DE69905296T2

DE69905296T2 - Herstellung von Pigmenten

Info

Publication number: DE69905296T2
Application number: DE69905296T
Authority: DE
Inventors: Thomas Aquinas Barry; Arun Kumar Chattopadhyay
Original assignee: Dahlia Ireland Ltd
Current assignee: Dahlia Ireland Ltd
Priority date: 1998-02-13
Filing date: 1999-02-11
Publication date: 2003-12-11
Anticipated expiration: 2019-02-12
Also published as: EP0936253A1; EP0936253B1; CA2261497A1; US6235104B1; DE69905296D1; ATE232553T1

Description

Die Erfindung betrifft ein Mahl- und Dispersionsmedium zur Herstellung metallischer Pigmente.

Einführung

Aluminiumpigmente werden im großen Umfang in Beschichtungszusammensetzungen, insbesondere in der Farbenindustrie, verwendet, um einen metallischen Glanz zu verleihen. Es gibt zwei verschiedene Arten von Aluminiumflockenpigmenten, die als schwimmende und nicht schwimmende Flockenpigmente bekannt sind. Bei schwimmenden Pigmenten ordnen sich die Aluminiumflocken in einer im Allgemeinen flachen Orientierung an der Oberfläche der Beschichtung an und erzeugen einen spiegelähnlichen metallischen Glanz. Bei nicht schwimmenden Aluminiumflocken orientieren sich die Flocken im Allgemeinen wahllos in der Beschichtungszusammensetzung.
Ungeachtet ihrer Natur werden Aluminiumpigmente herkömmlicher Weise hergestellt, indem granuläre oder sphärische Aluminiumteilchen oder geschredderte Formen von Aluminiumfolien in Gegenwart einer gewünschten Fettsäure in einem Lösungsbenzinmedium, das aliphatische und aromatische Wasserstoffe enthält, gemahlen werden. Die Fettsäuren werden nachfolgend als Schmiermittel bezeichnet. Eine kleine Menge eines geeigneten Schmiermittels und ein Mahl- oder Zerkleinerungsmedium, das aus einer Trägerflüssigkeit besteht und im Allgemeinen als Lösungsbenzin bekannt ist, wird zu den Aluminiumteilchen während des Mahlens gegeben. Die auf diese Weise gebildete Aufschlämmung wird filtriert, um unerwünschte grobe Teilchen zu entfernen. Die Paste wird im Allgemeinen wieder mit Lösungsbenzin vermischt, um eine geeignete Konzentration des Aluminiummetallpigments in der Paste zu erreichen.
Durch die Wahl des Mahlschmiermittels kann entweder ein Pigment vom schwimmenden Typ oder nicht schwimmenden Typ hergestellt werden.
Bei allen herkömmlichen Herstellungsverfahren enthalten die verwendeten Trägerflüssigkeiten ein flüchtiges organisches Material, das aliphatische und komplexe aromatische Moleküle kleiner bis mittlerer Größe enthält. Diese sind umweltbedingt unerwünscht, weil ein Teil davon in die Atmosphäre abgegeben werden kann, was die Initiierung verschiedener toxischer Radikale durch komplexe photochemische Prozesse verursacht.
Das Freisetzen des flüchtigen organischen Materials in die Atmosphäre aus Verfahren zur Herstellung metallischer Pigmente ist ein schwerwiegendes Problem, und die vorliegende Erfindung nimmt sich diesem Problem an.

Darlegung der Erfindung

Ein Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung von umveresterten bzw. umgeesterten Alkylestern von Pflanzenölen bei der Herstellung und/oder Formulierung von metallischen Pigmentzusammensetzungen.
Ein anderer Aspekt der Erfindung betrifft eine metallische Pigmentzusammensetzung, die ein metallisches Pigment und ein inertes Medium, das umveresterte Alkylester von Pflanzenölen enthält, umfasst.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer metallischen Pigmentzusammensetzung, mit der Stufe, bei der die Metallteilchen mit einem inerten Medium, das die umveresterten Alkylester von Pflanzenölen umfasst, in Kontakt gebracht werden.
In einem Fall werden die Metallteilchen mit dem inerten Medium in Kontakt gebracht, indem das Metall in Gegenwart des inerten Mediums gemahlen wird.
Alternativ oder zusätzlich werden die Metallteilchen in Kontakt gebracht, indem die Metallteilchen mit dem inerten Medium vermischt werden, um eine Metallpaste zu bilden.
Die Metallteilchen können ebenfalls in Kontakt gebracht werden, indem eine Metallpaste mit dem inerten Medium gemischt wird.
Die Erfindung stellt ebenfalls eine Beschichtungszusammensetzung, bevorzugt in Form einer Farbe oder Tinte, die die erfindungsgemäße Metallpigmentzusammensetzung enthält, zur Verfügung.
Die Erfindung stellt weiterhin eine Kunststoffzusammensetzung, insbesondere eine metallisierte Kunststoffzusammensetzung, die eine erfindungsgemäße Metallpigmentzusammensetzung als Dope- Mittel, zur Verfügung.
In einer bevorzugten Ausführungsform der verschiedenen Aspekte der Erfindung enthält das Alkyl 1 bis 4 Kohlenstoffatome. Insbesondere sind die umveresterten Alkylester Methylester.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Pflanzenöl einen hohen Gehalt an gesättigten oder ungesättigten Fettsäuren auf. Typischerweise ist das Pflanzenöl aus einem oder mehreren Vertretern der Gruppe Sojabohnenöl, Baumwollsamenöl, Leinsamenöl, Rapssamenöl und Sonneblumenöl gewählt.

Detaillierte Beschreibung

Der Zweck des Mahlens und/oder Mischens des Metallpigments in dem veresterten Alkyl, insbesondere Methylestern von Gemüseölen, das heißt, z. B. Sojabohnenöl, Baumwollsamenöl, Leinsamenöl, besteht darin, Metallpigmente in einer nicht toxischen Umgebung herzustellen. Wir haben überraschender Weise ebenfalls den zusätzlichen Vorteil festgestellt, dass die hergestellten Metallpigmente eine verbesserte Qualität und ein verbessertes Aussehen aufweisen. Die auf diese Weise hergestellten Pigmente zeigten im Allgemeinen tendenziell eine bessere Helligkeit bei einem einzigartigen nicht schwimmenden Typ von Pigmenten mit starken schwimmenden Eigenschaften. Es kommt dazu, weil die Verwendung des inerten Mediums die Benetzungseigenschaften der Metallflocken und des Substrats verändert, wobei die Orientierung der Flockenteilchen auch bei einem nicht schwimmenden Materialtyp begünstigt wird, was nach jeder herkömmlichen Messmethode bestimmt werden kann.
Das veresterte Alkyl, insbesondere die Methylester Von Pflanzenölen umfassen Mono-, Di- und/oder Triglyzeride von Fettsäuren einer Mischung aus sowohl gesättigten und ungesättigten Kohlenwasserstoffen. Die Kettenlänge liegt im Allgemeinen zwischen C&sub8; - C&sub2;&sub2;, und sie sind meistens reich an Mono- und/oder ungesättigten Kohlenwasserstoffen. Das in der Erfindung verwendete inerte Medium ist im Handel erhältlich und als Biodiesel oder Envirodiesel (Twin Rivers Technologies & Ag Products, USA) bekannt.
Diese Materialien sind bioabbaubar und weisen eine niedrige Viskosität, geringe Flüchtigkeit und einen hohen Flammpunkt auf, was sie sicherer für die Verwendung als Ersatz für das herkömmliche Mahlmedium macht.
Die Erfindung stellt ebenfalls die Herstellung von Aluminiumpasten zur Verfügung, wobei das inerte Medium für die Mischpasten anstelle des Lösungsmittelbenzins verwendet wird, um Produkte, die für Tinten und die Kunststoffindustrie geeignet sind, herzustellen. Erfindungsgemäß hergestellte Pigmente sind viel brillanter und metallischer im Glanz und zeigen eine ausgezeichnete Farbreinheit. Polychromatische Anstrichfilme, die mit herkömmlichen Formulierungen hergestellt werden, zeigen, wenn sie mit der Aluminiumpaste, die erfindungsgemäß hergestellt worden ist, pigmentiert ist, im Vergleich zu ähnlichen Filmen, die mit einem Aluminiumpigment, das nach herkömmlichen Verfahren hergestellt ist, pigmentiert sind, überragende Eigenschaften im Glanz, in der Brillanz, in der Farbreinheit und zeigten eine höhere Reflexion im Vergleich zu qualitativ visuellen Mitteln.
Bei einem Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Pigments werden Aluminiumgranulae oder grobe kugelförmige Teilchen einem Nasszerkleinerungsvorgang in einem Mahlkreislauf unterworfen, wobei die Metallteilchen innerhalb des inerten Mediums erhalten werden. Die Flüssigkeit, die die zerkleinerten Teilchen hält, wird im Allgemeinen vom Zerkleinerungsablauf abgezogen und gesiebt, um die übergroßen Teilchen zu entfernen. Die Fraktion, die gröbere Teilchen enthält, wird in den Mahlkreislauf zurückgeführt. Die Fraktion, die die Teilchen gewünschter Größe enthält, wird vom Kreislauf entfernt und filtriert und vermischt, um eine Aluminiumpaste gewünschter Metallkonzentrationen, die normalerweise 65 Gew-% der Gesamtmasse ausmacht, zu erhalten.

Beispiel 1

Eine Kugelmühle mit den Ausmaßen von 3 Fuß (91,44 cm) Durchmesser und ein Fuß (30,48 cm) Länge wurde mit 750 lbs (341 kgs) Stahlkugeln verschiedener Größe von ¹/&sub4; Inch (6,35 mm) Durchmesser bis ¹/&sub2; Inch (12,7 mm) Durchmesser beladen. 15,5 lbs (7 kg) Aluminiumgranulae, die aus geschnittenen Folien mit einer Schüttdichte von 0,42 g/cc hergestellt waren, 0,8 lbs (0,36 kg) hochreine Sterinsäure als Schmiermittel beladen und 17,33 lbs (8 kg) Biodiesel wurden in die Mühle gegeben. Der Mahlvorgang wurde für 4 Stunden bei einer Geschwindigkeit von 40 rpm fortgesetzt. Unter einer Gleichgewichtsbetriebsbedingung wurde eine Aufschlämmung aus Biodiesel und flockigen Aluminiumteilchen, die etwa 23% Feststoffe enthielten, bei einer Rate von 172 lbs/h (80 kg/h) zu einer Schwingetagensiebvorrichtung, die mit Sieben unterschiedlicher Feinheit von 80 Mesh auf der oberen Etage bis 230 Mesh ausgerüstet ist, gepumpt. Das Produkt bestand aus der Minus 230 Mesh-Fraktion und wurde bei einer Rate von 6 lbs/h (2,7 kg/h) Metallfeststoffen hergestellt. Die Übergrößen wurden in die Mühle zusammen mit 2 lbs (0,91 kg) Aluminiumgranulae zurückgeführt, um den zirkulierenden Metallgehalt des Systems konstant zu halten. Es wurden Mengen an Biodiesel und Schleifmittel in ausreichender Menge hinzugegeben, um ein Materialgleichgewicht im System zu halten.
Das Produkt wurde weitgehend vom Biodieselverdünnungsmittel mit einer Filterpresse befreit. Der auf diese Weise abgetrennte Biodiesel wurde dafür verwendet, den Biodieselvorrat zur Verfügung zu stellen, um die gefilterten Metallteilchen in einer Paste aus 65% Feststoffen mit einer mittleren Teilchengröße von 70 Mikron (um) zu vermischen.
Die auf diese Weise hergestellte Paste wurde in Anstrichfilmen untersucht und visuell mit den Anstrichfilmen, die aus Aluminiumpigmenten ähnlicher Teilchengröße in einem herkömmlichen Lösungsbenzinmedium hergestellt worden sind, verglichen.
Die herkömmlichen Methoden zur Messung der Schwimmeigenschaften zeigten keinen Schwimmwert für die Aluminiumpigmente auf Biodieselbasis. Trotz ihrer hohen Nichtschwimmeigenschaften erbrachten die Produkte der vorliegenden Erfindung Oberflächen mit einer solchen hohen Brillanz wie bei konventionellen Pasten mit Schwimmeigenschaften.

Beispiel 2

In einer Kugelmühle mit Ausmaßen von 1 Fuß (30,48 cm) Länge und 6 Inch (15,24 cm) Durchmesser wurden 56 kg Stahlkugeln mit Durchmessern von 12,7 mm, 9,3 mm und 6,4 mm bei einem Verhältnis von 1 : 1 : 5 eingefüllt. 2 kg Aluminiumgranulae mit einer Schüttdichte von 0,38 g/cc, 2 kg Biodiesel und 80 g Stearinsäure wurden in die Mühle gegeben, und es wurde für 7 Stunden bei einer Geschwindigkeit von 54 rpm laufen gelassen. Nachdem der Mahlvorgang vervollständigt war, wurde das gemahlene Metallpigment in Form einer Aufschlämmung mit 11,8 l Biodiesel verdünnt und durch ein Sieb von 230 Mesh gesiebt. Das auf diese Weise gebildete Produkt von Minus 230 Mesh wurde durch eine Filterpresse filtriert. Die filtrierten Materialien, die 84% Feststoffe enthielten, wurden wieder mit Biodiesel vermischt, um eine Paste, die 65% Feststoffe mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 18 Mikron (um) enthielt, herzustellen.
Das auf diese Weise gebildete Pigment zeigte ähnliche Eigenschaften wie das von Beispiel 1.

Beispiel 3 - Vergleich

Bei identischen Betriebsbedingungen wie in Beispiel 1 und 2 wurden Aluminiumpasten hergestellt, wobei der Biodiesel durch Lösungsmittelbenzin ersetzt wurde, und es wurden das Verfahren und die Pigmenteigenschaften verglichen. Es wurde festgestellt, dass für eine gegebene Filtrationszeit die Pigmente auf Lösungsmittelbenzinbasis Rückstände mit weniger Feststoffen als beim Biodiesel hervorbrachten. Dieses zeigt eine effiziente Filtration für die Materialien auf Biodieselbasis an. Die Verfahren auf der Basis von Lösungsmittelbenzin zeigten eine Tendenz zur Bildung einer größeren Prozentzahl von feineren Teilchen im Vergleich zu Biodiesel, was zu einem relativ geringeren hellen Glanz führt.

Beispiel 4

400 lbs (181,8 kg) einer Aluminiumpaste vom Grad LA 1426 von Canbro Inc., die 35% Lösungsmittelbenzin als Pastenmedium enthält, wurden mit 160 lbs (72,72 kg) Biodiesel vermischt und einer Vakuumtrocknung unter kontinuierlichem Rühren bei 70ºC für 6 Stunden unterworfen, um das Lösungsmittelbenzin aus der Mischung zu entfernen. Nach der Vervollständigung des Vakuumtrocknens enthielt das erhaltene Gemisch eine Paste, die Metallpigmente von 65% Feststoffen und 35% Biodiesel umfasste.
Ein ähnliches Verfahren folgte, wobei allerdings Paraffinöl anstelle von Biodiesel verwendet wurde, um ein Standardprodukt 4035M3 von US Aluminium, das für Metalltinten mit niedrigen VOC's verwendet wird, herzustellen.
Die Anstrichfilme von 4035M3 und derjenige mit Biodiesel wurden verglichen. Ungeachtet des Tintenträgersystems erbrachte das Material auf Biodieselbasis eine hervorragende Helligkeit im Vergleich zu 4035M3.

Beispiel 5

Der restliche Biodiesel, der aus den Verfahren, die in den Beispielen 1 und 2 beschrieben sind, wiedergewonnen wurde, wurde weiterhin für das Mahlen verwendet, ohne dass irgendwelche weiteren Schritte für die Reinigung und Destillation, die normalerweise bei Verfahren auf Lösungsmittelbenzinbasis folgen, durchgeführt wurden. Die in den Beispielen 1 und 2 beschriebenen Mahl- und Pigmentherstellungsverfahren mit dem Biodiesel aus diesem Prozessrückstand zeigte keinen Unterschied hinsichtlich der Materialeigenschaften der in den Beispielen 1, 2 und 5 hergestellten Pigmente.

Beispiel 6

3,2 kg trockenes Aluminiumflockenpulver, das nicht schwimmt, das heißt, 806 NL US Aluminium, wurde mit einer Mischung aus 780 g Biodiesel und 20 g Octadecanitril in einem Vertikalmischer für 40 Minuten vermischt. Das erhaltene Gemisch, das 80 g Feststoffe enthielt, wurde zusammen mit trockenen Kunststoffharzen vom Typ Polyester, Polyacrylate und Polyamid vermischt und extrudiert, um einen Masterbatch aus metallisiertem Kunststoff herzustellen. Im Gegensatz zu anderen herkömmlichen Pigmenten erbrachte diese neue Mischung ohne weiteres eine Pigmentdispersion und auf ein Minimum herabgesetzte Oberflächendefekte.

Beispiel 7

400 lbs (1.881,8 kg) eines Aluminiumfilterkuchens, der auf herkömmliche Weise wie bei der Aluminiumflockenherstellung des Typs 806 NL in Beispiel 6 hergestellt worden war, wurde mit 154 lbs (70 kg) Biodiesel vermischt. Die herkömmliche Filterkuchenform aus 806 NL, das in diesem Experiment verwendet wurde, enthielt 70 Gew-% Aluminiumflocken und 90 Gew-% Lösungsmittelbenzin.
Das Produktgemisch wurde einem Rotationsvakuumtrockner bei 70ºC für 5 Stunden unterworfen, um aus der Mischung das Lösungsmittelbenzin zu entfernen. Bei Vervollständigung des Vakuumtrocknens enthielt das entstandene Gemisch eine Biodieselpaste, die 80% feste Metallpigmente enthielt. Dieses Produkt zeigte ein ähnliches Leistungsvermögen wie das von Beispiel 6. Die gleiche Methode kann auf die Herstellung anderer Grade von Aluminiumpigmentprodukten der Kategorie schwimmend und nicht- schwimmend angewendet werden.
In der Praxis führt diese Erfindung zu einer außerordentlichen Flexibilität im Hinblick auf die Handhabung und Anwendung. Das eingesetzte inerte Medium ist nicht toxisch, bioabbaubar, bioverträglich, besitzt eine geringe Viskosität und eine geringe Flüchtigkeit. Außerdem erbringt überraschenderweise die Verwendung des inerten Mediums als Mahlhilfe oder als Medium für die Herstellung für Pigmentpasten den einzigartigen Vorteil eines helleren Metallglanzes in Anstrich- oder Tintenformulierungen. Das inerte Medium zeigt seine Vielseitigkeit ebenfalls in der Verwendung als Dope für Anwendungen mit metallisierten Kunststoffen.
Das inerte Medium erbringt ein größeres Rückführvermögen im Prozess, ohne dass irgendwelche Eigenschaften des Materials verändert werden.
Das inerte Medium kann ebenfalls für den Lösungsmittelaustausch verwendet werden, um Pasten mit hoher VOC zu Pasten mit ultraniedriger VOC mit verbesserter Helligkeit umzuwandeln.
Außerdem kann das inerte Medium dafür verwendet werden, trockene Metallflocken zu vermischen, um Pasten mit einer gewünschten Feststoffkonzentration herzustellen.
Des weiteren können die Mischungen oder Pasten, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden, als Dope in Kunststoffen verwendet werden, wobei sie ein verbessertes Dispersionsvermögen und verbesserte Materialeigenschaften erbringen.
Es sollte selbstverständlich sein, dass, während die Erfindung spezifisch im Hinblick auf Aluminiumpigmente beschrieben worden ist, davon ausgegangen werden kann, dass die Erfindung ebenfalls auf andere geeignete Metallpigmente, einschließlich beispielsweise Gold/Bronze, Zinn und rostfreier Stahl, anzuwenden ist.
Es sollte ebenfalls selbstverständlich sein, dass das inerte Medium einzeln oder in Kombination mit anderen konventionellen Lösungsmitteln, die in Metallpigmentformulierungen Verwendung finden, verwendet werden kann.

Claims

1. Verwendung umgeesterter Alkylester von Pflanzenölen bei der Herstellung und/oder Formulierung metallischer Pigmentzusammensetzungen.

2. Verwendung nach Anspruch 1, worin das Alkyl von 1 Kohlenstoffatom bis 4 Kohlenstoffatome enthält.

3. Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, worin die umgeesterten Alkylester Methylester sind.

4. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin das Pflanzenöl einen hohen Gehalt gesättigter oder ungesättigter Fettsäuren aufweist.

5. Verwendung nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin das Pflanzenöl ausgewählt wird aus einem oder mehreren von Sojabohnenöl, Baumwollsamenöl, Leinöl, Rapsöl und Sonnenblumenöl.

6. Metallische Pigmentzusammensetzung, die ein metallisches Pigment und ein inertes Medium, einschließlich umgeesterter Alkylester von Pflanzenölen umfasst.

7. Zusammensetzung nach Anspruch 6, worin das Alkyl von 1 Kohlenstoffatom bis 4 Kohlenstoffatome enthält.

8. Zusammensetzung nach Anspruch 6 oder 7, worin die umgeesterten Alkylester Methylester sind.

9. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, worin das Pflanzenöl einen hohen Gehalt gesättigter oder ungesättigter Fettsäuren aufweist.

10. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, worin das Pflanzenöl ausgewählt wird aus einem oder mehreren von Sojabohnenöl, Baumwollsamenöl, Leinöl, Rapsöl und Sonnenblumenöl.

11. Verfahren zum Herstellen einer metallischen Pigmentzusammensetzung, die den Schritt des Kontaktierens metallischer Partikel mit einem inerten Medium umfasst, das umgeesterte Alkylester von Pflanzenölen umfasst.

12. Verfahren nach Anspruch 11, worin die metallischen Partikel mit dem inerten Medium durch Vermahlen des Metalls in Gegenwart des inerten Mediums kontaktiert werden.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, worin die metallischen Partikel durch Vermischen der metallischen Partikel mit dem inerten Medium zum Bilden einer metallischen Paste kontaktiert werden.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, worin die metallischen Partikel durch Vermischen einer metallischen Paste mit dem inerten Medium kontaktiert werden.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, worin das Alkyl von 1 Kohlenstoffatom bis 4 Kohlenstoffatome enthält.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, worin die umgeesterten Alkylester Methylester sind.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, worin das Pflanzenöl einen hohen Gehalt gesättigter oder ungesättigter Fettsäuren aufweist.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17, worin das Pflanzenöl ausgewählt wird aus einem oder mehreren von Sojabohnenöl, Baumwollsamenöl, Leinöl, Rapsöl und Sonnenblumenöl.

19. Beschichtungszusammensetzung, einschließlich einer metallischen Pigmentzusammensetzung nach einem der Ansprüche 6 bis 10.

20. Beschichtungszusammensetzung nach Anspruch 19 in der Form einer Anstrichfarbe.

21. Beschichtungszusammensetzung nach Anspruch 19 in der Form einer Tinte.

22. Kunstoffzusammensetzung, einschließlich einer metallischen Pigmentzusammensetzung nach einem der Ansprüche 6 bis 10 als ein Dotierungssystem.

23. Metallisierte Kunststoffzusammensetzung, einschließlich einer metallischen Pigmentzusammensetzung nach einem der Ansprüche 6 bis 10.