ES2234019T3

ES2234019T3 - Mezclas madre y procedimiento para su preparacion.

Info

Publication number: ES2234019T3
Application number: ES97926196T
Authority: ES
Inventors: Giuseppe Condorelli
Original assignee: Clariant Finance BVI Ltd
Current assignee: Clariant Finance BVI Ltd
Priority date: 1996-07-10
Filing date: 1997-07-03
Publication date: 2005-06-16
Anticipated expiration: 2017-07-03
Also published as: GB9614510D0; EP0910603B1; TW401436B; DE69732111D1; DE69732111T2; EP0910603A1; WO1998001498A1

Abstract

LA INVENCION PROPORCIONA UN PROCESO DE BAJA ENERGIA PARA LA PRODUCCION DE MEZCLAS MADRE, Y LAS MEZCLAS MADRE PRODUCIDAS A TRAVES DEL MISMO. DICHO PROCEDIMIENTO SE CARACTERIZA POR LAS SIGUIENTES ETAPAS: MEZCLAR UN ADITIVO Y UN TRANSPORTADOR, MANTENIENDO SIMULTANEAMENTE LA TEMPERATURA ENTRE EL PUNTO DE ABLANDAMIENTO Y EL PUNTO DE FUSION DEL TRANSPORTADOR, HASTA FORMAR AGLOMERADOS DE TRANSPORTADOR Y ADITIVO. EL ADITIVO PUEDE SER CUALQUIER SUSTANCIA COLORANTE O UN ADITIVO DE TRATAMIENTO O FUNCIONAL PARA PLASTICOS, Y EL TRANSPORTADOR SE SELECCIONA A PARTIR DE 6 CLASES ESPECIFICAS DE MATERIALES QUE SON ADECUADOS PARA EL PROCEDIMIENTO. DICHAS MEZCLAS MADRE SON FLUIDAS, EXENTAS DE POLVO Y FACILMENTE DISPERSABLES EN TODOS LOS MATERIALES POLIMERICOS.

Description

Mezclas madre y procedimiento para su preparación.

Esta invención se refiere a mezclas madre sólidas.

Las mezclas madre, por cuyo término se quiere dar a entender preparados concentrados de aditivos que se pueden añadir a materiales poliméricos, antes de la producción de artículos a partir de los mismos, para conseguir un efecto deseado en la masa de los artículos, son bien conocidas y ampliamente utilizadas por la industria de los plásticos. La mezcla madre sólida tradicional comprende una alta concentración de aditivos tales como sustancias colorantes (colorantes o pigmentos) y sustancias de tratamiento o funcionales (estabilizantes, ignífugos, etc.) en un vehículo portador sólido que habitualmente es un material polimérico, un producto céreo o una mezcla de los mismos.

En un procedimiento típico de preparación de una mezcla madre, tal como el descrito en CA-C-1 332 498, el aditivo se dispersa de forma homogénea por todo el vehículo portador, generalmente fundiendo el vehículo, incorporando el aditivo en el mismo y aplicando suficiente esfuerzo cortante a los agregados de aditivo (el pigmento tal como se suministra se encuentra invariablemente en forma de agregado), con el fin de reducirlos a partículas primarias. Esto viene seguido por solidificación, molienda o pelletización. El esfuerzo cortante en el vehículo portador fundido se aplica generalmente por medio de un aparato de amasado continuo o discontinuo, muy usualmente por extrusión. Estos procesos son por naturaleza de alta energía y la energía es en general proporcional a la concentración de aditivo y a la calidad de dispersión de la mezcla madre.

En US-A-3 778 288 la operación de mezcla se efectúa en un mezclador de alta velocidad pero por encima de la temperatura de fusión del vehículo que en este caso es una cera.

Se ha encontrado ahora que es posible preparar una mezcla madre de igual calidad pero con el consumo de considerablemente menos energía que en los procesos conocidos por el estado de la técnica.

De acuerdo con la invención, se proporciona por tanto un procedimiento para la producción de una mezcla madre sin extrusión, que comprende las etapas de:

(a): añadir aditivo sólido en partículas y vehículo portador en partículas a un mezclador;

(b): mezclar el aditivo y el vehículo mientras se mantiene la mezcla a una temperatura entre el punto de reblandecimiento y el punto de fusión del vehículo hasta que se forman aglomerados de vehículo y aditivo; y

(c): enfriar la mezcla.

La característica única de esta invención es que, mediante un procedimiento que es muy sencillo y que puede realizarse de un modo eficiente en cuanto al consumo de energía, se puede preparar un producto excelente que tiene un comportamiento al menos igual al exhibido por la mejor de las mezclas madre conocidas. El mezclador de alta velocidad empleado para el procedimiento de la invención puede disponer de medios para el calentamiento y/o enfriamiento con el fin de mantener la temperatura de la mezcla en un nivel adecuado. Suele suceder que la propia fricción entre las partículas como resultado de la operación de mezcla genera el calor suficiente para elevar la temperatura a un nivel adecuado; en realidad, en algunos casos podría ser necesario enfriar con el fin de mantener la temperatura por debajo del punto de fusión del vehículo portador. Alternativamente, la velocidad de mezcla se puede disminuir para evitar la fusión del vehículo.

El diseño del mezclador de alta velocidad empleado para el procedimiento de la invención no es, como ya se ha descrito, muy crítico para la puesta en práctica de la invención. Así, las características tales como tamaño y forma del recipiente, diseño del impulsor y similares, se pueden seleccionar de acuerdo con las prácticas y conocimientos normales del estado de la técnica. Se sabe que una configuración particular de mezclador que resulta óptima para una mezcla particular puede no ser óptima para otra mezcla, pero en cualquier caso la selección de la configuración adecuada queda dentro del conocimiento del experto en la materia.

El procedimiento de mezcla a una temperatura entre el punto de reblandecimiento y el punto de fusión del vehículo portador se continúa hasta que se forman "aglomerados". Por el término "aglomerados" se quiere dar a entender materiales compuestos en partículas en donde las partículas individuales del aditivo quedan retenidas entre sí por las partículas del vehículo. La naturaleza del procedimiento significa que, al contrario que los procedimientos conocidos en donde se funde por completo un vehículo portador y se dispersa en el mismo el aditivo de manera uniforme, dando lugar a un material que comprende partículas de aditivo envueltas por completo en el vehículo, las partículas del aditivo quedan retenidas entre sí por las partículas del vehículo que esencialmente han conservado su integridad individual y que, por tanto, no necesariamente (y en la mayoría de los casos así es) encapsulan por completo a las partículas del aditivo. Para los fines de esta invención, la expresión "esencialmente conservan su integridad individual" no excluye la posibilidad de cierta coalescencia y/o fusión de las partículas del vehículo portador; de hecho, se puede tolerar un grado razonable de dicha coalescencia y/o fusión. Sin embargo, el vehículo no debe fundir para formar una entidad continua que rodea por completo al aditivo; para la puesta en práctica de esta invención es esencial que el vehículo conserve su identidad de partículas en un alto grado y que las mezclas madre de esta invención estén constituidas por aglomerados en lugar de por verdaderas partículas heterogéneas individuales.

Sin que ello suponga limitación alguna del alcance de la invención, se piensa que en el procedimiento de esta invención suceden dos cosas:

(i): cuando el aditivo está implicado en forma de agregado, los agregados de aditivo se rompen en partículas individuales mediante la agitación más la acción del vehículo portador; y

(ii): las partículas reblandecidas del vehículo portador se adhieren a las partículas del aditivo, reteniéndolas entre sí en forma de aglomerados.

A partir de esta forma física única surgen varias ventajas principales; la mezcla madre así producida está libre de polvo, tiene un excelente poder tintóreo y también una excelente capacidad de dispersión y compatibilidad con una amplia variedad de materiales poliméricos. Además, puede contener hasta 85% en peso de aditivo. La excelente granulometría obtenida por el control de la temperatura, la absorción de energía y la velocidad del impulsor durante el procedimiento, son importantes para permitir la dosificación exacta y automática de la mezcla madre durante su aplicación.

Las mezclas madre obtenidas tienen una granulometría bien definida ya que el 90-95% de los aglomerados tienen un tamaño de partícula entre 75 y 1500 micrómetros. En la mayoría de los casos, la distribución de tamaño de partícula del producto final, incluso en aplicación industrial, corresponde a la curva típica de la figura 1 y el tamaño medio de partícula es de alrededor de 300 micrómetros.

La invención proporciona también por tanto una mezcla madre en partículas que comprende una aditivo y un vehículo portador, en donde las partículas de la mezcla madre son aglomerados de partículas de aditivo y partículas de vehículo portador, estando las partículas de aditivo segregadas entre sí y retenidas de forma conjunta por las partículas del vehículo portador.

Los aditivos se eligen entre cualesquiera colorantes sólidos adecuados, habitualmente un pigmento inorgánico, un pigmento orgánico y/o un colorante, antioxidantes, termo- y foto-estabilizantes, ignífugos, agentes antibloqueantes, antimicrobianos, agentes expansionantes, foto- y biodegradantes y cualesquiera otros aditivos que normalmente se proporcionan en forma de mezcla madre para materiales plásticos.

Los colorantes preferidos para utilizarse en una composición de mezcla madre según la invención se eligen entre los colorantes

CI Disperse Yellow 54	CI Solvent Violet 36
CI Solvent Yellow 93	CI Solvent Green 3
CI Solvent Orange 60
CI Solvent Red 111	CI Solvent Blue 97
CI Solvent Red 135	CI Solvent Blue 104

y entre los pigmentos

CI Pigment Black 7	CI Pigment Red 177
CI Pigment White 6	CI Pigment Red 178
CI Pigment White 7	CI Pigment Red 214
CI Pigment White 27	CI Pigment Red 242
CI Pigment Yellow 34	CI Pigment Violet 15
CI Pigment Yellow 83	CI Pigment Violet 19
CI Pigment Yellow 138	CI Pigment Violet 23
CI Pigment Yellow 139	CI Pigment Blue 15:1
CI Pigment Yellow 155	CI Pigment Blue 15:3
CI Pigment Yellow 183	CI Pigment Blue 23
CI Pigment Orange 104	CI Pigment Blue 29
CI Pigment Red 101:102	CI Pigment Green 7
CI Pigment Red 48:2	CI Pigment Green 17
CI Pigment Red 48:3	CI Pigment Green 36
CI Pigment Red 57:1	CI Pigment Brown 24
CI Pigment Red 122	CI Pigment Metal 1

El vehículo portador debe ser naturalmente un material que permita preparar los productos únicos de la presente invención mediante el procedimiento según la invención. Entre los muchos vehículos conocidos en la técnica, sólo son satisfactorios relativamente pocos de los mismos a este respecto. El vehículo para utilizarse en este invención puede seleccionarse entre al menos uno de los materiales de la siguiente lista:

i): jabones metálicos de ácidos monocarboxílicos, lineales, ramificados o hidroxilados con una longitud de cadena C_{12} a C_{30},

ii): ácidos grasos de cadena larga,

iii): amidas grasas,

iv): poliésteres mixtos obtenidos por condensación de un poliol que tiene de 2 a 6 grupos hidroxi con ácidos monocarboxílicos que tienen una longitud de cadena C_{12} a C_{30} y ácidos dicarboxílicos alifáticos, y

v): ésteres de ácidos monocarboxílicos lineales, ramificados o hidroxilados que tienen una longitud de cadena C_{12} a C_{30} con alcoholes que tienen una longitud de cadena C_{12} a C_{30} o polioles con 2 a 6 grupos hidroxi, siempre que al menos uno de ellos se elija entre los materiales del grupo "iv" o "v".

Los únicos materiales que son satisfactorios por sí mismos son los materiales del grupo "iv" o "v". Materiales típicos incluyen un poliéster producido a partir del glicerol o pentaeritritol, ácido adípico y ácido esteárico o ácido octadecanoico o un éster producido a partir de glicerol o pentaeritritol y ácido esteárico, octadecanoico o hidroxiesteárico.

Sin embargo, es preferible usar los materiales del grupo "iv" o "v" en combinación con otro de los materiales de la lista. Una combinación particularmente buena es la combinación de material del grupo "iv" o "v" con el grupo "i" en la proporción de 1 parte de jabón metálico por 3 partes de poliéster o éster.

Los jabones metálicos preferidos son estearato, hidroxiestearato, octadecanoato o behenato de magnesio o
calcio.

Los ácidos grasos y otros ácidos carboxílicos preferidos incluyen ácidos esteárico, behénico, oleico y montánico, así como derivados hidroxi de dichos ácidos.

Preferentemente, el vehículo portador tiene un punto fusión entre 40 y 150ºC, más preferentemente entre 30 y 120ºC.

En una composición de mezcla madre según la invención, la cantidad de aditivo presente es con preferencia de 30-85%, más preferentemente 40-80%, y la cantidad de vehículo presente es con preferencia de 70-15%, más preferentemente 60-20%, siendo todos los porcentajes en peso. Especialmente con pigmentos orgánicos, es posible obtener mezclas madre muy concentradas que contienen hasta 70% en peso de pigmento orgánico.

Los mezclas madre de la invención están sustancialmente libres de polvo y tienen un buena capacidad de dispersión en material polimérico, lo cual viene ilustrado por los bajos valores obtenidos en el así llamado ensayo del filtro. Este ensayo se efectúa mediante extrusión de una mezcla granulada de mezcla madre (17,5% de pigmento orgánico, o bien 25% de pigmento inorgánico en LDPE con MFI 70) con resina neutra a través de un paquete de filtración de malla 80/325/80 ASTM y medición del incremento de presión. La presente invención evita también la necesidad de extruir o amasar la mezcla para formar un mezcla madre y con ello proporciona una buena capacidad de mezcla en el material polimérico al cual se aplica.

Además, según la invención, se proporciona una composición polimérica que contiene material polimérico y 0,05 a 3%, (preferentemente 0,1 a 1%) basado en el peso del material polimérico, de una mezcla madre según la invención. Para aplicaciones específicas, pueden ser posibles las concentraciones de hasta 15% en peso.

Las mezclas madre según la invención son adecuadas para la incorporación de aditivos en cualquier material polimérico, con el cual se pueden emplear mezclas madre sólidas, siendo ejemplos típicos: ABS, acetal, material acrílico, acrilonitrilo, material alílico, material celulósico, PE clorado, epoxi, epoxi-poliéster, etileno-alcohol vinílico (EVOH), materiales fluorplásticos, cetonas, melamina-formaldehído, melamina-fenólico, fenólico, poliamida, poliamida-imida, polibutadieno, polibutileno, policarbonato, poliéster, poliéter imida, polietileno y copolímeros de etileno, poliimida, óxido de polifenileno, sulfuro de polifenileno, poliftalamida (PPA), polipropileno, poliestireno y copolímeros de estireno, poliuretano, copolímeros PVDC, polímeros de sulfonas, elastómeros termoplásticos, polímeros y copolímeros vinílicos.

Las mezclas madre según la invención presentan una buena compatibilidad con una amplia variedad de materiales poliméricos y trabajan especialmente bien con poliolefinas, polímeros y copolímeros vinílicos así como poliacetales, poliésteres, policarbonatos, polímeros y copolímeros estirénicos, poliuretanos, poliamidas, acetatos de celulosa y caucho termoplástico.

La invención será ilustrada ahora por los siguientes ejemplos en los cuales las temperaturas se ofrecen en grados centígrados.

Ejemplo 1

Se mezclan 3,5 kg de CI Pigment Red 48:2 en un mezclador de alta velocidad con 0,175 kg de estearato de calcio y 3,325 kg de una mezcla que contiene 25% de octadecanoato de calcio y 75% de un poliéster obtenido a partir de 16 moles de ácido esteárico, 7 moles de pentaeritritol y 6 moles de ácido adípico. Después de 12 minutos, se completa la aglomeración a una temperatura final de 51º y el producto obtenido fluye libremente y está libre de polvo y presenta altas características de dispersión y alto poder tintóreo en la mayoría de polímeros.

Ejemplo 2

Se mezclan 2,0 kg de CI Solvent Blue 104 en un mezclador de alta velocidad con 0,5 kg de un éster obtenido a partir de 1 mol de glicerol y 3 moles de ácido 12-hidroxiesteárico. Después de 22 minutos, se completa la aglomeración a una temperatura final de 56º y el producto obtenido fluye libremente y está libre de polvo, es fácilmente dispersable en poliestireno y polímeros técnicos y de alto comportamiento.

Ejemplo 3

Se mezclan 2,4 kg de CI Iron Oxide Red 1101 en un mezclador de alta velocidad con 0,09 kg de estearato de calcio y 0,51 kg de la mezcla usada en el Ejemplo 1. Después de 16 minutos, se completa la aglomeración a una temperatura final de 48º y el producto fluye libremente y está libre de polvo, siendo fácilmente dispersable en la mayoría de polímeros.

Ejemplo 4

Se mezclan 1 kg de CI Pigment Blue 15:3 en un mezclador de alta velocidad con 0,075 kg de estearato de calcio y 1,425 kg de una mezcla que contiene 25% de behenato de calcio y 75% de un poliéster obtenido a partir de 7 moles de pentaeritritol, 6 moles de ácido adípico y 16 moles de ácido esteárico. Después de 13 minutos y 20 segundos, se completa la aglomeración a una temperatura final de 54º y el producto obtenido fluye libremente y está libre de polvo, con altas características de dispersión y con un alto poder tintóreo cuando se emplea en la coloración en masa de materiales plásticos.

Ejemplo 5

Se mezclan 1,5 kg de CI Pigment Blue 29 en un mezclador de alta velocidad con 0,5 kg de un éster obtenido a partir de 1 mol de glicerol y 3 moles de ácido 12-hidroxiesteárico. Después de 15 minutos, se completa la aglomeración a una temperatura final de 56º y el producto obtenido fluye libremente y está libre de polvo, siendo fácilmente dispersable en la mayoría de materiales plásticos.

Ejemplo 6

Se mezclan 1,54 kg de CI Pigment Red 48:2 en un mezclador de alta velocidad con 0,066 kg de estearato de calcio y 0,594 kg de la mezcla usada en el Ejemplo 1. Después de 6 minutos, se completa la aglomeración a una temperatura final de 64º y el producto obtenido, a una concentración de pigmento del 70%, fluye libremente y está libre de polvo, con altas características de dispersión y alto poder tintóreo, especialmente en su aplicación a PVC.

Ejemplo 7

Se mezclan 3,5 kg de CI Pigment Green 7 en un mezclador de alta velocidad con 0,21 kg de estearato de calcio y 3,29 kg de la mezcla usada en el Ejemplo 1. Después de 10 minutos y 30 segundos, se completa la aglomeración a una temperatura final de 50º y el producto obtenido libremente y está libre de polvo, siendo fácilmente dispersable en la mayoría de polímeros.

Ejemplo 8

Se mezclan 1 kg de CI Pigment Red 214 en un mezclador de alta velocidad con 0,04 kg de estearato de calcio y 0,96 kg de la mezcla usada en el Ejemplo 1. La aglomeración se completa después de 15 minutos y 15 segundos a una temperatura final de 49º. El producto obtenido está libre de polvo y tiene altas características de dispersión en la mayoría de materiales plásticos.

Ejemplo 9

Se mezclan 1,5 kg de CI Pigment Yellow 183 en un mezclador de alta velocidad con 0,075 kg de estearato de calcio y 0,925 kg de la mezcla usada en el Ejemplo 1. La aglomeración se completa después de 14 minutos y 15 segundos a una temperatura final de 49º. El producto obtenido a una concentración de pigmento del 60% fluye libremente y está libre de polvo, con altas características de dispersión en la mayoría de materiales plásticos.

Claims

1. Procedimiento para la producción de una mezcla madre que contiene 30-85% en peso de aditivo sin extrusión, que comprende las etapas

(c): enfriar la mezcla

en donde el vehículo portador se elige entre al menos uno de los materiales del grupo consistente en

ii): ácidos grasos de cadena larga,

iii): amidas grasas,

v): ésteres de ácidos monocarboxílicos lineales, ramificados o hidroxilados que tienen una longitud de cadena C_{12} a C_{30} con alcoholes que tienen una longitud de cadena C_{12} a C_{30} o polioles con 2 a 6 grupos hidroxi,

siempre que al menos uno de ellos se elija entre los materiales del grupo "iv" o "v".

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en donde el aditivo se elige entre pigmentos inorgánicos y orgánicos y/o colorantes.

3. Una mezcla madre obtenida por el procedimiento de la reivindicación 1 o 2.

4. Una mezcla madre obtenida por el procedimiento de la reivindicación 1 o 2 que comprende 30-85% en peso de aditivo y un vehículo portador, en donde las partículas de la mezcla madre son aglomerados de partículas de aditivo y partículas de vehículo, estando las partículas de aditivo segregadas entre sí y retenidas de manera conjunta por las partículas de vehículo; seleccionándose el vehículo portador entre al menos uno de los materiales del grupo consistente en

ii): ácidos grasos de cadena larga,

iii): amidas grasas,

5. Una mezcla madre según la reivindicación 4, en donde el aditivo se elige entre pigmentos inorgánicos y orgánicos y/o colorantes.

6. Una mezcla madre según la reivindicación 4, en donde el vehículo se elige del grupo "iv" o "v" en combinación con un material del grupo "i".

7. Una composición polimérica que contiene material polimérico y 0,05-3%, basado en el peso del material polimérico, de una mezcla madre según la reivindicación 4.