PT94752A

PT94752A - Processo de preparacao de dispersantes de pigmentos a base de poliamida de uma dispersao de pigmento e de uma tinta para embalagens

Info

Publication number: PT94752A
Application number: PT94752A
Authority: PT
Inventors: Robert J Catena; Albert A Kveglis
Original assignee: Sun Chemical Corp
Priority date: 1989-07-18
Filing date: 1990-07-18
Publication date: 1991-03-20
Also published as: EP0483181A1; WO1991001343A1; EP0483181A4; CA2064006A1; JPH04506823A; US5124412A

Description

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MEMGRIA DESCRITIVA

Antecedentes do invento

Campo do invento 0 presente invento refere-se a dispersantes de pigmentos. Descrição da arte relacionada Têm sido usados dispersantes de pigmentos para melhorar as propriedades das tintas. Em geral, os dispersantes promovem a dispersão do pigmento na tinta e estabilizam a dispersão. A lecitina é um exemplo destes dispersantes. A Patente E.U.A. N2 4 704 165 de Nakamura et al. divulga um exemplo de outro dispersante. Esta patente divulga um dispersari te de pigmentos éster fosfato, para pigmentos orgânicos, inorgânicos e diluentes, em composições onde o pigmento está presente em concentrações elevadas, como agente de coloração (tintas de impre_s são, tintas para usos gerais, agentes de revestimento e resinas sintéticas) e composições ilteis como tintas para usos gerais. A Patente E.U.A. NS 4 350 535 de Ishijima et al. também di^ vulga um dispersante éster fosfato que melhora a estabilidade de armazenagem de longo-termo de composições aquosas de revestimento e adesivas, contendo um pigmento metálico em pó.

Sumário do invento 0 invento refere-se ao produto da reacção de uma poliamida terminada por ácido e um alquilenoglicol,ou um polialquilenoglicol, ou uma base azotada, ou uma alcanolamina (seguida de neutralização por um ácido alcanóico). A poliamida terminada por ácido é, preferivelmente, o produto de reacção de um ácido dímero e dum ácido gordo de colofónia liquida com uma alquilenodiamina, preferivelmeji te, etilenodiamina. 0 polialquilenoglicol é, preferivelmente, poli^ propilenoglicol. A reacção da poliamida com o alquilenoglicol ou pjD lialquilenoglicol, a temperaturas reaccionais de 140-300°C, dá um produto de reacção não iónico, enquanto a reacção com uma base azotada, a temperaturas reaccionais até 100°C, dá um produto de reacção aniónico, e a reacção com uma alcanolamina e neutralização com o ácido alcanóico, a temperaturas reaccionais de 140-300°C, dá um produto de reacção catiónico. São também proporcionados, uma dispersão de pigmentos que compreende um pigmento, o produto de reacção (não iónico, aniónico ou catiónico) e um veiculo de dispersão, bem como tintas para embalagens, à base de solvente que compreendem a dispersão de pigmentos e um verniz diluído formador de película. 0 pigmento pode ser de qualquer tipo dos utilizados para tintas para embalagens, à base de solvente. Exemplos representativos, não limitantes, de pigmentos a-dequados incluem Red Lake C, BON Red, Lithol Rubine, Permanent Red 2B, Vermelhos de Naftol, Azul de ftalocianina, Verde de ftalociani-na, Amarelos de Monoarileto, Amarelos de diarileto, Negro-de-fumo, e semelhantes. Geralmente, o produto de reacção é utilizado numa quaji tidade até cerca de 10?ó p/p, preferivelmente até cerca de 5?í p/p, com base no peso da dispersão de pigmentos.

Descrição detalhada das concretizações preferidas

Verificou-se que uma poliamida terminada por ácido, que rea ge com um reagente para dar um produto não iónico, aniónico ou cati^ ónico, é um dispersante excelente para dispersar pigmentos numa variedade de veículos. As dispersões de pigmentos resultantes são especialmente óteis para a preparação de tintas para embalagens, à base de solventes (i.e., tintas para gravação de embalagens e tintas flexográficas). Tais tintas exibem um melhor.brilho, força e transparência, quando impressas numa embalagem polimérica, tal como polietileno muito liso, em comparação com as tintas preparadas sem os dispersantes do presente invento. A poliamida é preferivelmente formada, por reacção de um á-cido dímero e de um ácido gordo de colofónia líquida com uma al_ quilenodiamina, até um valor ácido entre cerca de 60 e 70. 71 223 C-248 -4-

0 ácido dímero pode ser representado pela seguinte fórmula: 2 3

R

R 4

Os componentes particulares das porções R^ - R^ (que contêm 5-14 átomos de carbono) são governados pelo tipo de condensação usa do para preparar o ácido dímero. Se tem lugar uma condensação cabe-ça-a-cabeça, grupos R adjacentes (ex^. R^ e R2, ou R^ e R^) são terminados por grupos carboxilo, enquanto os outros dois grupos adjacentes serão terminados por hidrocarboneto. Se tem lugar uma condert sação cabeça-a-cauda, os grupos R alternam em terminação por grij pos carboxilo, ou hidrocarboneto. Os grupos que terminam em car^ boxilos podem ter estruturas tais como: -(CH2)8C00H, -ch=ch(ch2)8cooh, -(ch2)7cooh, -CH2CH = CH(CH2 )yC00H, etc., e os grupos que terminam em hidrocarbom; tos podem ser representados por: CH^(CH2)^-, CH^(CH2)^-,CH^(CH2 )^-, CH 2 ( CH 2 ) ^CH = CH-, etc. 0 ácido dímero é, preferivelmente, "Dimer 18"; este ácido contem 83¾ da espécie ácido dímero e 17¾ da espécie ácido trimero.

Um ácido gordo de colofónia liquida, típico, é uma mistura de ácidos gordos tais como ácido esteárico, oleico ou linoleico, á-cidos de colofónia e materiais não saponifiçáveis. A alquilenodiamina é, preferivelmente, a etilenodiamina. P£ dem ser usadas outras alquilenodiaminàs. 0 produto de reacção do ácido dímero, do ácido gordo de ca-lofónia líquida e da alquilenodiamina, é feito reagir com: um al-quilenoglicol ou polialquilenoglicol, para dar um dispersante não iónico; uma base azotada para dar um dispersante aniónico; ou uma alcanolamina (seguido de neutralização com ácido alcanóico) para dar um dispersante catiónico.

De preferência, 0 polialquilenoglicol é 0 polipropilenogli-col. A base azotada é, preferivelmente, uma amina, mais preferivelmente, hidróxido de amónio ou metildietaholamina.

71 223 C-248 -5- A alcanolamina e o ácido alcanóico são, preferivelmente,me-tildietanolamina e ácido propiónico, respectivamente. Das três claj; ses de dispersantes (não íónico, aniónico, e catiónico), é preferido o dispersante não iónico.

As razões reaccionais para proporcionarem a espinha dorsal da poliamida terminada em ácido são de cerca de 0,6-1,0 equivalentes de ácido dimero para cerca de 0,5-0,9 equivalentes de ácido go£ do de colofónia líquida, para cerca de 0,7-1,0 equivalentes de eti-lenodiamina. Cerca de 0,5 equivalentes de carboxilo da poliamida reagem ou com cerca de 0,5 equivalentes de alquilenoglicol, ou com cerca de 0,5 equivalentes de polipropi1enoglicol, com cerca de 0,50 equivalentes de hidróxido amónio ou metildietanolamina, ou cerca de 0,125 equivalentes de metildietanolamina, seguida por 0,125 equivalentes de ácido propiónico. 0 dispersante tem um valor ácido entre cerca de 20 e 5, de preferência entre 15 e 10.

As estruturas seguintes ilustram, de forma geral, as três classes de dispersantes preparados de acordo com o invento:

o «I

(CH2)8C00H O 0 (CH2)8C0ai2CH20ai2CH20ai2CH20H CH-(M(CH2)8CNHCH2CH2MHC(CH2)8CH-CH (C^>5®3 <ch2)4ch3 ca ({Β2)5(»3 não iónico (CH2)8C00H 00 CH^(CH2)8C^CH2CH2NHC(CH2)eCH-CH -Vx (ch2)4ch3 ω3(ω2)4

(CH2)5CH3 ο (ch2)8co (ch2)5ch: NH, aniónico 71 223 C-248 -6-

C1L

(CH2)8COOH

0 II (CH2)8COCH2ai2-N-Il

CH-CH(CH2)8CNHCH2ai2NHC(CH2)8CH-ai CCH2)4CH3 (CH2)5CH3 ch3(ch2)a

ch2cii2oii <CH2>5C,,3 0ocai2ai3 catidnico A dispersão de pigmentos é prontamente preparada por métodos convencionais (p.e., um moinho de 3 rolos) nos quais o pigmento, o(s) solvente(s) e o dispersante, são combinados. Como regra geral, o dispersante não será mais do que cerca de 1G?ó p/p, de preferência, não mais do que 5¾ p/p, com base no peso da dispersão. 0 pigmento p£ de ser de qualquer tipo dos que são úteis para tintas para embalagens, à base de solventes, tais como as mencionadas acima e está, ti picamente, presente numa quantidade de cerca de 30 a 70¾ p/p, com base no peso da dispersão. 0(s) solvente(s), i.e., os veículos de dispersão, podem ser quaisquer dos tipicamente usados para preparar dispersões de pigmentos úteis na preparação de tintas para embalagens, à base de solventes. 0(s) solvente(s) é (são), geralmente, u-tilizado(s) em quantidades de cerca de 20-60¾ p/p, com base no peso da dispersão. Solventes adequados incluem alquilos C^-C^ de cadeia linear ou ramificada, àlcôóis arTl icos ou heterocíclicos, ésteres ou hidrocarbonetos tais como isopropanol, acetato de etilo, n-heptano, n-hexano, tolueno, ciclo-hexano, etc. Como regra geral, tais solvejn tes terão pontos de ebulição até cerca de 120°C. A tinta para embalagens, à base de solventes é prontamente preparada,por mistura da dispersão de pigmento com um verniz diluído formador de película tal como nitrocelulose,po]iamidas,resinas cetónicas, ésteres modifica dos por ácido de colofónia, polivinil-butiral e semelhantes. Como rj2 qra geral, serão misturadas cerca de AO a 70 partes da dispersão com 100 partes do verniz, conjuntamente com adjuvantes opcionais, tais como diluentes, ceras, opacificantes, antioxidantes etc. A tin

71 223 C-248 -7- ta final conterá, tipicamente, 10-30¾ p/p de pigmento, com base no peso da tinta.

Os,exemplos 1-6 seguintes, ilustram, de modo geral, como podem ser preparados um dispersante e uma composição de pigmento, de acordo com o invento. 0 exemplo '1 ilustra a preparação de um dispersante não iónico. 0 exemplo 2 ilustra a preparação de um dis persante catiónico. 0 exemplo 3 ilustra a preparação de um dispersante aniónico. 0 exemplo 4 ilustra uma formulação de tintas prepji radas usando o dispersante do exemplo 1. 0 exemplo 5 ilustra, em forma de tabela, os componentes de formulações adicionais de tintas, preparadas usando o dispersante do invento. 0 exemplo 6 é semelhante ao exemplo 5, excepto que o pigmento é o negro-de-fumo

Exemplo 1 (Dispersante não iónico)

Foram carregadas 259,9 partes dum ácido dimero (Chemtall C36 -18) e 177,3 partes de um ácido gordo de colofónia (Sylfat 95-Sylvachem), num balão de fundo redondo de 4 tubuladuras, de 1 litro, equipado com um condensador de refluxo, um agitador mecânico, um termómetro, uma manta de azoto ("nitrogen blanket"). 0 conteúdo foi aquecido a 60°C, altura em que foram adicionadas, lentamente, 30.0 partes de etilenodíamina através dum funil de adição, durante 5 minutos. A temperatura foi elevada para 115°C, mantida por 1 hora, tendo sido, então, aumentada para 200°C e mantida por 1 hora, enquanto se removia a água da reacção ã medida que se ia formando. 0 reactor foi arrefecido para 140°C e adicionaram-se, lentamente, através dum funil de adição durante 20 minutos, 262,2 partes de um polipropilenoglicol (Pluracol 1010-BA5F). A temperatura foi aumentada gradualmente até 270°C, removendo-se a água da reacção à medida que se ia formando. Quando se obteve um valor ácido abaixo de 8.0 o reactor foi arrefecido até 200°C e descarregado. Quarenta partes desta carga foram combinadas com 48 partes de n-heptano e 12 partes de n-butanol num balão de 4 tubuladuras, de 1.litro, e-quipado como se descreveu acima. 0 conteúdo foi aquecido até 70°C, até a resina estar completamente solubilizada. Foi então arrefeci- 71 223 C-248 -8-

do a 30 C e descarregado

Exemplo 2 (Dispersante catidnico)

Repetiu-se o procedimento do Exemplo 1 até à adição do polji propilenoglicol. Neste ponto foram adicionadas 44,4 partes de meti_l dietanolamina e o conteúdo foi?lentamente, aquecido a 250°C, removendo-se a água de reacção à medida que se ia formando. Foram obtidos, após 2 horas, um valor ácido de 4,2 e um valor de amina de 25,2. A carga foi arrefecida até 100°C e foram adicionadas 15,5 par_ tes de ácido propiónico. A reacção foi mantida durante 30 minutos e descarregada.

Exemplo 3 (Dispersante Aniónico)

Repetiu-se o procedimento do Exemplo 1 até à adição do poljl propilenoglicol. Neste ponto, a carga foi arrefecida até 100°C, sen do adicionadas 63,5 partes de metildietanolamina. 0 material foi mantido durante 30 minutos a 100°C.

Exemplo 4 (Formulação de tinta) 25,0 partes de um verniz consistindo em 40% p/p do dispersante do exemplo 1, 48% heptano, e 12% n-butanol, 1,0 parte heptano, 13.0 partes n-propilacetato e 10,0 partes n-butanol foram adicionadas e colocadas num moinho de atrito. A esta mistura foi adicionada 1.0 parte de lecitina e 50 partes pigmento azul de ciano. Esta mistura foi moída até que por um teste se observasse a granulometria fina desejada. Esta porção é chamada dispersão de pigmentos ou base. A 31,8 partes desta base foram adicionadas 3,0 partes de nitro-celulose de alta viscosidade, 4,7 partes de uma nitrocelulose solúvel em álcool, 1,0 parte dioctilftal ato, 4,0 partes de um composto' de cera, 1,0 parte de uma solução de silicone, 1,0 parte de uma so-

71 223 C-248 -9- lução de ácido cítrico, 38,2 partes de uma solução de poliamida,2,0 partes de n-propanol, e 13,3 partes de etanol. Estas partes foram misturadas num misturador durante 10 minutos. A tinta tinha uma vis cosidade antes da diluição de 30 segundos numa taça Zahn número 3. A viscosidade da tinta foi reduzida com uma mistura 90/10 (p/p) de n-propanol/acetato de n-propilo e impressa com um aparelho de provas manual anilox 165, numa película de polietileno muito lisa. As marcas impressas exibem um brilho, uma transparência e uma força su periores às de uma tinta padrão poliamida/nitrocelulose preparada sem o dispersante.

Exemplo 5 (Formulações de tinta adicionais) A dispersão de pigmentos, seguinte, foi preparada, utilizar^ do o dispersante do invento. As composições são as seguintes:

Componente da dispersão Percentagem (p/p) na dispersão

Dispersante não iónico do Exemplo 1 25,0 25,0 25,0 Heptano 1,0 1,0 1,0 Acetato de n-propilo 13,0 13,0 13,0 n-Butanol 10,0 10,0 10,0 Lecitina 1,0 1,0 1,0 Pigmento Amarelo AAOT 50,0 - - - - Pigmento Vermelho BON - - 50,0 - - Pigmento Azul de Ftalo - - - - 50,0 Estas dispersões foram diluídas para tintas da seguinte maneira:

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Componente da tinta Percentaqem (p/p) na tinta Dispersão Amarela 33,5 M — Dispersão Vermelha - - 32,7 - - Dispersão Azul - - - - 31,8 Nitrocelulose S.S. - - - - 3,0 Nitrocelulose A.S. 7,6 7,3 4,7 Dioctilftalato - - 1,0 1,0 Ceras 4,0 4,0 4,0 Solução de ácido cítrico 1,0 1,0 1,0 Solução de silicone 1,0 1,0 1,0 SK 1487 (poli ami da) 8,9 - - - - Solução de Poliamida 44,0 34,3 38,2 Etanol - - 34,4 13,3 Acetato de n-propilo - - 2,5 - - Heptano - - 4,5 - - i-Propanol - - 3,3 - - n-Propanol - - - - 2,0 A viscosidade das tintas foi diminuindo para uma viscosidji de para impressão^n-propanol/acetato de n-propilo, 90/10 e impres- sas num polietileno muito liso. Tintas fabricadas a partir das ba- ses referidas acima são superiores em força, brilho e transparência às dos padrões, às de bases moldas secas comuns equivalentes, sem o dispersante do invento.

Exemplo 6

Uma tinta para embalagens, à base de solvente, foi preparja da como no exemplo 3, usando negro-de-fumo como pigmento. A dispejr são de pigmentos foi preparada a partir dos seguintes componentes:

Componente da dispersão

Percentagem (p/p) da dispersão

Dispersante não iónico do Exemplo 1 14,2

Heptano 26,7 n-Butanol 7,0 Lecitina Negro-de-fumo 2,0 50,0 A dispersão foi dilu/da numa tinta da seguinte maneira:

Componente da tinta Percentagem' (p/p) da tinta Dispersão 33,5 Nitrocelulose A.S. 7,6 Cera 4,0 Solução de Acido Cítrico 1,0 Solução de Silicone 1,0 SK 148/ (poliami da) 8,9 Solução de Poliamida 44,0 A viscosidade da tinta foi diminuindo até uma viscosidade para impressão com n-propanol/acetato de n-propilo, 90/10 e impressa num polietileno muito liso. Os resultados foram comparados com os conseguidos no exemplo 5.

Claims

-12- 71 223 C-248 R E I V I N D I C A C B E S 1 - Processo de preparação de um dispersante de pigmento, caraterizado por se efectuar a reacção de uma poliamida terminada em ácido com um reagente seleccionado do grupo consistindo num al-quilenoglicol, um polialquilenoglicol, uma base azotada e uma al-canolamina.
2 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracteriza-do por a poliamida terminada em ácido compreender o produto da reacção de um ácido dimero e de um ácido gordo de colofónia líquida com uma alquilenodiamina.
3 - Processo de acordo com a reivindicação 2, caracteriza-do por a alquilenodiamina ser etilenodiamina.
4 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracteriza-do por o polialquilenoglicol ser polipropilenoglicol.
5 - Processo de acordo com a reivindicação 2, caracteriza-do por o ácido dimero ser preparado por condensação cabeça-a-cabeça e ter a formula geral

onde e R2 representam grupos terminando em carboxi contendo 5 a 14 átomos de carbono e R^ e R^ representam grupos terminando em hidrocarboneto contendo 5 a 14 átomos de carbono, ou R^ e R2 representam grupos terminando em hidrocarboneto e R^ e R^ representam grupos terminando em carboxi.
6 - Processo de acordo com a reivindicação 2, caracteriza-do por 0 áci'do dimero ser preparado por condensação cabeça-à-cauda e ter a fórmula geral -13- 71 223 C-248

onde e representam grupos terminando em carboxi contendo 5 a 14 átomos de carbono R2 e representam grupos terminando em hi-drocarboneto contendo 5 a 14 átomos de carbono ou R^ e R^ represeji tam grupos terminando em hidrocarboneto e R2 e representam grupos terminando em carboxi. I
7 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracteriza-do por a base azotada ser uma amina ou hidróxido de amónio.
8 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracteriza-do por 0 reagente ser uma alcanolamina.
9 - Processo de preparação de uma dispersão de pigmento, caracterizado por se combinarem um pigmento, um solvente e uma quantidade eficaz, dispersante de pigmentos, do produto da reacção da reivindicação 1.
10 - Processo de preparação de uma tinta para embalagens à base de solvente, caracterizado por se misturar a dispersão da reivindicação 9 com um verniz diluído formador de película. Lisboa, 18. m, Í99Q Por SUN CHEMICAL CORPORATION 0 AGENTE OFICIAL