DE60011129T2 - Organisches pigment sowie ein verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

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    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • C09B67/0061Preparation of organic pigments by grinding a dyed resin
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09BORGANIC DYES OR CLOSELY-RELATED COMPOUNDS FOR PRODUCING DYES, e.g. PIGMENTS; MORDANTS; LAKES
    • C09B61/00Dyes of natural origin prepared from natural sources, e.g. vegetable sources

Description

  • Die Aufgabe dieser Erfindung ist ein neues Verfahren zur Herstellung von organischem Pigment und das durch dieses Verfahren erhaltene neue Pigment. Das Pigment ist insbesondere geeignet als Bestandteil zur Erhöhung der Weiße und Opazität verschiedener Produkte.
  • Herkömmlicherweise sind Pigmente, die zur Erhöhung der Weiße und Opazität bei der Papierbeschichtung, bei Farben, kosmetischen Produkten und vergleichbaren Zwecken verwendet werden, aus anorganischen Materialien zusammengesetzt. Deren Verwendung beeinträchtigt die Wiederverwertung der Materialien, weil wenn der Gehalt an Pigmenten in einem Material bestimmte Grenzen übersteigt, kann organisches Material, das der Träger oder das Bindemittel des Pigments ist, nicht ohne einen zusätzlichen Brennstoff oder andere spezielle Anlagen verbrannt werden, und das Material zersetzt sich bei der Deponierung nicht biologisch. Anorganische Pigmente erhöhen die Schwere des pigmentierten Materials und dadurch die Transportkosten des Endprodukts. Einige anorganische Pigmente enthalten Schwermetalle und können daher nicht in lebender Umgebung eingesetzt werden.
  • Organische Pigmente sind hauptsächlich auf der Basis von Styrol-Butadien und Harnstoff-Formaldehyd Rohmaterialien für diese Zwecke entwickelt worden, und sie sind als Latexpräparate vermarktet worden. Mit diesen Rohmaterialien sind auch Umweltprobleme verbunden, da sie nicht biologisch abgebaut werden, und für deren sichere und unschädliche Verbrennung sind hohe Temperaturen notwendig. Einige vermarktete Latizes wirken hauptsächlich als Bestandteile, die Glanz geben, und ohne die Weiße oder Opazität zu beeinflussen. Als ein weißes organisches Pigment wurde Latex, zusammengesetzt aus Hohlpartikeln aus Styrol-Butadien-Polymer, wie das Produkt ROPAQUE der Firma Röhm & Haas, verkauft. Lichtstreuung solcher Partikel basiert auf einer Luftblase in dem Hohlraum, von dem gesagt wird, sein Durchmesser sei 0,8 μm. Theoretische Berechnungen haben gezeigt, daß die Lichtstreuung von Luft- oder Gasblasen in einem organischen Material am stärksten ist, wenn der Durchmesser der Blase von der selben Größenordnung ist wie die Wellenlänge von Licht.
  • Von den erneuerbaren natürlichen Rohmaterialien streut, unter anderem, Stärke Licht in trockenem Zustand stark und wird weiß empfunden. Wie bei anderen Materialien ist die Lichtstreuung um so stärker, je feiner das Material ist, und daher stärker für feinkörnige als für grobkörnige Stärken. Bisher war die allgemeine Meinung, daß die Lichtstreuung von der Oberfläche der Körner herrührt. Wenn Stärke in Wasser oder einer anderen Flüssigkeit suspendiert wird, sind die Lichtstreuungseigenschaften erheblich herabgesetzt.
  • Wenn anorganische Pigmente in gelatinierte Stärke gemischt werden, wie in Papierbeschichtungkleister, gibt es einen Unterschied an der Grenzfläche in dem Brechungsindex zwischen dem Pigment und dem Bindematerial, und Licht wird daher abhängig vom Kontaktwinkel entweder reflektiert oder gebrochen. Wenn Stärkekörner in Stärke gemischt werden, sind die Brechungsindices auf beiden Seiten der Grenzfläche gleich oder nahezu gleich, und daher tritt an einer solchen Grenzfläche keine Reflexion oder Brechung auf. Stärkekörner können daher nicht als solche als Pigmente bei Anwendungen eingesetzt werden, wo das Bindematerial Stärke ist, wie dies bei der Papierbeschichtung ist. Ihr Pigmentierungseffekt ist wegen eines geringen Unterschiedes in dem Brechungsindex auch schwach, wenn sie in organische Flüssigkeiten, wie Öle oder Lösungsmittel, gemischt werden.
  • Stärke und stärkehaltige Materialien wurden bei mehreren industriellen Vorgängen gequollen, beispielsweise bei der Kochextrudierung oder beim Herstellen von Popcorn. Bei diesen Vorgängen wird ein stärkehaltiges Material, das Wasser enthält, plötzlich unter Druck über 100°C erwärmt, und der Druck wird plötzlich erniedrigt, was ein Anschwellen des Materials aufgrund des erzeugten Wasserdampfs bewirkt. Stärke wird jedoch bei den bei diesen Vorgängen verwendeten Temperaturen und Wassergehalten gelatinisiert. Die Größe der gebildeten Poren beträgt üblicherweise ein paar Millimeter und liegt daher nicht in dem Bereich, der für die Lichtstreuung optimal ist. Da die Stärke in den Wänden dieser Blasen gelatinisiert ist, sind die Blasen nicht stabil, wenn sie mit Wasser in Kontakt stehen.
  • Bei dem Verfahren gemäß des US-Patents 5,925,380 werden ein oder mehrere thermoplastische, synthetische Monomere mit ungesättigten Ethenbindungen zu Stärke gegeben, und die Mischung wird bei einer Temperatur erwärmt, bei der die Stärke nicht gelatinisiert wird. Diese Monomere werden unter Bildung von Hohlpartikeln polymerisiert. Ihr Gehalt ist 2–30% des Endprodukts; die Partikelgröße beträgt 1–100 μm, und die Dichte liegt im allgemeinen unter 0,1 g cm–3. Gemäß dieser Zahlen könnten die Poren der kleinsten Partikel im Größenbereich der starken Lichtstreuung liegen, aber in dem Patent werden Lichtstreuungseigenschaften nicht erwähnt.
  • Überraschenderweise wurde nun beobachtet, daß trockene Stärkepartikel manchmal hell lichtstreuende Punkte aufweisen, wobei die Lichtstreuung verglichen mit der Oberfläche eines Stärkekorn vervielfacht ist. Solche Punkte wurden sowohl in Stärkeproben gefunden, die rasch unter Verwendung der sogenannten Blitztrocknung getrocknet wurden, als auch in langsam getrockneten Stärkeproben. Der Lichtstreupunkt befindet sich häufig im amorphen Zentrum des Korns, aber solche Punkte scheinen auch auf der Oberfläche der Körner aufzutreten. Wenn die Probe mit Wasser oder einer anderen Flüssigkeit in Kontakt gebracht wird, wird die Lichtstreuung oft irreversibel abgeschwächt oder sie verschwindet. Insbesondere die Erwärmung in Gegenwart von großen Mengen Wasser führt zum Verschwinden der lichtstreuenden Punkte. In Analogie zu den hohlen organischen Pigmenten kann man annehmen, daß die Lichtstreuung verursacht würde. Wenn anorganische Pigmente in gelatinisierte Stärke, wie in Papierbeschichtungskleister, gemischt werden, gibt es einen Unterschied im Brechungsindex an der Grenzschicht zwischen dem Pigment und dem Bindematerial, und somit wird Licht, abhängig vom Kontaktwinkel, entweder reflektiert oder gebrochen. Wenn Stärkekörner in Stärke gemischt werden, sind die Brechungsindices auf beiden Seiten der Grenzfläche gleich oder nahezu gleich, und daher tritt an solch einer Grenzfläche keine Reflektion oder Brechung auf. Stärkekörner können daher nicht als solche als Pigmente bei Anwendungen eingesetzt werden, bei denen das Bindematerial Stärke ist, wie dies bei der Papierbeschichtung ist. Ihre Pigmentierungswirkung ist wegen eines geringen Unterschieds im Brechungsindex auch schwach, wenn sie in organische Flüssigkeiten, wie Öle oder Lösungsmittel, gemischt werden.
  • Stärke und stärkehaltige Materialien wurden bei mehreren industriellen Vorgängen gequollen, beispielsweise bei der Kochextrudierung oder beim Herstellen von Popcorn. Bei diesen Vorgängen wird ein stärkehaltiges Material, das Wasser enthält, plötzlich unter Druck über 100°C erwärmt, und der Druck wird plötzlich erniedrigt, was ein Anschwellen des Materials aufgrund des erzeugten Wasserdampfs bewirkt. Stärke wird jedoch bei den bei diesen Vorgängen verwendeten Temperaturen und Wassergehalten gelatinisiert. Die Größe der gebildeten Poren beträgt üblicherweise ein paar Millimeter und liegt daher nicht in dem Bereich, der für die Lichtstreuung optimal ist. Da die Stärke in den Wänden dieser Blasen gelatinisiert is, sind die Blasen nicht stabil, wenn sie mit Wasser in Kontakt stehen.
  • Die DE-A-2852125 beschreibt Stärke als Bindemittel in einer Beschichtungspigmentzusammensetzung, die im wesentlichen auf Ton basiert. Stärke wird bei dem Verfahren gequollen und gekocht. Es gibt keine Offenbarung über Lichtstreuungseigenschaften von Stärke.
  • Die EP-A-51230 beschreibt eine Suspension enthaltend Mikrofasercellulose und ein hydrophiles Polymer, das Stärke sein kann. Das hydrophile Polymer ist dafür vorgesehen, um beispielsweise die Abtrennung von Wasser zu verhindern, während Titandioxid als Pigment verwendet wird. Quellen der Stärke oder deren lichtstreuende Eigenschaften werden nicht erwähnt.
  • Die DE-A-4302678 betrifft wiederverwertbare Materialien mit einer Polymerbeschichtung auf einem Celluloseträger. Die Materialien können hohle Mikrokugeln oder anorganisches weißes Pigment enthalten. Stärke wird als ein Zusatz beschrieben, welcher durch Quellen den mechanischen Abbau der Beschichtung erleichtert. Lichtstreuung in Bezug auf Stärke wird nicht erwähnt.
  • Die US-A-5925380 beschreibt ein zelluläres Netzwerk auf Stärkebasis, das durch Extrudierung hergestellt wurde, bei der Stärke gelatinisiert wurde. Hohle Polymerpartikel sind in dem Material als Füllmittel enthalten. Der Gehalt dieser Hohlpartikel beträgt 2–30% des Endprodukts; die Partikelgröße beträgt 1–100 μm, und die Dichte liegt im allgemeinen unter 0,1 g cm–3. Gemäß dieser Zahlen könnten die Poren der kleinsten Partikel im Größenbereich der starken Lichtstreuung liegen, aber in dem Patent werden Lichtstreuungseigenschaften nicht erwähnt. Das Dokument lehrt statt dessen die Zugabe von Pigmenten zu dem Material. Es gibt keine Beschreibung von Lichtstreuung in Bezug auf die extrudierte Stärke.
  • Die GB-A-734134 beschreibt ein Pigment auf Stärkebasis, hergestellt durch ein Verfahren, bei dem Stärke mit bestimmten organischen Verbindungen in einem wäßrigen Medium oder, vorzugsweise, in einem organischen Lösungsmittel, behandelt wird, um die Gefahr die Glutinierung zu verhindern, die dem Gebrauch von Wasser inhärent ist. Der Behandlung folgt Trocknen und Erwärmen, was ein organisches Pulverpigment ergibt, das nicht-quellend und wasserunlöslich ist. Es gibt keine Offenbarung über das Quellen von Stärke durch das Lösungsmittel oder von mit Quellen in Beziehung stehender Lichtstreuung.
  • Überraschenderweise wurde nun beobachtet, daß trockene Stärkepartikel manchmal hell lichtstreuende Punkte aufweisen, wobei die Lichtstreuung verglichen mit der Oberfläche eines Stärkekorn vervielfacht ist. Solche Punkte wurden sowohl in Stärkeproben gefunden, die rasch unter Verwendung der sogenannten Blitztrocknung getrocknet wurden, als auch in langsam getrockneten Stärkeproben. Der Lichtstreupunkt befindet sich häufig im amorphen Zentrum des Korns, aber solche Punkte scheinen auch auf der Oberfläche der Körner aufzutreten. Wenn die Probe mit Wasser oder einer anderen Flüssigkeit in Kontakt gebracht wird, wird die Lichtstreuung oft irreversibel abgeschwächt oder sie verschwindet. Insbesondere die Erwärmung in Gegenwart von großen Mengen Wasser führt zum Verschwinden der lichtstreuenden Punkte. In Analogie zu den hohlen organischen Pigmenten kann man annehmen, daß die Lichtstreuung durch Luftblasen verursacht würde, die sich in den Körnern gebildet haben oder darin oder auf deren Oberfläche zurückgeblieben sind, wenn die Körner getrocknet werden. Für das irreversible Verschwinden oder die Abschwächung der Lichtstreuung erscheinen zwei möglich Gründe ersichtlich. Erstens sind, wenn die Körner befeuchtet werden, die hohlen Hohlräume oder Luftblasen mit Wasser gefüllt, und das in Wasser gelöste oder suspendierte Material füllt diese Hohlräume. Zweitens kann, wenn das Korn getrocknet wird, dieses in solcher Weise schrumpfen, daß sich kein neuer Hohlraum bildet. Dementsprechend bewirkt die Erwärmung in Gegenwart von Wasser die Gelatinisierung von Stärke und in diesem Zusammenhang ein Zerreißen der Kornstruktur.
  • Bei der Forschung mit dieser Erfindung wurde nun gefunden, daß es möglich ist, in Stärkekörnern Hohlräume oder Gasblasen zu bilden, die eine starke Lichtstreuung verursachen und auch in Kontakt mit Wasser und/oder Kurzzeiterwärmung stabil sind. Die Menge an Hohlräumen oder Blasen kann signifikant höher sein als was spontan in Trocknungsverfahren gebildet wird, woraus eine effektive Lichtstreuung resultiert.
  • Es kann auf Basis des theoretischen Wissens über die Lichtstreuung und auch in Analogie mit anderen lichtstreuenden Partikeln berechnet werden, daß die Lichtstreuung eines Hohlraums oder einer Luftblase, die von Stärke umgeben sind, zunimmt, wenn deren Durchmesser abnimmt. Hat ein Maximum nahe der Wellenlänge von Licht. Folglich kann dieses Phänomen unter den folgenden Voraussetzungen ausgenutzt werden: 1) indem die Erscheinung der Blasen oder Hohlräume auf eine signifikante Frequenz erhöht wird, 2) indem die mittlere Größe der Blasen oder Hohlräume so nahe wie möglich an die Wellenlänge von Licht gebracht wird, 3) indem die Wände der Blasen oder Hohlräume in einer Weise verstärkt werden, daß diese gasgefüllt bleiben oder das Zusammenbrechen verhindert wird, auch wenn das Stärkekorn in Kontakt mit Wasser steht, 4) indem die Bildung von Blasen oder Hohlräumen soweit wie möglich nahe der Oberfläche der Körner konzentriert wird, wo die Intensität des einfallenden Lichtes am größten ist.
  • Stärkekörner sind dicht und teilweise kristallisiert, wenn sie trocken sind. Eine Voraussetzung für die Bildung von Blasen oder Hohlräumen ist das Quellen in Wasser, was das Korn auch plastischer in seinem rheologischen Verhalten macht. Nicht erwärmte Stärkekörner können unterhalb der Gelatinisierungstemperatur auf ein 2-3-faches Volumen oder sogar mehr gequollen werden, ohne die Form oder Struktur des Korns zu verändern. Es wurde nun gefunden, daß in in dieser Weise plastisch gemachter Stärke Blasen oder Hohlräume gebildet werden können, beispielsweise indem 1) bewirkt wird, daß eine Flüssigkeit in dem Korn oder nahe von dessen Oberfläche schnell verdampft, 2) indem in das Korn ein Gas imprägniert wird, das schnell aus diesem freigesetzt wird, 3) mit Hilfe einer gasentwickelnden chemischen Reaktion, oder 4) durch Entfernung von während des Quellens des Korns aufgenommenem Wasser, indem dieses durch ein Lösungsmittel ersetzt wird. Wenn eine Flüssigkeit verdampft oder ein Gas langsam freigesetzt wird, wird nur eine kleine Menge an Blasen oder Hohlräumen gebildet.
  • In einer nicht modifizierten Stärke fallen Blasen oder Hohlräume leicht zusammen, wenn das Korn getrocknet wird und zu seiner ursprünglichen Größe schrumpft. Das Zusammenfallen kann jedoch verhindert werden, indem die Körner stabilisiert werden, wenn sie noch gequollen sind, derart, daß die Körner die expandierten äußeren Dimensionen beibehalten.
  • Erfindungsgemäß wird daher ein Verfahren zur Herstellung eines neuen organischen Pigments aus Stärke erreicht, basierend auf chemischer und/oder physikalischer Modifizierung von Stärke. Mit Hilfe dieser Modifizierungen werden stark lichtstreuende Hohlräume oder Gasblasen in den Stärkekörnern gebildet, und diese Blasen oder Hohlräume bleiben unter Anwendungsbedingungen der Pigmente erhalten. Außerdem umfaßt die Erfindung eine neues Pigment auf Stärkebasis. Wesentliche Merkmale der Erfindung werden in den beigefügten Patentansprüchen präsentiert.
  • Die Stabilisierung der Körner kann erfolgreich durch Vernetzung mittels an sich bekannter Verfahren und Reagenzien durchgeführt werden, beispielsweise unter Verwendung von Glyoxal oder Epichlorhydrin. Der Grad der Vernetzung und dessen Lokalisierung muß gemäß den Aufgaben optimiert werden. Insbesondere in Stärkekörnern, die eine unregelmäßige Form aufweisen und vielwinklig sind, wie Haferstärke, ist die Vernetzung an den Kanten des Korns am stärksten. Wenn das Korn trocknet, behalten diese Kanten ihre Formen und Dimensionen bei, während die weniger vernetzten Teile des Korns plastisch bleiben, was während des Trocknens zu einem Schrumpfen der weniger vernetzten Teile führt und zu einem Zurückziehen zum Zentrum hin. Wenn die Vernetzung im gesamten äußeren Teil des Korns optimal ist, bleiben die äußere Form und die Dimensionen des gequollen Korns während des Trocknens erhalten, und im Inneren bilden sich Hohlräume, deren Volumen der entfernten Wassermenge entspricht. Ein hoher Grad an Vernetzung schwächt die Plastizität der Stärke, und Blasen oder Hohlräume werden speziell dort nicht in den Oberflächenschichten gebildet, wo die Vernetzung am höchsten ist. Vernetzen erhöht auch die Gelatinisierungstemperatur und erhöht damit die Stabilität der Struktur, wenn sie erwärmt wird.
  • Mittels Verwendung von Transmissionselektronenmikroskopie wurde nachgewiesen, daß ein Teil der sich bildenden Hohlräume zur Oberfläche des Korns hin geöffnet ist, und sie haben offensichtlich als Weg zum Entweichen von Wasserdampf oder Gasen gedient. Ein Teil der Hohlräume erreicht die Kornoberfläche nicht, und somit können diese nicht mit Flüssigkeit gefüllt werden, wenn das Korn kurz mit Wasser, Stärkekleister oder einem Lösungsmittel in Kontakt ist. Der Durchmesser der Hohlräume variiert vorzugsweise in dem Bereich 0,1 – 0,8 μm, und deren Länge in einem Bereich 1–5 μm. Der Durchmesser liegt damit im optimalen Bereich der Lichtstreuung. Es ist zu erwarten, daß zumindest die Hohlräume, die geschlossen bleiben, lichtstreuende Eigenschaften haben, daß aber wegen Oberflächenspannungskräften auch die sich zur Oberfläche hin öffnenden Hohlräume bei Wasserkontakt zumindest kurzzeitig luftgefüllt bleiben, und dadurch an der Lichtstreuung teilhaben.
  • Das Beibehalten der Hohlräume in luftgefüllter Form kann verbessert werden, indem die Körner nach der Bildung der Hohlräume oder Blasen mit hydrophoben Chemikalien behandelt werden, beispielsweise durch Acetylierung der Oberflächenschicht unter Verwendung von Acetanhydrid, durch eine andere Derivatisierung einschließlich Pfropf- Copolymerisation, oder durch Beschichten der Körner mit einer dünnen Schicht einer hydrophoben Chemikalie, wie Acetylmonoglycerid. Diese alternativen Wege zur Stabilisierung der Körner können verwendet werden, um die Vernetzungsbehandlung von Stärke zu ergänzen.
  • Vernetzung bewirkt die Bildung und fügt den Blasen Stabilität hinzu, wenn die Menge der Chemikalie innerhalb den Grenzen 0,5 – 5 % der Menge der Stärke liegt. Der Grad der Vernetzung der Stärke kann 0,5 – 6 %, optimalerweise etwa 2 – 3 %, betragen. Vernetzung kann unter sauren, neutralen oder alkalischen Bedingungen durchgeführt werden. Die besten Resultate wurden durch Behandlung unter alkalischen Bedingungen erzielt. Zur Steuerung der Alkalinität können vorzugsweise Carbonate verwendet werden, was auch die Bildung von Gas beim Trocknen oder unter dem Einfluß von Säure ermöglicht. Quellen vor dem Vernetzen wird bei Temperaturen unter der Gelatinisierungstemperatur durchgeführt. Somit ist beispielsweise für Haferstärke, deren Gelatinisierungstemperatur bei etwa 55°C beginnt, die günstigste Quellungstemperatur 45°C. Quellen bei einer zu hohen Temperatur führt zu einem teilweisen Zusammenbrechen der Körner oder zu einer Beschädigung von deren Oberflächen. Quellen und Vernetzen kann auch gleichzeitig durchgeführt werden. Wenn trockene Stärke zu Wasser gegeben wird, das ein Vernetzungsmittel enthält, kann ein Teil der Chemikalie durch in dem Korn vorhandene Mikroporen in das Stärkekorn eindringen, und das Vernetzen kann somit homogener sein.
  • Die Bildung von Blasen oder Hohlräumen wird am vorteilhaftesten in einem Zustand durchgeführt, wenn die Stärke bereist teilweise vernetzt ist, aber noch plastisch genug, um Blasen zu bilden. Neben dem Grad der Vernetzung wird die Plastizität auch durch die Temperatur beeinflußt. Der einfachste Weg zur Bildung von Blasen ist es, Wasser oder ein anderes Lösungsmittel, wie Ethanol, Methanol, Ether oder Aceton, die in den Körnern vorhanden oder aufgenommen sind, zu verdampfen. Dies kann durchgeführt werden entweder indem das vernetzte, Wasser oder ein anderes Lösungsmittel enthaltende Stärkematerial einem subatmosphärischen Druck ausgesetzt wird oder indem schnell dessen Temperatur erhöht wird, beispielsweise in einem Trocknungsgerät. Entsprechend können Blasen aus einer in den Körnern aufgenommenen Chemikalie gebildet werden, wie Carbonaten, indem die Temperatur erhöht wird, der Druck geändert wird, oder mit Hilfe von Säuren. Die Bildung von Hohlräumen wird am einfachsten durchgeführt indem Stärkekörner gequollen werden, vernetzt werden und anschließend das Wasser schnell durch Trocknen oder ersetzen desselben durch ein anderes Lösungsmittel entfernt wird.
  • Die Bildung von Blasen oder Hohlräumen kann am besten mittels Lichtmikroskopie beobachtet werden, die durch Beleuchten aus der Richtung des Objektivs durchgeführt wird. Blasen und Hohlräume werden dann als helle Punkte mit einem scheinbaren Durchmesser von 0,5 – 1,5 μm beobachtet, aber aufgrund des Haloeffekt der starken Lichtstreuung kann der wirkliche Durchmesser der größten Blasen durch die Lichtmikroskopie nicht genau bestimmt werden. Mittels Rasterelektronenmikroskopie wurden nur Spuren von zerbrochenen Blasen auf der Oberfläche der Körner beobachtet. Deren Durchmesser betrugen 0,3–1,5 μm. Trotz der Blasenbildung haben die Hauptabschnitte der Körner eine glatte Oberfläche, was anzeigt, daß die Blasen und Hohlräume sich in den tieferen Schichten der Körner befinden.
  • Stärkekörner sind in natürlichem Zustand weiß und ebenso nachdem sie durch oben beschriebene Mittel modifiziert wurden, und sie bilden daher ein weißes Pigment. Das Pigment kann jedoch durch Färben in eine Farbe überführt werden, gemäß den Anforderungen besonderer Anwendungen.
  • Die Prinzipien und Durchführung der Erfindung werden durch die nachfolgenden Beispiele erklärt. Beispiele 1 und 2 erläutern das Quellen von Stärkekörnern und die Bildung von Blasen in den Körnern. In den darauf folgenden Beispielen wurde auch zusätzlich die Stabilisierung der Körner durchgeführt. Als Ausgangsmaterial wurde in den Beispielen Haferstärke verwendet, aber das Verfahren kann auch angewandt werden, indem andere Stärken als Rohmaterialien verwendet werden.
  • Beispiel 1
  • Haferstärke wurde gequollen, indem sie in Wasser bei 60°C 12 Minuten lang erwärmt wurde. Bei einer mikroskopischen Untersuchung unter Verwendung einer Beleuchtung aus der Richtung des Objektivs war das Volumen der Körner auf das 3-4-fache des Originalvolumens angewachsen. Wasser wurde durch 92% (Gewicht pro Gewicht) Ethanol ersetzt, und Ethanol mit Ether, wonach die Stärke bei Raumtemperatur getrocknet wurde. Bei einer mikroskopischen Untersuchung, die durchgeführt wurde, nachdem der Ether verdampft war, wurden 1 bis 10 Gasblasen oder Hohlräume pro Korn gefunden. Wenn solche Körner in Glycerin suspendiert wurden, verschwand die Lichtstreuung, und wenn sie in Öl suspendiert wurden, wurden in mehr als 50% der Körner 1 bis 3 Blasen beobachtet. Die Größe der Blasen war 0,5 – 3 μm, die Größten von ihnen waren länglich. Zu Vergleichszwecken wurde trockene, nicht behandelte Haferstärke mikroskopisch untersucht. In nahezu jedem Korn befand sich in der Mitte des Korns ein Hohlraum oder eine Gasblase, die das Licht intensiver streute als andere Teile des Korns, aber die Lichtstreuung aller Blasen oder Hohlräume verschwand nach der Suspendierung in Wasser.
  • Beispiel 2
  • Die in Beispiel 1 beschriebene Wärmebehandlung wurde wiederholt durch 5 Minuten langes Erwärmen in Wasser bei 60°C. Durch Trennung mittels Zentrifuge wurde gefunden, daß 2,68 g Wasser/g Stärke gebunden waren. Wasser wurde durch zwei aufeinander folgende Behandlung durch Ethanol ersetzt. Nach Zentrifugation war der Ethanolgehalt der Stärke 1,47 g/g. Ethanol wurde durch Ether ersetzt, und die Probe wurde bei Raumtemperatur luftgetrocknet. Bei der mikroskopischen Untersuchung eingetaucht in Öl hatten nahezu alle Körner Blasen oder Hohlräume mit einer Größe von 0,5 – 3 μm. Durchfallendes Licht verdunkelte sich an diesen Punkten, was anzeigt, daß Licht in Richtung auf die Beleuchtung reflektiert wurde. Bei Beleuchtung von der Seite reflektierten Blasen oder Hohlräume Licht hell.
  • Beispiel 3
  • Haferstärke wurde gequollen, indem sie in Wasser bei 70°C 5 Minuten lang inkubiert wurde, und darauf folgte Vernetzung durch Zusetzen von Glyoxal, 1, 2, 3, 4 oder 5% vom Gewicht der Stärke. Überschüssiges Wasser wurde durch Zentrifugation entfernt, und die feuchte Probe mit einer Temperatur von 64°C wurde 30 Minuten lang einem Vacuum unterzogen. Bei mikroskopischer Untersuchung unter Verwendung von Beleuchtung aus Richtung des Objektivs wurden lichtstreuende Blasen oder Hohlräume in allen behandelten Proben gefunden. Sie waren am häufigsten in der Probe mit 3% Vernetzung. In dieser Probe hatten mehr als 95% der Körner 1 bis 8 Blasen oder Hohlräume mit Durchmessern von 0,3 bis 0,8 μm. Wenn sie in Wasser suspendiert wurden, war die Lichtstreuung in der 3% vernetzten Probe am besten erhalten. In allen Proben erlangten nach Trocknung bei Raumtemperatur sogar die verdunkelten Blasen oder Hohlräume ihre Lichtstreufähigkeit bis zu einem Maße wieder, die der des Ausgangsmaterials überlegen war. Die Lichtstreufähigkeit wurde vollständig wiedergewonnen, wenn die Probe wieder getrocknet wurde, indem das Wasser durch Ethanol und das Ethanol durch Ether ersetzt wurde.
  • Beispiel 4
  • 0,2 g an 3% vernetzter und vacuumbehandelter Stärke, hergestellt nach Beispiel 3, wurden mit 4 ml Acetanhydrid gemischt, 1 ml Pyridin wurde zugegeben, und das Mischen wurde bei Raumtemperatur 19 Stunden lang fortgesetzt. Stärke wurde von den Reagenzien durch Zentrifugation abgetrennt und dreimal mit Ether gewaschen. Die Behandlung verminderte die Tendenz zur Aggregation der Körner. Nach dem Inkontaktbringen mit Wasser und Lufttrocknung blieb die Lichtstreuungsfähigkeit unverändert erhalten.
  • Beispiel 5
  • Vernetzung mit 3% gemäß Beispiel 3 wurde durchgeführt indem gleichzeitig ein Gemisch aus Kohlendioxid und Luft in das Reaktionsgefäß geleitet wurde. Das Trocknen der Probe wurde unter Vacuum durchgeführt, indem das Gasgemisch diskontinuierlich in das Gefäß geleitet wurde, und indem die Vacuumbehandlung wiederholt wurde. Bei mikroskopischer Untersuchung wurde gefunden, daß die Zuführung des Gasgemischs die Menge an Gasblasen, deren Größe und die Lichtstreuung erhöhten.
  • Beispiel 6
  • Stabile, luftgefüllte, lichtstreuende Hohlräume wurden in Stärkekörnern durch Vernetzung derselben unter alkalischen Bedingungen bei 45°C mit Epichlorhydrin gebildet. Die Reaktion wurde in einer Wasserphase durchgeführt, indem zu dem Reaktionsgemisch bei 45°C und einem pH-Wert von 8,70 Epichlorhydrin in einer Menge zugesetzt wurde, die 2% der Menge an Stärke entsprach. Das Reaktionsgemisch durfte bei Raumtemperatur 40 Minuten lang abkühlen, wonach es einen pH-Wert von 9,1 und eine Temperatur von 23,1°C aufwies. Wasser wurde aus dem Gemisch durch Zentrifugation entfernt. Das Produkt wurde auf einer Glasplatte luftgetrocknet und wies bereits eine erhebliche Menge an lichtstreuenden Hohlräumen auf. Die Lichtstreuung wurde intensiviert, wenn die feuchte Probe unter Vacuum bei 50°C behandelt wurde, oder Wasser durch Ethanol und Ethanol durch Ether ersetzt wurde, oder indem Wasser durch Aceton ersetzt wurde.
  • Beispiel 7
  • Zur Verbesserung der Wasserbeständigkeit lichtstreuender Körner wurde Stärke, die mit Glyoxal auf 2% vernetzt und durch Ethanol- und Etherbehandlungen getrocknet wurde, in eine 10% Lösung von Acetylmonoglycerid in Hexan gemischt, das Mischen für 5 Minuten fortgesetzt, und die Flüssigkeit durch Dekantieren entfernt. Bei der folgenden mikroskopischen Untersuchung der in Wasser eingetauchten Stärkekörner wurde gefunden, daß alle Körner mit einer hydrophoben Schicht aus Acetylmonoglycerid überzogen waren. Die Lichtreflexion einzelner Körner erschien unverändert erhalten, obwohl die Glyceridschicht die totale Reflexion wahrnehmbar verminderte. Nach dem Trocknen wurde gefunden, daß die Körner durch den Kontakt mit Wasser intakt geblieben waren.

Claims (22)

  1. Verfahren zur Herstellung eines organischen Pigments aus Stärke, dadurch gekennzeichnet, daßStärkekörner in Wasser gequollen werden, die äußeren Dimensionen, welche die Körner durch das Quellen erreicht haben, durch Behandlung mit einer Vernetzungschemikalie stabilisiert werden und Flüssigkeit aus den Körnern entfernt wird, wobei die lichtstreuenden Gasblasen oder mit Gas gefüllten Hohlräume in den Körnern verbleiben, wobei die stabilisierten Körner dazu fähig sind, die äußeren Dimensionen beizubehalten, wenn sie in Kontakt mit Wasser sind.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des Quellens das Volumen der Körner auf das 2 – 4-fache des Originalvolumens anwächst.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Quellen in Wasser unterhalb der Gelatinisierungstemperatur der Stärke erfolgt.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Blasen oder Hohlräume durch schnelles Verdampfen der in den Körnern vorhandenen Flüssigkeit erzeugt werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdampfen dadurch erfolgt, daß die Körner Unterdruck ausgesetzt werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdampfen durch schnelles Erwärmen der Körner erfolgt.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Blasen oder Hohlräume dadurch gebildet werden, indem eine in den Körnern vorhandene Flüssigkeit durch eine leichter flüchtige Flüssigkeit ersetzt und die letztgenannte Flüssigkeit verdampft wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Körner in Wasser gequollen werden, welches anschließend durch Methanol, Ethanol, Ether und/oder Aceton ersetzt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Blasen oder Hohlräume erzeugt werden, indem ein in den Körnern imprägniertes Gas freigesetzt oder indem in den Körnern eine gasfreisetzende Reaktion bewirkt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas Kohlendioxid oder ein Gemisch aus Kohlendioxid und Luft ist.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vernetzungschemikalie Glyoxal oder Epichlorhydrin ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Vernetzungsgrad der Stärke 0,5 – 6 %, vorzugsweise 1 – 3 %, beträgt.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Vernetzung gestartet wird, bevor Blasen oder Hohlräume in den Körnern gebildet werden.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß Körner in eine eine Vernetzungschemikalie enthaltende Flüssigkeitsphase zugegeben werden, damit das Quellen und Vernetzen in den Körnern gleichzeitig erfolgt.
  15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Körner weiter mit einem Reagenz stabilisiert werden, das deren Hydrophobie erhöht.
  16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Körner weiter stabilisiert werden, indem sie mit einer hydrophoben Substanz beschichtet werden.
  17. Organisches Pigment, hergestellt aus Stärke durch ein Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es gequollene Stärkekörner enthält, die durch Vernetzen stabilisiert sind, um ihre größer gewordenen äußeren Dimensionen in Kontakt mit Wasser beizubehalten, und die lichtstreuende Gasblasen oder gasgefüllte Hohlräume enthalten.
  18. Pigment nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß es ein weißes Pigment ist, das aus gequollenen und stabilisierten Stärkekörnern besteht.
  19. Pigment nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Dimensionen der Blasen oder Hohlräume zwischen 0,1 und 5 μm sind.
  20. Pigment nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume eine längliche Form aufweisen, mit einer Länge hauptsächlich zwischen 1 und 5 μm und einer Breite hauptsächlich zwischen 0,1 und 0,8 μm.
  21. Pigment nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Hauptanteil der Körner 1 bis 10 lichtstreuende Blasen oder Hohlräume pro Korn vorliegen.
  22. Pigment nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Körner hydrophob gemacht worden ist.
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