DE4331167A1

DE4331167A1 - Verfahren zur Herstellung eines Farbkonzentrates für die Verarbeitung in Kunststoffverarbeitungsmaschinen

Info

Publication number: DE4331167A1
Application number: DE19934331167
Authority: DE
Inventors: Andrea Weis; Hans Ausem
Original assignee: Aw Kunststoff Farbkonzent GmbH
Current assignee: Aw Kunststoff Farbkonzent GmbH
Priority date: 1993-09-14
Filing date: 1993-09-14
Publication date: 1995-03-16
Anticipated expiration: 2013-09-15
Also published as: DE4331167C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Kunststoffgranulat zur Herstellung von farbigen Kunststoffteilen sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kunststoffgranulats.

Es ist bekannt, pulverförmige Farbpigmente nach vorgegebenen Rezepten miteinander mechanisch zu mischen und diese mit naturfarbenem Kunststoffpulver oder Granulat zu vermengen. Diese Mischung wird in Extrudiermaschinen extrudiert und granuliert. Während des Extrudiervorganges werden die Farbpigmente bzw. die Farbstoffe dispergiert, um eine gleichmäßige stippenfreie Einfärbung zu ermöglichen. Die dafür verwendeten Extruder sind aufwendig, die Dispergierung, vor allem von Pigmenten in Kunststoffschmelzen, ist schwierig. Das so hergestellte Farbkonzentrat kann in der vorliegenden Form oder zur Einfärbung von naturfarbenem Kunststoff verwendet werden, zu welchem Zweck das Kunststoffarbkonzentrat mit naturfarbenen Kunststoffen vermengt und den Zuführeinrichtungen einer Kunststoffverarbeitungsmaschine zugeführt wird. Je nach Anteil des naturfarbenen Kunststoffes in dem Gemenge werden verschiedene Einfärbungen der gleichen Farbe erzielt.

Es ist darüber hinaus bekannt, pulverförmige Pigmente oder Flüssigfarben unmittelbar vor der Verarbeitung des Kunststoffgranulats oder Farbkonzentrats durch die Kunststoffverarbeitungsmaschine diesem zuzusetzen.

Die Farbkonzentrate in granulierter Form sind beispielsweise in den Farben weiß, schwarz, grau, braun, blau, rot usw. erhältlich. Farbnuancen sind dabei durch die Vermengung mit naturfarbenen Kunststoffen oder durch die Vermengung verschiedener Farbkonzentrate oder dem zusätzlichen Zufügen von pulverförmigen Pigmenten oder Flüssigfarbstoff unmittelbar vor dem Verarbeitungsprozeß des Kunststoffgranulats erzielbar. Wenn eine stippenfreie und gut verteilte Farbgebung des Kunststoffteils gewünscht ist, ist eine Herstellung eines entsprechenden Farbkonzentrats in der gewünschten Farbe, wie vorher schon angegeben, unerläßlich. Dies bedeutet, daß für jede gewünschte Farbnuance ein bestimmtes Kunststoffarbkonzentrat in Form von Granulat hergestellt werden muß. Im Falle der nachträglichen Beimengung von Farbstoffen oder pulverförmigen Pigmenten ist die gewünschte Farbe nur durch Produktionsprozeßüberwachung und Einstellung des Gemenges möglich. Um gleichbleibende Farben zu erzielen wird deshalb insbesondere bei Großserienfertigungen stets auf vorgefertigte Kunststoffarbkonzentrate zurückgegriffen.

Der vorliegenden Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, ein Kunststoffgranulat anzugeben, daß für die Produktion von farbigen Kunststoffteilen die Vorteile der bekannten Kunststoffarbkonzentrate aufweist, aber ohne Umschmelzprozeß in einem Extruder herstellbar ist und bei dem jede gewünschte Farbe auf einfache Weise realisierbar ist.

Gelöst wird die Aufgabe dadurch, daß auf die Oberfläche des Granulats eine oder mehrere Schichten von Farbpigmenten bestimmter Farbe oder Farbmischungen additiv aufgebracht sind. Das so hergestellte Kunststoffarbkonzentrat kann derartige Farbschichten aufweisen, daß das Granulat direkt zur Verarbeitung verwendet werden kann. Es kann aber auch als Kunststoffarbkonzentrat mit naturfarbenem Kunststoff oder anderen konventionell hergestellten farbigen Granulaten oder gleichartigen, andere Farben aufweisenden Kunststoffgranulat vermengt werden, wobei die Vermengung des Granulats sicherstellt, daß chargenbezogen die Kunststoffteile gleiche Farben aufweisen.

Mit der Erfindung ist es, wie bei den bekannten Verfahren, möglich, jede gewünschte Farbe des Kunststoffteils zu erzielen, wobei in vorteilhafter Weise diese Farbgebung durch ein einfaches Verfahren aufbringbar ist.

Die Farbpigmente bzw. die Farbstoffe können dabei auf dem als Träger dienenden Kunststoffgranulat, das ein naturfarbener Kunststoff oder ein Farbkonzentrat bekannter Art sein kann, physikalisch oder chemisch fixiert werden. Die Farbstoffe enthalten dabei lösliche Farbkörper, während die Pigmente unlösliche Farbkörper sind. Beide Farbkörper sind einsetzbar.

Als vorteilhaft hat sich die Verwendung einer Dispersionsfarbe oder Dispersionspaste gemäß dem Anspruch 2 zur Beschichtung erwiesen. Vorausgesetzt ist immer, daß die Farbe oder Paste eine solche Zusammensetzung aufweist, daß sie mit dem Kunststoff, z. B. PE-Kunststoff, verträglich ist. Dies gilt gleichermaßen auch bei der Verwendung eines chemischen Verfahrens zum Fixieren der Farbpigmente an der Oberfläche des Granulats bzw. der unterliegenden Farbschicht oder des Farbkonzentrats, das als Träger verwendet wird.

Die verschiedenen Beschichtungen und die Zusammensetzung der jeweiligen Beschichtungsgemische und die Mischung mit anderen Granulaten sind in den Unteransprüchen 2 bis 6, 16 und 18 angegeben.

In den Ansprüchen 7 bis 15, 19 und 20 sind Verfahren zur Herstellung des Kunststoffarbkonzentrats nach der Erfindung angegeben.

Das Kunststoffarbkonzentrat nach der Erfindung macht sich die Tatsache zunutze, daß die Dispergierung von Farbpigmenten in Flüssigkeiten sehr viel weniger aufwendig ist als in Schmelzen, wie es zur Herstellung von Kunststoffarbkonzentraten bekannter Art notwendig ist. Die entsprechenden Flüssigfarben oder Farbpasten werden für andere Zwecke handelsüblich angeboten und sind aber auch auf einfache Weise von dem Herstellungsbetrieb, der ein Kunststoffarbkonzentrat nach der Erfindung herstellt, herstellbar. Als Träger kann ungefärbtes Kunststoffgranulat verwendet werden oder aber auch großtechnisch hergestellte Kunststoffarbkonzentrate verschiedener Grundfarben, wie weiß, schwarz, grau, braun, blau usw., so daß durch die jeweilige Schicht der aufzubringenden Ergänzungsfarbe bei Einhaltung bestimmter Rezepturen Kunststoffarbkonzentrate in Granulatform herstellbar sind, die jede individuelle Farbgebung auf einfache Weise ermöglichen. Die preisgünstigen bekannten Kunststoffarbkonzentrate oder naturfarbenen Kunststoffgranulate werden nach dem Verfahren der Erfindung mit vordispergierter Paste oder Flüssigfarbe beschichtet. Die Pasten können dabei entweder physikalisch oder chemisch fixiert werden. Die Fixierung muß dabei den Schmelzpunkt des Basiskunststoffes entsprechen, also dem des Trägermaterials, um mit ihm verträglich zu sein. Es können auf einem Granulat verschiedene Farb- und auch Additivschichten fixiert werden, die dann im Querschnitt eines solchen Konzentratgranulates sichtbar sind. Dieses Farbkonzentrat kann sodann in herkömmlicher Weise, wie eingangs beschrieben, mit weiterem Granulat vermischt weiterverarbeitet werden. Das Herstellungsverfahren für das Kunststoffarbkonzentrat ist außerordentlich einfach. Es ist lediglich notwendig, granuliertes Kunststoffkonzentrat oder serienmäßig eingefärbtes Kunststoffkonzentrat als Trägermaterial in einen Mischer einzugeben, dem Mischer die notwendige Menge Dispersionsfarbe oder Dispersionspaste beizugeben und durch Mischung diese auf die Oberfläche des Granulats aufzutragen. Dem beigesetzten Konzentrat ist dabei Bindemittel zugesetzt. Auch dieses muß mit dem granulierten Kunststoffträger verträglich sein. Ist der Mischprozeß abgeschlossen, so erfolgt ein Trocknungsprozeß bis die Farbe an der Oberfläche fixiert ist. Dieser Trocknungsprozeß kann in dem Mischer selbst erfolgen oder in einer gesonderten Trocknungseinrichtung. Üblicherweise wird dazu Heißluft eingeblasen. Das gleiche mechanische Verfahren läßt sich auch anwenden für die chemische Refixierung. Dabei ist lediglich eine weitere Verfahrensstufe notwendig, um ein Fixiermittel zunächst auf die Oberfläche des Granulats aufzubringen, bevor die Farbpigmente, gebunden in der Zwei-Komponentenfarbe, aufgebracht werden. Beide Komponenten reagieren chemisch und fixieren dabei die Farbpigmente an der Oberfläche des Trägers oder an der Oberfläche einer bereits aufgetragenen Farbschicht. Das Verfahren kann also für mehrere additive Schichten wiederholt werden, bis die gewünschten Farbschichten aufgetragen sind.

Es ist ersichtlich, daß das erfindungsgemäße Verfahren mit wenig Energie auskommt und dennoch ein qualitativ hochwertiges Farbkonzentrat herzustellen gestattet, das zur gezielten Einfärbung oder Verarbeitung in Kunststoffverarbeitungsmaschinen verwendet werden kann. Als Kunststoffträger können verschiedene Thermoplaste verwendet werden, die zum Spritzgießen in den verschiedenen Formen, wie Niederdruck, Schaumspritzniederdruck, Spritzgießniederdruck, Spritzgießen, zum Extrusionsblasen, Spritzblasen, Streckblasen, zum Extrudieren und zum Pressen eingesetzt werden können. Die Weiterverarbeitungsverfahren sind hinlänglich bekannt. Die Umformung erfolgt dabei im Schmelztemperaturbereich oder unterhalb des Schmelztemperaturbereiches des Trägermaterials. Die Erfindung ist grundsätzlich auf alle bekannten Kunststoffe anwendbar, die nach den bekannten Verfahren für die Herstellung von Kunststoffteilen geschmolzen werden.

Beispielsweise könne folgende Farbkonzentrate als Träger vorgesehen sein:

Phthalocyaninblau - Polyethylen\|40%ig
Phthalocyaningrün - Polyethylen	40%ig
Ruß - Polyethylen	40%ig
Titandioxid - Polyethylen	70%ig
Eisenoxidbraun - Polyethylen	40-60%ig
Perlmutt - Polyethylen	50%ig

Gleiche oder ähnliche Produkte mit Polystyrol als Träger finden ebenfalls Einsatz.

Darüber hinaus können aber auch alle anderen bekannten Kunststoffe bekannter Art, die in Granulatform verarbeitet werden, nach der Erfindung eingefärbt werden.

Beispielhaft seien hier einige Trägerkomponenten genannt:

Polyethylen (PE)
Polypropylen (PP)
Polystyrol (PS)
Polyester (PET)
Polyurethan (PU)
Polyamid (PA)
Polyvinylchlorid (PVC)
Plexiglas (PMMA)
Acrylbutadienstyrol (ABS)
Styrolnitril (SAN)

Die Pasten bzw. Flüssigfarben, wobei Pasten sich also besonders einfach und sauber zu verarbeiten herausgestellt haben, können folgende Farbpigmente aufweisen:

Zinksulfid
Titandioxid
Ruß
Phthalocyanine
Eisenoxide
Ultramarinblau
Chinacridone
Thioindigo
Dioxazin
Monoazo
Nickeltitan
Chromtitan

Als Bindemittel können Kunststoffe oder Harze zugesetzt sein, wobei dieses sowohl in der Paste selbst als auch beim Mischvorgang erfolgen kann:

Polyethylen
Polystyrol
Polypropylen
Carnauba
Kolophoniumderivate
andere Naturharze
Polyacrylate
Styrolacrylate
Polyvinylacrylate.

Sämtliche Angaben zu den verwendeten Farbpigmenten, Kunststoffen, Bindemitteln sind nur beispielhaft genannt. Es bleibt dem Fachmann überlassen, die entsprechenden chemischen Substanzen im Bedarfsfall einzusetzen, die für derartige Anwendungen bekannt sind.

Die in der praktischen Realisierung aufgetragene Farbpaste bzw. Farbe kann folgende Zusammensetzung aufweisen:

10%-30% organische bzw. anorganische Pigmente oder Farbstoffe
2%-6% nichtionogene Netzmittel
88%-64% wäßrige PE-Wachsemulsion (30%ig).

Nach dem Aufbringen der Schichten werden diesen mit einem hellen Talkum ca. 20 µm gepudert. Auch dies hat sich als Lagerungsvorteil erwiesen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispiels ergänzend erläutert.

In einem Trommelmischer werden gemischt:

50 kg marktübliches PE-Weiß Farbkonzentrat in Granulatform (70% TiO₂)
0,5 kg marktübliche Farbpaste, bestehend aus 20% Phthalocyaninblau und den oben beschriebenen Zusätzen
0, 25 marktübliche PE-Wachsemulsion.

Die drei Positionen werden so lange gemischt, bis die Farbschichten gleichmäßig auf allen Granulaten verteilt sind. Danach erfolgt ein Ordnungsprozeß unter Zuführung von Heißluft, die auf ca. 140°C aufgewärmt ist. Diese wird direkt in dem Mischer eingeblasen. Nach der Fixierung der Farbschicht, also nach dem Trocknen, wird noch 0,25 kg Talkum 20 µm zugegeben und wieder gemischt. Das so gefertigt gestellte Konzentrat kann sodann in Säcken abgepackt auf herkömmliche Weise vertrieben und verarbeitet werden.

Claims

1. Kunststoffgranulat zur Herstellung von farbigen Kunststoffteilen, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Oberfläche des Granulats ein- oder mehrere Schichten von Farbpigmenten bestimmter Farbe oder Farbmischung additiv aufgebracht sind.

2. Kunststoffgranulat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbpigmente mit einem Dispergator zu einer Dispersionsfarbe oder Dispersionspaste gemischt sind und ein Bindemittel zugesetzt ist.

3. Kunststoffgranulat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dispergator und das Bindemittel mit dem Kunststoff des Granulats verträglich sind.

4. Kunststoffgranulat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbpigmente in oder auf einer Fixierschicht auf dem Granulat aufgebracht sind.

5. Kunststoffgranulat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Farbdispersion im Zwei-Komponetenverfahren aufgebracht ist.

6. Kunststoffgranulat nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fixierschicht bzw. die erste Komponente und die aufgebrachte Farbpigmentschicht bzw. die Pigmentdispersionsfarbe der Zwei-Komponentenfarbe mit dem Kunststoff des Granulats verträglich ist.

7. Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffgranulats nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffgranulat mit der Dispersionsfarbe oder der Dispersionspaste in einem Mischer gemischt wird, daß die durch Mischung aufgebrachte Farbschicht bis zur Fixierung an der Oberfläche getrocknet wird, und daß das Verfahren entsprechend der Anzahl der gewünscht aufzutragenen Farbschichten wiederholt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der gewichtsprozentuale Anteil der Dispersionsfarben oder Dipersionspaste 10% nicht übersteigt.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der gewichtsprozentuale Anteil zwischen ca. 0,5% und ca. 5% liegt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Trockentemperatur zwischen ca. 50°C und ca. 160°C liegt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknung im Mischer oder in einer separaten Trockeneinrichtung durch Zuführung von Heißluft erfolgt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Granulats mit einem Fixiermittel als erste Schicht in einem ersten Mischprozeß benetzt wird, daß in dem Mischer oder in einem weiteren Mischer die Farbpigmente nach der Vorbehandlung mit einer zweiten Haftkomponente durch Mischung aufgetragen werden, daß bis zum Abschluß der chemischen Reaktion beider Komponenten und bis zur Haftung der Farbpigmente diese im Mischer oder in einer gesonderten Einrichtung verbleiben, und daß durch Wiederholung der Verfahrensschritte entsprechend der gewünschten Anzahl von Farbschichten mehrere Schichten aufgetragen werden.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß entsprechend den gewählten chemischen Substanzen der Komponenten, die chemische Reaktion durch Heißluftzufuhr unterstützt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zwei-Komponenten-Pigmentdispersionspaste oder eine Zwei-Komponenten-Pigmentdispersionsfarbe verwendet wird, und daß die Heißluft der chemischen Reaktion solange zugeführt wird, bis die Wasseranteile der Dispersion verdunstet sind.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Farbpigmentanteil oder die der Farbpigmente beinhaltende Dispersionanteil die im Anspruch 8 oder 9 angegebenen Gewichtsprozente aufweist.

16. Kunststoffgranulat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung von naturfarbenen Granulat als Träger.

17. Kunststoffgranulat nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch die Verwendung von mit Farbpigmenten eingefärbten Granulat als Träger.

18. Kunststoffgranulat nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß es als Farbkonzentrat eingesetzt ist und vor dem Verarbeiten in einer Kunststoffverarbeitungsmaschine mit Natur oder eingefärbten Granulat vermischt wird.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Dispersionsfarbe und/oder Dispersionspaste die folgende Zusammensetzung aufweist:
10%-30% organische bzw. anorganische Pigmente oder Farbstoffe
2%-6% nichtionogene Netzmittel
88%-64% wäßrige PE-Wachsemulsion (30%ig),
in einem weiteren Verfahrensschritt die aufgetragene Schicht mit einem hellen ca. 20 µm Talkum gepudert wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 15 in Verbindung mit Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung transparenter Farbtöne als Träger ein naturfarbenes Kunststoffgranulat und zur Herstellung pastellfarbener Farbtöne eine Farbkonzentrat in weiß als Träger verwendet wird.