DE4331167C2

DE4331167C2 - Verfahren zur Herstellung eines Farbkonzentrates für die Verarbeitung in Kunststoffverarbeitungsmaschinen

Info

Publication number: DE4331167C2
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: 1995-06-14
Anticipated expiration: 2013-09-15
Also published as: DE4331167A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Farbkonzentrates für die Verarbeitung in Kunststoffverarbeitungsmaschinen gemeinsam mit Natur- und/oder eingefärbtem Kunststoffgranulat, bei dem Farbpigment oder Farbstoffe auf die Oberfläche eines Kunststoffgranulats aufgebracht werden, sowie die Verwendung eines Kunststoffgranulats, das nach den Verfahren hergestellt ist.

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 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.

Aus der US-PS 4 985 187 ist ein gattungsgemäßes Verfahren bekannt, bei dem das Kunststoffgranulat mit Teilchen einer Farbpigment-Zusammen setzung bei Umgebungstemperatur gemischt wird und durch Abriebmischen die Teilchen in die Oberfläche des Granulats eingebunden werden. Die Pigmente werden dabei zuvor in einem Aufschmelzprozeß in einen Träger eingebunden. Die Pigmente können, da sie in Trockenform verarbeitet werden, nicht ausreichend dispergiert werden, was sowohl fertigungstechnische Nachteile bei der Herstellung als Halbfabrikat als auch bei der Weiterverarbeitung zu einem Endprodukt hat. Die schlechte Dispergierung führt zu einer geringeren Farbausbeute, so daß, um gleiche Einfärbungen zu erzielen, ein wesentlich höherer Materialeinsatz getätigt werden muß.

Aus der FR-PS 1 379 583 ist ein Verfahren bekannt, bei dem adhäsiv Farbpigmente aufgetragen werden, und zwar in der Weise, daß zunächst die Pigmente in einer Flüssigphase mit dem Trägermaterial vermischt werden. Sodann wird diese Mischung sprühgetrocknet, so daß wiederum ein Pulver entsteht, das dann adhäsiv aufgetragen wird. Das Pulver wird auf das Granulat praktisch durch Erwärmung aufgeklebt, wobei das Verfahren des Auftrages in Pulverform erfolgt.

Der DD-PS 01 51 696 ist allgemein zu entnehmen, daß Zuschlagsstoffe zum Granulat, wie Farbpigmente, Füllstoffe oder Hilfsstoffe in einer Trommel oder einem Taumelmischer im diskontinuierlichen Verfahren auf das Granulat aufgetragen werden. Es ist weiterhin darin erwähnt, daß die durch die Zusatzstoffe zu erzielenden Effekte nur wirksam werden, wenn eine gleichmäßige Verteilung der Zusatzstoffe auf dem Granulat erfolgt. Konkret ist in der Schrift angegeben, daß ohne Unterbrechung des Granulatstroms die flüssigen Zusatzstoffe mit hoher Gleichmäßigkeit auf das Granulat aufgezogen werden. Die Weiterverarbeitung des Granulats erfolgt mit den flüssigen Bestandteilen. Eine Trocknung wird ausgeschlossen. Die Verwendung eines solches Granulats als Farbkonzentrat ist nicht möglich. Ferner ist auch eine Lagerhaltung eines danach gefertigten Granulats nicht möglich, da es als Schüttgut nicht gehandhabt werden kann.

Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, Verfahren zur Herstellung eines Farbkonzentrats der gattungsgemäßen Art anzugeben, die eine besonders preiswerte Herstellung und Zwischenlagerung eines Farbkonzentrats ermöglichen, keine besondere Temperaturbelastung des Trägers erforderlich machen und für die Weiterverarbeitung die Vorteile der bekannten Kunststoffarbkonzentrate aufweisen.

Gelöst wird die Aufgabe durch die im Anspruch 1 sowie in den nebengeordneten Ansprüchen 7 und 8 angegebenen Verfahrensschritte.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Verfahren sind in den Unteransprüchen im einzelnen angegeben. Eine bevorzugte Verwendung des nach den Verfahren hergestellten Granulats ist im Anspruch 17 angegeben.

Ein nach der Erfindung hergestelltes Granulat zeichnet sich dadurch aus, 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 gleichartigem, andere Farben aufweisendem 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 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 angegeben.

Die Verfahren nach der Erfindung machen 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 dem 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, ungefärbtes Kunststoffgranulat oder serienmäßig eingefärbtes Kunststoffarbkonzentrat in Granulatform 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 können folgende Farbkonzentrate als Träger vorgesehen sein:

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 als besonders einfach und sauber zu verarbeiten herausgestellt haben, können folgende Farbpigmente aufweisen:

Zinksulfid
Chinacridone
Titandioxid	Thioindigo
Ruß	Dioxazin
Phthalocyanine	Monoazo
Eisenoxide	Nickeltitan
Ultramarinblau	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 diese 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 kg marktübliche PE-Wachsemulsion.

Die drei Positionen werden so lange gemischt, bis die Farbschichten gleichmäßig auf allen Granulaten verteilt sind. Danach erfolgt ein Trocknungsprozeß unter Zuführung von Heißluft, die auf ca. 140°C aufgewärmt ist. Diese wird direkt in den 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 fertig gestellte Konzentrat kann sodann in Säcken abgepackt auf herkömmliche Weise vertrieben und verarbeitet werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Farbkonzentrates für die Verarbeitung in Kunststoffverarbeitungsmaschinen, gemeinsam mit Natur- und/oder eingefärbtem Kunststoffgranulat, bei dem Farbpigmente oder Farbstoffe auf die Oberfläche eines Kunststoffgranulats aufgebracht werden mit folgenden Verfahrensschritten:

a) Die Farbpigmente oder Farbstoffe werden mit einem Dispergator und einem Bindemittel zu einer flüssigen Dispersionsfarbe oder Dispersionspaste bestimmter Viskosität gemischt.
b) Das Kunststoffgranulat wird mit der Dispersionsfarbe oder der Dispersionspaste in einem Mischer gemischt.
c) Die durch Mischung aufgebrachte Farbschicht wird bis zur Fixierung an der Oberfläche des Granulats getrocknet.
d) Das Verfahren wird entsprechend der Anzahl der gewünschten aufzutragenden Farbschichten wiederholt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dispergator und das Bindemittel mit dem Kunststoff des Granulats verträglich sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gewichtsprozentuale Anteil der Dispersionsfarbe oder Dipersionspaste 10% nicht übersteigt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der gewichtsprozentuale Anteil zwischen ca. 0,5% und ca. 5% liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trockentemperatur zwischen ca. 50°C und ca. 160°C liegt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknung im Mischer oder in einer separaten Trockeneinrichtung durch Zuführung von Heißluft erfolgt.

7. Verfahren zur Herstellung eines Farbkonzentrates für die Verarbeitung in Kunststoffverarbeitungsmaschinen, gemeinsam mit Natur- und/oder eingefärbtem Kunststoffgranulat, bei dem Farbpigmente oder Farbstoffe auf die Oberfläche eines Kunststoffgranulats aufgebracht werden, mit folgenden Verfahrensschritten:

a) Die Oberfläche des Granulats wird mit einer Haftkomponente als erste Schicht in einem ersten Mischprozeß benetzt.
b) In dem Mischer oder in einem weiteren Mischer werden Farbpigmente oder Farbstoffe auf die Haftschicht aufgebracht.
c) Das beschichtete Granulat wird einem Trocknungsprozeß unterzogen.

8. Verfahren zur Herstellung eines Farbkonzentrates für die Verarbeitung in Kunststoffverarbeitungsmaschinen, gemeinsam mit Natur- und/oder eingefärbtem Kunststoffgranulat, bei dem Farbpigmente oder Farbstoffe auf die Oberfläche eines Kunststoffgranulats aufgebracht werden, mit folgenden Verfahrensschritten:

a) Die Oberfläche des Granulats wird mit einer ersten Haftkomponente als erste Schicht in einem ersten Mischprozeß benetzt.
b) Die Farbpigmente werden mit einer zweiten Haftkomponente, die mit der ersten Haftkomponente chemisch reaktionsfähig ist, vorbehandelt.
c) In dem Mischer oder in einem weiteren Mischer werden die vorbehandelten Farbpigmente auf das Granulat durch Mischung aufgetragen.
d) Die Farbpigmente bleiben bis zum Abschluß der chemischen Reaktion beider Haftkomponenten und bis zur Haftung der Farbpigmente im Mischer oder in einer gesonderten Einrichtung.
e) Entsprechend der gewünschten Anzahl von Farbschichten werden die Verfahrensschritte wiederholt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß entsprechend den gewählten chemischen Substanzen der Haftkomponenten, die chemische Reaktion durch Heißluftzufuhr unterstützt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zwei-Komponenten-Pigmentdispersionspaste oder eine Zwei-Komponenten-Pigmentdispersionsfarbe verwendet wird und daß die Heißluft der chemischen Reaktion so lange zugeführt wird, bis die Wasseranteile der Dispersion verdunstet sind.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Farbpigmentanteil oder der die Farbpigmente beinhaltende Dispersionanteil die im Anspruch 3 oder 4 angegebenen Gewichtsprozente aufweist.

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

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch die Verwendung von mit Farbpigmenten eingefärbten Granulat als Träger.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, 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),und daß in einem weiteren Verfahrensschritt die aufgetragene, getrocknete Farbschicht mit einem hellen ca. 20 µm Talkum gepudert wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung pastellfarbener Farbtöne ein Farbkonzentrat in weiß als Träger verwendet wird.

16. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Haftschicht bzw. die erste Haftkomponente und die aufgebrachte Farbpigmentschicht bzw. die Pigmentdispersionsfarbe der Zwei-Komponentenfarbe mit dem Kunststoff des Granulats verträglich ist.

17. Verwendung des nach einem der Verfahren der Ansprüche 1 bis 16 hergestellten Kunststoffgranulats als Farbkonzentrat, das vor dem Verarbeiten in einer Kunststoffverarbeitungsmaschine mit natur oder eingefärbtem Granulat vermischt wird.