Herstellung der Fertigbeschichtungen der vorliegenden Erfindung beinhalten wasserlösliche Beschichtungsgrundstoffe, wie Latexsysteme, und organische Lösungsmittelbeschichtungsgrundstoffe, wie Alkydharze, Polyurethanharze, Acrylharze, Siliconharze, Phenolharze, Nitrocellulose, Epoxyharze, Celluloseacetate und -butyrate und natürliche Öle. Geeignete Pigmentträger für die Herstellung von Pigmentdispersionen der vorliegenden Erfindung beinhalten universale Pigmentträger, wie mehrere Hydroxylgruppen enthaltende Alkohole, die sowohl mit wasserlöslichen als auch mit organischen Lösungsmittelbeschichtungsgrundstoffen kompatibel sind, und Pigmentträger, die mit auf organischen Lösungsmitteln basierenden organischen Beschichtungen kompatibel sind, wie Acrylharze, Siliconharze, Alkydharze, Epoxyharze, Polyurethanharze, Nitrocellulose, Celluloseacetate und -butyrate und natürliche Öle. Die mit einem oberflächenaktiven Mittel behandelten Pigmente der vorliegenden Erfindung werden mit den Pigmentträgern und den Beschichtungsgrundstoffen über übliche Mischverfahren vermengt.

Pigmente

Die Arten von Pigmenten, die von der Behandlung gemäß der vorliegenden Erfindung Vorteil ziehen, schließen rote Eisenoxide (alpha-ferrioxid) ein, die zum Beispiel typischerweise durch thermische Zersetzung von Ferrosulfat hergestellt werden. Diese roten Eisenoxide werden üblicherweise als Eisenrot bezeichnet. Rote Eisenoxide werden auch üblicherweise durch andere Verfahren, die die Entwässerung von gelbem Eisenoxid (Goethit), die Kalzinierung von Magnetit und die direkte Fällung einschließen, hergestellt.

Andere anorganische Pigmente, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegen, beinhalten gelbes Eisenoxid (Goethit), schwarzes Eisenoxid (Magnetit), und Zink- und Magnesiumferrite. Solche Pigmente besitzen hydrophile Oberflächen.

Zinkferrite (so wie das käufliche Pigment Mapico Tan 10A von Columbian Chemicals Company) werden typischerweise durch Verfahren, wie sie in den US-Patenten 29 04 395 und 42 22 790 offenbart sind, hergestellt. Diese Zinkferrite zeigen eine stark verbesserte Dispergierfähigkeit in Kunststoffen, wenn sie in Einklang mit der Erfindung behandelt werden, was im folgenden näher ausgeführt wird.

Typischerweise haben Pigmente, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegen, Oberflächen von ungefähr 3 bis 20 m²/g, wie sie durch das übliche BET-Verfahren bestimmt werden, und sie haben eine typische Teilchenform, die im allgemeinen nadelförmig, kugelförmig oder kubisch ist.

Oberflächenaktive Mittel

Man nimmt an, deß geeignete oberflächenaktive Mittel für die Oberflächenbehandlung gemäß dieser Erfindung aktive Stellen auf der pigmentoberfläche blockieren, die das Benetzen der Pigmente mit nicht-polaren Matrizen verhindern. Anders ausgedrückt, machen spezifische, aktive Stellen, die wahrscheinlich von hoher Polarität sind, die Pigmentoberfläche mit niederpolaren oder nichtpolaren Matrizen inkompatibel. Durch Belegen oder Binden solch aktiver Stellen mit einem Molekül wird die Kompatibilität des Pigments mit einer vergleichsweise niedrigpolaren oder nicht polaren Matrix stark erhöht.

Damit wird sich ein geeignetes oberflächenaktives Mittel mit einer hohen Spezifizität an solche aktiven Stellen binden. In umgekehrter Weise muß das freie Ende des oberflächenaktiven Mittels, das nicht an die Oberfläche des Pigments gebunden ist, ein Teil mit niedriger Polarität sein. Typischerweise wirken Titanatkupplungsmittel, Dimethylpolysiloxane, Trimethylolethan und Trimethylolpropan in dieser Weise. Trimethylolethan und Trimethylolpropan sind insbesonders bevorzugte oberflächenaktive Mittel für Pigmente, die in Beschichtungssystemen eingesetzt werden.

Wie im folgenden im Zusammenhang mit Beispiel 2 und 3 und den Fig. 2 und 3 erläutert, geht die hervorragende Wirkung von Trimethylolethan und Trimethylolpropan auf den hochpolaren Endteil (drei Hydroxylgruppen) zurück, der sich fest an die Oxidoberfläche bindet, und der den kurzen Alkanteil davon hervorstehen läßt und verfügbar für eine Verbesserung der Kompatibilität mit einer nicht polaren Matrix, wie Polyolefin, macht.

Auf der anderen Seite geht, wie im folgenden im Zusammenhang mit Beispiel 9 und Fig. 9 erläutert wird, die geringe Wirkung von Pentaerythritol auf eine Oberflächenbehandlung zurück, bei der sich das oberflächenaktive Mittel an die Oberfläche des Pigments bindet, wobei aber der nicht gebundene Teil polar ist. Pentaerythritol bindet sich an das Eisenoxid im wesentlichen auf die gleiche Weise, wie Trimethylolpropan oder Trimethylolethan. Der nicht gebundene Teil im Fall von Pentaerythritol ist jedoch eine polare OH Gruppe, die eine negative Wirkung hinsichtlich der Dispersion des Eisenoxids im Polyethylen verursacht.

Andere geeignete oberflächenaktive Mittel für Pigmente, die in Kunststoffe oder elastomere Zusammensetzungen eingearbeitet werden, haben ein hohes Molekulargewicht und werden die gesamte Oberfläche des Pigments bedecken. Damit werden die aktiven Stellen durch Bedecken der gesamten Oberfläche blockiert. Wenn das Mittel mit dem hohen Molekulargewicht in hohem Maße nicht polar ist, dann wird es die Kompatibilität des Pigments mit niederpolaren oder nicht polaren Matrizen steigern. Typischerweise wirkt Polyethylen mit einem niedrigen Molekulargewicht (Beispiel 5) in dieser Weise bei der Behandlung von Eisenoxiden. Polyethylene mit niedrigem Molekulargewicht, auch als Polyethylenwachs bezeichnet, sind kommerziell als A-C-Polyethylen von Allied Corporation verfügbar. Vorzugsweise ist das Polyethylen mit niedrigem Molekulargewicht emulgierbar.

Die Oberflächenbehandlungsverfahren im Rahmen der Erfindung beinhalten die Einarbeitung des oberflächenaktiven Mittels in eine Pigmentaufschlämmung vor dem Trocknen, die Behandlung der getrockneten Pigmente vor dem Mahlen und das intensive Vermengen mit dem fertigen Pigment.

Die untere, wirksame Menge an Additiv ist die Menge, die einen monoschichtförmigen Überzug der Pigmentoberfläche erzeugt, die obere, wirksame Menge ist für das Auftreten von überschüssigem Additiv verantwortlich, das beim Vermengen sich verflüchtigen kann, in die Filme wandert oder eine Pigmentausfällung bewirkt. Es wurde gefunden, daß Behandlungsmengen von 0,1 bis 1,0 Gewichtsprozent den Pigmenten mit Oberflächen von ungefähr 3 bis 20 m²/g ein ausgezeichnetes Verhalten verleihen. Insbesondere ist eine Behandlungsmenge im Bereich von ungefähr 0,3 bis 0,5% bevorzugt.

In den im folgenden erläuterten Beispielen 1 bis 9 wurde ein Vergleichstest hinsichtlich der Wirkung auf die Extrudiersieblebensdauer für Pigmentkonzentrate in Abhängigkeit von der Behandlung des Pigments mit einem oberflächenaktiven Mittel durchgeführt. Die Beispiele 1 bis 9 beinhalten Konzentrate für die Verwendung in Kunststoffen und elastomeren Zusammensetzungen. Im allgemeinen beinhaltet das Testverfahren drei Schritte. Zunächst wird das Pigment mit einem oberflächenaktiven Mittel behandelt (mit Ausnahme der Kontrollprobe). Im zweiten Schritt wird ein thermoplastisches Pigmentkonzentrat hergestellt, im dritten Schritt wird das Konzentrat hinsichtlich der Extrudiersieblebensdauer getestet.

In den Figuren entspricht die Bezifferung der Figuren denen der Beispiele. Somit verdeutlicht Fig. 1 die Ergebnisse des Beispiels 1. Die Figuren sind x-y-Diagramme des Sieblebensdauerversuchs, wobei die Ordinate den Extrudiergegendruck darstellt und bis auf 5000 psi eingeteilt ist, und die Abszisse die Zeit darstellt, die während des Druckaufbaus verstreicht. Während jedes Versuchs wurde der Druckaufbau bis zu 20 Minuten lang beobachtet.

Beispiel 1

Fig. 1 stellt die Ergebnisse des Beispiels 1 dar, das sich auf das Kontrollbeispiel bezieht, bei dem das rote Eisenoxidpigment nicht mit einem oberflächenaktiven Mittel behandelt wurde und auf übliche Weise hergestellt wurde. Das Pigmentkonzentrat wurde hergestellt, indem man rotes Eisenoxidpigment mit Polyethylen niedriger Dichte bis zu einer 50%igen Pigmentbeladung vermischte. Das rote Eisenoxid war käufliches Pigment der Klasse R 297 von Columbian Chemicals Company. Das Polyethylen niedriger Dichte wurde weiterhin durch einen Schmelzindex von 10,0 charakterisiert.

Das rote Pigmentpulver wurde mit dem Polyethylen niedriger Dichte auf eine übliche Weise vermengt. Zunächst wurde das Pigmentpulver mit Granulen von Polyethylen niedriger Dichte in gleichen Gewichtsteilen durch Mischen in einer Banbury Mühle vermengt, wobei man mit einer Starttemperatur von ungefähr 100°F begann und eine Endtemperatur von ungefähr 240°F erreichte. Anschließend wurde die Vormischung zweimal durch eine übliche Zwei-Walzen-Mühle mit einer Größe von 8×18 Zoll und bei einem Walzenabstand von ungefähr 0,070 Zoll und bei einer Walzentemperatur von ungefähr 150°F geführt. Schließlich wurde das erhaltene, gewalzene Konzentrat in einer Plastomahlanlage granuliert. Das Konzentrat war weiterhin durch einen Schmelzfluß von 62,8 gekennzeichnet, der in Einklang mit dem Testverfahren ASTM D 1238-Bedingung N bestimmt wurde.

Anschließend wurde das Kontrollkonzentrat des Beispiels 1 dem Sieblebensdauertest unterzogen. In dem üblichen Verfahren zur Bestimmung der Sieblebensdauer wird das granulierte, thermoplastische Konzentrat durch ein Sieb von 150 Mesh schraubenextrudiert, während man den Gegendruckaufbau beobachtet. Die Geschwindigkeit der Extrudierschraube beträgt ungefähr 100 Umdrehungen pro Minute, und die Extrusionsformtemperatur ist ungefähr 163°C. Das Extrudiersieb ist direkt abwärts der Extrudierform angebracht und ist mit einer Lochscheibe mit Löchern von relativ großem Durchmesser und einem Hintergrundsieb von 80 Mesh hinterlegt. Im allgemeinen steigt der Widerstand gegenüber dem Extrusionsfluß an, wenn die Agglomerate der dispergierten Phase sich auf dem Extrudiersieb ansammeln. Die Testsieblebensdauer entspricht der Zeit, die erforderlich ist, um einen Gegendruck von 3000 psi zu entwickeln. Für das Kontrollkonzentrat zeigt die Fig. 1 eine Sieblebensdauer für 3000 psi von ungefähr 4 Minuten. Der Druck stieg weiterhin steil an und hatte bei 7 Minuten 5000 psi erreicht, wobei bei dieser Zeit der Extruder gestoppt wurde.

Beispiele 2 bis 5

Diese sind positive Beispiele, die eine wesentliche Verbesserung gegenüber dem Kontrollbeispiel 1 zeigen. Dieselben Verfahren wurden für die Herstellung und das Testen des roten Eisenoxidpigments, das in Polyethylen niedriger Dichte konzentriert war, angewandt, mit der Ausnahme, daß das Pigmentpulver zuvor mit einem oberflächenaktiven Mittel behandelt wurde, mit der Absicht, die Dispersion des Pigments in dem Trägerharz aus Polyethylen niedriger Dichte zu verbessern. Im allgemeinen ist es umso weniger wahrscheinlich, daß Agglomarate oder Cluster der dispergierten Phase auftreten und daß die Extrudiersiebeinrichtung zerstört wird, je gleichförmiger die Dispersion ist.

Die Fig. 2 zeigt eine dramatische Abflachung der Sieblebensdauerkurve für rotes Eisenoxidpigment, das mit 0,5% Trimethylolethan behandelt wurde und zu 50% mit Polyethylen niedriger Dichte vermengt wurde. Bei der Behandlung mit dem oberflächenaktiven Mittel wurde das Trimethylolethan zuvor in Wasser in einer Konzentration von ungefähr 80% gelöst und zu dem trockenen Pigment hinzugegeben. Das Pigment und das verdünnte Trimethylolethan wurden kräftig in einem Henschel-Rührer nach einer Stickstoffreinigung vermengt. Ein weiteres Trocknen des Pigments war nicht erforderlich. Man kann aus dem im wesentlichen flachen Druck-Zeitprofil der Fig. 2 erkennen, daß die Lebensdauer unbegrenzt verlängert ist.

Das oberflächenaktive Mittel in jedem dieser Beispiele wurde auf der Grundlage von Gewichtsprozent an Pigment, mit dem der Rührer beladen wurde, hinzugegeben. Zum Beispiel stellen bei einer Beladung von 2000 Gramm an Pigment ungefähr 20 Gramm an oberflächenaktivem Mittel, die mit dem Pigment vermengt wurden, eine 1%ige Behandlung dar.

Fig. 3 zeigt ein dramatisches Abflachen der Sieblebensdauerkurve für rotes Eisenoxidpigment, das mit 0,5% Trimethylolpropan behandelt und zu 50% mit Polyethylen niedriger Dichte vermengt wurde. Das Trimethylolpropan wurde zuvor in Wasser bei einer Konzentration von ungefähr 80% gelöst und zu dem trockenen Pigment hinzugegeben und in einem Henschel-Rührer vermengt. Ein weiteres Trocknen des Pigments war nicht erforderlich. Aus dem im wesentlichen flachen Druck-Zeitprofil der Fig. 3 kann man ersehen, daß die Sieblebensdauer unbegrenzt ausgedehnt ist.

Auch Fig. 4 zeigt ein dramatisches Abflachen der Sieblebensdauerkurve für rotes Eisenoxidpigment, das mit 1% Dimethylpolysiloxan behandelt und zu 50% mit Polyethylen niedriger Dichte vermengt wurde. Das oberflächenaktive Silikon wurde direkt zu dem trockenen Pigment hinzugegeben und in einem Henschel-Rührer vermengt. Aus dem im wesentlichen flachen Druck-Zeitprofil wird deutlich, daß die Sieblebensdauer unbestimmt verlängert ist.

Fig. 5 zeigt den Sieblebensdauerversuch für rotes Eisenoxidpigment, das mit 1% niedermolekulargewichtigem Polyethylen behandelt und zu 50% mit Polyethylen niedriger Dichte vermengt wurde. Wie oben festgestellt, entspricht dieses oberflächenaktive Mittel einem Typ mit hohem Molekulargewicht. Die 1% an niedermolekulargewichtigem Polyethylen wurden zu dem Pigment in emulgierter Form, die ungefähr 30% Polyethylen enthielt, hinzugegeben. Dann wurde das Pigment vor dem Vermischen getrocknet. Aus dem im wesentlichen flachen Druck-Zeitprofil erkennt man, daß die Sieblebensdauer unbestimmt verlängert ist.

Beispiel 6

Dies ist ein Kontrollbeispiel in Bezug auf die folgenden Beispiele für gelbbraunes Zinkferritpigment, das zu 50% mit Polyethylen niedriger Dichte vermengt wurde, wobei dieses Beispiel in einer im wesentlichen ähnlichen Weise im Vergleich zum Kontrollbeispiel 1 durchgeführt wurde, mit der Ausnahme, daß der Sieblebensdauerversuch mit einem Sieb von 325 Mesh durchgeführt wurde. Das Pigment war von der Klasse Mapico Tan 10 A von Columbian Chemicals Company. Die Fig. 6 zeigt für dieses Kontrollkonzentrat eine Sieblebensdauer bei 3000 psi von ungefähr 20 Minuten.

Beispiele 7 und 8

Diese stellen positive Beispiele dar, die eine wesentliche Verbesserung gegenüber dem Kontrollbeispiel 6 aufweisen. Die zuvor genannten Verfahren für die Herstellung und das Testen des gelbbraunen Zinkferritpigments, das in Polyethylen niedriger Dichte konzentriert ist, wurden wiederholt, mit der Ausnahme, daß der Sieblebensdauerversuch mit einem Sieb von 325 Mesh durchgeführt wurde.

Die Fig. 7 zeigt eine wesentliche Verbesserung der Sieblebensdauerkurve für gelbbraunes Zinkferritpigment, das mit 1% Trimethylolethan behandelt und zu 50% mit Polyethylen niedriger Dichte vermengt wurde. Das Trimethylolethan wurde zuvor in Wasser bis zu einer Konzentration von ungefähr 80% gelöst und zu dem trockenen Pigment hinzugegeben und in einem Henschel Rührer vermengt. Eine weitere Trocknung des Pigments war nicht notwendig. Aus dem Druck-Zeitprofil erkennt man, daß die Sieblebensdauer wesentlich verlängert ist. Die linear auf 3000 psi extrapolierte Sieblebensdauer beträgt ungefähr 31 Minuten.

Fig. 8 zeigt eine wesentliche Verbesserung der Sieblebensdauerkurve für gelbbraunes Zinkferritpigment, das mit 1% Isopropyltriisostearoyltitanat behandelt und zu 50% mit Polyethylen niedriger Dichte vermengt wurde. Das oberflächenaktive Titanat ist käuflich als Kenrich TTS verfügbar. Das oberflächenaktive Titanat wurde direkt zu dem trockenen Pigment hinzugegeben und in einem Henschel-Rührer vermengt. Das oberflächenaktive Mittel wurde auf der Grundlage von Gewichtsprozent in Bezug auf das Pigment, mit dem der Rührer beladen wurde, hinzugegeben. Man kann aus dem Druck-Zeitprofil sehen, daß die Sieblebensdauer deutlich verlängert ist. Die linear auf 3000 psi extrapolierte Sieblebensdauer beträgt ungefähr 28 Minuten.

Beispiel 9

Dieses Beispiel stellt ein Negativbeispiel dar, das eine beträchtliche Abnahme der Dispergierfähigkeit in Bezug auf das Kontrollbeispiel 6 zeigt. Das oberflächenaktive Mittel war 1% Pentaerythritol, das in ungefähr 175 ml Wasser gelöst wurde. Das schlechte Verhalten von Pentaerythritol geht auf den nicht gebundenen, polaren Teil, eine polare OH Gruppe, zurück, die eine negative Wirkung hinsichtlich der Dispersion von Eisenoxid in Polyethylen bewirkt.

Die folgenden Beispiele 10 bis 24 beinhalten die Zugabe von mit oberflächenaktiven Mitteln behandelten Pigmenten zu Beschichtungssystemen.

Beispiel 10

Eine Lösung, die Wasser und Trimethylolethan (TME) umfaßte, wurde hergestellt und zu Mapico Schwarzeisenoxidpulver von Columbian Chemicals Company in einem Henschel-Rührer hinzugegeben. Nachdem eine einheitliche Mischung erhalten wurde, wurde das Wasser sanft durch Erhitzen in einem Ofen bei ungefähr 75°C entfernt. Es wurde genügend Trimethylolethanlösung zu dem Eisenoxid hinzugegeben, um ein trockenes, mit Trimethylolethan beschichtetes Eisenoxid herzustellen, das ungefähr 0,5 Gewichtsprozent Trimethylolethan umfaßte. Es wurde eine Alkydmahlgutformulierung, die das behandelte Mapico Schwarzeisenoxid umfaßte, hergestellt. Es wurde ein Pigmentträger hergestellt, indem man 82,5 g an styrolisiertem Alkydharz 5367 von Cargill, Inc., 15,5 g an Xylol, 1,0 g an Exkin 2 Antiabschälmittel von Nuodex, Inc. und 1,0 g an Naphthenattrockner in einem Cowles-Mischer für eine Stunde vermengte. 0,5 g des behandelten Eisenoxidpigments wurden in 3 ml des Alkydharzpigmentträgers dispergiert, wobei man einen automatischen Verreiber von Hoover Brothers verwendete, um die Mahlgutformulierung zu bilden.

Beispiele 11 bis 13

Es wurden drei getrennte Alkydmahlgutformulierungen gemäß dem gleichen Verfahren, das in Beispiel 10 aufgeführt ist, hergestellt, mit der Ausnahme, daß Proben an unbehandeltem Mapico Schwarzeisenoxid von Columbian Chemicals eingesetzt wurden.

Es wurden Proben aus den vier hergestellten Alkydmahlgutformulierungen der Beispiele 10 bis 13 hergestellt und in einen Ofen 16 Stunden lang bei 200°F gegeben. Nach der Wärmebehandlung wurden die erhitzten Proben mit den nicht-wärmebehandelten Proben verglichen, wobei man ein CompuScan-Spectrophotometer, das in Hunter-Einheiten liest, verwendete.

Die Daten von dem Spektrophotometer sind in Tabelle 1 gezeigt. HD bedeutet Helligheit/Dunkelheit, RG bedeutet Röte/Grünton, GB bedeutet Gelbton/Blauton, DeltaE ist die gesamte Farbveränderung. Die Gesamtfarbveränderung für die Pigmentmahlgutformulierungen, die mit Trimethylolethan behandeltes Eisenoxid enthalten, ist beträchtlich niedriger als die der drei anderen Pigmentmahlgutformulierungen, die unbehandeltes Eisenoxid enthalten, was anzeigt, daß das Trimethylolethan dem Eisenoxid eine größere Hitzestabilität verleiht.

Tabelle 1

Spectrophotometrische Daten

Beispiel 14

Es wurde eine Siliconmahlgutformulierung hergestellt, indem man 300 g an SR-240 Siliconharz von General Electric, 100 g an Mapico Tan 10A Zinkferritpigment von Columbian Chemicals Company und 400 g an Glasperlen in einem Sandmühlenmischer in Form eines Quartbechers bei 5000 Umdrehungen pro Minute 20 Minuten lang vermengte. Die Siliconmahlgutformulierung wurde dann mit ungefähr 20 Volumenprozent Xylol reduziert. Die reduzierte Siliconmahlgutformulierung wurde auf eine Stahlplatte gesprüht und bei 300°F 15 Minuten lang gehärtet.

Beispiel 15

Mapico Tan lOA Zinkferritpigment von Columbian Chemicals Company wurde mit Trimethylolethan gemäß dem in Beispiel 10 gezeigten Verfahren behandelt, um ein Zinkferritpigment herzustellen, das 0,1 Gewichtsprozent Trimethylolethan umfaßte. Es wurde dann eine Siliconmahlgutformulierung unter Verwendung von dem mit 0,1% Trimethylol behandelten Pigment hergestellt, reduziert, auf eine Stahlplatte gesprüht und gemäß den in Beispiel 14 gezeigten Verfahren gehärtet.

Beispiel 16

Mapico Tan 10A Zinkferritpigment von Columbian Chemicals Company wurde mit Trimethylolethan gemäß dem in Beispiel 10 gezeigten Verfahren behandelt, um ein Zinkferritpigment herzustellen, das 0,5 Gewichtsprozent Trimethylolethan umfaßte. Es wurde dann eine Siliconmahlgutformulierung unter Verwendung von dem mit 0,5% Trimethylolethan behandelten Pigment hergestellt, reduziert, auf eine Stahlplatte gesprüht und gemäß den in Beispiel 14 gezeigten Verfahren gehärtet.

Beispiel 17

Mapico Tan 10A Zinkferritpigment von Columbian Chemicals Company wurde mit Trimethylolethan gemäß dem in Beispiel 10 gezeigten Verfahren behandelt, um ein Zinkferritpigment herzustellen, das 1,0 Gewichtsprozent Trimethylolethan umfaßte. Es wurde dann eine Siliconmahlgutformulierung unter Verwendung des mit 1,0 Prozent Trimethylolethan behandelten Pigments hergestellt, reduziert, auf eine Stahlplatte gesprüht und gemäß den in Beispiel 14 gezeigten Verfahren gehärtet.

Beispiel 18

Mapico Tan 10A Zinkferritpigment von Columbian Chemicals Company wurde mit Trimethylolpropan gemäß dem in Beispiel 10 gezeigten Verfahren behandelt, um ein Zinkferritpigment herzustellen, das 0,25 Gewichtsprozent Trimethylolpropan umfaßte. Es wurde dann eine Siliconmahlgutformulierung unter Verwendung des mit 0,25% Trimethylolpropan behandelten Pigments hergestellt, reduziert, auf eine Stahlplatte gesprüht und gemäß den in Beispiel 14 gezeigten Verfahren gehärtet.

Die Dispersion der Zinkferritpigmente in den gehärteten Siliconbeschichtungen der Beispiele 14 bis 18 wurde gemäß ASTM D-1210-79 gemessen, wobei man die "PC" Skala verwendete, und die erhaltenen Daten sind in Tabelle 2 gezeigt. Höhere PC-Werte bedeuten eine bessere Dispersion. Dementsprechend zeigen die Daten in Tabelle 2, daß das Zinkferrit, das mit Trimethylolethan und Trimethylolpropan behandelt wurde, eine größere Dispergierbarkeit in Beschichtungssystemen im Vergleich zu dem unbehandelten Zinkferrit aufweisen.

Tabelle 2

Die Farbveränderung (DeltaE) der gehärteten Siliconbeschichtungen aus den Beispielen 14 bis 18 wurde, als diese Temperaturen im Bereich von 350°F bis 550°F unterzogen wurden, mit einem CompuScan Spectrophotometer gemessen, und die Ergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt. Die Siliconbeschichtungen, die bei 300°F gehärtet wurden, wurden als Kontrolle für Vergleichszwecke eingesetzt. Mit nur ein paar Ausnahmen, die jeweils durch *) gekennzeichnet sind, waren die Farbveränderungen der Siliconbeschichtungen, die mit einem oberflächenaktiven Mittel behandelte Zinkferrite aufwiesen, geringer, als die Farbveränderungen von Siliconbeschichtungen, die unbehandeltes Zinkferrit beinhalteten. Dementsprechend zeigen die Daten in Tabelle 3 weiterhin an, daß die Zugabe von oberflächenaktiven Mitteln wie Trimethylolethan und Trimethylolpropan, die Hitzestabilität der Pigmente steigert.

Tabelle 3

Spektrophotometrische Daten (0/45 Geometrie)

Beispiel 19

Es wurde eine Acrylmahlgutformulierung, die Rot 257 Eisenoxidpigment von Columbian Chemicals Company umfaßte, hergestellt. 100 g eines Acrylpigmentträgers, der 61,8 Gewichtsprozent AT400 Acrylharz von Rohm und Haas umfaßte, 29,0 g N-Butanol und 8,2 g Cellosolveacetat wurden in einen Pintbecher eingewogen. 4 Oz. von 18-25 Meshglasperlen wurden zu dem Pintbecher hinzugegeben, und der Acrylpigmentträger wurde bei 2000 Umdrehungen pro Minute 2 Minuten lang gerührt. 100 g des roten Eisenoxidpigments wurden zu dem Acrylpigmentträger hinzugegeben, während das Acrylbindemittel langsam gerührt wurde. Der Acrylpigmentträger und die Eisenoxidmischung wurden dann 30 Minuten lang bei 5000 Umdrehungen pro Minute gemahlen. Der Pintbecher der gemahlenen Mischung wurde mit einer Folie bedeckt und in Wasser gekühlt. 200 g einer Mischung von 57,86 Gewichtsprozent AT 400, 27, 93 Gewichtsprozent Cymel 325 Melaminharz von American Cyanamid und 14,21% Methylamylketon wurden zu dem Acrylpigmentträger und der Eisenoxidmischung in dem Pintbecher gegeben, und die gesamte Mischung wurde bei 2000 Umdrehungen pro Minute 10 Minuten lang gerührt.

Beispiel 20

Rot 257A Eisenoxidpigment von Columbian Chemicals wurde mit Trimethylolethan im Fabrikmaßstab behandelt, wobei man eine Lösung von Wasser und Trimethylolethan auf das Pigment in einer berechneten Menge sprühte, um 0,5 Gewichtsprozent Trimethylolethan zu dem trockenen Eisenoxid hinzuzugeben, das Eisenoxid und die Sprühung vermengte, bis eine einheitliche Mischung erreicht ist, und das Eisenoxid trocknete. Es wurde eine 50%ige Acrylpigmentmahlgutformulierung hergestellt und anschließend gemäß dem in Beispiel 19 beschriebenen Verfahren abgesenkt, mit der Ausnahme, daß 100 g an Rot 257A, das mit 0,5% Trimethylolethan behandelt wurde, eingesetzt wurden.

Die Dispersion der Pigmente in den Pigmentträgern der Beispiele 19 und 20 wurde in 10 Minuten-Invervallen während des Mahlens der Mahlgutformulierungen gemessen. Die Dispersion wurde gemäß ASTM D-1210-79 gemessen, wobei man die PC-Skala verwendete, und das Ergebnis ist in Tabelle 4 gezeigt. Die Brookfield-Viskosität und die Rotovisco-Viskosität der Mahlgutformulierungen wurden bei verschiedenen Schergeschwindigkeiten bestimmt, und die Ergebnisse sind in Tabelle 4 aufgeführt. Die PC-Werte für die Mahlgutformulierungen mit dem mit einem oberflächenaktiven Mittel behandelten Eisenoxid waren niedriger als die PC-Werte für die Mahlgutformulierungen mit dem unbehandelten Eisenoxid, jedoch waren sie immer noch relativ hoch. Die Brookfield-Viskosität und die Rotovisco-Viskosität der Mahlgutformulierungen mit dem mit dem oberflächenaktiven Mittel behandelten Eisenoxid waren jedoch wesentlich niedriger als die der Mahlgutformulierungen mit dem unbehandelten Eisenoxid.

Tabelle 4

Acrylsystem mit 50% Pigment

Beispiel 21

Es wurde ein Universalfarbmittel mit einer 65%igen Pigmentbeladung hergestellt. Zunächst wurden 350 g an Colortrend 822-6530 Universalpigmentträger von Nuodex Inc. in einen Cowles-Mixer gegeben. 600 g an Rot 257A Eisenoxidpigment von Columbian Chemicals wurden löffelweise zu dem Pigmentträger hinzugegeben, und die Mischung wurde langsam gerührt, bis das Pigment benetzt war. Die Mischung wurde dann in dem Mischer bei 4500 Umdrehungen pro Minute 20 Minuten lang vermengt.

Beispiel 22

Ein Universalfarbmittel mit einer 65%igen Pigmentbeladung wurde wie in Beispiel 21 hergestellt, mit der Ausnahme, daß Rot 257A Eisenoxidpigment mit 0,5 Gewichtsprozent Trimethylolethan behandelt wurde. Das behandelte Eisenoxidpigment wurde wie in Beispiel 20 hergestellt.

Die Dispersion der roten Eisenoxidpigmente in den Farbmitteln der Beispiele 21 und 22 wurde gemäß ASTM D-1210-79 in 10 Minuten Intervallen während des Mischens gemessen. Die Hegman-Skala wurde verwendet, und die Werte sind in Tabelle 5 gezeigt. Die Brookfield-Viskosität und die Rotovisco-Viskosität der Farbmittel der Beispiele 21 und 22 wurden bei verschiedenen Schergeschwindigkeiten gemessen, und die Ergebnisse sind auch in Tabelle 5 aufgeführt. Die Hegman-Werte in Tabelle 5 zeigen keine verbesserte Dispersion als Ergebnis der Behandlung mit dem oberflächenaktiven Mittel; jedoch sind die Hegman-Werte für das Farbmittel, das mit einem oberflächenaktiven Mittel behandelt wurde, vergleichsweise hoch. Die Viskosität des Farbmittels, das das mit einem oberflächenaktiven Mittel behandelte Pigment beinhaltete, war deutlich im Vergleich zu dem Farbmittel, das das unbehandelte Pigment besaß, herabgesetzt.

Tabelle 5

Nuodex Universal System 65% Pigment

Beispiel 23

Es wird ein Universalfarbmittel mit einer 60%igen Pigmentbeladung hergestellt. Zunächst wurden 400 g von Colortrend 822-6530, ein Universalkonzentrat von Nuodex, Inc., in einen Cowles-Mischer gegeben. 600 g an gelben 1075A Eisenoxidpigmenten von Columbian Chemicals wurden löffelweise zu dem Pigmentträger hinzugegeben, und die Mischung wurde langsam gerührt, bis das Pigment benetzt war. Die Mischung wurde dann in dem Cowles-Mischer 20 Minuten lang vermengt.

Beispiel 24

Es wurde ein Universalfarbmittel mit einer 60%igen Pigmentbeladung, wie in Beispiel 23, hergestellt, mit der Ausnahme, daß das gelbe 1075A Eisenoxidpigment mit 0,5 Gewichtsprozent Trimethylolethan behandelt wurde. Das behandelte Eisenoxidpigment wurde, wie in Beispiel 20 beschrieben, hergestellt.

Die Dispersion der gelben Eisenoxidpigmente in den Farbmitteln der Beispiele 23 und 24 wurde gemäß ASTM D-1210-79 in fünfminütigen Intervallen während des Vermischens gemessen. Die Hegman-Skala wurde verwendet, und die Werte sind in Tabelle 6 gezeigt. Höhere Hegman-Werte bedeuten eine bessere Dispersion; deshalb geben die Hegman-Werte in Tabelle 6 an, daß die Behandlung mit einem oberflächenaktiven Mittel die Dispersion des gelben Eisenoxids in den Farbmitteln verbesserte. Die Brookfield Viskosität und die Rotoviso-Viskosität der Farbmittel der Beispiele 23 und 24 wurden bei verschiedenen Schergeschwindigkeiten gemessen, und die Ergebnisse sind in Tabelle 6 aufgeführt. Die Viskosität der Farbmittel mit dem mit einem oberflächenaktiven Mittel behandelten Pigment war im Vergleich zu dem Farbmittel mit dem unbehandelten Pigment deutlich reduziert.

Tabelle 6

Nuodex Universal System 60% Pigment

Während die Erfindung im Detail mit speziellem Bezug auf die offenbarten Ausführungen beschrieben wurde, soll dies so verstanden werden, daß Variationen und Veränderungen durchgeführt werden können, ohne von den Grundlagen und dem Umfang der Erfindung, wie sie durch die folgenden Ansprüche gegeben sind, abzuweichen.

Claims

1. Pigmentdispersion mit verbesserten Viskositäts- und Wärmestabilitätseigenschaften zur Verwendung in Beschichtungssystemen, wobei das Pigmentkonzentrat einen Pigmentträger;
ein Pigment mit einer hydrophilen Oberfläche, das in diesem Pigmentträger dispergiert ist; und
ein oberflächenaktives Mittel, das als Dispergiermittel in einer vergleichsweisen nicht polaren Matrix fungiert, und das auf der Oberfläche des Pigments in einer wirksamen Menge vorliegt und die Dispergierfähigkeit des Pigments steigert, umfaßt.

2. Pigmentdispersion nach Anspruch 1, wobei der Pigmentträger einen auf Wasser basierenden Träger umfaßt.

3. Pigmentdispersion nach Anspruch 2, wobei der auf Wasser basierende Träger einen mehrere Hydroxylgruppen enthaltenden Alkohol umfaßt.

4. Pigmentdispersion nach Anspruch 3, wobei der mehrere Hydroxylgruppen enthaltende Alkohol aus der Gruppe Ethylenglycol und Propylenglycol ausgewählt ist.

5. Pigmentdispersion nach Anspruch 1, wobei der Pigmentträger ein auf einem organischen Lösungsmittel basierenden Träger umfaßt.

6. Pigmentdispersion nach Anspruch 5, wobei der auf einem organischen Lösungsmittel basierende Träger aus der Gruppe Acrylharze, Siliconharze, Alkydharze, Epoxyharze, Polyurethanharze, Phenolharze, Nitrocellulose, natürliche Öle, Celluloseacetat und Celluloseacetatbutyrat ausgewählt ist.

7. Pigmentdispersion nach Anspruch 1, wobei das Pigment aus der Reihe Eisenoxidpigment und zweiwertiges Ferritpigment ausgewählt ist.

8. Pigmentdispersion nach Anspruch 1, wobei das Pigment aus der Reihe rotes Eisenoxid, gelbes Eisenoxid und schwarzes Eisenoxid ausgewählt ist.

9. Pigmentdispersion nach Anspruch 8, wobei das Pigment eine BET-Oberfläche von ungefähr 3 bis ungefähr 20 m²/g besitzt.

10. Pigmentdispersion nach Anspruch 1, wobei das Pigment aus der Reihe Zinkferrit und Magnesiumferrit ausgewählt ist.

11. Pigmentdispersion nach Anspruch 10, wobei das Pigment eine BET-Oberfläche von ungefähr 3 bis ungefähr 20 m²/g aufweist.

12. Pigmentdispersion nach Anspruch 1, wobei das oberflächenaktive Mittel einen in Bezug auf die Oberfläche des Pigments gebundenen, polaren Endteil und in Bezug auf den Pigmentträger einen nicht gebundenen, nicht polaren Endteil aufweist.

13. Pigmentdispersion nach Anspruch 12, wobei das oberflächenaktive Mittel aus der Gruppe Trimethylolethan und Trimethylolpropan ausgewählt ist.

14. Pigmentdispersion nach Anspruch 13, wobei das oberflächenaktive Mittel in einer Menge von ungefähr 0,1 bis ungefähr 1 Gewichtsprozent in Bezug auf das Pigment vorliegt.

15. Pigmentdispersion nach Anspruch 13, wobei das oberflächenaktive Mittel in einer Menge von ungefähr 0,3 bis ungefähr 0,5 Gewichtsprozent in Bezug auf das Pigment vorliegt.

16. Fertigbeschichtung mit verbesserten Viskositäts- und Wärmestabilitätseigenschaften, die
einen Beschichtungsgrundstoff;
ein Pigment mit einer hydrophilen Oberfläche, das in dem Beschichtungsgrundstoff dispergiert ist; und
ein oberflächenaktives Mittel, das als Dispergiermittel in einer vergleichsweise nicht polaren Matrix fungiert, und das auf der Oberfläche des Pigments in einer wirksamen Menge vorliegt und die Dispergierfähigkeit des Pigments steigert, umfaßt.

17. Fertigbeschichtung nach Anspruch 16, wobei der Beschichtungsgrundstoff einen wasserlöslichen Beschichtungsgrundstoff umfaßt.

18. Fertigbeschichtung nach Anspruch 17, wobei der wasserlösliche Beschichtungsgrundstoff einen Latex umfaßt.

19. Fertigbeschichtung nach Anspruch 16, wobei der Beschichtungsgrundstoff einen organischen Lösungsmittelbeschichtungsgrundstoff umfaßt.

20. Fertigbeschichtung nach Anspruch 19, wobei der organische Lösungsmittelbeschichtungsgrundstoff aus der Reihe Alkydharze, Polyurethanharze, Siliconharze, Acrylharze, Epoxyharze, Nitrocellulose, Celluloseacetat und Celluloseacetatbutyrat ausgewählt ist.

21. Fertigbeschichtung nach Anspruch 16, wobei das Pigment aus der Reihe Eisenoxidpigment und zweiwertiges Ferritpigment ausgewählt ist.

22. Fertigbeschichtung nach Anspruch 16, wobei das Pigment aus der Reihe rotes Eisenoxid, gelbes Eisenoxid und schwarzes Eisenoxid ausgewählt ist.

23. Fertigbeschichtung nach Anspruch 22, wobei das Pigment eine BET Oberfläche von ungefähr 3 bis ungefähr 20 m²/g aufweist.

24. Fertigbeschichtung nach Anspruch 16, wobei das Pigment aus der Reihe Zinkferrit und Magnesiumferrit ausgewählt ist.

25. Fertigbeschichtung nach Anspruch 24, wobei das Pigment eine BET Oberfläche von ungefähr 3 bis ungefähr 20 m²/g besitzt.

26. Fertigbeschichtung nach Anspruch 16, wobei das oberflächenaktive Mittel einen in Bezug auf die Oberfläche des Pigments gebundenen, polaren Endteil und in Bezug auf den Pigmentträger einen nicht-gebundenen, nicht-polaren Endteil aufweist.

27. Fertigbeschichtung nach Anspruch 26, wobei das oberflächenaktive Mittel aus der Reihe Trimethylolethan und Trimethylolpropan ausgewählt ist.

28. Fertigbeschichtung nach Anspruch 27, wobei das oberflächenaktive Mittel in einer Menge von ungefähr 0,1 bis ungefähr 1 Gewichtsprozent in Bezug auf das Pigment vorhanden ist.

29. Fertigbeschichtung nach Anspruch 27, wobei das oberflächenaktive Mittel in einer Menge von ungefähr 0,3 bis ungefähr 0,5 Gewichtsprozent in Bezug auf das Pigment vorliegt.