WO2006119904A1 - Hochgefüllte farbmittelzusammensetzung zum einfärben olefinischer wie nichtolefinischer kunststoffe - Google Patents

Hochgefüllte farbmittelzusammensetzung zum einfärben olefinischer wie nichtolefinischer kunststoffe Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a highly filled colorant composition which improves the uniform dispersion of pigments in plastics.
  • the invention also relates to the use of copolymeric low molecular weight waxes for the production of masterbatches, in which the waxes are produced to a large extent by means of metallocene catalysts, have a low dropping point, high transparency and low viscosity.
  • the dispersion of pigments is significantly improved, the pigment charge can be increased, there is a better compatibility with different polymers and can be dispensed with a polymeric support.
  • Plastics are usually dyed using pigment concentrates, so-called masterbatches.
  • the pigments should be distributed optimally, since insufficient dispersion of the pigments can lead to pigment agglomerates and specks in the end product, which may be, for example, a film. Also, specks can easily lead to weakening of the mechanical properties of the final product, premature cracking of the final article occurs.
  • the following single-stage or multi-stage processes are currently known for the preparation of dust-free, granular and pulverulent pigment and dye preparations:
  • the pigment carrier premixes can be made by cold or hot blending. Subsequently, a melt mixture can be carried out in a suitable extruder or in kneaders. This is followed by granulation, grinding or spraying.
  • a cold mixture consists of suitable polymer supports, such as polyethylene, polypropylene or ethylene vinyl acetate copolymer and similar and additionally dispersing aids such as waxes, fatty acid derivatives, stearates, etc.
  • suitable polymer supports such as polyethylene, polypropylene or ethylene vinyl acetate copolymer and similar and additionally dispersing aids such as waxes, fatty acid derivatives, stearates, etc.
  • dispersing aids such as waxes, fatty acid derivatives, stearates, etc.
  • the mixing batch contains carrier materials as well as waxes, similar to cold mixing, but agglomeration of the mixture is achieved through the intense introduction of friction energy, thus achieving freedom from dust and a higher bulk density.
  • DE-A-15 44 830 discloses a pigment preparation in which the pigment particles are enveloped by an amorphous homopolymer or copolymer of propylene, butene-1 and hexene-1 or a propylene-ethylene block polymer. In the preparation of the pigment preparation, filtration and drying steps are required.
  • DE-A-12 39 093 describes support materials based on a mixture of an amorphous ethylene-propylene block copolymer and a crystalline polypropylene for the production of pigment concentrates.
  • DE-A-26 52 628 relates to the use of polypropylene waxes having a viscosity of 500 to 5000 mPa.s (170 0 C) and an isotactic content of 40 to 90%.
  • a highly effective dispersion is achieved by a dispersing agent which contains a mixture of different polyolefin components and more particularly polyacrylic acid esters.
  • JP-A-88/88287 preparations consist of pigment, lubricants, fillers and an amorphous polyolefin.
  • DE-A 26 08 600 relates to pigment concentrates for coloring thermoplastics containing pigment, polyolefin wax, an ethylene-vinyl acetate copolymer and colloidal silica.
  • pigment preparations for polymer coloration preferably contain the polymer to be colored, and partially incompatible ingredients.
  • the known pigment preparations due to the less favorable carrier material with the same pigment content are weaker in color and cloudy.
  • Special masterbatches are more complex and can not be prepared with the same high colorant concentrations as the property profile described below.
  • the object of the present invention was to provide dust-free colorant preparations for masterbatch production and polymer coloration To load with the highest possible proportion of organic and inorganic pigments, so that the production of compounds and the direct coloring of plastomers and elastomers can be economically and ecologically advantageous with a uniform support system and thus delivers products of high quality.
  • a conventional polymeric support is to be dispensed with, which are on the one masterbatches with a significantly higher pigment content possible and on the other masterbatches can be used in significantly more polymers with different chemical composition than before, because the compatibility increases.
  • Colorant composition of a mixture of wax and polymer which contains a large part of a metallocene wax, which is a wax which is prepared in the presence of metallocenes as a catalyst.
  • Colorant composition is compounded in a special extrusion process to color masterbatches, but the mixture can alternatively be used directly for the plastic coloring.
  • the present invention relates to a colorant composition
  • a colorant composition comprising i) one or more metallocene polyolefin waxes, ii) one or more waxes selected from polar and nonpolar non-polar waxes.
  • Colorant compositions preferred according to the invention contain from 30 to 85% by weight, preferably from 35 to 80% by weight, of an organic or inorganic pigment and from 7.5 to 42.5% by weight, preferably from 8.5 to 40% by weight, of the metallocene polyolefin wax.
  • the colorant composition preferred according to the invention may contain from 0.1 to 30% by weight, preferably from 0.5 to 25% by weight, of functional constituents for improving wetting and compatibility in the form of non-metallocene polyolefin waxes or copolymers of ethylene and 0 to 15 wt .-% of conventional fillers or additives.
  • the waxes prepared as catalyst in the presence of metallocene are preferred.
  • the waxes prepared in the presence of metallocene as a catalyst are largely or completely amorphous and can additionally be polar modified if necessary.
  • non-metallocene polyolefin waxes are on the one hand ethylene vinyl acetate waxes with a dropping point between 90 and 120 0 C, a vinyl acetate content of 1 to 30% and a viscosity of 50 to 1500 mPa-s at 140 0 C, as well as nonpolar, but also polar non-metallocene waxes having a dropping point in the range of 90 to 120 0 C and a viscosity of less than 1500 mPa-s at 14O 0 C.
  • Suitable non-metallocene polyolefin waxes are homopolymers of ethylene or higher 1-olefins having 3 to 10 carbon atoms or copolymers thereof with one another.
  • the polyolefin waxes have a weight average molecular weight M w between 1000 and 10 000 g / mol and a number average molecular weight M n between 500 and 5000 g / mol.
  • copolymers of ethylene can be advantageously used as a compatibilizer in the novel Frabstoffzusammen attitude.
  • Ethylene-methyl-acrylate copolymers, ethylene-ethyl-acrylate copolymers, ethylene-butyl-acrylate copolymers or ethylene-vinyl-acetate copolymers are suitable as copolymers of ethylene. These products typically have a softening point of less than 40 0 C, a melting temperature of less than 100 0 C, a comonomer content of 10 to 20%, and a melt index at 190 ° and 2.16 kg from 1 to 10 g / 10 min. In the further course of the description, they are referred to as "copolymers of ethylene".
  • Metallocene compounds of the formula I are used for the preparation of the metallocene polyolefin waxes used according to the invention.
  • This formula also includes compounds of the formula Ia,
  • M 1 is a Group IVb, Vb or VIb metal of the Periodic Table, for example, titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum, tungsten, preferably titanium, zirconium, hafnium.
  • R 1 and R 2 are the same or different and represent a hydrogen atom, a C 1 -C 10, preferably CiC 3 alkyl group, in particular methyl, a C 1 -C 10 -, preferably -C 3 alkoxy group, a C 6 -C 0, preferably C ⁇ -C ⁇ -Arvioire, a C 6 -C 10 - , preferably C ⁇ -C ⁇ -aryloxy group, a C2-C1 0, preferably C 2 - C 4 alkenyl group, a C7-C4 0 -, preferably C7-Cio-arylalkyl group, a C 7 -C 40 -, preferably C 7 -C 2- alkylaryl group, a C 8 -C40, preferably Ce-Ci 2 - arylalkenyl group or a halogen, preferably chlorine atom.
  • R 3 and R 4 are identical or different and denote a mononuclear or polynuclear hydrocarbon radical which can form a sandwich structure with the central atom M 1 .
  • R 3 and R 4 are cyclopentadienyl,
  • one of the radicals R 3 and R 4 may be a substituted nitrogen atom, wherein R 24 has the meaning of R 17 and is preferably methyl, tert-butyl or cyclohexyl.
  • R 5 , R 6 , R 7 , R 8 , R 9 and R 10 are identical or different and denote a hydrogen atom, a halogen atom, preferably a fluorine, chlorine or bromine atom, a C 1 -C 10 -, preferably C -C 4 - Alkyl group, a Ce-Ci 0 , preferably C ⁇ -C ⁇ -aryl group, a Ci-Ci 0 , preferably Ci-C 3 alkoxy group, a -NR 1 V, -SR 16 -, -OSiR 1 V, -SiR 1 V or -PR 16 2 radical in which R 16 is a Ci-Ci 0 -, preferably CrC 3 alkyl group or C ⁇ -Cio, preferably C ⁇ -C ⁇ - aryl group or in the case of Si or P-containing radicals also a halogen atom, preferably chlorine atom or each two adjacent radicals R 5 , R 6 , R 7 , R 8
  • R 17 , R 18 and R 19 are the same or different and a hydrogen atom, a halogen atom, preferably a fluorine, chlorine or bromine atom, a CTC 3 O, preferably Ci-C 4 alkyl, especially methyl group, a Ci -Cio-fluoroalkyl, preferably CF 3 group, a C 6 -Cio-fluoroaryl, preferably pentafluorophenyl, a C ⁇ -C-io, preferably C ⁇ -C ⁇ -aryl group, a C 1 -C 1 -, preferably C C 4 alkoxy, especially methoxy, C 2 -C 10, preferably C 2 -C 4 alkenyl, C 7 -C 40,
  • M 2 is silicon, germanium or tin, preferably silicon and germanium.
  • R 11 and R 12 are the same or different and have the meaning given for R 17
  • m and n are the same or different and are zero, 1 or 2, preferably zero or 1, where m plus n is zero, 1 or 2, preferably zero or 1.
  • R 14 and R 15 have the meaning of R 17 and R 18 .
  • Indenyl-cyclopentadienyl-zirconium dichloride isopropylidene (1-indenyl) (cyclopentadienyl) zirconium dichloride, isopropylidene (9-fluorenyl) (cyclopentadienyl) zirconium dichloride,
  • Phenylmethylsilyl-bis-1- (2-methyl-indenyl) zirconium dichloride and in each case the alkyl or aryl derivatives of these metallocene dichlorides.
  • Suitable cocatalysts for metallocenes of the formula I are organoaluminum compounds, in particular alumoxanes or else aluminum-free systems such as R 20 ⁇ NH 4 -x BR 21 4 , R 20 ⁇ PH 4-21BR 21 4 , R 20 3 CBR 21 4 or BR 21 3 .
  • x is a number from 1 to 4
  • the radicals R 20 are identical or different, preferably identical, and are Ci-C-io-alkyl or C ⁇ -Ci ⁇ -aryl or two radicals R 20 form together with the connecting them
  • Atom is a ring
  • the radicals R 21 are the same or different, preferably the same, and are C 6 -C 8 -aryl which may be substituted by alkyl, haloalkyl or fluorine.
  • R 20 is ethyl, propyl, butyl or phenyl and R 21 is phenyl, pentafluorophenyl, 3,5-bis-trifluoromethylphenyl, mesityl, xylyl or ToIyI.
  • organoaluminum Compound such as triethylaluminum, tributylaluminum and others and mixtures suitable.
  • supported single-center catalysts can also be used. Preference is given to catalyst systems in which the residual contents of support material and cocatalyst do not exceed a concentration of 100 ppm in the product.
  • melt viscosities were determined according to DIN 53019 with a rotary viscometer, the dropping points according to DIN 51801/2, the softening points ring / ball according to DIN EN 1427.
  • the drop point determination is carried out with a drop point device according to Ubbelohde according to DIN 51801/2, the softening point ring / ball according to DIN EN 1427.
  • the pigment concentrates may additionally contain fillers or auxiliaries such as antistatic agents, oleic acid amide, glycerol fatty acid partial esters, stearates and antioxidants. It is likewise possible to use silicic acid, silicates, such as aluminum silicates, sodium silicate, calcium silicates.
  • Suitable colorants are organic and inorganic dyes and pigments.
  • the organic pigments used are preferably azo or disazo pigments, laked azo or disazo pigments or polycyclic pigments, preferably phthalocyanine, quinacridone, perylene, dioxazine, anthraquinone, thioindigo, diaryl or quinophthalone pigments.
  • Suitable inorganic pigments are metal oxides suitable for pigmentation, mixed oxides, aluminum sulfates, chromates, metal powders, pearlescent pigments (mica), luminous colors, titanium oxides, cadmium-lead pigments, preferably iron oxides, carbon black, silicates, nickel titanates, cobalt pigments or chromium oxides.
  • metallocene waxes and other polyolefin waxes or copolymers of ethylene depends on the surface structure and Particle size of the colorants used and should preferably be adjusted to it.
  • a colorant composition containing 30 to 75% by weight of organic pigment, 7.5 to 42.5% by weight of the amorphous metallocene wax, 0.1 to 20% by weight of ethylene vinyl acetate wax, 0, 5 to 20 wt .-% of oxidized wax or 0.5 to 20 wt .-% of copolymers of ethylene and other fillers or additives in amounts of 0 to 4 wt .-% particularly advantageous.
  • inorganic pigments When using inorganic pigments is a colorant composition containing 60 to 85 wt .-% of inorganic pigment, 7.5 to 30 wt .-% of metallocene wax and 7.5 to 20 wt .-% of other olefin waxes or copolymers of ethylene and 0 to 2 wt .-% additives particularly advantageous.
  • Carbon blacks are conveniently formulated as organic formulations to obtain dispersed dispersions.
  • the colorant compositions of the invention may additionally contain other additives, such as fillers, for example lubricants, antistatics,
  • Anti-blocking agents Anti-blocking agents, anti-slip agents and / or suspension stabilizers.
  • a mixing phase with higher mixing energy follows, it being expedient to heat in a first phase to about 15 K below the softening point of the metallocene wax and in a second phase to about 5 K below the softening point of the metallocene wax.
  • the first phase lasts about 3 to 10 minutes, preferably 5 to 7 minutes
  • the second phase lasts about 1 to 5 minutes, preferably 2 to 3 minutes.
  • the last mixing phase is followed by a cooling mixture, wherein the colorant composition on is cooled to about 30 ° C. This process usually takes 3 to 15 minutes, preferably 5 to 10 minutes.
  • the heat energy can be introduced via friction, via separate heating of the mixing trough or via both types.
  • a pre-tempering to about 25 ° C is considered advantageous. Higher starting temperatures in the hot mix lead to clumping of the carrier and formation of bottom deposits. Cooling of the mixing trough after the last mixing phase to the pre-treatment temperature is also advantageous.
  • up to 0.5% by weight of free-flow improvers can additionally be added to the subsequent cooling mixture in order to achieve a granulation of 0.05 to 3 mm of a dust-poor powder mixture.
  • Does the handling form play a special role in subsequent processes e.g. When using the mixture in a further intensive mixing process, the masterbatch production can be dispensed with.
  • the temperature image is preferably lower than previously indicated in the prior art.
  • an underwater granulation is advantageously used.
  • the colorant compositions according to the invention are used in particular for the preparation of masterbatches. In the production, it is also expedient to work with an initial mixing process. First, a mixture of the colorant composition of the invention is prepared. The mixture is made with appropriate Mixed media. The preparation of mixtures can be omitted, however, by feeding the individual components of a recipe directly to the extrusion plant. In most cases, however, this means a loss of quality of the final product and is therefore carried out in practice only with suitable pigments. The said mixture is then fed by means of a suitable metering device to an extrusion plant. In general, these are single or twin-screw extruder, but there are also continuous and discontinuous kneaders use. The subsequent granulation takes place via strand and Kopfgranulmaschine, but also spraying is possible.
  • the colorant compositions according to the invention can also be used for compounds and for the direct coloring of plastics.
  • Compounds are mixtures of polymers with the abovementioned additives, fillers and / or colorants.
  • polystyrene-acrylonitrile copolymers for example 1 styrene-acrylonitrile copolymers (SAN), poly-ethyleneglycol-terephthalate (PET), poly butylene terephthalate (PBT) and their Copolyesters, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymers (ABS), polycarbonate (PC), polyethylene waxes, polypropylene waxes, amide waxes, hydrocarbon resins, montan waxes, aliphatic waxes, rubber, butyl rubber, paraffin and bitumen and some special polymers dyed.
  • PVC polyvinyl chloride
  • EVA ethylene-vinyl acetate copolymers
  • ABS styrene-acrylonitrile copolymers
  • ABS acrylonitrile-butadiene-styrene copolymers
  • PC polycarbonate
  • polyethylene waxes polypropylene waxes
  • the application takes place in the fine-grained state (sprayed or ground).
  • the dye compositions according to the invention were prepared as described below:
  • the energy input was exclusively via friction.
  • the resulting mixture had an average grain size of less than 1 mm.
  • Pigment Blue 15 1 (Cl.No. 74 160 Heucoblau 515303), 7.5% by weight EVA wax and 7.5% by weight oxide.
  • Pigment Red 122 (Cl.No. 73 915 12.5 wt .-% EVA wax and 2.5 wt .-% oxide. PE wax and 35 wt .-% metallocene wax
  • the colorant compositions according to Preparation Examples 1 to 8 were added or used directly as a powder for coloring plastics. They can be further manufactured in a co-rotating twin screw with a special screw design and with a low temperature image to masterbatches, which are used in different polymers for their coloring.
  • ABS Acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer
  • EVA ethylene-vinyl acetate copolymer
  • PET polyethylene terephthalate
  • PBT polybutylene terephthalate
  • HDPE polyethylene
  • SAN styrene-acrylonitrile copolymers
  • PS polystyrene

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Abstract

Farbmittelzusammensetzung, enthaltend fein verteilte Farbmittel und mehrere Polyolefinwachse, wobei der mengenmäßig größere Anteil ein Metallocenwachs darstellt und wobei die weiteren Wachse polare oder unpolare Nicht-Metallocen- Polyolefinwachse oder Copolymere des Ethylens sind. Alle Polyolefinwachse machen zusammen mindestens 15 Gew.-% der Rezeptur aus und schmelzen zwischen 70 und 15O0C. Die erfindungsgemäße Farbmittelzusammensetzung ist staubreduziert und wird für die Masterbatchproduktion verwendet.

Description

Beschreibung
Hochgefüllte Farbmittelzusammensetzung zum Einfärben olefinischer wie nichtolefinischer Kunststoffe
Die vorliegende Erfindung betrifft eine hochgefüllte Farbmittelzusammensetzung, mit der die gleichmäßige Dispergierung von Pigmenten in Kunststoffen verbessert wird.
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung von copolymeren niedermolekularen Wachsen für das Herstellen von Masterbatches, bei denen die Wachse zu einem Großteil mittels Metallocen-Katalysatoren hergestellt werden, einen niederen Tropfpunkt, eine hohe Transparenz und geringe Viskosität aufweisen. Durch die Verwendung dieser Wachse wird die Dispergierung von Pigmenten deutlich verbessert, die Pigmentladung kann erhöht werden, es tritt eine bessere Verträglichkeit zu unterschiedlichen Polymeren ein und auf einen polymeren Träger kann verzichtet werden.
Kunststoffe werden üblicherweise unter Verwendung von Pigmentkonzentraten, sog. Masterbatche, eingefärbt. Die im Extrusionsverfahren hergestellten Pigmentkonzentrate, weisen Pigmentgehalte im Bereich von 10 bis 75 Gew.-% auf und enthalten einen polymeren Träger sowie verschiedene weitere Additive wie Wachse und andere Dispergiermittel, die den Einarbeitungsprozess unterstützen und für eine möglichst gleichmäßige Verteilung (= Dispergierung) der Pigmente sorgen.
An derartige Pigmentkonzentrate werden hohe Anforderungen gestellt: Die Pigmente sollten optimal verteilt sein, da ungenügende Dispergierung der Pigmente zu Pigmentagglomeraten und Stippenbildungen im Endprodukt führen kann, was z.B. eine Folie sein kann. Auch können Stippen leicht zur Schwächung der mechanischen Eigenschaften des Endproduktes führen, eine vorzeitige Rissbildung am Endartikel tritt ein. Für die Herstellung von staubfreien, granulat- und pulverförmigen Pigment- und Farbstoffpräparationen sind zurzeit folgende einstufige oder mehrstufige Verfahren bekannt:
Die Pigment-Trägermaterialvormischungen können durch eine Kalt- oder durch eine Heißmischung erfolgen. Im Anschluss daran kann eine Schmelzemischung in einem geeigneten Extruder oder in Knetern durchgeführt werden. Daran schließt sich eine Granulierung, Vermahlung oder Versprühung an.
Eine Kaltmischung besteht aus geeigneten Polymerträgern, wie Polyethylen, Polypropylen oder Ethylenvinylacetatcopolymer und ähnlichen und zusätzlich weiteren Dispergierhilfsmitteln wie Wachsen, Fettsäurederivaten, Stearaten etc.. Der Nachteil dieser Mischungen ist die unzureichende Vorbenetzung der Pigmente durch den Mischprozess, was sich in einer hohen Staubentwicklung bemerkbar macht.
Beim Heißmischprozess enthält der Mischansatz ähnlich wie bei der Kaltmischung Trägermaterialien wie auch Wachse, nur wird hier über den intensiven Eintrag von Friktionsenergie eine Agglomeration der Mischung erreicht und damit Staubfreiheit und eine höhere Schüttdichte erzielt.
In der DE-A-15 44 830 wird eine Pigmentzubereitung offenbart, bei der die Pigmentpartikel von einem amorphen Homo- oder Mischpolymerisat aus Propylen, Buten-1 und Hexen-1 oder einem Propylen-Ethylen-Blockpolymerisat umhüllt sind. Bei der Herstellung der Pigmentzubereitung sind Filtrations- und Trocknungsschritte erforderlich.
Die DE-A-12 39 093 beschreibt Trägermaterialien auf Basis einer Mischung aus einem amorphen Ethylen-Propylen-Block-Mischpolymerisat und einem kristallinen Polypropylen für die Herstellung von Pigmentkonzentraten.
DE-A-26 52 628 bezieht sich auf die Verwendung von Polypropylenwachsen mit einer Viskosität von 500 bis 5000 mPa-s (1700C) und einem isotaktischen Anteil von 40 bis 90 %. In der DE-A-195 16 387 wird eine hocheffektive Dispergierung durch ein Dispergiermittel erreicht, das eine Mischung verschiedener Polyolefinkomponenten und spezieller Polyacrylsäureester enthält.
In der JP-A-88/88287 werden Präparationen beschrieben, die aus Pigment, Gleitmittel, Füllstoffen und einem amorphen Polyolefin bestehen.
Die DE-A 26 08 600 betrifft Pigmentkonzentrate zum Einfärben von thermoplastischen Kunststoffen, enthaltend Pigment, Polyolefinwachs, ein Ethylenvinylacetat-Copolymer und kolloidale Kieselsäure.
Alle bisher in der Praxis eingesetzten Pigmentpräparationen für die Polymereinfärbung enthalten vorzugsweise das einzufärbende Polymer, sowie teilweise unverträgliche Bestandteile. Bei Einsatz in anderen Polymeren sind die bekannten Pigmentpräparationen auf Grund des ungünstigeren Trägermaterials bei gleichem Pigmentanteil farbschwächer und trüber. Spezielle Masterbatche sind aufwändiger und können nicht mit den gleichen, hohen Farbmittelkonzentrationen wie nachfolgend beschriebenes Eigenschaftsprofil hergestellt werden.
Üblicherweise muss bei der Herstellung von organischen Pigmentmasterbatchen im zweistufigen Verfahren mit einem Pigmentanteil von 40 Gew.-% und weniger gearbeitet werden, da durch den hohen Pigmentanteil die Strangfestigkeit der produzierten Masterbatche gering ist. Stranggranulierung ist bei der Masterbatchherstellung Stand der Technik. Eine Möglichkeit dies zu verbessern, wäre der Einsatz von Polymeren mit einem niederen MFR, was gleichbedeutend ist mit einer höheren Schmelzefestigkeit und daher weniger Strangbruch bedeutet. Polymere, die einen geringeren MFR haben, verteilen sich aber im Endprodukt schlechter, was zur Folge hat, dass Farbunterschiede in Form von Farbschlieren im Endprodukt erkennbar werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand darin, staubfreie Farbmittelzubereitungen für die Masterbatchproduktion und die Polymereinfärbung mit einem möglichst hohen Anteil organischer und anorganischer Pigmente zu beladen, damit die Fertigung von Compounds und die Direkteinfärbung von Piastomeren und Elastomeren ökonomisch und ökologisch vorteilhaft mit einem einheitlichen Trägersystem bewerkstelligt werden kann und so Produkte von hochwertiger Qualität liefert. Auf einen herkömmlichen polymeren Träger soll dabei verzichtet werden, wodurch zum einen Masterbatche mit einem deutlich höheren Pigmentanteil möglich sind und zum anderen die gefertigten Masterbatche in deutlich mehr Polymere mit unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung als bisher eingesetzt werden können, weil die Verträglichkeit zunimmt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, durch eine
Farbmittelzusammensetzung aus einem Gemisch aus Wachs und Polymer, das zu einem Großteil ein Metallocenwachs enthält, das ist ein Wachs, das in Gegenwart von Metallocenen als Katalysator hergestellt wird. Die so hergestellte
Farbmittelzusammensetzung wird in einem speziellen Extrusionsprozess zu Farbmasterbatchen compoundiert, die Mischung kann alternativ aber auch direkt für die Kunststoffeinfärbung verwendet werden.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Farbmittelzusammensetzung, enthaltend i) ein oder mehrere Metallocen-Polyolefinwachse, ii) ein oder mehrere Wachse ausgewählt aus polaren und unpolaren Nicht-
Metallocen-Polyolefinwachsen und iii) ggf. ein oder mehrere Copolymere des Ethylens iv) ein oder mehrere fein verteilte Farbmittel, deren Kennzeichenmerkmal darin zu sehen ist, dass sie wenigstens 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Farbmittelzusammensetzung, Wachs und/oder Copolymere des Ethylens enthält und dass die in der Farbmittelzusammensetzung enthaltenen Wachse oder Copolymeren mindestens
50 Gew.-% Polypropylen-Metallocenwachs enthalten. Alle wachsartigen oder polymeren Bestandteile des Trägers schmelzen zwischen 50 und 1500C.
Erfindungsgemäß bevorzugte Farbmittelzusammensetzungen enthalten 30 bis 85 Gew.-%, vorzugsweise 35 bis 80 Gew.-%, eines organischen oder anorganischen Pigments und 7,5 bis 42,5 Gew.-%, vorzugsweise 8,5 bis 40 Gew.-%, des Metallocen-Polyolefinwachses. Zusätzlich kann die erfindungsgemäß bevorzugte Farbmittelzusammensetzung noch 0,1 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise 0,5 bis 25 Gew.-%, an funktionellen Anteilen zur Verbesserung der Benetzung und der Kompatibilität in Form von Nicht-Metallocen- Polyolefinwachsen oder Copolymeren des Ethylens sowie 0 bis 15 Gew.-% üblicher Füllstoffe oder Additive enthalten.
Die in Gegenwart von Metallocen als Katalysator hergestellten Wachse sind bevorzugt. Copolymerwachse aus Propylen und 0,1 bis 50 % Ethylen und/oder 0,1 bis 50 % mindestens eines verzweigten oder unverzweigten 1-Alkens mit 4 bis 20 C-Atomen mit einem Tropfpunkt (Ring/Kugel) zwischen 80 und 1500C und einer Schmelzviskosität, gemessen bei einer Temperatur 1700C, von 30 bis 3000 mPa-s. Die in Gegenwart von Metallocen als Katalysator hergestellten Wachse sind weitgehend oder vollkommen amorph und können zusätzlich bei Bedarf polar modifiziert sein.
Als Nicht-Metallocen-Polyolefinwachse sind zum einen besonders Ethylenvinylazetat Wachse mit einem Tropfpunkt zwischen 90 und 1200C, einem Vinylacetatgehalt von 1 bis 30 % und einer Viskosität von 50 bis 1500 mPa-s bei 140 0C, als auch unpolare, aber auch polare Nicht-Metallocene-Wachse mit einem Tropfpunkt im Bereich von 90 bis 1200C und einer Viskosität von kleiner 1500 mPa-s bei 14O0C geeignet.
Als Nicht-Metallocen-Polyolefinwachse kommen Homopolymerisate des Ethylens oder höherer 1-Olefine mit 3 bis 10 C-Atomen oder deren Copolymerisate untereinander in Frage. Bevorzugt weisen die Polyolefinwachse eine gewichts mittlere Molmasse Mw zwischen 1000 und 10 000 g/mol und eine zahlenmittlere Molmasse Mn zwischen 500 und 5000 g/mol auf. Weiter können Copolymere des Etyhlens vorteilhaft als Verträglichkeitsvermittler in der erfindungsgemäßen Frabmittelzusammensetzung eingesetzt werden. Ais Copolymere des Ethylens kommen hier zum Beispiel Ethylen-Methyl-Acrylat- Copolymere, Ethylen-Ethyl-Acrylat-Copolymere, Ethylen-Butyl-Acrylat-Copolymere oder Ethylen-Vinyl-Acetat-Copolymere in Frage. Diese Produkte besitzen typischerweise einen Erweichungspunkt von kleiner als 400C, eine Schmelztemperatur von kleiner als 1000C, einen Comonomeranteil von 10 bis 20 %, sowie einen Schmelzindex bei 190 ° und 2,16 kg von 1 bis 10 g/10 min. Im weiteren Verlauf der Beschreibung werden sie als "Copolymere des Ethylens" bezeichnet.
Für die Herstellung der erfindungsgemäß verwendeten Metallocen- Polyolefinwachse werden Metallocenverbindungen der Formel I eingesetzt.
Figure imgf000007_0001
Diese Formel umfasst auch Verbindungen der Formel Ia,
da)
Figure imgf000007_0002
der Formel Ib
Figure imgf000008_0001
und der Formel Ic
Figure imgf000008_0002
In den Formeln I, Ia und Ib ist M1 ein Metall der Gruppe IVb, Vb oder VIb des Periodensystems, beispielsweise Titan, Zirkonium, Hafnium, Vanadium, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän, Wolfram, vorzugsweise Titan, Zirkonium, Hafnium.
R1 und R2 sind gleich oder verschieden und bedeuten ein Wasserstoffatom, eine C1-C10, vorzugsweise C-i-C3-Alkylgruppe, insbesondere Methyl, eine C1-C10-, vorzugsweise CrC3-Alkoxygruppe, eine C6-Ci0, vorzugsweise Cβ-Cβ-Arvigruppe, eine C6-C10-, vorzugsweise Cβ-Cβ-Aryloxygruppe, eine C2-C10, vorzugsweise C2- C4-Alkenylgruppe, eine C7-C40-, vorzugsweise C7-Cio-Arylalkylgruppe, eine C7-C40-, vorzugsweise C7-Ci2-Alkylarylgruppe, eine C8-C40-, vorzugsweise Ce-Ci2- Arylalkenylgruppe oder ein Halogen-, vorzugsweise Chloratom.
R3 und R4 sind gleich oder verschieden und bedeuten einen ein- oder mehrkernigen Kohlenwasserstoffrest, welcher mit dem Zentralatom M1 eine Sandwichstruktur bilden kann. Bevorzugt sind R3 und R4 Cyclopentadienyl,
Indenyl, Tetrahydroindenyl, Benzoindenyl oder Fluorenyl, wobei die Grundkörper noch zusätzliche Substituenten tragen oder miteinander verbrückt sein können. Außerdem kann einer der Reste R3 und R4 ein substituiertes Stickstoffatom sein, wobei R24 die Bedeutung von R17 hat und vorzugsweise Methyl, tert.-Butyl oder Cyclohexyl ist.
R5, R6, R7, R8, R9 und R10 sind gleich oder verschieden und bedeuten ein Wasserstoffatom, ein Halogenatom, vorzugsweise ein Fluor-, Chlor- oder Bromatom, eine C1-C10-, vorzugsweise CrC4-Alkylgruppe, eine Ce-Ci0-, vorzugsweise Cβ-Cβ-Arylgruppe, eine Ci-Ci0-, vorzugsweise Ci-C3-Alkoxygruppe, einen -NR1V, -SR16-, -OSiR1V, -SiR1V oder -PR16 2-Rest, worin R16 eine Ci-Ci0-, vorzugsweise CrC3-Alkylgruppe oder Cβ-Cio-, vorzugsweise Cβ-Cβ- Arylgruppe oder im Falle Si oder P enthaltender Reste auch ein Halogenatom, vorzugsweise Chloratom ist oder je zwei benachbarte Reste R5, R6, R7, R8, R9 oder R10 bilden mit den sie verbindenden C-Atomen einen Ring. Besonders bevorzugte Liganden sind die substituierten Verbindungen der Grundkörper Cyclopentadienyl, Indenyl, Tetrahydroindenyl, Benzoindenyl oder Fluorenyl. R13 ist
O
Figure imgf000010_0001
17 ,17 ,17 ,17
O- M' M' M'
,18 R 18 >18 R 18
=BR17, =AIR17, -Ge-, -Sn-, -O-, -S-, =SO, =SO2, =NR17, =CO, =PR17 oder =P(O)R17, wobei R17, R18 und R19 gleich oder verschieden sind und ein Wasserstoffatom, ein Halogenatom, vorzugsweise ein Fluor-, Chlor- oder Bromatom, eine CTC3O-, vorzugsweise Ci-C4-Alkyl-, insbesondere Methylgruppe, eine Ci-Cio-Fluoralkyl-, vorzugsweise CF3-Gruppe, eine C6-Cio-Fluoraryl-, vorzugsweise Pentafluorphenylgruppe, eine Cβ-C-io-, vorzugsweise Cβ-Cβ- Arylgruppe, eine C1-C10-, vorzugsweise Ci-C4-Alkoxy-, insbesondere Methoxygruppe, eine C2-C10, vorzugsweise C2-C4-Alkenylgruppe, eine C7-C40-, vorzugsweise C7-Cio-Aralkylgruppe, eine C8-C40-, vorzugsweise C8-C12- Arylalkenylgruppe oder eine C7-C4O, vorzugsweise C7-Ci2-Alkylarylgruppe bedeuten, oder R17 und R18 oder R17 und R19 bilden jeweils zusammen mit den sie verbindenden Atomen einen Ring.
M2 ist Silizium, Germanium oder Zinn, bevorzugt Silizium und Germanium. R13 ist vorzugsweise =CR17R18, =SiR17R18, =GeR17R18, -O-, -S-, =SO, =PR17 oder =P(O)R17.
R11 und R12 sind gleich oder verschieden und haben die für R17 genannte Bedeutung, m und n sind gleich oder verschieden und bedeuten null, 1 oder 2, bevorzugt null oder 1 , wobei m plus n null, 1 oder 2, bevorzugt null oder 1 ist. R14 und R15 haben die Bedeutung von R17 und R18.
Beispiele für geeignete Metallocene sind:
Bis(1 ^.S-trimethylcyclopentadienylJzirkoniumdichlorid,
Bis(1 ,2)4-trimethylcyclopentadienyl)zirkoniumdichloridI
Bis(1 ,2-dimethylcyclopentadienyl)zirkoniumdichlorid,
Bis(1 ,3-dimethylcyclopentadienyl)zirkoniumdichlorid,
Bis(1-methylindenyl)zirkoniumdichlorid, Bis(1 -n-butyl-S-methyl-cyclopentadienylJzirkoniumdichlorid,
Bis(2-methyl-4,6-di-i.propyl-indenyl)zirkoniumdichlorid,
Bis(2-methylindenyl)zirkoniumdichlorid,
Bis(4-methylindenyl)zirkoniumdichlorid,
Bis(5-methylindenyl)zirkoniumdichloridI Bis(alkylcyclopentadienyl)zirkoniumdichlorid,
Bis(alkylindenyl)zirkoniumdichlorid,
Bis(cyclopentadienyl)zirkoniumdichlorid,
Bis(indenyl)zirkoniumdichlorid,
Bis(methylcyclopentadienyl)zirkoniumdichlorid, Bis(n-butylcyclopentadienyl)zirkoniumdichlorid,
Bis(octadecylcyclopentadienyl)zirkoniumdichlorid,
Bis(pentamethylcyclopentadienyl)zirkoniumdichlorid,
Bis^rimethylsilylcyclopentadienyOzirkoniumdichlorid,
Biscyclopentadienylzirkoniumdibenzyl, Biscyclopentadienylzirkoniumdimethyl,
Bistetrahydroindenylzirkoniumdichlorid,
Dimethylsilyl-θ-fluorenylcyclopentadienylzirkoniumdichlorid,
Dimethylsilyl-bis-1-(2,3)5-trimethylcyclopentadienyl)zirkoniumdichlorid,
Dimethylsilyl-bis-1-(2,4-dimethyl-cyclopentadienyl)zirkoniumdichlorid, Dimethylsilyl-bis-1-(2-methyl-4,5-benzoindenyl)zirkoniumdichlorid,
Dimethylsilyl-bis-1-(2-methyl-4-ethylindenyl)zirkoniumdichlorid,
Dimethylsilyl-bis-1-(2-methyl-4-i-propylindenyl)zirkoniumdichlorid,
Dimethylsilyl-bis-1-(2-methyl-4-phenylindenyl)zirkoniumdichlorid, Dimethylsilyl-bis-1-(2-methyl-indenyl)zirkoniumdichlorid,
Dimethylsilyl-bis-1-(2-methyltetrahydroindenyl)zirkoniumdichlorid,
Dimethylsilyl-bis-1-indenylzirkoniumdichlorid,
Dimethylsilyl-bis-1-indenylzirkoniumdimethyl, Dimethylsilyl-bis-1-tetrahydroindenylzirkoniumdichlorid,
Diphenylmethylen-θ-fluorenylcyclopentadienylzirkoniumdichlorid,
Diphenylsilyl-bis-1-indenylzirkoniumdichlorid,
Ethylen-bis-1-(2-methyl-4,5-benzoindenyl)zirkoniumdichlorid,
Ethylen-bis-1-(2-methyl-4-phenylindenyl)zirkoniumdichlorid, Ethylen-bis-1 -(2-methyl-tetrahydroindenyl)zirkoniumdichlorid,
Ethylen-bis-1-(4,7-dimethyl-indenyl)zirkoniumdichlorid,
Ethylen-bis-1 -indenylzirkoniumdichlorid,
Ethylen-bis-1 -tetrahydroindenylzirkoniumdichlorid,
Indenyl-cyclopentadienyl-zirkoniumdichlorid lsopropyliden(1 -indenyl)(cyclopentadienyl)zirkoniumdichlorid, lsopropyliden(9-fluorenyl)(cyclopentadienyl)zirkoniumdichlorid,
Phenylmethylsilyl-bis-1-(2-methyl-indenyl)zirkoniumdichlorid, sowie jeweils die Alkyl- oder Aryl-Derivate dieser Metallocendichloride.
Zur Aktivierung der Einzentren-Katalysatorsysteme werden geeignete
Cokatalysatoren eingesetzt. Geeignete Cokatalysatoren für Metallocene der Formel I sind aluminiumorganische Verbindungen, insbesondere Alumoxane oder auch aluminiumfreie Systeme wie R20 xNH4-xBR21 4, R20 xPH4-χBR21 4, R20 3CBR21 4 oder BR21 3. In diesen Formeln bedeutet x eine Zahl von 1 bis 4, die Reste R20 sind gleich oder verschieden, bevorzugt gleich, und bedeuten Ci-C-io-Alkyl oder Cβ-Ciβ- Aryl oder zwei Reste R20 bilden zusammen mit dem sie verbindenden Atom einen Ring, und die Reste R21 sind gleich oder verschieden, bevorzugt gleich, und stehen für C6-Ci8-Aryl, das durch Alkyl, Haloalkyl oder Fluor substituiert sein kann. Insbesondere steht R20 für Ethyl, Propyl, Butyl oder Phenyl und R21 für Phenyl, Pentafluorphenyl, 3,5-Bis-trifluormethylphenyl, Mesityl, XyIyI oder ToIyI.
Zusätzlich ist häufig eine dritte Komponente erforderlich, um einen Schutz von polaren Katalysator-Giften aufrecht zu erhalten. Hierzu sind aluminiumorganische Verbindung wie z.B. Triethylaluminium, Tributylaluminium und andere sowie Mischungen geeignet.
Je nach Verfahren können auch geträgerte Einzentren-Katalysatoren zur Verwendung kommen. Bevorzugt sind Katalysatorsysteme, bei welchen die Restgehalte von Trägermaterial und Cokatalysator eine Konzentration von 100 ppm im Produkt nicht überschreiten.
Hierbei wurden die Schmelzviskositäten nach DIN 53019 mit einem Rotationsviskosimeter, die Tropfpunkte nach DIN 51801/2, die Erweichungspunkte Ring/Kugel nach DIN EN 1427 bestimmt. Die Tropfpunktbestimmung erfolgt mit einem Tropfpunktgerät nach Ubbelohde gemäß DIN 51801/2, der Erweichungspunkt Ring/Kugel nach DIN EN 1427.
Die Pigmentkonzentrate können zusätzlich Füllstoffe oder Hilfsstoffe wie Antistatika, ölsäureamid, Glycerin-Fettsäurepartialester, Stearate und Antioxidantien enthalten. Ebenso können Kieselsäure, Silikate, wie Aluminiumsilikate, Natriumsilikat, Calciumsilikate eingesetzt werden.
Als Farbmittel kommen organische und anorganische Farbstoffe und Pigmente in Betracht. Als organische Pigmente werden vorzugsweise Azo- oder Disazopigmente, verlackte Azo- oder Disazopigmente oder polycyclische Pigmente, vorzugsweise Phthalocyanin-, Chinacridon-, Perylen-, Dioxazin-, Anthrachinon-, Thioindigo-, Diaryl- oder Chinophthalon-Pigmente verwendet.
Als anorganische Pigmente werden zur Pigmentierung geeignete Metalloxide, Mischoxide, Aluminiumsulfate, Chromate, Metallpulver, Perlglanzpigmente (Glimmer), Leuchtfarben, Titanoxide, Cadmium-Blei-Pigmente, vorzugsweise Eisenoxide, Ruß, Silikate, Nickeltitanate, Kobaltpigmente oder Chromoxide, verwendet.
Der erforderliche Anteil an Metallocenwachsen und anderen Polyolefinwachsen bzw. an Copolymeren des Ethylens ist abhängig von der Oberflächenstruktur und Teilchengröße der verwendeten Farbmittel und soll bevorzugt darauf abgestimmt werden.
Bei Verwendung organischer Pigmente ist eine Farbmittelzusammensetzung, enthaltend 30 bis 75 Gew.-% an organischem Pigment, 7,5 bis 42,5 Gew.-% des amorphen Metallocenwachses, 0,1 bis 20 Gew.-% an Ethylenvinylazetat Wachs, 0,5 bis 20 Gew.-% an oxidiertem Wachs oder 0,5 bis 20 Gew.-% an Copolymeren des Ethylens sowie anderer Füllstoffe oder Additive in Mengen von 0 bis 4 Gew.-% besonders vorteilhaft.
Bei Verwendung anorganischer Pigmente ist eine Farbmittelzusammensetzung, enthaltend 60 bis 85 Gew.-% an anorganischem Pigment, 7,5 bis 30 Gew.-% an Metallocenwachs und 7,5 bis 20 Gew.-% an anderen Olefinwachsen oder an Copolymeren des Ethylens sowie 0 bis 2 Gew.-% Additive besonders vorteilhaft.
Ruße werden zweckmäßigerweise wie organische Formulierungen rezeptiert, um ausdispergierte Präparationen zu erhalten.
Die erfindungsgemäßen Farbmittelzusammensetzungen können zusätzlich noch weitere Additive, wie Füllstoffe, beispielsweise Gleitmittel, Antistatika,
Antiblockmittel, Antislipmittel und/oder Suspensionsstabilisatoren, enthalten.
Das Vormischen der Einzelkomponenten ist eine wichtige Voraussetzung bei der Produktherstellung und kann bei Raumtemperatur in einer geeigneten Mischapparatur erfolgen. Sollte die Rezeptur als staubfreie Pulvermischung eingesetzt werden schließt sich eine Mischphase mit höherer Mischenergie an, wobei zweckmäßiger Weise in einer ersten Phase bis etwa 15 K unter den Erweichungspunkt des Metallocenwachses und in einer zweiten Phase bis etwa 5 K unter den Erweichungspunkt des Metallocenwachses erhitzt wird. Die erste Phase dauert etwa 3 bis 10 min, vorzugsweise 5 bis 7 min, die zweite Phase dauert etwa 1 bis 5 min, vorzugsweise 2 bis 3 min. An die letzte Mischphase schließt sich eine Kühlmischung an, wobei die Farbmittelzusammensetzung auf ca. 30°C abgekühlt wird. Dieser Vorgang dauert normalerweise 3 bis 15 min, vorzugsweise 5 bis 10 Minuten.
Bei der Mischung kann die Wärmeenergie über Friktion, über separate Aufheizung des Mischtroges oder über beide Arten eingebracht werden. Als vorteilhaft wird eine Vortemperierung auf ca. 25°C angesehen. Höhere Ausgangstemperaturen bei der Heißmischung führen zum Verklumpen des Trägers und zur Bildung von Bodenablagerungen. Ein Kühlen des Mischtroges nach der letzten Mischphase auf die Vortemperatur ist ebenfalls vorteilhaft.
Bei der nachfolgenden Kühlmischung können zur Verbesserung der Rieselfähigkeit zusätzlich noch bis zu 0,5 Gew.-% Rieselfähigkeitsverbesserer, bezogen auf die Gesamtmischung, zugegeben werden, um eine Körnung von 0,05 bis 3 mm einer staubarmen Pulvermischung zu erreichen. Spielt die Handlingsform bei nachfolgenden Prozessen keine besondere Rolle, z.B. beim Einsatz der Mischung in einem weiteren intensiven Mischprozess, kann auf die Masterbatchherstellung verzichtet werden.
Bei der Batchherstellung auf einer gleichlaufenden Doppelschnecke wird zweckmäßig mit einem auf den hohen Wachsgehalt abgestimmten
Schneckenaufbau gearbeitet. Das Temperaturbild ist vorzugsweise niedriger als bisher im der Stand der Technik angegeben. Zur Herstellung der Masterbatche wird vorteilhaft eine Unterwassergranulierung eingesetzt.
Der Einsatz dieser Präparationen verbessert deutlich die Granulierfähigkeit bei solchen Pigmentbeladungen, bei Kopfgranulierungen als auch bei der Stranggranulation.
Die erfindungsgemäßen Farbmittelzusammensetzungen werden insbesondere für die Herstellung von Masterbatches verwendet. Bei der Herstellung wird zweckmäßiger Weise ebenfalls mit einem am Anfang stehenden Mischprozess gearbeitet. Zunächst wird eine Mischung aus der erfindungsgemäßen Farbmittelzusammensetzung hergestellt. Die Mischung erfolgt mit entsprechender Mischtechnik. Das Herstellen von Mischungen kann jedoch entfallen, wenn man die Einzelkomponenten einer Rezeptur direkt der Extrusionsanlage zuführt. In den meisten Fällen bedeutet dies aber eine Qualitätseinbuße des Endproduktes und wird deshalb in der Praxis nur bei geeigneten Pigmenten durchgeführt. Die besagte Mischung wird dann mittels einer geeigneten Dosiervorrichtung einer Extrusionsanlage zugeführt. In der Regel sind dies Ein- oder Zweischneckenextruder, es finden aber auch kontinuierliche und diskontinuierliche Kneter Verwendung. Die anschließende Granulierung erfolgt über Strang- und Kopfgranulierung, aber auch Versprühung ist möglich.
Um bestimmte Sonderfarbtöne zu erstellen, werden Monopräparationen in einem zweiten Extrusionsgang miteinander oder nur mit Kunststoff verschnitten. Bislang wirkte sich bei der Ausarbeitung von Sonderfarbtönen der hohe Verbrauch an Monobatches nachteilig aus. Ebenfalls kostenerhöhend war bei der Produktion der zweite Extrusionsprozess, in manchen Fällen sogar ein dritter Extrusionsprozess. Diese Nachteile konnten durch Verwendung der erfindungsgemäßen Farbmittelzusammensetzungen abgestellt werden.
Die erfindungsgemäßen Farbmittelzusammensetzungen können auch zu Compounds sowie zur Direkteinfärbung von Kunststoffen verwendet werden. Unter Compounds versteht man Mischungen von Polymerisaten mit vorstehend genannten Additiven, Füllstoffen und/oder Farbmitteln.
Mit der erfindungsgemäßen Farbmittelzusammensetzung werden beispielsweise Polyolefine, Polyvinylchlorid (PVC), Ethylen-Vinylacetat-Copolymere (EVA)1 Styrol- Acrylnitril-Copolymere (SAN), Poly-ethylenglykol-terephthalat (PET), PoIy- butylenglykol-terephthalat (PBT) und deren Copolyester, Acrylnitril-Butadien- Styrol-Copolymere (ABS), Polycarbonat (PC), Polyethylen-Wachse, Polypropylenwachse, Amidwachse, Kohlenwasserstoffharze, Montanwachse, aliphatische Wachse, Kautschuk, Butylkautschuk, Paraffin und Bitumen sowie einige Sonderpolymere eingefärbt. Bei den Anwendungen in Kunststoffen, speziell in der Masterbatchproduktion, wird die erfindungsgemäße Präparation eingesetzt wie bisherige Mischungen und Masterbatches. Die häufig bei organischen Pigmenten übliche Heißmischung der Gesamtrezeptur für eine bessere Benetzung der Pigmente kann entfallen.
In den folgenden Ausführungsbeispielen wurde jeweils ein Metallocenwachsgemisch, hergestellt aus den Wachsen Metallocen-PP Wachs, Ethylenvinylazetat Wachs und polar bzw. unpolare Nicht-Metallocen-PE Wachse und Copolymere des Ethylens mit folgenden Stoffparametern eingesetzt (siehe unten). Der Einsatz der Produkte erfolgt in feinkörnigem Zustand.
Mit Metallocen als Katalysator hergestellte PP-Wachse a) und b):
Tropfpunkt Viskosität bei 17O0C Molekulargewicht Dichte
[°C] [mPa-s] (Mn) [Dalton] [g/cm3] a) 88 200 3.000 0,88 b) 90 1800 7.000 0,88
VA - Wachs:
Tropfpu nkt Viskosität bei 140°C Säurezahl Dichte
[0C] [m Pa-s] [mg KOH/g] [g/cm3] ca. 97 ca. 350 10 - 12 % Vinylacetat 0,92
Oxidiertes PE-Wachs a) oder unpolares PE-Wachs b):
Tropfpunkt Viskosität bei 120°C Säurezahl Dichte
[°C] [m Pa-s] [mg KOH/g] [g/cm3]
a) ca. 105 ca. 300 17 0,92 b) ca. 118 ca. 650 0 0,92 Copolymer des Ethylens:
Erweichungspunkt Schmelzpunkt Viskosität MFR Comonomer Dichte
Et-Acrylat
[0C] [0C] 190°C/2,16kg % [g/cm3] ca. 50 - 60 ca. 85 - 98 ca. 5-10 g/10min ca. 15 - 20 ca. 0,94
Der Einsatz erfolgt im feinkörnigen Zustand (gesprüht oder gemahlen). Die erfindungsgemäßen Farbstoffzusammensetzungen wurden wie nachfolgend beschrieben hergestellt:
Als Mischung für die Extrusion: Mischer: Hentschelmischer, Inhalt 5 Liter Ansatz: entsprechend den nachstehend aufgeführten Beispielen Vormischen: Ansatz ca. 4 bis 6 min. bei U = 700 /min
Nachfolgend erfolgte die Extrusion auf einer gleichlaufenden Doppelschnecke mit nachgeschalteter Unterwasser-Kopfgranulierung. Granulatgröße im Durchmesser 0,8 bis 2 mm.
Oder für den Einsatz als staubfreie Mischungen:
Mischer: Heiz- Kühlmischkombination, Inhalt 5 Liter Ansatz: entsprechend den nachstehend aufgeführten Beispielen Vormischen: Ansatz ca. 2 min. bei U = 350 /min
Mischstufe 1 ) und 2) und Kühlphase
I. Phase: U = 3100 min-1 T = 50 °C - 60 °C
Mischzeit: ca. 5 min bis 7 min
2. Phase: U = 1500 min'1 T = 65°C - 85°C
Mischzeit: ca. 2 min bis 3 min Kühlmischung: auf 20 - 3O0C Mischzeit: 5 min bis 10 min bei U = 360 min"1
Der Energieeintrag erfolgte ausschließlich über Friktion. Die so entstandene Mischung hatte eine durchschnittliche Körnungsgröße von kleiner 1 mm.
Herstellungsbeispiele:
In den nachfolgenden Beispielen wurden nach vorstehend beschriebenen Verfahren folgende Farbmittelzusammensetzungen hergestellt. Als Metallocenwachse wurde jeweils das vorstehende beschriebene Wachs eingesetzt:
1 ) 50 Gew.-% Cl. Pigment Blue 15:1 (Cl. Nr. 74 160 Heucoblau 515303), 15 Gew.-% unpolares PE-Wachs und 35 Gew.-% Metallocenwachs
2) 50 Gew.-% Cl. Pigment Blue 15:1 (Cl. Nr. 74 160 Heucoblau 515303), 15 Gew.-% EVA-Wachs und
35 Gew.-% Metallocenwachs
3) 55 Gew.-% Cl. Pigment Blue 15:1 (Cl. Nr. 74 160 Heucoblau 515303), 7,5 Gew.-% EVA-Wachs und 7,5 Gew.-% Oxid. PE-Wachs und
30 Gew.-% Metallocenwachs
4) 50 Gew.-% Cl. Pigment Red 122 (Cl. Nr. 73 915) 7,5 Gew.-% EVA-Wachs und 7,5 Gew.-% Oxid. PE-Wachs und
35 Gew.-% Metallocenwachs
5) 50 Gew.-% Cl. Pigment Red 122 (Cl. Nr. 73 915 12,5 Gew.-% EVA-Wachs und 2,5 Gew.-% Oxid. PE-Wachs und 35 Gew.-% Metallocenwachs
6) 50 Gew.-% Cl. Pigment Red 101 (Cl. Nr. 77491 ), 15 Gew.-% EVA-Wachs und 35 Gew.-% Metallocenwachs
7) 60 Gew.-% Pigment Yellow 191 15 Gew.-% Copolymer des Ethylens
25 Gew.-% Metallocenwachs
8) 50 Gew.-% Pigment Red 48:3
20 Gew.-% Copolymer des Ethylens 30 Gew.-% Metallocenwachs
Anwendungsbeispiele:
Die Farbmittelzusammensetzungen gemäß Herstellungsbeispielen 1 bis 8 wurden angebatcht oder als Pulver direkt zur Färbung von Kunststoffen eingesetzt. Sie können weiter in einer gleichlaufenden Doppelschnecke mit einem speziellen Schneckenaufbau sowie mit einem niederen Temperaturbild zu Masterbatchen hergestellt werden, die in unterschiedlichen Polymeren für deren Einfärbung verwendet werden.
Es wurden folgende Kunststoffe verwendet:
1 ) . Acrylnitril-Butadien-Styrol Copolymer (ABS);
2) Ethylen-Vinylacetat Copolymer (EVA); 3) Polyester: Polyethylenterephthalat (PET), Polybutylenterephthalat (PBT);
4) Polyethylen (HDPE);
5) Polypropylen (PP);
6) Styrol-acrylnitril-Copolymere (SAN); 7) Polystyrol (PS)
8) Polycarbonat (PC).
Die Prüfungen der Farbstärke (ST 1/3), Filterwert, Folienqualität sowie auf ,5 mechanische Grunddaten.
Bei der Dispergierung wurden sehr gute Qualitäten erreicht, auch die Folienqualität, kennzeichnend für eine gute statistische Pigmentverteilung, ist als gut einzuschätzen. 0 Die Auswirkungen auf die mechanischen Kennwerte der eingefärbten Polymere brachten keine signifikanten Beeinträchtigungen. Stellenweise worden sogar Verbesserungen festgestellt.
Geprüft wurden Zugfestigkeit, Zugdehnung, Reißfestigkeit und Reißdehnung mit Batchkonzentrationen 1 ,5 % und 0,5 %. Vergleichswerte bildeten die reinen Polymerprüfungen.
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K) κ>

Claims

Patentansprüche:
1. Farbmittelzusammensetzung, enthaltend i) ein oder mehrere Metallocen-Polyolefinwachse, ii) ein oder mehrere Wachse ausgewählt aus polaren und unpolaren Nicht-
Metallocen-Polyolefinwachsen und iii) ggf. ein oder mehrere Copolymere des Ethylens iv) und ein oder mehrere fein verteilte Farbmittel, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Farbmittelzusammensetzung, Wachs und/oder Copolymere des Ethylens enthält und dass die in der Farbmittelzusammensetzung enthaltenen Wachse oder Copolymeren mindestens 50 Gew.-% Polypropylen- Metallocenwachs enthalten.
2. Farbmittelzusammensetzung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Wachse oder Copolymeren des Ethylens der Komponenten i), ii) und iii) bei Temperaturen im Bereich von 50 bis 1500C schmelzen.
3. Farbmittelzusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Polypropylen-Metallocenwachs einen Tropfpunkt zwischen 80 und 15O0C und eine Schmelzviskosität bei 170°C zwischen 30 und 3000 mPa-s besitzt.
4. Farbmittelzusammensetzung nach einem oder nach mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie 7,5 bis 42,5 Gew.-%, vorzugsweise 8,5 bis 40 Gew.-%, des Polypropylen-Metallocenwachses, 0,1 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise 0,5 bis 25 Gew.-%, einer oder mehrerer Nicht- Metallocenwachse oder Copolymere des Ethylens, 30 bis 85 Gew.-%, vorzugsweise 35 bis 80 Gew.-%, eines oder mehrerer Farbmittel und 0 bis 15 Gew.-% üblicher Füllstoffe oder Additive enthält.
5. Farbmittelzusammensetzung nach einem oder nach mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das eine oder die mehreren Farbmittel aus anorganischen und organischen Pigmenten ausgewählt sind.
6. Farbmittelzusammensetzung nach einem oder nach mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das eine oder die mehreren anorganischen Pigmente ausgewählt sind aus zur Pigmentierung geeigneten Metalloxiden, Mischoxiden, Aluminiumsulfaten, Chromaten, Metallpulvern, Perlglanzpigmenten (Glimmer), Leuchtfarben, Titanoxiden, Cadmium-Blei- Pigmenten, Eisenoxiden, Ruß, Silikaten, Nickeltitanaten, Kobaltpigmenten oder Chromoxiden.
7. Farbmittelzusammensetzung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie 7,5 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise 12,5 bis 20,5 Gew.-%, des Polypropylen-Metallocenwachses, 7,5 bis 20 Gew.-% eines oder mehrerer Nicht- Metallocenwachse oder Copolymerer des Ethylens enthält und 60 bis 85 Gew.-%, vorzugsweise 79 bis 85 Gew.-%, eines oder mehrerer anorganischer Pigmente und 0,1 bis 2 Gew.-% üblicher Füllstoffe oder Additive.
8. Farbmittelzusammensetzung nach einem oder nach mehreren der
Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das eine oder die mehreren organischen Pigmente ausgewählt sind aus Azo- oder Disazopigmenten, verlackten Azo- oder Disazopigmenten und polycyclischen Pigmenten, Phthalocyanin-, Chinacridon-, Perylen-, Dioxazin-, Anthrachinon-, Thioindigo-, Diaryl- oder Chinophthalon-Pigmenten.
9. Farbmittelzusammensetzung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie 7,5 bis 42,5 Gew.-% des überwiegend oder vollständig amorphen Polypropylen-Metallocenwachses, 0,1 bis 30 Gew.-% einer oder mehrerer Nicht- Metallocenwachse oder Copolymere des Ethylens enthält, 30 bis 75 Gew.-% eines oder mehrerer organischer Pigmente und 0 bis 4 Gew.-% üblicher Füllstoffe oder Additive.
10. Farbmittelzusammensetzung nach einem oder nach mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die ein oder mehrere Nicht- Metallocen-Polyolefinwachse ausgewählt sind aus EVA Wachsen und oxidierten Wachsen, die einen Tropfpunkt unter 12O0C und eine Viskosität von kleiner als 1000 mPa-s (gemessen bei 1400C) besitzen.
11. Farbmittelzusammensetzung nach einem oder nach mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie neben dem überwiegend oder vollständig amorphen Polypropylen-Metallocenwachs ein oder mehrere Metallocen-Copolymerwachse aus Propylen und 0,1 bis 50 Gew.-% eines oder mehrerer weiterer Monomere ausgewählt aus Ethylen und verzweigten oder unverzweigten 1-Alkenen mit 4 bis 20 Kohlenstoffatomen enthält.
12. Farbmittelzusammensetzung nach einem oder nach mehreren der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass sie neben dem überwiegend oder vollständig amorphen Polypropylen-Metallocenwachs ein oder mehrere Metallocen-Copolymerwachse aus Propylen und 0,1 bis 50 Gew.-% eines oder mehrerer weiterer Copolymere des Ethylens enthält.
13. Verfahren zum Herstellen einer Farbmittelzusammensetzung nach einem oder nach mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass a) die Einzelkomponenten kalt gemischt werden oder b) die Mischung aus Farbstoffen und Wachs durch mechanisches Mischen auf eine Temperatur von 15 bis 5 K unter den Erweichungspunkt des überwiegend oder vollständig amorphen Polypropylen-Metallocenwachses erhitzt und anschließend auf eine Temperatur von 10 bis 300C abgekühlt werden.
14. Verwendung einer Farbmittelzusammensetzung nach einem oder nach mehreren der Ansprüche 1 bis 12 zur Herstellung eines Masterbatches.
15. Verwendung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung bei einer Temperatur im Bereich von 80 bis 1400C stattfindet.
16. Verwendung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung unter Einsatz einer gleichlaufenden Doppelschnecke erfolgt.
17. Verwendung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Doppelschnecke mit einem Schneckenprofil betrieben wird, das auf leicht fließende Massen abgestimmt ist.
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